(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりモジュールをコンパクトにできるとともに、スタック等を加熱する際の熱効率を高めることができる固体電解質形燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】固体電解質形燃料電池モジュールは、燃料極と空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタック４と、燃料ガスを燃料極２３に供給する前に予熱する燃料ガス予熱部４９を備えている。特に、燃料ガス予熱部４９は層状であり、固体電解質形燃料電池スタック４の積層方向の下端に積層配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、
前記燃料ガスを前記燃料極に供給する前に予熱する燃料ガス予熱部と、
を備えるとともに、
前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記燃料ガス予熱部を積層配置したことを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記固体電解質形燃料電池スタックと前記燃料ガス予熱部とは、内部に燃料ガスの流路を有する中空の部材により一体化されており、前記流路により、前記各固体電解質形燃料電池セルと前記燃料ガス予熱部とが連通していることを特徴とする前記請求項１に記載の固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項３】
燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、
前記酸化剤ガスを前記空気極に供給する前に予熱する酸化剤ガス予熱部と、
を備えるとともに、
前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記酸化剤ガス予熱部を積層配置したことを特徴とする固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記固体電解質形燃料電池スタックと前記酸化剤ガス予熱部とは、内部に酸化剤ガスの流路を有する中空の部材により一体化されており、前記流路により、前記各固体電解質形燃料電池セルと前記酸化剤ガス予熱部とが連通していることを特徴とする前記請求項３に記載の固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側に、前記燃料極に供給する前記燃料ガスの改質を行うガス改質部を備えたことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記燃料ガス予熱部、前記酸化剤ガス予熱部、及び前記ガス改質部のうち少なくとも１種と、前記固体電解質形燃料電池スタックとを、加熱する加熱手段を備えたこと特徴とする前記請求項１〜５のいずれかに記載の固体電解質形燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記燃料ガス予熱部、前記酸化剤ガス予熱部、前記ガス改質部、及び加熱手段のうち少なくとも１種と、前記固体電解質形燃料電池スタックとを、断熱容器に収容したこと特徴とする前記請求項１〜６のいずれかに記載の固体電解質形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、固体電解質形燃料電池セルを複数積層した固体電解質形燃料電池スタックを備えた固体電解質モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、固体電解質（固体酸化物）を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣは、例えば板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを、多数積層してスタックを形成し、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、燃料及び空気中の酸素を固体電解質体を介して化学反応させることによって電力を発生させるものである。
【０００３】
上述したＳＯＦＣは、高温型の燃料電池であり、セルを所定の温度（例えば７００〜１０００℃程度）まで上昇させないと発電することはできず、そのため、温度を上昇させる手段として、燃料電池の周辺に電気ヒータを設けて加熱する方法、燃料や空気のガスラインに加熱装置を設けて加熱する方法、燃料となる都市ガスやプロパンなどの炭化水素燃料の燃焼ガスを利用して、起動時の加熱や発電状態を維持する方法等が考えられている。
【０００４】
また、燃料ガスや空気を予め予熱して温度を高め、この高温となった燃料ガスや空気をセルに供給する技術も知られている（特許文献１参照）。
更に、比較的小型（１〜５ｋＷ程度）のＳＯＦＣにおいては、下記特許文献２、３に記載のように、スタックから排出された余剰燃料ガスをガス排出部近傍で燃焼させ、その燃焼熱により、スタックから離れた位置に設置されたガス改質部（即ち、燃料ガスを触媒にて改質する改質触媒部）を加熱するものが知られている。
【０００５】
このとき、スタックを収容するモジュール全体、即ち、改質触媒部等の周辺装置をスタックに加えたモジュール全体をなるべくコンパクトに設計すると、モジュール外に放散する熱を小さくできるため、発電効率の向上やシステム全体の熱効率を向上させるのに有利になる。
