(57)【要約】【課題】燃料電池モジュールにおいて、低コスト化および製造の容易性の両立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。【解決手段】燃料電池モジュール３０は、アノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池４３ａと、アノードオフガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生する燃焼部４４と、を有する発電部４０と、筒状に形成されて、発電部４０を囲むように配設され、かつ、周側壁５１ａを有する第一筒部材５１と、筒状に形成されて、第一筒部材５１を囲むように配設され、かつ、周側壁５２ａを有する第二筒部材５２と、発電部４０の外壁面と第一筒部材５１の周側壁５１ａ内面との間に形成され、燃焼排ガスが流通する第一流路６０と、第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面と第二筒部材５２の周側壁５２ａ内面との間に形成され、カソードガスが流通する第二流路７０と、を備えている。【選択図】  図３
2015141758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池と、アノードオフガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生する燃焼部と、を有する発電部と、
筒状に形成されて、前記発電部を囲むように配設され、かつ、前記発電部の外壁面に空間をおいて対向する内面を有する周側壁と、両端にそれぞれ形成された開口部と、を有する第一筒部材と、
筒状に形成されて、前記第一筒部材を囲むように配設され、かつ、前記第一筒部材の前記周側壁外面に空間をおいて対向する内面を有する周側壁と、両端にそれぞれ形成された開口部と、を有する第二筒部材と、
前記第一筒部材の一方の開口部および前記第二筒部材の一方の開口部の少なくとも一方を塞ぐように形成され、前記第一筒部材の一方の開口部および前記第二筒部材の一方の開口部の少なくとも一方に全周に亘って接合された第一蓋部材と、
前記第一筒部材の他方の開口部および前記第二筒部材の他方の開口部の少なくとも一方を塞ぐように形成され、前記第一筒部材の他方の開口部および前記第二筒部材の他方の開口部の少なくとも一方に全周に亘って接合された第二蓋部材と、
前記発電部の外壁面と前記第一筒部材の前記周側壁内面との間に形成され、前記アノードガス、前記カソードガスおよび前記燃焼排ガスのうち一のガスが流通する第一流路と、
前記第一筒部材の前記周側壁外面と前記第二筒部材の前記周側壁内面との間に形成され、前記アノードガス、前記カソードガスおよび前記燃焼排ガスのうち他のガスが流通する第二流路と、を備えている燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記第一流路は、前記燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路であり、
前記第二流路は、前記カソードガスが流通するカソードガス流路である請求項１記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記第一筒部材と前記第二筒部材とは、前記第一筒部材および前記第二筒部材の両端部がかしめられることにより接合され、
前記第一蓋部材と前記第一筒部材の一方の開口部および前記第二筒部材の一方の開口部の少なくとも一方との接合は、かしめ接合であり、
前記第二蓋部材と前記第一筒部材の他方の開口部および前記第二筒部材の他方の開口部の少なくとも一方との接合は、かしめ接合である請求項１または請求項２記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記第一流路と前記第二筒部材の外部とを連通する筒状の連通管部材をさらに備え、
前記第一筒部材および前記第二筒部材の各周側壁には、貫通穴がそれぞれ形成され、
前記連通管部材と前記第一筒部材および前記第二筒部材とは、前記連通管部材の一方の開口端部と、重ね合わせた前記第一筒部材および前記第二筒部材の前記各貫通穴の周縁部とが、かしめられることにより接合されている請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記発電部は、前記燃料電池と外部とを断熱する断熱部材をさらに備え、
前記発電部の外壁面の少なくとも一部は、前記断熱部材の外壁面によって形成されている請求項１乃至請求項４の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項記載の燃料電池モジュールを備えている燃料電池システム。
【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】
燃料電池装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。燃料電池装置は、図６，７に示すように、アノードガスおよびカソードガスにより発電するスタック４００を有する発電室２０３、並びに、発電室２０３を収容する筐体２００を備えている。筐体２００は、筐体２００の高さ方向に沿った断面においてＵ字状に形成された第一Ｕ字板部材２１０および第二Ｕ字板部材２２０、並びに、第一Ｕ字板部材２１０の第１上面開放部２１１および第二Ｕ字板部材２２０の第２上面開放部２２１をそれぞれ塞ぐ第一閉鎖蓋２０１および第二閉鎖蓋２０２を備えている。そして、筐体２００は、第一Ｕ字板部材２１０の内面と第二Ｕ字板部材２２０の外面との間に隙間を形成するように、第一Ｕ字板部材２１０の内側に第二Ｕ字板部材２２０を積層するように形成されている。また、第二Ｕ字板部材２２０の内側には、発電室２０３が配設されている。
【０００３】
