(57)【要約】【課題】複数のスタック群の相互間における発電量の均一化を図る。【解決手段】複数のセルスタック１０１で構成される複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，…と、複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，…毎に、スタック群の一端側を覆って、内側にセルスタックに対して酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，…を形成する流路用仕切り壁２４０Ａ，２４０Ｂ，…とを備える。複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，…毎の供給側仕切り壁２４０Ａ，２４０Ｂ，…には、外部から酸化剤ガス供給室に酸化剤ガスを流入させるオリフィス２４ａ，２４ｂ，…が設けられている。各オリフィス２４ａ，２４ｂ，…の開口は、複数のスタック群相互間での開口を通過する酸化剤ガスの流量の差が小さくなるよう、形成されている。【選択図】図３
2014165010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う管状の複数のセルスタックで構成され、該セルスタックの長手方向における互いの位置が揃っている複数のスタック群と、
複数の前記スタック群毎に、該スタック群の前記長手方向の一端側を覆って、内側に該スタック群を構成する複数の前記セルスタックに対して酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給室を形成する供給側仕切り壁と、
複数の前記スタック群毎に、該スタック群の前記長手方向の他端側を覆って、内側に該スタック群を構成する前記セルスタックからの酸化剤ガスが流入する酸化剤ガス排出室を形成する排出側仕切り壁と、
を備え、
複数の前記スタック群毎の前記供給側仕切り壁には、外部から前記酸化剤ガス供給室に前記酸化剤ガスを流入させる供給開口が形成され、複数の前記スタック群毎の前記排出側仕切り壁には、前記酸化剤ガス排出室からの前記酸化剤ガスを外部に排出させる排出開口が形成され、
複数の前記スタック群に対する前記供給開口と前記排出開口とのうちの少なくとも一方の開口は、複数の該スタック群相互間での該開口を通過する前記酸化剤ガスの流量の差が小さくなるよう、形成されている、
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記少なくとも一方の開口は、前記酸化剤ガスの流れを絞るオリフィスの開口であることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池モジュールにおいて、
前記供給開口及び前記排出開口は、それぞれの前記スタック群の外周側に、それぞれ複数ずつ設けられていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項４】
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において、
前記供給開口を通過する前記酸化剤ガスの流れ方向が前記セルスタックの前記長手方向に対して垂直な成分を含み、且つ、該供給開口を通過した酸化剤ガス流が隣接するセルスタック間の隙間を流れるよう、前記供給開口は前記供給側仕切壁に形成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項５】
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において、
前記スタック群の前記長手方向の一端側の前記酸化剤ガス供給室と、該酸化剤ガス供給室に対して他端側の発電室とを仕切る仕切板を備え、
前記供給開口を通過する前記酸化剤ガスの流れ方向が前記仕切板と衝突する方向になるよう、前記供給開口は前記供給側仕切壁に形成されていることを特徴とする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において、
複数の前記スタック群毎に、該スタック群の前記長手方向における前記酸化剤ガス供給室よりも一端側を覆って、内側に該スタック群を構成する複数の前記セルスタックからの前記燃料ガスが流れ込む燃料ガス排出室を形成する燃料ガス排出側仕切り壁と、
前記酸化剤ガス供給室を形成する供給側仕切り壁及び前記燃料ガス排出室を形成する前記燃料ガス排出側仕切り壁を覆う外壁と、
を備え、
前記供給側仕切り壁及び前記燃料ガス排出側仕切り壁と前記外壁との間の空洞には、外部から前記酸化剤ガスが供給され、該空洞は、複数の前記スタック群毎の前記供給開口を介して、複数の前記スタック群毎の前記酸化剤ガス供給室と連通していることを特徴とする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、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う管状の複数のセルスタックで構成される複数のスタック群を備え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として、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、このカートリッジ内に配置される複数の円筒状のセルスタック（又はセル集合体）と、各セルスタックに燃焼ガスや酸化剤ガスを供給及び排出するための配管と、を備えたものが、普及している。セルスタックは、複数の燃料電池セルを有する円筒形状のものである。燃料電池セルは、セルスタックの長手方向の中間部に設けられている。この燃料電池セルは、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。
【０００４】
カートリッジは、各セルスタックで燃料電池セルが設けられている部分を、各セルスタックの両端部側とは隔離する発電室が区画形成されている。そして、各セルスタックの長手方向の一端側に、発電室内に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給口が設けられ、その他端側には、使用済みの酸化剤ガスをカートリッジ外部に排出する酸化剤ガス排出口が設けられる。
【０００５】
ところで、カートリッジ内のセルスタック相互間での発電効率を均一化するためには、各セルスタックに供給する酸化剤ガスの流量を均一化する必要がある。
【０００６】
このような観点から、下記特許文献１では、１つが複数のセルスタックの束である複数のスタック群の相互間に、仕切壁を設けた燃料電池モジュールを提案している。
【０００７】