【特許文献１】特開２００４−２２７８４６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２７５５３号公報
【特許文献３】特開２００５−１５８５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術では、燃料ガスや空気の予熱を、スタックから離れた場所で行っているので、モジュール全体をコンパクトにすることが難しく、また、スタック等を加熱する際の熱効率が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来よりモジュールをコンパクトにできるとともに、スタック等を加熱する際の熱効率を高めることができる固体電解質形燃料電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）請求項１の発明は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、前記燃料ガスを前記燃料極に供給する前に予熱する燃料ガス予熱部と、を備えるとともに、前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記燃料ガス予熱部を積層配置したことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、例えば層状の燃料ガス予熱部を積層配置している。
従って、モジュールをコンパクトに構成することができる。また、燃料ガス予熱部は固体電解質形燃料電池スタックに近接して積層一体化（スタック化）されているので、燃料ガス予熱部で予熱された燃料ガスは短い距離で燃料極の流路に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。
【００１０】
ここで、前記燃料ガス予熱部としては、例えば上下の板材で挟まれた空間を採用できる。また、前記積層する構成として、固体電解質形燃料電池スタックに直接に燃料ガス予熱部が密着する構成を採用できるが、空間や他の部材を介して積層配置されるものも含まれる（以下同様）。
【００１１】
尚、前記固体電解質形燃料電池セルとは、燃料極と空気極と固体電解質体とからなる構成（セル本体）を備え、ガスとの接触により発電を行う発電単位である（以下同様）。
（２）請求項２の発明は、前記固体電解質形燃料電池スタックと前記燃料ガス予熱部とは、内部に燃料ガスの流路を有する中空の部材により一体化されており、前記流路により、前記各固体電解質形燃料電池セルと前記燃料ガス予熱部とが連通していることを特徴とする。
【００１２】
本発明により、装置を一層コンパクトにできるとともに、一層熱効率を向上できる。
ここで、前記中空の部材は、例えば中空ボルトの様に、内部にガス流路を備えた部材であるので、この中空の部材を用いることによって、固体電解質形燃料電池スタックの押圧固定ができるとともに、各固体電解質形燃料電池セルに連通するガス流路（内部マニホールド）を容易に実現できる（以下同様）。
【００１３】
（３）請求項３の発明は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とを有する固体電解質体を備えた固体電解質形燃料電池セルを、複数積層した固体電解質形燃料電池スタックと、前記酸化剤ガスを前記空気極に供給する前に予熱する酸化剤ガス予熱部と、を備えるとともに、前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、前記酸化剤ガス予熱部を積層配置したことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の端部に、例えば層状の酸化剤ガス予熱部を積層配置している。
従って、モジュールをコンパクトに構成することができる。また、酸化剤ガス予熱部は固体電解質形燃料電池スタックに近接して積層一体化（スタック化）されているので、酸化剤ガス予熱部で予熱された酸化剤ガスは短い距離で空気極の流路に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。
【００１５】
尚、ここで、酸化剤ガス予熱部としては、例えば上下の板材で挟まれた空間を採用できる。
（４）請求項４の発明は、前記固体電解質形燃料電池スタックと前記酸化剤ガス予熱部とは、内部に酸化剤ガスの流路を有する中空の部材により一体化されており、前記流路により、前記各固体電解質形燃料電池セルと前記酸化剤ガス予熱部とが連通していることを特徴とする。
【００１６】
本発明により、装置を一層コンパクトにできるとともに、一層熱効率を向上できる。
（５）請求項５の発明は、前記固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側に、前記燃料極に供給する前記燃料ガスの改質を行うガス改質部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明では、固体電解質形燃料電池スタックの積層方向の下端側にガス改質部を配置して、固体電解質形燃料電池スタックと一体化したので、固体電解質形燃料電池モジュールをコンパクトにすることができるとともに、ガス改質部やスタックの加熱を効率良く行うことができる。