また、燃料電池装置は、カソードガスをスタック４００に供給するためのカソードガス流路５００およびアノードオフガスを燃焼させた燃焼ガスを排出するための排ガス流路６００をさらに備えている。そして、カソードガス流路５００の一部は、第一Ｕ字板部材２１０の内面と第二Ｕ字板部材２２０の外面との間に形成されている。また、排ガス流路６００の一部は、第二Ｕ字板部材２２０の内面と側断熱層８０１および底断熱層８０２の外面８０１ｐ，８０２ｄとの間に形成されている。そして、カソードガス流路５００を流れるカソードガスが、排ガス流路６００を流れる燃焼ガスによって予熱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３１３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の燃料電池装置において、筐体２００は、Ｕ字板部材２１０，２２０と閉鎖蓋２０１，２０２によって構成されているため、部材点数が比較的多く、さらに、各部材の接合箇所が比較的多い。そして、部材点数および接合箇所の数は、燃料電池装置のコストおよび製造の容易性に影響を及ぼす。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池モジュールにおいて、低コスト化および製造の容易性の両立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】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池モジュールは、アノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池と、アノードオフガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生する燃焼部と、を有する発電部と、筒状に形成されて、発電部を囲むように配設され、かつ、発電部の外壁面に空間をおいて対向する内面を有する周側壁と、両端にそれぞれ形成された開口部と、を有する第一筒部材と、筒状に形成されて、第一筒部材を囲むように配設され、かつ、第一筒部材の周側壁外面に空間をおいて対向する内面を有する周側壁と、両端にそれぞれ形成された開口部と、を有する第二筒部材と、第一筒部材の一方の開口部および第二筒部材の一方の開口部の少なくとも一方を塞ぐように形成され、第一筒部材の一方の開口部および第二筒部材の一方の開口部の少なくとも一方に全周に亘って接合された第一蓋部材と、第一筒部材の他方の開口部および第二筒部材の他方の開口部の少なくとも一方を塞ぐように形成され、第一筒部材の他方の開口部および第二筒部材の他方の開口部の少なくとも一方に全周に亘って接合された第二蓋部材と、発電部の外壁面と第一筒部材の周側壁内面との間に形成され、アノードガス、カソードガスおよび燃焼排ガスのうち一のガスが流通する第一流路と、第一筒部材の周側壁外面と第二筒部材の周側壁内面との間に形成され、アノードガス、カソードガスおよび燃焼排ガスのうち他のガスが流通する第二流路と、を備えている。
これによれば、燃料電池モジュールの外装が、筒状に形成された第一筒部材および第二筒部材によって構成されているため、従来の構成のように外装がＵ字型部材およびＵ字型部材の開放部を塞ぐ蓋部材によって構成されている場合に比べ、燃料電池モジュールの部品点数を少なくすることができる。また、従来の構成のようにＵ字型部材と蓋部材との接合が複数の接合箇所を有する場合に比べ、第一蓋部材が第一筒部材の一方の開口部および第二筒部材の一方の開口部の少なくとも一方に全周に亘って接合されているため、第一蓋部材と第一筒部材および第二筒部材の少なくとも一方との接合箇所を一つに集約することができる。さらに、第二蓋部材が第一筒部材の他方の開口部および第二筒部材の他方の開口部の少なくとも一方に全周に亘って接合されているため、第二蓋部材と第一筒部材および第二筒部材の少なくとも一方との接合箇所を一つに集約することができる。また、第一蓋部材および第二蓋部材が第一筒部材および第二筒部材の開口部のいずれか一方に全周に亘ってそれぞれ接合されているため、各部材の接合を連続で行うことができる。したがって、燃料電池モジュールの低コスト化および製造の容易性の両立を図ることができる。
【０００８】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る燃料電池モジュールにおいて、第一流路は、燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路であり、第二流路は、カソードガスが流通するカソードガス流路である。
これによれば、燃料電池モジュールには、内側から外側に向かって順番に、発電部、燃焼排ガス流路、カソードガス流路の順に配設される。よって、相対的に高温の燃焼排ガスがカソードガスよりも燃料電池モジュールの内側にて流通する。よって、燃焼排ガス流路が、カソードガス流路よりも外側に配設されている場合に比べて、燃焼排ガスの外部への放熱が抑制される。したがって、燃焼排ガスとカソードガスとの熱交換が効率良く行われるため、燃焼排ガスは、カソードガスを効率良く予熱することができる。
【０００９】
また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る燃料電池モジュールにおいて、第一筒部材と第二筒部材とは、第一筒部材および第二筒部材の両端部がかしめられることにより接合され、第一蓋部材と第一筒部材の一方の開口部および第二筒部材の一方の開口部の少なくとも一方との接合は、かしめ接合であり、第二蓋部材と第一筒部材の他方の開口部および第二筒部材の他方の開口部の少なくとも一方との接合は、かしめ接合である。
これによれば、第一蓋部材および第二蓋部材が、第一筒部材および第二筒部材の開口部のいずれか一方に全周に亘ってそれぞれ接合され、かつ、各部材がかしめられることにより接合されているため、接合部位の気密性を確実に確保しつつ、各部材を容易に接合することができる。よって、燃料電池モジュールの低コスト化および製造の容易性をより図ることができる。