このようにすると、各スタック群の一端側に供給された酸化剤ガスは、仕切り壁によりセルスタックの長手方向に沿う流れに整流され、隣のスタック群側に漏れることがなく、セルスタックの一端から他端まで、均一に流すことができる。そのため、１つのスタック群内においては、複数のセルスタック相互間で酸化剤ガスの流量を均一化することができる。
【０００８】
なお、特許文献１の燃料電池モジュールでは、それぞれのスタック群を通過した酸化剤ガスは、複数のスタック群の仕切り壁の他端部が開放している容器内連通空間を径方向外方に横断移動して、容器内連通空間の外周を囲っている容器外周壁に形成されている酸化剤ガス排出口からカートリッジ外部に排出される。この容器内連通空間は、各スタック群における酸化剤ガスの流れる空間同士を互いに連通させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１１０８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、特許文献１に記載の燃料電池モジュールでは、酸化剤ガス排出口が容器の外周壁に設けられているため、容器の外周壁の近くに配置されているスタック群と容器の中心側に配置されているスタック群とでは、酸化剤ガス排出口までの距離が異なる。このため、特許文献１に記載の燃料電池モジュールでは、スタック群相互間での酸化剤ガスの流量に不均一性が生じ、その結果、スタック群相互で発電量が不均一になるという課題を持つ。
【００１１】
そこで、本発明は、複数のスタック群相互間における発電量の均一化を図ることが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】
【００１２】
上記目的を達成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、
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う管状の複数のセルスタックで構成され、該セルスタックの長手方向における互いの位置が揃っている複数のスタック群と、複数の前記スタック群毎に、該スタック群の前記長手方向の一端側を覆って、内側に該スタック群を構成する複数の前記セルスタックに対して酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給室を形成する供給側仕切り壁と、複数の前記スタック群毎に、該スタック群の前記長手方向の他端側を覆って、内側に該スタック群を構成する前記セルスタックからの酸化剤ガスが流入する酸化剤ガス排出室を形成する排出側仕切り壁と、を備え、
複数の前記スタック群毎の前記供給側仕切り壁には、外部から前記酸化剤ガス供給室に前記酸化剤ガスを流入させる供給開口が形成され、複数の前記スタック群毎の前記排出側仕切り壁には、前記酸化剤ガス排出室からの前記酸化剤ガスを外部に排出させる排出開口が形成され、複数の前記スタック群に対する前記供給開口と前記排出開口とのうちの少なくとも一方の開口は、複数の該スタック群相互間での該開口を通過する前記酸化剤ガスの流量の差が小さくなるよう、形成されていることを特徴とする。
【００１３】
当該燃料電池モジュールでは、複数のスタック群毎の酸化剤ガスの流路長が相互に異なっていても、複数のスタック群毎の酸化剤ガスの流量の差を小さくすることができる。このため、当該燃料電池モジュールでは、複数のスタック群相互間における発電量の均一化を図ることができる。
【００１４】
また、前記燃料電池モジュールにおいて、前記少なくとも一方の開口は、前記酸化剤ガスの流れを絞るオリフィスの開口であってもよい。
【００１５】
供給開口又は排出開口をオリフィスの開口で形成した場合には、例えば、酸化剤ガスの流路長が相異するスタック群間では、流路長が短いスタック群に装備するオリフィスの開口径を、流路長が長いスタック群に装備するオリフィスの開口径よりも小さく設定することで、簡単にスタック群相互間の酸化剤ガスの流量差を小さくすることができる。
【００１６】
また、以上のいずれかの前記燃料電池モジュールにおいて、前記供給開口及び前記排出開口は、それぞれの前記スタック群の外周側に、それぞれ複数ずつ設けられてもよい。
【００１７】
このようにすると、各スタック群においては、スタック群内のセルスタック相互間でも接触する酸化剤ガスの流量が均一化されるように、より精細に、スタック群内における酸化剤ガスの流れを制御可能になり、スタック群内におけるセルスタック相互間での発電量のばらつきを小さくすることができる。
【００１８】
また、以上のいずれかの前記燃料電池モジュールにおいて、前記供給開口を通過する前記酸化剤ガスの流れ方向が前記セルスタックの前記長手方向に対して垂直な成分を含み、且つ、該供給開口を通過した酸化剤ガス流が隣接するセルスタック間の隙間を流れるよう、前記供給開口は前記供給側仕切壁に形成されていてもよい。
【００１９】
当該燃料電池モジュールでは、酸化剤ガス供給口から流出した酸化剤ガス流が直接セルスタックに衝突することを回避することができる。即ち、酸化剤ガス流による動圧がセルスタックに曲げ荷重を付与することを防止することができる。セルスタックに曲げ荷重が常時作用すると、セルスタックの破損を招く虞があるが、当該燃料電池モジュールでは、このような不都合の発生、つまりセルスタックの破損を防止することができる。
【００２０】
また、以上のいずれかの前記燃料電池モジュールにおいて、前記スタック群の前記長手方向の一端側の前記酸化剤ガス供給室と、該酸化剤ガス供給室に対して他端側の発電室とを仕切る仕切板を備え、前記酸化剤ガス供給口を通過する前記酸化剤ガスの流れ方向が前記仕切板と衝突する方向になるよう、前記酸化剤ガス供給口は前記供給側仕切壁に形成されていてもよい。
【００２１】
当該燃料電池モジュールでは、酸化剤ガス供給口からの酸化剤ガスは、仕切板で流れ向きを変える過程で、その流速が低下する。このため、酸化剤ガス供給口から出た酸化剤ガスは、スタック群の方向に流入する前に、その動圧が低下し、逆に静圧が高まる。よって、当該燃料電池モジュールでは、スタック群を構成する複数のセルスタックのうちで、酸化剤ガス供給口の近くに配置されているセルスタックへの酸化剤ガスの流量分配が低下することを抑えることができる。
【００２２】
また、以上のいずれかの燃料電池モジュールにおいて、複数の前記スタック群毎に、該スタック群の前記長手方向における前記酸化剤ガス供給室よりも一端側を覆って、内側に該スタック群を構成する複数の前記セルスタックからの前記燃料ガスが流れ込む燃料ガス排出室を形成する燃料ガス排出側仕切り壁と、前記酸化剤ガス供給室を形成する供給側仕切り壁及び前記燃料ガス排出室を形成する前記燃料ガス排出側仕切り壁を覆う外壁と、を備え、
前記供給側仕切り壁及び前記燃料ガス排出側仕切り壁と前記外壁との間の空洞には、外部から前記酸化剤ガスが供給され、該空洞は、複数の前記スタック群毎の前記供給開口を介して、複数の前記スタック群毎の前記酸化剤ガス供給室と連通していてもよい。
