(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池スタックにおける温度差を小さくすることができる燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】燃料電池モジュール２００は、ケーシング内に、燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタック２０と、燃料電池スタック２０における燃料電池セルの積層方向に沿った側面側に配置され、燃料電池セルの発電に供される酸化剤ガスが、それぞれの燃料電池セルの一端側から他端側に沿って内部を流れた後に、それぞれの燃料電池セルの他端側に供給されるための酸化剤ガス導入部材１００と、を備え、酸化剤ガス導入部材１００は、燃料電池スタック２０における燃料電池セルの積層方向に沿った両端部のうち少なくとも一方の端部側における燃料電池セルと酸化剤ガスとの熱交換を、他の部位における燃料電池セルと酸化剤ガスとの熱交換に比較して抑制するための熱交換抑制部を備える。【選択図】図５
2011129279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に、
酸化剤ガスと燃料ガスとで発電を行う燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、
該燃料電池スタックにおける前記燃料電池セルの積層方向に沿った側面側に配置され、前記燃料電池セルの発電に供される酸化剤ガスが、それぞれの前記燃料電池セルの一端側から他端側に沿って内部を流れた後に、それぞれの前記燃料電池セルの他端側に供給される酸化剤ガス導入部材と、を備え、
該酸化剤ガス導入部材は、前記燃料電池スタックにおける前記燃料電池セルの積層方向に沿った両端部のうち少なくとも一方の端部側における前記燃料電池セルと前記酸化剤ガスとの熱交換を、他の部位における前記燃料電池セルと前記酸化剤ガスとの熱交換に比較して抑制するための熱交換抑制部を備えることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記熱交換抑制部は、前記燃料電池スタックにおける前記燃料電池セルの積層方向に沿った前記酸化剤ガス導入部材の両端部のうち少なくとも一方の端部側において、他の部位に比較して高い流路抵抗を有する高流路抵抗部を備え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】
前記熱交換抑制部は、前記酸化剤ガス導入部材の内壁面または外壁面に配置された断熱部材を備え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４】
それぞれの前記燃料電池セルの一端側に配置された、改質水を蒸発させるための蒸発部を有する改質器を備え、
該改質器は、前記蒸発部を前記燃料電池スタックにおける前記燃料電池セルの積層方向に沿った両端部のうちいずれか一方の端部における前記燃料電池セルに対応する位置に備えるとともに、
前記熱交換抑制部は、前記燃料電池スタックのうち、少なくとも前記蒸発部が備えられた側に対応して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
それぞれの前記燃料電池セルの一端側と前記改質器との間に配置され、前記燃料電池セルの発電に供されなかった酸化剤オフガスを用いて、前記燃料電池セルの発電に供されなかった燃料オフガスを燃焼させる燃焼部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項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する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
燃料電池は、一般的には、複数の燃料電池セルを積層して燃料電池スタックを構成し、大きな出力を得ている。特許文献１には、燃料電池セルの積層体の上部に改質器を配置した改質器一体型の燃料電池が開示されている。この技術において、酸化剤ガスは、反応ガス導入部材内を流れて各燃料電池セルの下端に導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５９３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に係る技術において、複数の燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックでは、燃料電池セルの積層方向における中央部側に位置する燃料電池セルと端部側に位置する燃料電池セルとで放熱量が異なり、積層方向における中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いという温度差を生じる場合がある。燃料電池スタックにおいて、温度差を生じた場合には、発電効率が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、燃料電池スタックにおける温度差を小さくす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】