【００１０】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に係る燃料電池モジュールにおいて、第一流路と第二筒部材の外部とを連通する筒状の連通管部材をさらに備え、第一筒部材および第二筒部材の各周側壁それぞれには、貫通穴がそれぞれ形成され、連通管部材と第一筒部材および第二筒部材とは、連通管部材の一方の開口端部と、重ね合わせた第一筒部材および第二筒部材の各貫通穴の周縁部とが、かしめられることにより接合されている。
これによれば、連通管部材と第一筒部材および第二筒部材とを接合する際に、連通管部材と第一筒部材および第二筒部材とを一度に接合することができる。よって、各部材を容易かつ短時間にて接合できるため、燃料電池モジュールの低コスト化および製造の容易性をさらに図ることができる。
【００１１】
また請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４に何れか一項に係る燃料電池モジュールにおいて、発電部は、燃料電池と外部とを断熱する断熱部材をさらに備え、発電部の外壁面の少なくとも一部は、断熱部材の外壁面によって形成されている。
これによれば、断熱部材が燃料電池を保温し、かつ、断熱部材の外壁面を第一流路の内壁面として共用することができる。したがって、燃料電池モジュールの部品点数を少なくすることができるため、燃料電池モジュールの低コスト化をより図ることができる。
【００１２】
また、請求項６に係る発明は、燃料電池システムにおいて、請求項１乃至請求項５の何れか一項記載の燃料電池モジュールを備えている。
これによれば、上述した請求項１乃至請求項５の何れか一項記載の燃料電池モジュールの効果と同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における燃料電池システムの概要図である。
【図２】図１に示す燃料電池モジュールの側面図である。
【図３】図２に示すIII−III線に沿った燃料電池モジュールの断面図である。
【図４】図３に示す第一筒部材の斜視図である。
【図５】図２に示す第二筒部材、第一蓋部材および第二蓋部材の斜視図である。
【図６】図２に示すVI−VI線に沿った燃料電池モジュールの拡大部分断面図である。
【図７】図３に示す第一筒部材および第二筒部材と連通管部材との接合部位の拡大部分断面図である。
【図８】図２に示すVIII−VIII線に沿った燃料電池モジュールの拡大部分断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の変形例における第一筒部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による燃料電池システムの一実施形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。
発電ユニット１０は、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、制御装置１５を備えている。
【００１５】
燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池装置４３を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。
【００１６】
熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。
【００１７】
熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
【００１８】
さらに、インバータ装置１３は、燃料電池装置４３から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システムの運転を制御する。
【００１９】
燃料電池モジュール３０は、固体酸化物形の燃料電池モジュールである。図２および図３に示すように、燃料電池モジュール３０は、発電部４０、発電部４０を収容する外装５０、第一流路６０および第二流路７０を備えている。なお、本明細書においては説明の便宜上、図２における上側および下側をそれぞれ燃料電池モジュール３０の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれ燃料電池モジュール３０の後方および前方とし、同じく紙面手前側および紙面奥側を、それぞれ燃料電池モジュール３０の左側方および右側方として説明する。また、図２、図３および図９には、各方向を示す矢印を示している。
【００２０】
発電部４０は、蒸発部４１、改質部４２、燃料電池装置４３、燃焼部４４である燃焼空間Ｒおよび断熱部材４５を備えている。蒸発部４１および改質部４２は、燃料電池装置４３の上方に位置するように配設されている。また、燃焼空間Ｒ（燃焼部４４）は、蒸発部４１および改質部４２と燃料電池装置４３との間に配設されている。
【００２１】
蒸発部４１には、改質用原料供給管１１ａの他端および水供給管１１ｂの他端が接続されている。蒸発部４１は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水供給管１１ｂを介して供給された改質水を蒸発させて水蒸気（改質用水蒸気）を生成して導出するものである。また、蒸発部４１は、改質用原料供給管１１ａを介して供給された改質用原料を予熱するものである。そして、蒸発部４１は、改質水を蒸発させて生成された水蒸気（改質用水蒸気）と予熱された改質用原料を混合して改質部４２へ導出するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００２２】
改質部４２は、改質用原料と水蒸気（改質用水蒸気）とから改質ガス（特許請求の範囲のアノードガスに相当；以下、アノードガスとする。）を生成するものである。具体的には、改質部４２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部４１から供給された混合ガス（改質用原料、改質用水蒸気）からアノードガスを生成して導出するものである。改質部４２内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（アノードガス）は燃料電池装置４３に導出されるようになっている。アノードガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。