【００２３】
当該燃料電池モジュールでは、供給側仕切り壁及び燃料ガス排出側仕切り壁と、これらの壁の外周を覆う外壁とで、二重壁構造を成している。当該燃料電池モジュールでは、二重壁構造内の空洞部に流れる酸化剤ガスと、セルスタックを通った高温の燃料ガスとの間で熱交換され、酸化剤ガスが加熱される。このため、当該燃料電池モジュールでは、セルスタックにおける反応が活性化して発電効率を高めることができる。すなわち、当該燃料電池モジュールでは、セルスタックを通過した高温の燃料ガスの排熱を有効利用して、セルスタックにおける発電効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、複数のスタック群毎の酸化剤ガスの流路長が相互に異なる場合でも、複数のスタック群毎の酸化剤ガスの流量の差を小さくすることができる。このため、本発明によれば、複数のスタック群相互間における発電量の均一化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る第一実施形態における燃料電池モジュールの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る第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】本発明に係る第一実施形態におけるカートリッジの断面図である。
【図４】図３におけるＡ部拡大図である。
【図５】図４におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図５のＣ部拡大図である。
【図７】酸化剤ガス供給口から酸化剤ガス流が直接セルスタックに衝突する場合の説明図である。
【図８】本発明に係る第二実施形態におけるカートリッジの断面図である。
【図９】図８におけるＤ部拡大図である。
【図１０】図９におけるＥ−Ｅ断面図である。
【図１１】本発明に係る第三実施形態におけるカートリッジの断面図である。
【図１２】図１１におけるＦ部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る燃料電池モジュールの各種実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
「第一実施形態」
まず、本発明に係る燃料電池モジュールの第一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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腐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。
【００３２】
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、基体管１０３の外周面に沿う環状に形成されている。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
前述の燃料極１１２と固体電解質１１１との界面付近では、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
カートリッジ２０１は、図３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。
【００４２】
カートリッジ２０１内の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いる。本実施形態の場合、カートリッジ２０１内の複数のセルスタック１０１は、例えば、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに分割されている。なお、スタック群の数量はこれに限定されるものではない。
【００４３】
それぞれのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃは、複数のセルスタック１０１を有している。また、それぞれのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃを構成す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いる。また、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃは、セルスタック１０１の長手方向における互いの位置が揃い、この長手方向に対して垂直な第１方向Ｄ１に間隔をあけて並んでいる。
【００４４】
また、本実施形態の場合、それぞれのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃを構成する複数のセルスタック１０１は、図５に示すように、複数のセルスタック１０１の長手方向に対して垂直な前述の第１方向Ｄ１に間隔をあけて並んでいると共に、この長手方向及び第１方向Ｄ１に垂直な第２方向Ｄ２においても間隔をあけて並んでいる。つまり、複数のセルスタック１０１は、その長手方向の対して垂直な断面視で、所定の間隔で行列状に配置されている。
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、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに所属する複数のセルスタック１０１の端部を収容する角筒形状を成している。
【００４５】
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、複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ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角筒形状のケーシング２２９ａ，２２９ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの開口２２８を塞ぐ断熱仕切板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。
【００４６】
管板２２５ａ，２２５ｂ等は、高温耐久性のある金属材料で形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂ及び断熱仕切板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。断熱仕切板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、断熱仕切板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。