【００１８】
尚、前記ガス改質部としては、層状であって、固体電解質形燃料電池スタックに積層配置されてスタック化されたものが、コンパクト化及び熱効率の点で好適である。また、ガス改質部は、通常、ガスの改質のために加熱されるので、ガス改質部が燃料ガス予熱部を兼ねることができる。
【００１９】
（６）請求項６の発明は、前記燃料ガス予熱部、前記酸化剤ガス予熱部、及び前記ガス改質部のうち少なくとも１種と、前記固体電解質形燃料電池スタックとを、加熱する加熱手段を備えたこと特徴とする。
【００２０】
これにより、効率よく固体電解質形燃料電池スタックなどを加熱することができる。
尚、加熱手段としては、バーナやヒータ等各種の手段を採用できる。また、ガス改質部が燃料ガス予熱部を兼ねていてもよい。
【００２１】
（７）請求項７の発明は、前記燃料ガス予熱部、前記酸化剤ガス予熱部、前記ガス改質部、及び加熱手段のうち少なくとも１種と、前記固体電解質形燃料電池スタックとを、断熱容器に収容したこと特徴とする。
【００２２】
本発明では、固体電解質形燃料電池スタックなどは、断熱容器に収容されているので、加熱手段により、固体電解質形燃料電池スタックなどを効率良く加熱することができる。尚、ガス改質部が燃料ガス予熱部を兼ねていてもよい。
【００２３】
・ここで、前記固体電解質体は、電池の作動時に燃料極に導入される燃料ガス又は空気極に導入される酸化剤ガスのうちの一方の一部をイオンとして移動させることができるイオン伝導性を有する。このイオンとしては、例えば酸素イオン及び水素イオン等が挙げられる。また、燃料極は、還元剤となる燃料ガスと接触し、セルにおける負電極として機能する。空気極は、酸化剤となる酸化剤ガスと接触し、セルにおける正電極として機能する。
【００２４】
・固体電解質体の材料としては、例えばＺｒＯ2系セラミック、ＬａＧａＯ3系セラミック、ＢａＣｅＯ3系セラミック、ＳｒＣｅＯ3系セラミック、ＳｒＺｒＯ3系セラミック、及びＣａＺｒＯ3系セラミック等が挙げられる。
【００２５】
・燃料極の材料としては、例えば、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ2系セラミック、ＣｅＯ2系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物などが挙げられる。また、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ及びＦｅ等の金属が挙げられる。これらの金属は１種のみでもよいし、２種以上の金属の合金でもよい。更に、これらの金属及び／又は合金と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む）が挙げられる。また、Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と、上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物などが挙げられる。
【００２６】
・空気極の材料としては、例えば、各種の金属、金属の酸化物、金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に、金属の酸化物としては、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ2Ｏ3、ＳｒＯ、Ｃｅ2Ｏ3、Ｃｏ2Ｏ3、ＭｎＯ2及びＦｅＯ等）が挙げられる。また、複酸化物としては、少なくともＬａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ1-xＳｒxＣｏＯ3系複酸化物、Ｌａ1-xＳｒxＦｅＯ3系複酸化物、Ｌａ1-xＳｒxＣｏ1-yＦｅyＯ3系複酸化物、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3系複酸化物、Ｐｒ1-xＢａxＣｏＯ3系複酸化物及びＳｍ1-xＳｒxＣｏＯ3系複酸化物等）が挙げられる。
【００２７】
・中空の部材（例えば中空ボルト）の材料としては、耐熱性、化学的安定性、強度等の優れた材料を使用でき、例えばアルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料や、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金等の耐熱合金等の金属材料が挙げられる。
【００２８】
具体的には、ステンレス鋼としては、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼が挙げられる。フェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４０５等が挙げられる。マルテンサイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３１等が挙げられる。オーステナイト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０５等が挙げられる。更に、ニッケル基合金としては、インコネル６００、インコネル７１８、インコロイ８０２等が挙げられる。クロム基合金としては、Ｄｕｃｒｌｌｏｙ ＣＲＦ（９４Ｃｒ５Ｆｅ１Ｙ2Ｏ3）等が挙げられる。
【００２９】
・そして、固体電解質形燃料電池を用いて発電を行う場合、燃料極側には燃料ガスを導入し、空気極側には酸化剤ガスを導入する。
燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用することもできる。また、５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
【００３０】
酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって、且つ安価であるため、空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について、すなわち、固体電解質形燃料電池モジュールの実施例について説明する。
【実施例１】
【００３２】
ａ）まず、固体電解質形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図１に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気（詳しくは空気中の酸素））との供給を受けて発電を行う装置であり、図示しない断熱容器内に収容されている。
【００３３】
前記固体電解質形燃料電池モジュール１は、層状の固体電解質形燃料電池セル３が複数個（例えば８個）積層された固体電解質形燃料電池スタック４と、固体電解質形燃料電池スタック４の下側に配置された層状の燃料ガス予熱部５とが、（僅かな隙間を介して）積層されて、ボルト７〜２１により一体化された積層体（モジュール本体）である。
【００３４】
尚、本実施例では、空気の入口と出口は、異なるボルト７、９により、固体電解質形燃料電池モジュール１の上部に設定されている。また、同じボルト１１によって、燃料ガスの入口は、固体電解質形燃料電池モジュール１の下部に設定されるとともに、燃料ガスの出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１の上部に設定されている。
【００３５】
このうち、固体電解質形燃料電池セル３は、図２に分解して示す様に、いわゆる燃料極支持膜タイプのセルであり、燃料ガス流路２３側には、燃料極（アノード：負極）２５が配置されるとともに、燃料極２５の同図上側の表面には薄膜の固体電解質体２７が形成され、その固体電解質体２７の空気流路２９側の表面には、空気極（カソード：正極）３１が形成されている。尚、ここでは、燃料極２５と固体電解質体２７と空気極３１とをセル本体３３と称する。
【００３６】
また、空気極２５と上方の金属製のインターコネクタ（セル３間の導通を確保するとともにガス流路を遮断するプレート）３５との間には、その導通を確保するために、集電体３７が配置されている。
【００３７】
更に詳しくは、固体電解質形燃料電池セル３は、上下一対の金属製のインターコネクタ３５と、空気流路２９側の金属製の空気極フレーム３９と、セラミックス製の絶縁フレーム４１と、セル本体３３を接合して配置するとともにガス流路を遮断する金属製のセパレータ４３と、燃料ガス流路２３側の金属製の燃料極フレーム４５とを備えている。
【００３８】
従って、空気極フレーム３９と絶縁フレーム４１とセパレータ（その外周縁部）４３と燃料極フレーム４５とインターコネクタ（その外周縁部）３５などにより、ボルト７〜２１が貫く固体電解質形燃料電池セル３の枠部４７が構成されている。
【００３９】
尚、隣り合う固体電解質形燃料電池セル３の間のインターコネクタは共有されるので、上下両端の固体電解質形燃料電池セル３以外は、セル間には、１枚のインターコネクタが配置されるだけである。
【００４０】
一方、図３に示す様に（尚、図３では説明の簡易化のためにセルの数は少なくしてある）、燃料ガス予熱部５は、層状の内部空間４９を有し、その空間４９に外部から導入された燃料ガスを通過させる際に、（周囲からの熱を受けて）燃料ガスを予熱し、暖められた燃料ガスを固体電解質形燃料電池スタック４側に供給する層状の装置である。
【００４１】
この燃料ガス予熱部５は、上下一対の（ガスの漏出を防止する）遮蔽プレート５１と、遮蔽プレート５１の間に挟まれたスペーサである枠体５３とを備えたものであり、これによって、層状の内部空間４９が形成されている。
【００４２】
そして、前記燃料ガス予熱部５は、固体電解質形燃料電池スタック４の下面側にて、スペーサ５５を介して、ボルト７〜２１にて一体に積層固定されている。尚、ここでは、スペーサ５５により、固体電解質形燃料電池スタック４と燃料ガス予熱部５との間に間隙５７を設けているが、スペーサ５５を省略して、固体電解質形燃料電池スタック４と燃料ガス予熱部５とを密着させてもよい。
【００４３】
また、前記ボルト７〜２１は、上述した様に、固体電解質形燃料電池モジュール１を積層方向に押圧して固体電解質形燃料電池セル３及び燃料ガス予熱部５を拘束するために用いる部材であり、その構造から２種類のボルト７〜２１が使用されている。
【００４４】
即ち、前記図１に示す様に、単に固体電解質形燃料電池モジュール１を押圧するための第１のボルト１５〜２１と、内部に燃料ガス又は空気が流通するガス流路を備えた第２のボルト７〜１３である。
【００４５】
このうち、第２のボルト７〜１３には、図３に示す様に、空気のガス流路を備えた空気用のボルト（中空ボルト）７、９と燃料ガスのガス流路を備えた燃料用のボルト（中空ボルト）１１、１３がある。尚、使用する第２のボルト７〜１３の本数は、固体電解質形燃料電池スタック１の構造や定格等に応じて適宜選択できる。