【００２３】
燃料電池装置４３は、燃料電池４３ａおよびマニホールド４３ｂを備えている。燃料電池４３ａは、アノードガスとカソードガスとにより発電するものである。カソードガスは、酸化剤ガスである。酸化剤ガスは、本実施形態において、空気である。燃料電池４３ａは、燃料極、空気極（酸化剤極）、及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセルが図３における前後方向に沿って積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池４３ａの燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。また、燃料には、水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合は、改質部４２を省略することができる。
【００２４】
セルの燃料極側には、燃料であるアノードガスが流通する燃料流路（図示なし）が形成されている。セルの空気極側には、カソードガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路（図示なし）が形成されている。
【００２５】
燃料電池４３ａは、マニホールド４３ｂ上に設けられている。マニホールド４３ｂには、改質部４２からのアノードガスが改質ガス供給管（図示なし）を介して供給される。燃料流路は、その下端（一端）がマニホールド４３ｂの燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出されるアノードガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。一方、カソードエアは、空気流路の下端から導入され上端から導出されるようになっている。
【００２６】
燃料電池４３ａにおいては、燃料極に供給されたアノードガスと空気極に供給されたカソードガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１及び化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が、電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路及び空気流路からは、発電に使用されなかったアノードガス及びカソードガスが導出する。
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００２７】
そして、燃料流路及び空気流路から導出した、発電に使用されなかったアノードガス（アノードオフガス）は、燃焼空間Ｒにて、発電に使用されなかったカソードガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガス（火炎４４ａ）によって蒸発部４１及び改質部４２が加熱される。さらに、燃焼ガスは、発電部４０内を動作温度に加熱している。このように、燃焼空間Ｒが、燃料電池４３ａからのアノードオフガスと燃料電池４３ａからのカソードオフガスとを燃焼して改質部４２を加熱する燃焼部４４である。
【００２８】
燃焼部４４（燃焼空間Ｒ）は、可燃性ガスと酸化剤ガスとを燃焼するものである。可燃性ガスは、燃えるガスであり、本実施形態では改質用燃料、アノードオフガス、一酸化炭素などである。すなわち、燃焼部４４は、燃料電池４３ａから導出されるアノードオフガスを燃焼させるものである。そして、燃焼部４４は、アノードオフガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生する。その燃焼排ガスは後述する第二筒部材５２の外部（大気）へ排気される。
【００２９】
断熱部材４５は、燃料電池４３ａと燃料電池４３ａ（ひいては発電部４０または燃料電池モジュール３０）の外部とを断熱するものである。断熱部材４５は、例えば高い断熱性を有するセラッミクス等の断熱材料によって形成されている。断熱部材４５は、上方に向けて開放する断面Ｕ字形状（図３参照）に形成されている。断熱部材４５の内部には、蒸発部４１、改質部４２および燃料電池装置４３が配設されている。断熱部材４５の内部の下側面には、燃料電池装置４３の底面が当接している。発電部４０の外壁面の一部は、断熱部材４５の外壁面４５ａによって形成されている。
【００３０】
外装５０は、第一筒部材５１、第二筒部材５２、第一蓋部材５３、第二蓋部材５４、第一連通管部材５５（特許請求の範囲の連通管部材に相当）および第二連通管部材５６を備えている。部材５１〜５６は金属製である。金属は、例えば炭素鋼または合金鋼である。部材５１〜５６は、例えば、プレス加工や溶接によって形成されている。
【００３１】
第一筒部材５１は、筒状に形成されて、発電部４０を囲むように配設されている。具体的には、主として図４に示すように、第一筒部材５１は、断面略方形状に形成された周側壁５１ａと、両端にそれぞれ形成された開口部５１ｂと、を有している。周側壁５１ａ内面は、発電部４０の外壁面に空間Ｓ１をおいて対向している（図３参照）。また、第一筒部材５１は、溶接部５１ｃにて溶接されている。溶接部５１ｃは、周側壁５１ａの右側壁に前後方向に亘って形成されている。また、第一筒部材５１は、長穴５１ｄ、貫通穴５１ｅ（特許請求の範囲の貫通穴に相当）、フランジ部５１ｆおよび複数の突起部５１ｇをさらに有している。
【００３２】
長穴５１ｄは、周側壁５１ａの上側壁にて貫通し、かつ、前後方向に沿って長く形成されている。また、貫通穴５１ｅは、周側壁５１ａの下側壁にて貫通して形成されている。具体的には、貫通穴５１ｅは、突出部５１ａ１の突出端部にて貫通する。突出部５１ａ１は、図３および図７に示すように、周側壁５１ａの下側壁に、下方に突出するように形成されている。