【００４７】
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、複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに割り当てられた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。
【００４８】
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、複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに割り当てられたセルスタック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、複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに割り当てられた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。
【００４９】
第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと断熱仕切板２２７ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、スタック群１５０Ａの端側を囲む流路用仕切り壁（供給側仕切り壁）２４０Ａと、スタック群１５０Ｂの端側を囲む流路用仕切り壁（供給側仕切り壁）２４０Ｂと、スタック群１５０Ｃの端側を囲む流路用仕切り壁（供給側仕切り壁）２４０Ｃとによって、３つの酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃに仕切られている。
【００５０】
３つの流路用仕切り壁２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃは、図５に示すように、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃにおける複数のセルスタック１０１の束の外周を囲う四角形の枠壁である。それぞれの流路用仕切り壁２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃは、隣接する他の流路用仕切り壁との間、及びケーシング２２９ｂとの間に、酸化剤ガスＧｏが通る流路２４１を形成する。なお、第一カートリッジヘッダ２２０ａや第二カートリッジヘッダ２２０ｂ、これを形成する流路用仕切り壁２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃは、略丸状や略楕円状でもよい。
【００５１】
図３に示すように、スタック群１５０Ａに割り当てられた流路用仕切り壁２４０Ａには、酸化剤ガス供給室２１６Ａ内に酸化剤ガスＧｏを供給するための複数の酸化剤ガス供給口として、複数のオリフィス２４ａが装備されている。同様に、スタック群１５０Ｂに割り当てられた流路用仕切り壁２４０Ｂには、酸化剤ガス供給室２１６Ｂ内に酸化剤ガスＧｏを供給するための複数の酸化剤ガス供給口として、複数のオリフィス２４ｂが装備されている。同様に、スタック群１５０Ｃに割り当てられた流路用仕切り壁２４０Ｃには、酸化剤ガス供給室２１６Ｃ内に酸化剤ガスＧｏを供給するための複数の酸化剤ガス供給口として、複数のオリフィス２４ｃが装備されている。
【００５２】
図中の各オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃを挿通する矢印は、各オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃの開口を通過する酸化剤ガスの流れ方向を示している。
【００５３】
本実施形態の場合、それぞれのオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、開口（供給開口）を通過する酸化剤ガス流に圧損を付与する圧損付与体として、それぞれの酸化剤ガス供給口に採用されている。これらのオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、所定の圧損を付与して、割り当てられているスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃへの酸化剤ガスＧｏの流量を調整する。
【００５４】
また、本実施形態では、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ相互間で、各オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃの開口径を調整することで、言い換えると、各オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃにおける圧損の付与度合いを調整することで、各酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃに流入する酸化剤ガスＧｏの流量のばらつきを小さくする。
【００５５】
それぞれの流路用仕切り壁２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃに装備される複数のオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、図６に示すように、酸化剤ガスＧｏの通過方向（図６の矢印Ｘ１方向）がセルスタック１０１の軸線１０１ａと直交し、且つ、開口を通過した酸化剤ガス流が隣接するセルスタック１０１間の隙間Ｓを通るように、配置されている。
【００５６】
図３に示すように、第二カートリッジヘッダ２２０ｂ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を流路２４１に導くための酸化剤ガス供給孔２３３ｂが形成されている。流路２４１に導入された酸化剤ガスＧｏは、オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃを介して、各酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃに導かれる。
【００５７】
それぞれの酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃ内に導かれた酸化剤ガスＧｏは、断熱仕切板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。図３において、隙間２３５ｂを挿通する矢印は、酸化剤ガスＧｏの流れ方向を示している。発電室２１５は、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃが収容された大きな空間である。発電室２１５内の隣接するスタック群相互間には、スタック群相互を隔てる仕切り壁は設けていない。