【０００７】
本発明に係る第１の燃料電池モジュールは、ケーシング内に、酸化剤ガスと燃料ガスとで発電を行う燃料電池セルを複数積層してなる燃料電池スタックと、燃料電池スタックにおける燃料電池セルの積層方向に沿った側面側に配置され、燃料電池セルの発電に供される酸化剤ガスが、それぞれの燃料電池セルの一端側から他端側に沿って内部を流れた後に、それぞれの燃料電池セルの他端側に供給される酸化剤ガス導入部材と、を備え、酸化剤ガス導入部材は、燃料電池スタックにおける燃料電池セルの積層方向に沿った両端部のうち少なくとも一方の端部側における燃料電池セルと酸化剤ガスとの熱交換を、他の部位における燃料電池セルと酸化剤ガスとの熱交換に比較して抑制するための熱交換抑制部を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る第１の燃料電池モジュールによれば、燃料電池スタックの燃料電池セルの積層方向に沿った両端部のうち少なくとも一方の端部側における燃料電池セルの熱が酸化剤ガスによって奪われることが抑制される。それにより、燃料電池スタックにおける燃料電池セルの積層方向における温度差を小さくすることができる。
【０００９】
上記構成において、熱交換抑制部は、燃料電池スタックにおける燃料電池セルの積層方向に沿った酸化剤ガス導入部材の両端部のうち少なくとも一方の端部側において、他の部位に比較して高い流路抵抗を有する高流路抵抗部を備えていてもよい。上記構成において、熱交換抑制部は、酸化剤ガス導入部材の内壁面または外壁面に配置された断熱部材を備えていてもよい。
【００１０】
上記構成は、それぞれの燃料電池セルの一端側に配置された、改質水を蒸発させるための蒸発部を有する改質器を備え、改質器は、蒸発部を燃料電池スタックにおける燃料電池セルの積層方向に沿った両端部のうちいずれか一方の端部における燃料電池セルに対応する位置に備えるとともに、熱交換抑制部は、燃料電池スタックのうち、少なくとも蒸発部が備えられた側に対応して配置されていてもよい。この構成によれば、燃料電池スタックのうち蒸発部と対応する端部側における燃料電池セルの熱が酸化剤ガスによって奪われることが抑制される。それにより、燃料電池スタックにおける燃料電池セルの積層方向における温度差を小さくすることができる。
【００１１】
上記構成は、それぞれの燃料電池セルの一端側と改質器との間に配置され、燃料電池セルの発電に供されなかった酸化剤オフガスを用いて、燃料電池セルの発電に供されなかった燃料オフガスを燃焼させる燃焼部を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、燃料電池スタックにおける温度差を小さくすることができる燃料電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、燃料電池セルの断面を含む部分斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、燃料電池スタックを説明するための一部を抜粋して示す斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）にて示す集電体の平面図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、改質器、燃料電池スタックが固定されるマニホールド、およびターミナルを説明するための図であり、図３（ａ）は一方側より見た斜視図、図３（ｂ）は他方側より見た斜視図である。
【図４】図４は、改質器の詳細を説明するための斜視図である。
【図５】図５は、例１に係る燃料電池モジュールの全体構成を説明するための断面図である。
【図６】図６（ａ）は、酸化剤ガス導入部材および改質器を抜粋して示す斜視図である。図６（ｂ）は、酸化剤ガス導入部材の斜視図である。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、酸化剤ガス導入部材の断面図である。
【図８】図８（ａ）は、例１の変形例１に係る酸化剤ガス導入部材の斜視図である。図８（ｂ）は、例１の変形例２に係る酸化剤ガス導入部材の斜視図である。図８（ｃ）は、例１の変形例３に係る酸化剤ガス導入部材の斜視図である。