【００４６】
尚、各ボルト７〜１３と固体電解質形燃料電池スタック４とは、絶縁リング等の絶縁板（図示しない）により電気的に絶縁されている（以下各実施例も同様）。
ｂ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール１のガス流路について説明する。
【００４７】
(1)空気の流路
図３（ａ）に示す様に、空気用のボルト７の上方から供給された空気は、そのボルト７の軸中心に形成された中心孔６１に導入され、各横穴６３から各セル内の空気流路２９に供給される。
【００４８】
次に、各セル内の空気流路２９の空気は、同様な横穴６５を介して、他の空気用（排出用）のボルト９の中心孔６７に排出され、その上方よりスタック外に排出される。
(2)燃料の流路
図３（ｂ）に示す様に、燃料用のボルト１１の下方から供給された燃料ガスは、そのボルト１１の軸中心に形成された中心孔６９Ａに導入され、燃料ガス予熱部５の横穴７１から内部空間４９に供給される。尚、燃料用のボルト１１の中心孔６９は、下方の中心孔６９Ａと上方の中心孔６９Ｂとからなり、燃料ガス予熱部５と固体電解質形燃料電池スタック４との間にて閉塞されている。
【００４９】
次に、燃料ガス予熱部５の内部空間４９に供給された燃料ガスは、周囲からの熱を受けて予熱され、予熱後の燃料ガスは、同様な横穴７３から、他の燃料用のボルト１３の中心孔７５に導入される。
【００５０】
次に、燃料ガスは、固体電解質形燃料電池スタック４の各横穴７７から、各セル内の燃料ガス流路２３に供給される。
次に、各セル内の燃料ガス流路２３の燃料ガスは、同様な横穴７９を介して、燃料用のボルト１１の中心孔６９Ｂに排出され、その上方よりスタック外に排出される。
【００５１】
ｃ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール１の製造方法について、簡単に説明する。
・まず、例えばＳＵＳ４３０からなる板材を打ち抜いて、インターコネクタ１９、空気極フレーム３９、セパレータ４３、燃料極フレーム４５、遮蔽プレート５１、枠体５３、スペーサ５５を製造した。
【００５２】
また、定法により、ＭｇＯとスピネルを主成分とするグリーンシートを所定形状に形成し、焼成して、絶縁フレーム４１を製造した。
固体電解質形燃料電池セル３のセル本体３３を、定法に従って製造した。具体的には、燃料極２５のグリーンシート上に、固体電解質体２７の材料を印刷し、その上に空気極３１の材料を印刷し、その後焼成した。尚、セル本体３３は、セパレータ４３にろう付けして固定した。
【００５３】
・そして、上述したインターコネクタ１９、集電体３５、空気極フレーム３９、絶縁フレーム４１、（セル本体３３をろう付けした）セパレータ４３、燃料極フレーム４７、遮蔽プレート５１、枠体５３、スペーサ５５などを、積層して一体にして、固体電解質形燃料電池モジュール１を組み付けた。
【００５４】
そして、この固体電解質形燃料電池モジュール１の枠部４７に形成した貫通孔（図示せず）にボルト７〜２１を嵌め込むとともに、それらの両端からナット８１を螺合させて締め付け、固体電解質形燃料電池スタック１を押圧して一体化した。
【００５５】
尚、燃料ガスや空気をモジュール外に排出（又はモジュール内に導入）しないボルトには、有底のナットを使用して開口部を封鎖する。
ｃ）次に、本実施例の効果について説明する。
【００５６】
本実施例では、固体電解質形燃料電池スタック４の積層方向の端部（下端）に、層状の燃料ガス予熱部５を積層配置している。
従って、固体電解質形燃料電池モジュール１をコンパクトに構成することができる。また、燃料ガス予熱部５は固体電解質形燃料電池スタック４に近接して積層一体化（スタック化）されているので、燃料ガス予熱部５で予熱された燃料ガスは短い距離で燃料ガス流路２３に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。
【実施例２】
【００５７】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図４及び図５に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール９１は、固体電解質形燃料電池スタック９３の上端に、前記燃料ガス予熱部と同様な構造の空気予熱部（酸化剤ガス予熱部）９５が、僅かな隙間を介して積層され、ボルト９７〜１１１により一体化された積層体（モジュール本体）である。この固体電解質形燃料電池モジュール９１は、図示しない断熱容器内に収容されている。
【００５８】
尚、本実施例では、同じボルト９７によって、空気の入口は、固体電解質形燃料電池モジュール９１の上部に設定されるとともに、空気の出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１の下部に設定されている。また、燃料ガスの入口と出口は、異なるボルト１０１、１０３により、固体電解質形燃料電池モジュール９１の上部に設定されている。
【００５９】
ｂ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール９１のガス流路について説明する。
(1)空気の流路
図５（ａ）に示す様に、空気用のボルト９７の上方から供給された空気は、そのボルト９７の中心孔１１３Ａ（上部の中心孔）から空気予熱部９５内に導入される。
【００６０】