【００５８】
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、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに割り当てられた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とが電気化学的に反応して、発電が行われる。
【００５９】
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、外周側が断熱材１６で囲まれた空間である。この断熱材１６は、圧力容器１０の内側で、隣接するカートリッジ２０１間の隙間を埋め、且つ発電室２１５の外周を覆うように装備されている。この断熱材１６は、例えば、アルミナシリカ系の材料で形成されている。
【００６０】
第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと断熱仕切板２２７ａと管板２２５ａとで形成されている空間内には、３つの流路用仕切り壁（排出側仕切り壁）２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃによって、３つの酸化剤ガス排出室２１８Ａ，２１８Ｂ，２１８Ｃが形成されている。
３つの酸化剤ガス排出室２１８Ａ，２１８Ｂ，２１８Ｃは、発電室２１５を通った酸化剤ガスＧｏが流入する空間である。
【００６１】
３つの流路用仕切り壁２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃにおける複数のセルスタック１０１の束を囲う枠壁である。それぞれの流路用仕切り壁２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、隣接する他の流路用仕切り壁との間、及びケーシング２２９ａとの間に、酸化剤ガスＧｏを流す（排出する）流路２４２を形成する。
【００６２】
図３に示すように、スタック群１５０Ａに割り当てられた流路用仕切り壁２５０Ａには、酸化剤ガス排出室２１８Ａから流路２４２に酸化剤ガスＧｏを排出するための複数の酸化剤ガス排出口としての複数のオリフィス２５ａが装備されている。同様に、スタック群１５０Ｂに割り当てられた流路用仕切り壁２５０Ｂには、酸化剤ガス排出室２１８Ｂから流路２４２に酸化剤ガスＧｏを排出するための複数の酸化剤ガス排出口としての複数のオリフィス２５ｂが装備されている。また、スタック群１５０Ｃに割り当てられた流路用仕切り壁２５０Ｃには、酸化剤ガス排出室２１８Ｃから流路２４２に酸化剤ガスＧｏを排出するための複数の酸化剤ガス排出口としての複数のオリフィス２５ｃが装備されている。
【００６３】
図中の各オリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃを挿通する矢印は、各オリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃの開口を通過する酸化剤ガスの流れ方向を示している。
【００６４】
流路用仕切り壁２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃは、何れも、割り当てられたスタック群の外周を囲う枠型である。従って、オリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃを使ったそれぞれのスタック群毎の酸化剤ガス排出口は、割り当てられたスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの外周部に、それぞれ複数ずつ設けられている。
【００６５】
本実施形態の場合、オリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、何れも、開口（排出開口）を通過する酸化剤ガス流に圧損を付与する圧損付与体として、それぞれの酸化剤ガス排出口に採用されている。これらのオリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、所定の圧損を付与して、割り当てられているスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃからの酸化剤ガスＧｏの排出流量を調整する。
【００６６】
また、本実施形態では、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ相互間で、各オリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃにおける圧損の付与度合いを調整する（差異をつける）ことで、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃにおける酸化剤ガス流通時の圧損条件を揃えて、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ相互間における酸化剤ガスＧｏの流量のばらつきを小さくする。
【００６７】
第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａには、流路２４２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、それぞれのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に、断熱仕切板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からそれぞれの酸化剤ガス排出室２１８Ａ，２１８Ｂ，２１８Ｃ内に流入した後、流路２４２及び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。
図３において、隙間２３５ａを挿通する矢印は、酸化剤ガスＧｏの流れ方向を示している。
【００６８】
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の断熱仕切板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、この断熱仕切板２２７ａ，２２７ｂは、管板２２５ａ，２２５ｂの熱変形も抑える。なお、図示していないが、管板２２５ａ，２２５ｂを熱的により保護するため、これら管板２２５ａ，２２５ｂの発電室２１５側に断熱材を配置してもよい。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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２１８Ａ，２１８Ｂ，２１８Ｃ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。