【００３３】
フランジ部５１ｆは、第一筒部材５１の両開口部５１ｂの周縁に全周に亘ってそれぞれ形成されている。また、突起部５１ｇは、周側壁５１ａの左右および下側壁に内側に向けて所定の間隔にて突出して複数形成されている。突起部５１ｇの各突起端面が、断熱部材４５の外壁面４５ａにそれぞれ当接する。これにより、外壁面４５ａと周側壁５１ａ内面との間に空間Ｓ１が形成される。
【００３４】
また、外装５０は、ガス導入部材５７をさらに有している。ガス導入部材５７は、筒状に形成されて、第一筒部材５１の上側壁から垂下するように配設されている。ガス導入部材５７は、筒部５７ａ、導入口５７ｂおよび導出口５７ｃを有している。筒部５７ａの上端部が長穴５１ｄに気密的に接続されている。筒部５７ａは、長穴５１ｄから下方に向けて、燃料電池４３ａの下方まで伸びている。これにより、導入口５７ｂは、第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面と第二筒部材５２の周側壁５１ａ内面との間（空間Ｓ２）に連通する。また、導出口５７ｃは、筒部５７ａの下端部にて、燃料電池４３ａの下方に向けて開口するように形成されている。
【００３５】
第二筒部材５２は、図３に示すように、筒状に形成されて、第一筒部材５１を囲むように配設されている。第二筒部材５２は、具体的には、主に図５に示すように、断面略方形状に形成された周側壁５２ａと、両端にそれぞれ形成された開口部５２ｂと、を有している。周側壁５２ａ内面は、第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面に空間Ｓ２をおいて対向している（図３参照）。第二筒部材５２の周側壁５２ａの前後方向の長さは、第一筒部材５１の周側壁５１ａの前後方向の長さよりも長くなるように設定されている。また、第二筒部材５２は、溶接部５２ｃにて溶接されている。溶接部５２ｃは、周側壁５２ａの右側壁に前後方向に亘って形成されている。
【００３６】
また、第二筒部材５２は、貫通穴５２ｄ、貫通穴５２ｅ（特許請求の範囲の貫通穴に相当）およびフランジ部５２ｆをさらに有している。貫通穴５２ｄ，５２ｅは、周側壁５２ａの下側壁に貫通して形成されている。図７に示すように、貫通穴５２ｅの周縁部には、第一筒部材５１の貫通穴５１ｅの周縁部が当接している。フランジ部５２ｆは、第二筒部材５２の両開口部５２ｂの周縁に全周に亘ってそれぞれ形成されている。
【００３７】
また、第一筒部材５１と第二筒部材５２とは、第一筒部材５１および第二筒部材５２の両端部がかしめられることにより接合されている。すなわち、第一筒部材５１の各フランジ部５１ｆと第二筒部材５２の周側壁５２ａとが当接している部位にてそれぞれ接合されている。具体的には、図６に示すように、第二筒部材５２の周側壁５２ａ内面が、フランジ部５１ｆの両側面に密着するように、全周に亘って折り曲げられている。これにより、第一筒部材５１と第二筒部材５２との両端部における接合部Ｃ１は、ガスに対して気密性を有する。なお、第一筒部材５１のフランジ部５１ｆの端面５１ｆ１が、第二筒部材５２の周側壁５２ａ内面に当接することにより、空間Ｓ２が第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面と第二筒部材の周側壁５２ａ内面との間に形成される。
【００３８】
第一蓋部材５３は、第一筒部材５１の一方（本実施形態では前方）の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の一方の開口部５２ｂの少なくとも一方を塞ぐように形成され、第一筒部材５１の一方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の一方の開口部５２ｂの少なくとも一方に全周に亘って接合されたものである。第一蓋部材５３と第一筒部材５１の一方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の一方の開口部５２ｂの少なくとも一方との接合は、かしめ接合である。第一蓋部材５３は、第二筒部材５２の前方の開口部５２ｂを塞ぐように、略方形状の板状に形成されている（図５参照）。第一蓋部材５３は、第二筒部材５２の前方の開口部５２ｂに全周に亘って、かしめ接合されている。具体的には、少なくとも第一蓋部材５３および第二筒部材５２のフランジ部５２ｆの両周縁部が二つ折りにされている。すなわち、図６に示すように、第二筒部材５２のフランジ部５２ｆの周縁部が、第一蓋部材５３の周縁部の両側面に密着するように、全周に亘って二つ折りにされている。また、第一蓋部材５３の周縁部が、第二筒部材５２のフランジ部５２ｆの両側面に密着するように、全周に亘って二つ折りにされている。これにより、第一蓋部材５３と第二筒部材５２との接合部Ｃ２は、ガスに対して気密性を有する。
【００３９】
第二蓋部材５４は、第一筒部材５１の他方（本実施形態においては後方）の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂの少なくとも一方を塞ぐように形成され、第一筒部材５１の他方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂの少なくとも一方に全周に亘って接合されたものである。第二蓋部材５４と第一筒部材５１の他方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂの少なくとも一方との接合は、かしめ接合である。第二蓋部材５４は、第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂを塞ぐように、略方形状の板状に形成されている（図５参照）。第二蓋部材５４は、第二筒部材５２の後方の開口部５２ｂに全周に亘って、かしめ接合されている。具体的には、接合部Ｃ２（図６参照）と同様に、少なくとも第二蓋部材５４および第二筒部材５２のフランジ部５２ｆの両周縁部が二つ折りにされている。これにより、第二蓋部材５４と第二筒部材５２との接合部は、ガスに対して気密性を有する。