次に、空気予熱部９５内にて（周囲の温度により）予熱された空気は、他のボルト９９の中心孔１１５に供給され、この中心孔１１５から各セルの空気流路１１７に供給される。
【００６１】
次に、空気流路１１７内の空気は、前記ボルト９７の中心孔１１３Ｂ（下部の中心孔）に排出され、その上方よりスタック外に排出される。
尚、空気用のボルト９７の上下の中心孔１１３Ａ、１１３Ｂは、前記実施例１と同様に途中で閉塞され、軸方向に貫通していない。
【００６２】
(2)燃料の流路
図５（ｂ）に示す様に、燃料用のボルト１０１の上方から供給された燃料ガスは、そのボルト１０１の軸中心に形成された中心孔１１９に導入され、この中心孔１１９から各セルの燃料ガス流路１２１に導入される。
【００６３】
次に、燃料ガス流路１２１内の燃料ガスは、他の燃料用のボルト１０３の中心孔１２３に排出され、その上方よりスタック外に排出される。
ｃ）本実施例では、固体電解質形燃料電池スタック９３の積層方向の上端に、層状の空気予熱部９５を積層配置している。
【００６４】
従って、固体電解質形燃料電池モジュール９１をコンパクトに構成することができる。また、空気予熱部９５は固体電解質形燃料電池スタック９３に近接して積層一体化（スタック化）されているので、空気予熱部９５で予熱された空気は短い距離で空気流路１１７に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。
【実施例３】
【００６５】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュールの構成について説明する。
図６及び図７に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１３１は、固体電解質形燃料電池スタック１３３の上端に、層状の空気予熱部１３５が、僅かな隙間を介して積層されている。また、固体電解質形燃料電池スタック１３３の下端に、燃料ガス予熱部を兼ねる層状のガス改質部１３７が、僅かな隙間を介して積層されている。
【００６６】
そして、固体電解質形燃料電池スタック１３３、空気予熱部１３５、ガス改質部１３７は、ボルト１３９〜１５３により一体化された積層体（モジュール本体）となっており、図示しない断熱容器内に収容されている。
【００６７】
尚、本実施例では、同じボルト１３９によって、空気の入口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の上部に設定されるとともに、空気の出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の下部に設定されている。また、同じボルト１４５によって、燃料ガスの入口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の下部に設定されるとともに、燃料ガスの出口は、固体電解質形燃料電池モジュール１３１の上部に設定されている。
【００６８】
特に、本実施例では、空気予熱部１３５の内部には、例えばアルミナからなる多孔質セラミック材１３６が配置されており、これにより空気の予熱を効率よく行うことができる。尚、空気予熱部１３５の内部には、それ以外にも、例えば、耐熱金属からなる多孔体（発泡金属等）、アルミナなどのセラミックス及び耐熱金属からなる繊維質フェルトなどが利用できる。
【００６９】
また、図７に示す様に、ガス改質部１３７の内部には、燃料ガスを水素リッチの燃料ガスに改質する改質触媒層１５５が配置されている。この改質触媒層１５５は、例えば図８に示す様に、通気孔１５７、１５９を有するＮｉ−ＹＳＺの板状多孔体１６１、１６３から構成されるが、それ以外にも、例えば粒状Ｎｉ触媒など各種の改質触媒を利用できる。
【００７０】
ｂ）次に、固体電解質形燃料電池モジュール１３１のガス流路について説明する。
(1)空気の流路
図７（ａ）に示す様に、空気用のボルト１３９の上方から供給された空気は、そのボルト１３９の中心孔１６５Ａ（上部の中心孔）から空気予熱部１３５内に導入される。
【００７１】
次に、空気予熱部１３５内にて（周囲の温度により）予熱された空気は、他のボルト１４１の中心孔１６７に供給され、この中心孔１６７から各セルの空気流路１６９に供給される。
【００７２】
次に、空気流路１６９内の空気は、前記ボルト１３９の中心孔１６５Ｂ（下部の中心孔）に排出され、その下方よりスタック外に排出される。
尚、空気用のボルト１３９の上下の中心孔１６５Ａ、１６５Ｂは、途中で閉塞され、軸方向に貫通していない。
【００７３】
(2)燃料の流路
図７（ｂ）に示す様に、燃料用のボルト１４５の下方から供給された燃料ガスは、そのボルト１４５の中心孔１７１Ａ（下部の中心孔）からガス改質部１３７内に導入される。
【００７４】
次に、ガス改質部１３７内にて予熱及び改質された燃料ガスは、他のボルト１４３の中心孔１７３に導入される。尚、ガス改質は吸熱反応であるので、例えば図示しないバーナによりガス改質部１３７をその下方より加熱する。
【００７５】
次に、燃料ガスは、中心孔１７３から各セル内の燃料ガス流路１７５に導入される。
次に、燃料ガス流路１７５内の燃料ガスは、前記ボルト１４５の中心孔１７１Ｂに排出され、その上方よりスタック外に排出される。
【００７６】
尚、燃料用のボルト１４５の上下の中心孔１７１Ａ、１７１Ｂも途中で閉塞され、軸方向に貫通していない。