【００７２】
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。しかしながら、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。
【００７３】
以上に説明した本実施形態の燃料電池モジュールＭの場合、カートリッジ２０１内に配置される複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃは、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に、それぞれ専用の酸化剤ガス供給口であるオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃを備えている。各オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、その開口径、言い換えると、そこでの圧損がそれぞれ調整されている。具体的には、複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎の酸化剤ガスＧｏの流路における圧損の差が小さくなるよう、各オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃでの圧損が調整されている。このため、第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂの酸化剤ガス供給孔２３３ｂから、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに対するオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃまで酸化剤ガスＧｏの流路長が異なっても、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに対するオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃの開口を通過する酸化剤ガスＧｏの流量の差を小さくすることできる。
【００７４】
また、以上に説明した本実施形態の燃料電池モジュールＭの場合、カートリッジ２０１内に配置される複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃは、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に、それぞれ専用の酸化剤ガス排出口であるオリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃを備えている。各オリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、その開口径、言い換えると、そこでの圧損がそれぞれ調整されている。このため、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに対するオリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃから第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａの酸化剤ガス排出孔２３３ａまでの流路長や、第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂの酸化剤ガス供給孔２３３ｂから各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに対するオリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃまでの酸化剤ガスＧｏの流路長が異なっても、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに対するオリフィス２５ａ，２５ｂ，２５ｃの開口を通過する酸化剤ガスＧｏの流量の差を小さくすることできる。
【００７５】
この結果、本実施形態では、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ相互間において、酸化剤ガスの流量が均一化して、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ相互間における発電量の均一化を図ることができる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、当該燃料電池モジュールＭでは、上記のようにカートリッジ２０１内の複数のスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ相互間における酸化剤ガスの流量を均一にして、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに良好な発電効率を確保することができるため、１つのカートリッジ２０１内に装備するスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの数量を増やして、カートリッジ一基当たりのセルスタック１０１の装備数を増大させ、カートリッジ２０１の大型化等を推進する場合にも、適している。
【００７７】
なお、圧損付与体としてのオリフィスの装備は、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃに割り当てた酸化剤ガス供給口と酸化剤ガス排出口と双方ではなく、酸化剤ガス供給口および酸化剤ガス排出口のいずれか一方にのみ設けるようにしてもよい。例えば、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの酸化剤ガス供給口にオリフィスを装備し、スタック群相互間における供給側流路における圧損の差が小さくなるように、各オリフィスの口径を調整することで、各スタック群における酸化剤ガスの流量を均一化することができる。そして、オリフィスの装備を、何れか一方にすることで、オリフィスの装備数を低減させて、低コスト化を図ることも可能である。
但し、上記実施形態のように、酸化剤ガス供給口と酸化剤ガス排出口との双方に圧損付与体を装備した場合には、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ相互間における圧損の付与度合いを更に柔軟に調整することが可能になる。
【００７８】