【００４０】
第一連通管部材５５は、管状に形成されて、発電部４０の外壁面と第一筒部材５１の周側壁５１ａ内面との間（空間Ｓ１）と、第二筒部材５２の外部（大気）とを連通する。図７に示すように、第一連通管部材５５の一方の開口端部が、第一筒部材５１および第二筒部材５２に貫通して第一流路６０と連通するように配設されている。
【００４１】
第一連通管部材５５と第一筒部材５１および第二筒部材５２とは、第一連通管部材５５の一方の開口端部と、重ね合わせた第一筒部材５１および第二筒部材５２の各貫通穴５１ｅ，５２ｅの周縁部とが、かしめられることにより接合されている。具体的には、第一連通管部材５５は、各貫通穴５１ｅ，５２ｅに配置される前に、第一連通管部材５５の一方の開口端部が折り曲げられることにより、第一連通管部材５５の一方の開口端部に環状の曲げ部５５ａが形成される。次に、第一連通管部材５５は、他方の開口端部から各貫通穴５２ｄ，５２ｅに、曲げ部５５ａが貫通穴５１ｅの周縁部内面に当接するまで挿入される。次に、第一連通管部材５５の一方の開口端部が貫通穴５２ｅの下方にて折り曲げられることにより、第一連通管部材５５の一方の開口端部に環状の曲げ部５５ｂが形成される。このとき、曲げ部５５ａと貫通穴５１ｅの周縁部内面とが密着し、貫通穴５１ｅの周縁部外面と貫通穴５２ｅの周縁部内面とが密着し、貫通穴５２ｅの周縁部外面と曲げ部５５ｂとが密着する。これにより、第一連通管部材５５の一方の開口端と第一筒部材５１および第二筒部材５２との接合部Ｃ３は、ガスに対して気密性を有する。
【００４２】
第二連通管部材５６は、図８に示すように、管状に形成されて、第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面と第二筒部材５２の周側壁５２ａ内面との間（空間Ｓ２）と、第二筒部材５２の外部（大気）とを連通する。第二連通管部材５６の一方の開口端部が、第二筒部材５２に貫通して第二流路７０と連通するように配設されている。
【００４３】
第二連通管部材５６と第二筒部材５２とは、第二連通管部材５６の一方の開口端と第二筒部材５２の貫通穴５２ｄの周縁部とが、かしめられることにより接合されている。具体的には、第二連通管部材５６は、貫通穴５２ｄに配設される前に、第二連通管部材５６の一方の開口端部が折り曲げられることにより、環状の曲げ部５６ａが第二連通管部材５６の一方の開口端部に形成される。次に、第二連通管部材５６は、他方の開口端部から貫通穴５２ｄに、曲げ部５６ａが貫通穴５２ｄの周縁部内面に当接するまで挿入される。次に、第二連通管部材５６の一方の開口端部が貫通穴５２ｄの下方にて折り曲げられることにより、環状の曲げ部５６ｂが第二連通管部材５６の一方の開口端部に形成される。このとき、曲げ部５６ａと貫通穴５２ｄの周縁部内面とが密着し、貫通穴５２ｄの周縁部外面と曲げ部５６ｂとが密着する。これにより、第二連通管部材５６の一方の開口端と第二筒部材５２との接合部Ｃ４は、ガスに対して気密性を有する。
【００４４】
第一流路６０は、発電部４０の外壁面と第一筒部材５１の周側壁５１ａ内面との間（空間Ｓ１）に形成され、アノードガス、カソードガスおよび燃焼排ガスのうち一のガスが流通するものである。本実施形態においては、第一流路６０には、燃焼排ガスが流通する。すなわち、第一流路６０は、燃焼排ガス流路である。燃焼排ガスは、図３に実線の矢印にて示すように、燃焼部４４から第一流路６０および第一連通管部材５５を介して第二筒部材５２の外部（大気）に排気される。
【００４５】
第二流路７０は、第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面と第二筒部材５２の周側壁５２ａ内面との間（空間Ｓ２）に形成され、アノードガス、カソードガスおよび燃焼排ガスのうち他のガスが流通するものである。本実施形態においては、第二流路７０には、カソードガスが流通する。すなわち、第二流路７０は、カソードガス流路である。また、第二連通管部材５６の他端には、図２に示すように、カソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。これにより、カソードエアが、カソードエアブロワ１１ｃ１によってカソードエア供給管１１ｃを介して第二連通管部材５６に供給される。そして、カソードガスは、図３に破線の矢印にて示すように、第二連通管部材５６に連通する第二流路７０およびガス導入部材５７を介して、燃料電池４３ａの空気流路の下端に供給される。
【００４６】
また、図３に示すように、第一流路６０を流通する燃焼排ガスと第二流路７０を流通するカソードガスとは、互いに反対方向に流れるようになっている（対向流式）。これにより、カソードエアと燃焼排ガスとが効率よく熱交換する。すなわち、カソードガスは、燃焼排ガスによって効率良く予熱される。
【００４７】
本実施形態によれば、燃料電池モジュール３０は、アノードガスとカソードガスとにより発電する燃料電池４３ａと、アノードオフガスを燃焼させ、燃焼排ガスを発生する燃焼部４４と、を有する発電部４０と、筒状に形成されて、発電部４０を囲むように配設され、かつ、発電部４０の外壁面に空間Ｓ１をおいて対向する内面を有する周側壁５１ａと、両端にそれぞれ形成された開口部５１ｂと、を有する第一筒部材５１と、筒状に形成されて、第一筒部材５１を囲むように配設され、かつ、第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面に空間Ｓ２をおいて対向する内面を有する周側壁５２ａと、両端にそれぞれ形成された開口部５２ｂと、を有する第二筒部材５２と、第一筒部材５１の一方（本実施形態では前方）の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の一方の開口部５２ｂの少なくとも一方を塞ぐように形成され、第一筒部材５１の一方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の一方の開口部の少なくとも一方に全周に亘って接合された第一蓋部材５３と、第一筒部材５１の他方の開口部５１ｂ（本実施形態では後方）および第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂの少なくとも一方を塞ぐように形成され、第一筒部材５１の他方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂの少なくとも一方に全周に亘って接合された第二蓋部材５４と、発電部４０の外壁面と第一筒部材５１の周側壁５１ａ内面との間に形成され、アノードガス、カソードガスおよび燃焼排ガスのうち一のガスが流通する第一流路６０と、第一筒部材５１の周側壁５１ａ外面と第二筒部材５２の周側壁５２ａ内面との間に形成され、アノードガス、カソードガスおよび燃焼排ガスのうち他のガスが流通する第二流路７０と、を備えている。