【図９】図９（ａ）は、例２に係る酸化剤ガス導入部材の斜視図である。図９（ｂ）は、酸化剤ガス導入部材の熱交換抑制部近傍を上端の開口部側から見た断面図である。図９（ｃ）は、閉塞部材を備える酸化剤ガス導入部材の熱交換抑制部近傍を上端の開口部側から見た断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、例２の変形例１に係る酸化剤ガス導入部材の斜視図である。図１０（ｂ）は、例２の変形例２に係る酸化剤ガス導入部材の斜視図である。
【図１１】図１１は、例３に係る燃料電池モジュールの全体構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１５】
図１は、燃料電池セル１０の断面を含む部分斜視図である。図１に示すように、燃料電池セル１０は、平板柱状の全体形状を有する。ガス透過性を有する導電性支持体１１の内部に、軸方向に沿って貫通する複数の燃料ガス通路１２が形成されている。導電性支持体１１の外周面における一方の平面上に、燃料極１３、固体電解質１４、および酸素極１５が順に積層されている。酸素極１５に対向する他方の平面上には、接合層１６を介してインターコネクタ１７が設けられ、その上に接触抵抗低減用のＰ型半導体層１８が設けられている。
【００１６】
燃料ガス通路１２に水素を含む燃料ガスが供給されることによって、燃料極１３に水素が供給される。一方、燃料電池セル１０の周囲に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって、酸素極１５に酸素が供給される。それにより、酸素極１５及び燃料極１３において下記の電極反応が生じることによって発電が行われる。発電反応は、例えば、６００℃〜１０００℃で行われる。
酸素極：１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質）
燃料極：Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
【００１７】
酸素極１５の材料は、耐酸化性を有し、気相酸素が固体電解質１４との界面に到達できるように多孔質である。固体電解質１４は、酸素極１５から燃料極１３へ酸素イオンＯ２−を移動させる機能を有する。固体電解質１４は、酸素イオン導電性酸化物によって構成される。また、固体電解質１４は、燃料ガスと酸化剤ガスとを物理的に隔離するため、酸化／還元雰囲気中において安定でありかつ緻密質である。燃料極１３は、還元雰囲気中で安定でありかつ水素との親和性を有するとともに多孔質の材料によって構成される。インターコネクタ１７は、燃料電池セル１０同士を電気的に直列に接続するために設けられており、燃料ガスと酸素含有ガスとを物理的に隔離するために緻密質である。
【００１８】
例えば、酸素極１５は、電子およびイオンの双方の導電性が高いランタンコバルタイト系のペロブスカイト型複合酸化物等から形成される。固体電解質１４は、イオン導電性の高いＹ２Ｏ３を含有するＺｒＯ２（ＹＳＺ）等によって形成される。燃料極１３は、電子導電性の高いＮｉとＹ２Ｏ３を含有するＺｒＯ２（ＹＳＺ）との混合物等によって形成される。インターコネクタ１７は、電子導電性の高い、アルカリ土類酸化物を固溶したＬａＣｒＯ３等によって形成される。これらの材料は、相互に熱膨張率が近いものが好適である。
【００１９】
図２（ａ）は、燃料電池スタック２０を説明するための一部を抜粋して示す斜視図である。燃料電池スタック２０においては、複数の燃料電池セル１０が一列に積層されて構成されている。この場合、各燃料電池セル１０は、酸素極１５側とインターコネクタ１７側が対向するように積層される。
【００２０】
各燃料電池セル１０の間には、集電体３０が配置されている。集電体３０は、隣接する燃料電池セル１０を電気的に直列に接続している。図２（ｂ）は、集電体３０の一例を示す平面図である。集電体３０は、隣接する一方の燃料電池セル１０の酸素極１５に接する第１集電体片３１と、一方の燃料電池セル１０から隣接する他方の燃料電池セル１０へと傾斜して延びる第２集電体片３２と、他方の燃料電池セル１０のインターコネクタ１７に接する第３集電体片３３と、他方の燃料電池セル１０から一方の燃料電池セル１０へ傾斜して延びる第４集電体片３４と、を基本構成要素とする。第２集電体片３２の一方端は第１集電体片３１に接続し、他方端は第３集電体片３３に接続している。第４集電体片３４の一方端は第３集電体片３３に接続し、他方端は第１集電体片３１に接続している。このような基本構成要素が燃料電池セル１０の軸方向に複数連結されて、集電体３０が構成される。
【００２１】