また、本実施形態の燃料電池モジュールＭの場合、酸化剤ガス供給口や酸化剤ガス排出口に装備する圧損付与体には、通過する酸化剤ガス流の流れを絞るオリフィスを採用している。このように、圧損付与体をオリフィスとした場合には、例えば、圧損条件が相異するスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ間では、圧損が小さいスタック群に装備するオリフィスの開口径を、圧損が大きいスタック群に装備するオリフィスの開口径よりも小さく設定することで、簡単にスタック群相互間の圧損条件を一致させることができる。
従って、スタック群相互間で酸化剤ガスの流量を均一化することが容易になる。
【００７９】
なお、本発明に係る燃料電池モジュールにおいて、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に装備する酸化剤ガス供給口、又は酸化剤ガス排出口に装備する圧損付与体は、上記実施形態示したオリフィスに限らない。例えば、パンチングプレート、金網、スリットを有した板材なども、圧損抵抗体として利用することが可能である。つまり、パンチングプレート、金網、スリットを有した板材で開口を形成してもよい。
【００８０】
また、本実施形態の燃料電池モジュールＭでは、酸化剤ガス供給口２４ａ，２４ｂ，２４ｃ及び酸化剤ガス排出口２５ａ，２５ｂ，２５ｃは、それぞれのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの外周部に、それぞれ複数ずつ設けられている。
【００８１】
このため、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃにおいては、同一スタック群内における複数のセルスタック１０１相互間でも接触する酸化剤ガスの流量が均一化されるように、より精細に、スタック群内における酸化剤ガスの流れを制御可能になり、スタック群内におけるセルスタック１０１相互間での発電効率のばらつきを小さくすることができる。従って、１つのスタック群を構成するセルスタック１０１の本数を増やすことも容易になる。
【００８２】
また、本実施形態の燃料電池モジュールＭでは、酸化剤ガス供給口であるオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、酸化剤ガスの流れ方向がセルスタック１０１の軸線と直交し、且つ、開口を通過した酸化剤ガス流が、隣接するセルスタック１０１間の隙間Ｓを通るように、スタック群の外周に配置されている。このため、オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃからの酸化剤ガス流が直接セルスタック１０１に衝突することを、回避することができる。即ち、酸化剤ガス流による動圧がセルスタック１０１に曲げ荷重を付与することを防止することができる。
【００８３】
もし、図７に示すように酸化剤ガス供給口から噴射した酸化剤ガス流が直接セルスタック１０１に衝突する配置であると、セルスタック１０１に酸化剤ガス流の動圧による曲げ荷重が常時作用して、セルスタック１０１の破損を招く虞がある。しかし、図６に示した構成の当該燃料電池モジュールＭでは、このような不都合の発生を防止することができる。
【００８４】
「第二実施形態」
次に、本発明に係る燃料電池モジュールＭの第二実施形態について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００８５】
第二実施形態の燃料電池モジュールにおいて圧力容器１０内に配置されるカートリッジ２０１Ａは、第一実施形態における燃料電池モジュールＭにおけるカートリッジ２０１の一部を改良したものである。
この第二実施形態のカートリッジ２０１Ａにおいて、第一実施形態のカートリッジ２０１と共通する構成については、同番号を付して説明を省略、若しくは簡略化する。
【００８６】
この第二実施形態のカートリッジ２０１Ａでは、各スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に割り当てられた酸化剤ガス供給口であるオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、酸化剤ガスの流れ方向をセルスタック１０１の長手方向の他端側（図８では、上端側）に向けて配置されている。本実施形態の場合、隣接する２つのスタック群に配置されるオリフィスは、２つのスタック群で共用のオリフィスとなる。例えば、スタック群１５０Ａとスタック群１５０Ｂとの間において酸化剤ガス供給口として配置されるオリフィスは、スタック群１５０Ａ用のオリフィス２４ａとして機能すると同時に、スタック群１５０Ｂ用のオリフィス２４ｂとしても機能する。
【００８７】
また、この第２実施形態のカートリッジ２０１Ａの場合、各オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃから流れ出た酸化剤ガス流は、断熱仕切板２２７ｂにあたって、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの方向に方向転換される。
なお、断熱仕切板２２７ｂは、オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃが配置される酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃとカートリッジ２０１Ａ内に設定される発電室２１５との間を区画する仕切用の断熱体である。
【００８８】
この第２実施形態のカートリッジ２０１Ａは、酸化剤ガス供給口として配置されるオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃの向きを変更した点以外は、第一実施形態のカートリッジ２０１と共通でよい。
【００８９】
第２実施形態の燃料電池モジュールＭでは、酸化剤ガスＧｏは、酸化剤ガス供給口であるオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃからセルスタック１０１の長手方向に流れた後、発電室２１５を区画する断熱仕切板２２７ｂによってスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの方向に方向転換されて、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの方向に向かう。この過程で、酸化剤ガスの流速は低下する。
【００９０】