これによれば、燃料電池モジュール３０の外装５０が、筒状に形成された第一筒部材５１および第二筒部材５２によって構成されているため、従来の構成のように外装がＵ字型部材およびＵ字型部材の開放部を塞ぐ蓋部材によって構成されている場合に比べ、燃料電池モジュール３０の部品点数を少なくすることができる。よって、燃料電池モジュール３０のコスト低減を図ることができる。
そして、従来の構成のようにＵ字型部材と蓋部材との接合が複数の接合箇所を有する場合に比べ、第一蓋部材５３が第一筒部材５１の一方の開口部５１ｂおよび第二筒部材の一方の開口部５２ｂの少なくとも一方に全周に亘って接合されているため、第一蓋部材５３と第一筒部材５１および第二筒部材５２の少なくとも一方との接合箇所を一つに集約することができる。さらに、第二蓋部材５４が第一筒部材５１の他方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂの少なくとも一方に全周に亘って接合されているため、第二蓋部材５４と第一筒部材５１および第二筒部材５２の少なくとも一方との接合箇所を一つに集約することができる。また、第一蓋部材５３および第二蓋部材５４が第一筒部材５１および第二筒部材５２の開口部５１ｂ，５２ｂのいずれか一方に全周に亘ってそれぞれ接合されているため、各部材の接合を連続で行うことができる。よって、燃料電池モジュール３０の製造の容易化を図ることができる。したがって、燃料電池モジュール３０の低コスト化および製造の容易性の両立を図ることができる。
【００４８】
また、燃料電池モジュール３０において、第一流路６０は、燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路であり、第二流路７０は、カソードガスが流通するカソードガス流路である。
これによれば、燃料電池モジュール３０には、内側から外側に向かって順番に、発電部４０、燃焼排ガス流路６０、カソードガス流路７０の順に配設される。よって、相対的に高温の燃焼排ガスがカソードガスよりも燃料電池モジュール３０の内側にて流通する。よって、燃焼排ガス流路が、カソードガス流路よりも外側に配設されている場合に比べて、燃焼排ガスの外部への放熱が抑制される。したがって、燃焼排ガスとカソードガスとの熱交換が効率良く行われるため、燃焼排ガスは、カソードガスを効率良く予熱することができる。
【００４９】
また、燃料電池モジュール３０において、第一筒部材５１と第二筒部材５２とは、第一筒部材５１および第二筒部材５２の両端部がかしめられることにより接合され、第一蓋部材５３と第一筒部材５１の一方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の一方の開口部５２ｂの少なくとも一方との接合は、かしめ接合であり、第二蓋部材５４と第一筒部材５１の他方の開口部５１ｂおよび第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂの少なくとも一方との接合は、かしめ接合である。
これによれば、第一蓋部材５３および第二蓋部材５４が、第一筒部材５１および第二筒部材５２の開口部５１ｂ，５２ｂのいずれか一方に全周に亘ってそれぞれ接合され、かつ、各部材がかしめられることにより接合されているため、接合部位の気密性を確実に確保しつつ、各部材を容易に接合することができる。よって、燃料電池モジュール３０の低コスト化および製造の容易性をより図ることができる。
【００５０】
また、燃料電池モジュール３０において、第一流路６０と第二筒部材５２の外部とを連通する筒状の第一連通管部材５５をさらに備え、第一筒部材５１および第二筒部材５２の各周側壁５１ａ，５２ａそれぞれには、貫通穴５１ｅ，５２ｅがそれぞれ形成され、第一連通管部材５５と第一筒部材５１および第二筒部材５２とは、第一連通管部材５５の一方の開口端部と、重ね合わせた第一筒部材５１および第二筒部材５２の各貫通穴５１ｅ，５２ｅの周縁部とが、かしめられることにより接合されている。
これによれば、第一連通管部材５５と第一筒部材５１および第二筒部材５２とを接合する際に、第一連通管部材５５と第一筒部材５１および第二筒部材５２とを一度に接合することができる。よって、各部材を容易かつ短時間にて接合できるため、燃料電池モジュール３０の低コスト化および製造の容易性をさらに図ることができる。
【００５１】
また、燃料電池モジュール３０において、発電部４０は、燃料電池４３ａと外部とを断熱する断熱部材４５をさらに備え、発電部４０の外壁面の少なくとも一部は、断熱部材４５の外壁面４５ａによって形成されている。
これによれば、断熱部材４５が燃料電池４３ａを保温し、かつ、断熱部材４５の外壁面４５ａを第一流路６０の内壁面として共用することができる。したがって、燃料電池モジュール３０の部品点数を少なくすることができるため、燃料電池モジュール３０の低コスト化をより図ることができる。
【００５２】
また、第一筒部材５１および第二筒部材５２が筒状に形成されているため、外装５０が従来の構成のようにＵ字型部材を含んで構成されている場合に比べて、外装５０の剛性を比較的高くすることができる。これにより、第一筒部材５１および第二筒部材５２の周側壁５１ａ，５２ａの壁の厚みを比較的薄くすることができるため、第一筒部材５１および第二筒部材５２を比較的小さく形成することができる。よって、外装５０を比較的小さく形成することができる。したがって、燃料電池モジュール３０の省スペース化、および、低コスト化を図ることができる。