ｃ）本実施例では、固体電解質形燃料電池スタック１３３の積層方向の上端に、層状の空気予熱部１３５を積層配置するととともに、固体電解質形燃料電池スタック１３３の積層方向の下端に、層状の燃料ガス予熱部を兼ねるガス改質部１３７を積層配置している。
【００７７】
従って、固体電解質形燃料電池モジュール１３１をコンパクトに構成することができる。また、空気予熱部１３５及びガス改質部１３７は固体電解質形燃料電池スタック１３３に近接して積層一体化（スタック化）されているので、空気予熱部１３５で予熱された空気及びガス改質部１３７で予熱された燃料ガスは、それぞれ短い距離で空気流路１３９及び燃料ガス流路１７５に供給され、よって、熱効率が良いという利点がある。
【００７８】
特に、本実施例では、ガス改質部１３７はバーナ等で加熱されるが、このガス改質部１３７は燃料ガス予熱部を兼ねているので、十分な予熱を行うことができるという利点がある。
【実施例４】
【００７９】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例３と同様な内容の説明は省略する。
図９に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１８１は、前記実施例３と同様な（固体電解質形燃料電池スタック１８２に空気予熱部１８４やガス改質部１８９を積層した）固体電解質形燃料電池モジュール（モジュール本体）１８３の下方に、平面燃料バーナ１８５を配置したものであり、それらは、断熱容器１８７内に収容されている。
【００８０】
前記バーナ１８５は、ガス改質部１８９を加熱するために、ガス改質部１８９の下方に配置されたものであり、このバーナ１８５には、モジュール本体１８３から排出された余剰の燃料ガスと余剰の空気とが供給される。
【００８１】
本実施例においても、前記実施例３と同様な効果を奏する。
【実施例５】
【００８２】
次に、実施例５について説明するが、本実施例は前記実施例１の応用例であるので、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。尚、本実施例では、ボルトの締結部分を拡大して示している。
【００８３】
図１０に示す様に、本実施例の固体電解質形燃料電池モジュール１９１は、固体電解質形燃料電池スタック１９３の下側に、燃料ガス予熱部を兼ねるガス改質部１９５を積層配置したものである。
【００８４】
この固体電解質形燃料電池モジュール１９１では、固体電解質形燃料電池スタック１９３とガス改質部１９７とは、例えばＭｇＯとスピネルの混合焼結体シート又はマイカシートからなる絶縁板１９９〜２０３により、電気的に絶縁されている。また、各ボルト２０７〜２１３と固体電解質形燃料電池スタック１９３の上面との間も、同様な絶縁板２１５により、電気的に絶縁されている。尚、各ボルト２０７〜２１３と固体電解質形燃料電池スタック１９３との間には間隙がある。
【００８５】
これにより、固体電解質形燃料電池スタック１９３とガス改質部１９７（特に改質触媒層２０５）との間のショートを防止することができる。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施例１の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。
【図２】固体電解質形燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。
【図４】実施例２の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。
【図５】（ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。
【図６】実施例３の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。
【図７】（ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。
【図８】改質触媒層を例示する説明図である。
【図９】実施例４の固体電解質形燃料電池モジュールを示す斜視図である。
【図１０】実施例５の固体電解質形燃料電池モジュールを破断して示し、（ａ）モジュールにおける空気の流路を示す説明図、（ｂ）モジュールにおける燃料ガスの流路を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
１、９１、１３１、１８１、１９１…固体電解質形燃料電池モジュール
３…固体電解質形燃料電池セル
４、９３、１３３、１８２、１９３…固体電解質形燃料電池スタック
２５…燃料極
２７…固体電解質体
３１…空気極
４９…燃料ガス予熱部
９５、１８４…空気予熱部
１８５…バーナ
１８７…断熱容器
１３７、１８９…ガス改質部
１９９、２０１、２０３、２１５…絶縁板
【図１】
2008021595.tif 000003
【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】
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【図９】
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【図１０】
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