このため、オリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃからの酸化剤ガスＧｏは、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃの方向に向かう前に、その動圧が低下し、逆に静圧が高まる。よって、本実施形態では、スタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃを構成する複数のセルスタック１０１のうちで、酸化剤ガス供給口であるオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃの近くに配置されているセルスタック１０１への酸化剤ガスの流量分配が低下することを抑えることができる。
【００９１】
「第三実施形態」
次に、本発明に係る燃料電池モジュールＭの第三実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。
【００９２】
第三実施形態の燃料電池モジュールにおいて圧力容器１０内に配置されるカートリッジ２０１Ｂは、第一実施形態における燃料電池モジュールＭにおけるカートリッジ２０１の一部を改良したものである。
この第三実施形態のカートリッジ２０１Ｂにおいて、第一実施形態のカートリッジ２０１と共通する構成については、同番号を付して説明を省略、若しくは簡略化する。
【００９３】
この第三実施形態のカートリッジ２０１Ｂでは、燃料ガス排出室２１９の画定する燃料排出仕切り壁（排出側仕切り壁）４２１及び酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃを画定する流路用仕切り壁（供給側仕切り壁）２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃの外周側を覆う外壁４２０を備えている。本実施形態では、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に燃料ガス排出室２１９がある。このため、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に燃料排出仕切り壁４２１が存在する。
【００９４】
３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎に燃料排出仕切り壁４２１には、図１２に示すように、燃料排出分岐配管４３０が接続されている。３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎の燃料排出分岐配管４３０は、互いに合流して燃料ガス排出配管３２０に接続されている。
【００９５】
３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎の燃料排出仕切り壁（排出側仕切り壁）４２１及び流路用仕切り壁（供給側仕切り壁）２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃは、いずれも、例えば箱型に形成されており、これらを覆う外壁４２０も、例えば箱型に形成されている。
【００９６】
外壁４２０には、酸化剤ガス供給配管３３０が接続されている。燃料排出仕切り壁（排出側仕切り壁）４２１及び流路用仕切り壁（供給側仕切り壁）２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃと外壁４２０との間の空洞部４１１には、酸化剤ガス供給配管３３０からの酸化剤ガスＧｏが供給される。空洞部４１１に流入した酸化剤ガスＧｏは、この空洞部４１１中で、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎の燃料排出仕切り壁４２１相互間の連通部４１３を経て、３つのスタック群１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ毎のオリフィス２４ａ，２４ｂ，２４ｃから、それぞれの酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃに流入する。
【００９７】
すなわち、本実施形態では、外壁４２０内の空洞部４１１は、各酸化剤ガス供給室２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃに酸化剤ガスＧｏを供給する酸化剤ガス供給用ヘッダとして機能する。
【００９８】
この第三実施形態の燃料電池モジュールでは、外壁４２０の内側の空洞部４１１に流入した酸化剤ガスＧｏと、セルスタック１０１から燃料ガス排出室２１９に流入した高温の燃料ガスＧｆとの間で熱交換されて、酸化剤ガスＧｏが加熱される。このため、発電室２１５内での反応を活性化して発電効率を高めることができる。すなわち、本実施形態では、セルスタック１０１を通過した高温の燃料ガスＧｆの排熱を有効利用して、セルスタック１０１における発電効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１：燃料ガス供給源、２：酸化剤ガス供給源、１０：圧力容器、１６：断熱材、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ：オリフィス（酸化剤ガス供給口、供給開口）、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ：オリフィス（酸化剤ガス排出口、排出開口）、１０１：セルスタック、１０３：基体管、１０５：燃料電池セル、１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ：スタック群、２０１：カートリッジ、２１５：発電室、２１６Ａ，２１６Ｂ，２１６Ｃ：酸化剤ガス供給室、２１７：燃料ガス供給室、２１８Ａ，２１８Ｂ，２１８Ｃ：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、２２７ａ，２２７ｂ：断熱仕切板（仕切板）、２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃ：流路用仕切り壁（供給側仕切り壁）、２４１：流路、２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃ：流路用仕切り壁（排出側仕切り壁）、３００：配管、３１０：燃料ガス供給配管、３２０：燃料ガス排出配管、３３０：酸化剤ガス供給配管、３４０：酸化剤ガス排出配管、４２０：外壁、４２１：燃料排出仕切り壁、４１１：空洞部、４１３：連通部、Ｇｆ：燃料ガス、Ｇｏ：酸化剤ガス、Ｍ：燃料電池モジュール
【図１】
2014165010.tif 000003
【図２】
2014165010.tif 000004
【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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