【００５３】
また、上述したように、第一筒部材５１および第二筒部材５２が比較的小さく形成される場合に、第二流路７０が燃料電池４３ａにより近づくため、第二流路７０を流通するカソードガスが比較的高温にて作動する燃料電池４３ａの作動熱によって効率よく予熱される。また、第一筒部材５１および第二筒部材５２が比較的小さく形成されることにより、第一筒部材５１および第二筒部材５２の表面積が比較的小さくなるため、燃焼排ガスおよびカソードガスの燃料電池モジュール３０から外部への放熱が抑制される。よって、燃焼排ガスとカソードガスとの熱交換が効率良く行われる。したがって、カソードガスが燃焼排ガスによって効率良く予熱される。
【００５４】
また、各部材のカシメ接合されている部位は、かしめ接合のみによって接合されている。よって、各接合部位に耐熱性が比較的低いシーリング材が用いられている場合に比べ、燃料電池４３ａが比較的高温にて作動するときにも、各接合部位の気密性を確実に確保することができる。
【００５５】
なお、上述した実施形態において、燃料電池モジュールの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、上述した実施形態において、第一筒部材５１とガス導入部材５７とは別体に構成されているが、第一筒部材５１とガス導入部材５７とを一体に構成するようにしても良い。具体的には、第一筒部材５１およびガス導入部材５７に代えて、第一筒部材１５１を用いると良い。第一筒部材１５１は、図９に示すように、左部材１５１ｈおよび右部材１５１ｉを備えている。左部材１５１ｈは、第一筒部材５１とガス導入部材５７とを一体にしたものを左側と右側とに中央にて分割した場合における左側の形状となるように形成されている。右部材１５１ｉは、第一筒部材５１とガス導入部材５７とを一体にしたものを左側と右側とに中央にて分割した場合における右側の形状となるように形成されている。左部材１５１ｈの上側壁には、上側壁から垂下するように、右方向に開放する断面Ｕ字状の縦壁１５１ｈ１が形成されている。また、右部材１５１ｉの上側壁には、上側壁から垂下するように、左方向に開放する断面Ｕ字状の縦壁１５１ｉ１が形成されている。縦壁１５１ｈ１，１５１ｉ１は、左右部材１５１ｈ，１５１ｉの上側壁から燃料電池４３ａの下方まで伸びている。左部材１５１ｈの右端面と右部材１５１ｉの左端面とが接合されることにより、上述した第一筒部材５１とガス導入部材５７とを一体にしたものが形成される。これによれば、燃料電池モジュール３０は、外装５０の部品点数を少なくできるため、より低コスト化を図ることができる。
【００５６】
また、上述した実施形態において、各蓋部材５３，５４は、第二筒部材５２のみとそれぞれ接合されているが、これに代えて、各蓋部材５３，５４と第一筒部材５１のみとをそれぞれ接合するようにしても良い。この場合、第二筒部材５２の前後方向の長さよりも、第一筒部材５１前後方向の長さが長くなるように、第一筒部材５１および第二筒部材５２の長さを設定するようにすると良い。
【００５７】
また、各蓋部材５３，５４が、第一筒部材５１および第二筒部材５２の両方とをそれぞれ接合するようにしても良い。この場合、第一筒部材５１のフランジ部５１ｆの周縁部と第二筒部材５２のフランジ部５２ｆの周縁部とが全周に亘って当接するように、第一筒部材５１および第二筒部材５２の長さを設定する。各蓋部材５３，５４と第一筒部材５１および第二筒部材５２の両方とは、各蓋部材５３，５４の周縁部が、第一筒部材５１のフランジ部５１ｆと第二筒部材５２のフランジ部５２ｆとを全周に亘って密着するように、フランジ部５１ｆ、５２ｆを挟んで、それぞれ接合するようにすると良い。
【００５８】
また、上述した実施形態において、突起部５１ｇは、第一筒部材５１の周側壁５１ａに形成されているが、これに代えて、断熱部材４５の外壁面４５ａに第一筒部材５１の周側壁５１ａ内面に向かって突出する突起部を複数形成するようにしても良い。
【００５９】
また、上述した実施形態において、第一流路６０が燃焼排ガス流路であり、第二流路がカソードガス流路であるが、これに代えて、第一流路６０をカソードガス流路と、第二流路７０を燃焼排ガス流路とするようにしても良い。また、第一流路６０をアノードガスが流通するアノードガス流路と、第二流路７０を燃焼排ガス流路とするようにしても良い。また、第一流路６０を燃焼排ガス流路と、第二流路７０をアノードガス流路とするようにしても良い。また、第一流路６０をアノードガス流路と、第二流路７０をカソードガス流路とするようにしても良い。また、第一流路６０をカソードガス流路と、第二流路７０をアノードガス流路とするようにしても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１１，３０…燃料電池モジュール、４０…発電部、４１…蒸発部、４２…改質部、４３…燃料電池装置、４３ａ…燃料電池、４４…燃焼部、４５…断熱部材、４５ａ…外壁面、５０…外装、５１…第一筒部材、５１ａ…周側壁、５１ｂ…開口部、５１ｅ…貫通穴、５２…第二筒部材、５２ａ…周側壁、５２ｂ…開口部、５２ｅ…貫通穴、５３…第一蓋部材、５４…第二蓋部材、５５…第一連通管部材（連結管部材）、５６…第二連通管部材、６０…第一流路、７０…第二流路。
【図１】
2015141758.tif 000003
【図２】
2015141758.tif 000004
【図３】
2015141758.tif 000005
【図４】
2015141758.tif 000006
【図５】
2015141758.tif 000007
【図６】
2015141758.tif 000008
【図７】
2015141758.tif 000009
【図８】
2015141758.tif 000010
【図９】
2015141758.tif 000011