第２集電体片３２および第４集電体片３４は、屈曲部（本例では２箇所）を有している。屈曲部を有することにより、第２集電体片３２および第４集電体片３４は、バネとしての機能を有する。すなわち、集電体３０はバネ構造を有している。バネ構造を有することによって集電体３０は、燃料電池セル１０に対する良好な密着性および燃料電池セル１０の変形に対する良好な追従性を有する。また、バネ構造を有することによって、第１集電体片３１と第３集電体片３３との間に隙間が形成されることから、集電体３０は、通気性を有する。
【００２２】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、改質器４０、燃料電池スタック２０が固定されるマニホールド５０、およびターミナルを説明するための斜視図である。マニホールド５０上に２組の燃料電池スタック２０が配置され、燃料電池スタック２０の上方に改質器４０が配置されている。
【００２３】
２組の燃料電池スタック２０は、それぞれを構成する燃料電池セル１０の積層方向が略平行になるように並列配置されている。なお、燃料電池スタック２０の組数は限定されない。改質器４０は、一方の燃料電池スタック２０の上方を燃料電池セル１０の積層方向に沿って延び、他方の燃料電池スタック２０の上方を燃料電池セル１０の積層方向に沿ってコ字状に折り返す。図３（ｂ）に示すように、改質器４０の出口とマニホールド５０の入口とは、燃料ガス配管６０によって接続されている。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、一方の燃料電池スタック２０における燃料電池セル１０の積層方向のプラス側の端部には、第１ターミナル７０が配置されている。他方の燃料電池スタック２０における燃料電池セル１０の積層方向のマイナス側の端部には、第２ターミナル７１が配置されている。図３（ｂ）に示すように、一方の燃料電池スタック２０のマイナス側の端部と他方の燃料電池スタック２０のプラス側の端部とは、第３ターミナル７２によって、電気的に直列に接続されている。第１ターミナル７０および第２ターミナル７１と負荷とを電気的に接続することによって、燃料電池スタック２０の発電により生じた電力を用いて負荷に供給することができる。
【００２５】
図４は、改質器４０の詳細を説明するための斜視図である。改質器４０は、入口側から、投入口部材４１、蒸発部４２、加熱部４３および改質部４４が順に接続された構造を有する。投入口部材４１には、炭化水素系燃料および改質水が供給される。炭化水素系燃料としては、例えば都市ガス等を用いることができる。本例において、投入口部材４１は２重管構造を有している。投入口部材４１の内側の管内に改質水が投入され、内側の管と外側の管との間に炭化水素系燃料が投入される。
【００２６】
蒸発部４２は、後述する燃料オフガスの燃焼熱を利用して改質水を蒸発させる空間部である。本例において、投入口部材４１の内側の管は、蒸発部４２に至るまで延びている。投入口部材４１に投入された改質水は、投入口部材４１の内側の管の先端から流出して、蒸発部４２内において蒸発する。その後、改質水（水蒸気）は、加熱部４３に流入する。投入口部材４１に投入された炭化水素系燃料は、蒸発部４２内に流入した後、加熱部４３に流入する。
【００２７】
加熱部４３は、燃料オフガスの燃焼熱によって改質水および炭化水素系燃料を加熱する空間部である。加熱部４３には、例えば、セラミックスボールが封入されている。改質部４４は、改質水と炭化水素系燃料との水蒸気改質反応を生じさせる空間部である。改質部４４には、例えば、Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ等の改質触媒が塗布されたセラミックスボールが封入されている。
【００２８】
図５は、本例に係る燃料電池モジュール２００の全体構成を説明するための断面図である。燃料電池モジュール２００は、酸化剤ガスが流動するための流路を形成する２重壁からなるケーシング８０内に配置され、マニホールド５０の下部に配置される下部断熱部材８１および燃料電池セル１０の積層方向に沿って配置される側部断熱部材８２によって、図３（ａ）および図３（ｂ）の燃料電池スタック２０、改質器４０、マニホールド５０等を収納する空間を形成している。なお、本例において、後述する酸化剤ガス導入部材１００と複数の燃料電池セル１０との間には、第１内部断熱部材８３が配置されている。また、複数の燃料電池セル１０と側部断熱部材８２との間には、第２内部断熱部材８４が配置されている。本例においては、燃料電池セル１０の改質器４０側を上方とし、マニホールド５０側を下方とする。
【００２９】
ケーシング８０の酸化剤ガスの入口は、ケーシング８０の底面に設けられている。酸化剤ガスは、ケーシング８０の底部に設けられた酸化剤ガスＢＯＸを介してケーシング８０の側部の流路を通って、各燃料電池スタック２０の上方に流れる。その後、酸化剤ガスは、一方の燃料電池スタック２０と他方の燃料電池スタック２０との間に配置された酸化剤ガス導入部材１００内を下方に流動し、各燃料電池スタック２０の下端側から供給される。図４で説明したように、燃料ガスはマニホールド５０から各燃料電池セル１０の燃料ガス通路１２へ供給される。それにより、各燃料電池セル１０において発電が行われる。
【００３０】
燃料電池セル１０において発電に供されなかった燃料ガス（燃料オフガス）と発電に供されなかった酸化剤ガス（酸化剤オフガス）とは、各燃料電池セル１０の上端において合流する。燃料オフガスには発電に供されなかった水素等の可燃物が含まれていることから、燃料オフガスは、酸化剤オフガスに含まれる酸素を利用して燃焼する。本例においては、燃料電池セル１０の上端と改質器４０との間において燃料オフガスが燃焼する部位を燃焼部９０と称する。燃焼部９０の燃焼熱は、改質器４０の改質反応に利用される。それにより、改質器４０における改質反応が促進される。
【００３１】
燃焼部９０における燃焼後の燃料オフガスおよび酸化剤オフガス（以下、燃焼オフガスと称する）は、燃焼オフガス導出流路（酸化剤ガス導入部材１００と改質器４０との間に形成された第１燃焼オフガス導出流路８５および側部断熱部材８２と改質器４０との間に形成された第２燃焼オフガス導出流路８６）を流れる。第１燃焼オフガス導出流路８５を通過した燃焼オフガスは、ケーシング８０の内壁の上面と改質器４０の上面との間に形成された上部燃焼オフガス流路８７に導出され、その後、側部断熱部材８２とケーシング８０との間に形成された側部燃焼オフガス流路８８を下方に流れる。第２燃焼オフガス導出流路８６を通過した燃焼オフガスは、側部燃焼オフガス流路８８に流入し、側部燃焼オフガス流路８８を下方に流れる。側部燃焼オフガス流路８８を流れた燃焼オフガスは、下部断熱部材８１と酸化剤ガスＢＯＸとの間に形成された燃焼オフガスＢＯＸに流入する。その後、燃焼オフガスは、燃料電池モジュール２００の外部に排出される。
【００３２】
図６（ａ）は、酸化剤ガス導入部材１００および改質器４０を抜粋して示す斜視図である。本例において、酸化剤ガス導入部材１００は、改質器４０のうち一方の燃料電池スタック２０の上方部分と他方の燃料電池スタック２０の上方部分とに挟まれるように、ケーシング８０内に配置されている。酸化剤ガス導入部材１００の上端は、改質器４０より上方に突出し、ケーシング８０の上方側を酸化剤ガスが流れるための流路に接続されている。酸化剤ガス導入部材１００の下端は、複数の燃料電池セル１０の下端近傍まで延びている。
【００３３】
図６（ｂ）は、酸化剤ガス導入部材１００の斜視図である。酸化剤ガス導入部材１００は、中空空間を有する平たい箱形状を有している。中空空間は、酸化剤ガスが流れるための流路として機能する。これ以後、中空空間を、酸化剤ガス導入流路と称する。酸化剤ガス導入部材１００は、上端部に、酸化剤ガス導入流路に酸化剤ガスが流入するための開口部を有している。本例において、上端部の開口部は、酸化剤ガス導入部材１００の上端部全面に形成されている。酸化剤ガス導入部材１００の燃料電池スタック２０側の側壁のうち下端部には、酸化剤ガス出口１０１が、燃料電池セル１０の積層方向に沿って所定間隔を空けて複数形成されている。それにより、酸化剤ガス出口１０１から排出された酸化剤ガスは、各燃料電池セル１０の下端部側に導入される。すなわち、酸化剤ガス導入部材１００の酸化剤ガス流路は、酸化剤ガスを、燃料電池スタック２０の第１側面側において改質器４０、燃焼部９０、それぞれの燃料電池セル１０の一端側（上端側）から他端側（下端側）にかけてこの順に流した後に燃料電池セル１０の下端側に供給するための流路である。
【００３４】
酸化剤ガス導入部材１００は、熱交換抑制部１１０を備えている。熱交換抑制部１１０は、燃料電池スタック２０における燃料電池セル１０の積層方向に沿った両端部のうち少なくとも一方の端部側の燃料電池セル１０（以下、端部側燃料電池セルと称する）と、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を、他の燃料電池セル１０と酸化剤ガスとの熱交換に比較して抑制する。本例においては、熱交換抑制部１１０は、蒸発部４２が備えられた側の端部側燃料電池セルと、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を抑制する。熱交換抑制部１１０は、蒸発部４２側における燃料電池セル１０の上端部側から下端部側および燃料電池セル１０の積層方向に亘って所定範囲に設けられている。
【００３５】
図７（ａ）は、酸化剤ガス導入部材１００の燃料電池セル１０の上下方向（軸方向）に沿った断面図である。本例においては、熱交換抑制部１１０は、断熱部材としての機能を有する断熱シート１１１を備えている。断熱シート１１１は、酸化剤ガス導入部材１００の燃料電池セル１０の積層方向に沿った内壁面に、燃料電池セル１０の積層方向に沿った一端より他端にかけて配置されている。断熱シート１１１によって、蒸発部４２が備えられた側の端部側燃料電池セルと、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換が抑制される。なお、図７（ｂ）に示すように、断熱シート１１１は、酸化剤ガス導入部材１００の外壁面に配置されていてもよい。断熱シート１１１としては、例えば金属に比較して熱伝導率の低いセラミックス等を用いることができる。セラミックスとしては、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができる。
【００３６】
ここで、燃料電池スタック２０の端部側燃料電池セルの温度は、他の燃料電池セル１０の温度に比較して低温になりやすい。端部側燃料電池セルの放熱量は、他の燃料電池セル１０の放熱量に比較して多いからである。しかしながら、燃料電池モジュール２００によれば、断熱シート１１１によって、端部側燃料電池セルの熱が、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスに奪われることが抑制される。それにより、燃料電池スタック２０における燃料電池セル１０の積層方向の温度差を小さくすることができる。
【００３７】
また、蒸発部４２は、改質水の気化潜熱および導入する改質水や都市ガス温度（ほぼ常温）の影響によって改質器４０の中で特に低温になる。ここで、本例に係る燃料電池モジュール２００において、蒸発部４２側に配置する断熱シート１１１を、蒸発部４２と対向し、かつ燃料電池セル１０とは対向しないように配置した場合には、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスの熱が蒸発部４２に奪われることが抑制される。それにより、各燃料電池セル１０の下端に導入される酸化剤ガスの温度低下が抑制される。その結果、断熱シート１１１と対応する各燃料電池セル１０の下端の温度を上昇させることができる。また、断熱シート１１１を蒸発部４２と対向し、かつ燃料電池セル１０とは対向しないように配置することで、燃料電池セル１０の上端側の熱が、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスに伝熱することを妨げないことから、断熱シート１１１と対応する各燃料電池セル１０の上端側の温度を低下させることができる。それにより、断熱シート１１１と対応する各燃料電池セル１０における上下方向の温度差を小さくすることができる。
【００３８】
また、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスの熱が蒸発部４２に奪われることが抑制されることにより、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスの燃料電池セル１０の積層方向における温度差を小さくすることができる。それにより、各燃料電池セル１０に導入される酸化剤ガスの燃料電池セル１０の積層方向における温度分布の発生が抑制されることから、燃料電池スタック２０の燃料電池セル１０の積層方向における温度差を小さくすることができる。
【００３９】
（変形例１）
なお、熱交換抑制部１１０は、蒸発部４２側とは反対側の端部側燃料電池セル側にさらに設けられていてもよい。反対側の端部側燃料電池セル側も低温になりやすいためである。ただし、この場合において、熱交換抑制部１１０は蒸発部４２側を大きくすることが好ましい。図８（ａ）は、例１の変形例１に係る酸化剤ガス導入部材１００の斜視図である。この場合、さらに蒸発部４２側とは反対側の端部側燃料電池セルと、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を抑制することができる。
【００４０】
（変形例２）
熱交換抑制部１１０の形状は、特に限定されない。図８（ｂ）は、例１の変形例２に係る酸化剤ガス導入部材１００の斜視図である。蒸発部４２側の熱交換抑制部１１０は三角形状である。一方、蒸発部４２とは反対側の熱交換抑制部１１０は矩形状である。この場合においても、蒸発部４２および燃料電池スタック２０の端部側燃料電池セルと、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を抑制することができる。
【００４１】
（変形例３）
熱交換抑制部１１０と酸化剤ガス導入部材１００の上端との間には、所定距離が設けられていてもよい。図８（ｃ）は、例１の変形例３に係る酸化剤ガス導入部材１００の斜視図である。この場合においても、蒸発部４２および燃料電池スタック２０の端部側燃料電池セルと酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を抑制することができる。
【００４２】
続いて、本発明の例２に係る燃料電池モジュールについて説明する。燃料電池モジュールは、酸化剤ガス導入部材１００の代わりに酸化剤ガス導入部材１００ａを備える。図９（ａ）は、酸化剤ガス導入部材１００ａの斜視図である。酸化剤ガス導入部材１００ａは、熱交換抑制部１１０の代わりに熱交換抑制部１１０ａを備える点において、酸化剤ガス導入部材１００と異なる。
【００４３】
図９（ｂ）は、酸化剤ガス導入部材１００ａの熱交換抑制部１１０ａ近傍を上端の開口部側から見た断面図である。熱交換抑制部１１０ａは、端部側燃料電池セル側において他の部位に比較して高い流路抵抗を有する高流路抵抗部として機能する。具体的には、熱交換抑制部１１０ａは、断熱シート１１１が配置される代わりに、酸化剤ガス導入流路が閉塞された部分を備えている点において、熱交換抑制部１１０と異なっている。酸化剤ガス導入流路が閉塞された部分は、高流路抵抗部として機能する。例えば、酸化剤ガス導入流路が閉塞された部分は、プレス加工によって酸化剤ガス導入部材１００ａの燃料電池スタック２０側の側壁を押し潰すことによって、形成することができる。
【００４４】
あるいは、図９（ｃ）に示すように、閉塞部材１１２を酸化剤ガス導入部材１００ａの中空空間に配置することによっても、酸化剤ガス導入流路が閉塞された部分を設けることができる。なお、熱交換抑制部１１０ａが端部側燃料電池セル側において他の部位に比較して高い流路抵抗を有するのであれば、熱交換抑制部１１０ａ内を酸化剤ガスが流れるような構成としてもよい。例えば、熱交換抑制部１１０ａの閉塞部材１１２を、上述の断熱シート１１１以外の多孔質部材で構成することによって、高流路抵抗部としての機能を損なうことなく熱交換抑制部１１０ａ内を酸化剤ガスが流れるような構成とすることができる。
【００４５】
本例に係る燃料電池モジュール２００ａによれば、熱交換抑制部１１０ａが高流路抵抗部を備えることから、蒸発部４２および燃料電池スタック２０の少なくとも一方の端部側燃料電池セルと酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を抑制することができる。それにより、燃料電池スタック２０における燃料電池セル１０の積層方向の温度差を小さくすることができる。また、蒸発部４２側に配置する熱交換抑制部１１０ａを、蒸発部４２と対抗し、かつ燃料電池セル１０とは対向しないように配置した場合には、熱交換抑制部１１０ａによって、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスの熱が蒸発部４２に奪われることが抑制される。それにより、各燃料電池セル１０の下端に導入される酸化剤ガスの温度低下が抑制される。その結果、各燃料電池セル１０の下端の温度を上昇させることができる。また、熱交換抑制部１１０ａを蒸発部４２と対向し、かつ燃料電池セル１０とは対向しないように配置することで、燃料電池セル１０の上端側の熱が、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスに伝熱することを妨げないことから、熱交換抑制部１１０ａと対応する各燃料電池セル１０の上端側の温度を低下させることができる。それにより、熱交換抑制部１１０ａと対応する各燃料電池セル１０における上下方向の温度差を小さくすることができる。
【００４６】
また、高流路抵抗部によって、酸化剤ガス導入流路の流路断面積が絞られる。それにより、酸化剤ガス導入流路を流れる酸化剤ガスの燃料電池セル１０の積層方向における温度分布をより均一化させることができる。その結果、燃料電池スタック２０の燃料電池セル１０の積層方向における温度分布の発生をより抑制することができる。
【００４７】
（変形例１）
なお、熱交換抑制部１１０ａは、蒸発部４２側とは反対側の端部側燃料電池セル側に設けられていてもよい。図１０（ａ）は、例２の変形例１に係る酸化剤ガス導入部材１００ａの斜視図である。この場合、蒸発部４２、蒸発部４２側の端部側燃料電池セルおよび蒸発部４２側とは反対側の端部側燃料電池セルと、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を抑制することができる。
【００４８】
（変形例２）
なお、熱交換抑制部１１０ａの形状は、特に限定されない。また、閉塞部材１１２の酸化剤ガス導入部材１００ａ内における配置位置は、特に限定されない。図１０（ｂ）は、例２の変形例２に係る酸化剤ガス導入部材１００ａの斜視図である。閉塞部材１１２は、酸化剤ガス導入部材１００ａの上端部のうち蒸発部４２側および蒸発部４２側とは反対側に配置されている。この場合、閉塞部材１１２の下方に、酸化剤ガスが流動しない領域が形成される。この閉塞部材１１２の下方の酸化剤ガス流量が流動しない領域が、熱交換抑制部１１０ａである。その結果、蒸発部４２、蒸発部４２側の端部側燃料電池セルおよび蒸発部４２側とは反対側の端部側燃料電池セルと、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換を抑制することができる。
【００４９】
続いて、本発明の例３に係る燃料電池モジュール２００ｂについて説明する。図１１は、燃料電池モジュール２００ｂの全体構成を説明するための断面図である。燃料電池モジュール２００ｂは、燃料電池スタック２０を１組有する点と、改質器４０の代わりに改質器４０ｂを有する点と、第２内部断熱部材８４を有しない点とにおいて、図５に示す燃料電池モジュール２００と異なる。改質器４０ｂは、図４に示す改質器４０において、一方の燃料電池スタック２０の上方に位置する部分のみを備える構成を有する。
【００５０】
本例に係る燃料電池モジュール２００ｂにおいても、酸化剤ガス導入部材１００の断熱シート１１１によって蒸発部４２および蒸発部４２側の端部側燃料電池セルと酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換が抑制される。それにより、燃料電池スタック２０における燃料電池セル１０の積層方向の温度差を小さくすることができる。また、蒸発部４２側に配置する断熱シート１１１を、蒸発部４２と対向し、かつ燃料電池セル１０とは対向しないように配置した場合には、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスの熱が蒸発部４２に奪われることが抑制される。それにより、断熱シート１１１と対応する各燃料電池セル１０の下端に導入される酸化剤ガスの温度低下が抑制される。その結果、各燃料電池セル１０の下端の温度を上昇させることができる。また、断熱シート１１１を蒸発部４２と対向し、かつ燃料電池セル１０とは対向しないように配置することで、燃料電池セル１０の上端側の熱が、酸化剤ガス導入流路内を流れる酸化剤ガスに伝熱することを妨げないことから、断熱シート１１１と対応する各燃料電池セル１０の上端側の温度を低下させることができる。それにより、断熱シート１１１と対応する各燃料電池セル１０における上下方向の温度差を小さくすることができる。
【００５１】
なお、燃料電池スタック２０において、２つの酸化剤ガス導入部材１００のうちいずれか一方の酸化剤ガス導入部材１００に断熱シート１１１が配置されていればよい。ただし、両方の酸化剤ガス導入部材１００に断熱シート１１１が配置されている方が、燃料電池セル１０の積層方向の温度差をより小さくできる点で、好ましい。また、酸化剤ガス導入部材１００は、例１の変形例１〜変形例３に係る酸化剤ガス導入部材１００であってもよい。また、酸化剤ガス導入部材１００は、例２および例２の変形例１、変形例２に係る酸化剤ガス導入部材１００ａであってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０  燃料電池セル
２０  燃料電池スタック
３０  集電体
４０  改質器
４２  蒸発部
５０  マニホールド
６０  燃料ガス配管
７０  第１ターミナル
８０  ケーシング
８１  下部断熱部材
８２  側部断熱部材
８３  第１内部断熱部材
８４  第２内部断熱部材
８５  第１燃焼オフガス導出流路
８６  第２燃焼オフガス導出流路
８７  上部燃焼オフガス流路
８８  側部燃焼オフガス流路
９０  燃焼部
１００  酸化剤ガス導入部材
１１０  熱交換抑制部
１１１  断熱シート
１１２  閉塞部材
２００  燃料電池モジュール
【図１】
2011129279.tif 000003
【図２】
2011129279.tif 000004
【図３】
2011129279.tif 000005
【図４】
2011129279.tif 000006
【図５】
2011129279.tif 000007
【図６】
2011129279.tif 000008
【図７】
2011129279.tif 000009
【図８】
2011129279.tif 000010
【図９】
2011129279.tif 000011
【図１０】
2011129279.tif 000012
【図１１】
2011129279.tif 000013