(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一方向に複数の燃料電池セルが積層されて構成され、前記第一方向と直交する第二方向の一端側から他端側にアノードガスが流通するアノードガス流路が内部に形成されるとともに、前記一端側から前記他端側にカソードガスが流通するカソードガス流路が内部に形成され、前記アノードガスと前記カソードガスとにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の一方側に設けられ、前記燃料電池の前記一端側に向かって開口する導出口を有し、前記導出口から前記カソードガスを前記カソードガス流路に導入させるカソードガス導入部材と、
前記燃料電池の他方側に、前記燃料電池から離間して設けられた壁部材と、
前記燃料電池と前記壁部材との間に形成され、前記カソードガス流路と連通し、前記一端側から前記他端側へ前記カソードガスが流通する第一流路と、
前記第一流路内であって、前記第二方向の中央位置よりも前記他端側に設けられ、前記第一流路内における前記カソードガスの流通を阻害する流通阻害部材と、を有し、
前記流通阻害部材は、前記第一方向に関して前記燃料電池の両端部を除いた中央部の全長にわたって設けられている燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記流通阻害部材は、耐熱性を有するファイバーによって構成された綿状部材である請求項１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】
特許文献１に示されるように、燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルが積層されて構成された燃料電池と、燃料電池の下方にカソードガスを導入させるカソードガス導入部材と、カソードガス導入部材が設けられている側と反対側の燃料電池の側面から離間して設けられた断熱部材と、を有している。
【０００３】
カソードガス導入部材によって燃料電池の下方に導入されたカソードガスは、各燃料電池セル間のカソードガス流路を下方から上方に流通し、各燃料電池セル内に供給されたアノードガスと各燃料電池セルにおいて反応して、発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９６３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
カソードガスとアノードガスの反応によって、各燃料電池セルは発熱する。各燃料電池セルの温度は、下方から上方に向かって高い。これは、カソードガスが、カソードガス流路内において下方から上方に流れるに従って、燃料電池セルによって加熱されて、徐々に昇温し、昇温したカソードガスによって燃料電池セルの上方側が加熱されるからである。このように、各燃料電池セルの温度は下方から上方に向かって高いので、各燃料電池セルの上部が高温になるおそれがあり、各燃料電池セルの耐久性が低下するおそれがある。
【０００６】
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、燃料電池の耐久性を向上させることができる燃料電池モジュールの提供を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、第一方向に複数の燃料電池セルが積層されて構成され、前記第一方向と直交する第二方向の一端側から他端側にアノードガスが流通するアノードガス流路が内部に形成されるとともに、前記一端側から前記他端側にカソードガスが流通するカソードガス流路が内部に形成され、前記アノードガスと前記カソードガスとにより発電する燃料電池と、前記燃料電池の一方側に設けられ、前記燃料電池の前記一端側に向かって開口する導出口を有し、前記導出口から前記カソードガスを前記カソードガス流路に導入させるカソードガス導入部材と、前記燃料電池の他方側に、前記燃料電池から離間して設けられた壁部材と、前記燃料電池と前記壁部材との間に形成され、前記カソードガス流路と連通し、前記一端側から前記他端側へ前記カソードガスが流通する第一流路と、前記第一流路内であって、前記第二方向の中央位置よりも前記他端側に設けられ、前記第一流路内における前記カソードガスの流通を阻害する流通阻害部材と、を有し、前記流通阻害部材は、前記第一方向に関して前記燃料電池の両端部を除いた中央部の全長にわたって設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
これによれば、第一流路内であって、第二方向の中央位置よりも他方側に設けられた流通阻害部材によって、第一流路を流通するカソードガスは、カソードガス流路の他端部内に流入する。これにより、第一流路を流通して、カソードガス流路を流通するカソードガスよりも低温のカソードガスによって、燃料電池の他端部が冷却される。よって、燃料電池の他端部が一端部よりも高温となることが抑制され、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池モジュールの横断面図である。
【図２】燃料電池モジュールの側断面図である。
【図３】図１及び図２に示す燃料電池モジュールの内部（特に蒸発部、改質部）を示す上面図である。
【図４】図１及び図２に示す燃料電池モジュールの内部（特に燃料電池）を示す上面図である。
【図５】図１のＡ−Ａ断面図であり、燃料電池の断面図である。
【図６】図１のＢ−Ｂ断面図であり、燃料電池の断面図である。
【図７】燃料電池モジュールの横断面図であり、カソードガスが燃料電池モジュール内において流通する状態を示した図である。
【図８】第二実施形態の燃料電池の断面図である。
【図９】燃料電池モジュールの別例の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（燃料電池モジュールの構造）
以下、本発明による燃料電池モジュールの一実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
燃料電池モジュール３０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３０は、改質用原料、改質水及びカソードガスが供給されている。具体的には、図１に示すように、燃料電池モジュール３０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。更に、燃料電池モジュール３０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。更に、図２に示すように、燃料電池モジュール３０は、一端がカソードガスブロワ１１ｃ１に接続されてカソードガスが供給されるカソードガス供給管１１ｃの他端が接続されている。
【００１１】
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１及び図２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、第一ガス流路６０、及び第二ガス流路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１における上側及び下側をそれぞれ燃料電池モジュール３０の上方及び下方とし、同じく左側及び右側をそれぞれ燃料電池モジュール３０の左側方及び右側方とし、同じく紙面手前側及び紙面奥側を、それぞれ燃料電池モジュール３０の後方及び前方として説明する。また、図１〜図４には、各方向を示す矢印を示している。なお、特許請求の範囲に記載の第一方向は、前後方向である。また、特許請求の範囲に記載の第二方向は、前後方向である第一方向と直交する上下方向である。
【００１２】
発電部４０は、図１に示すように、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及び断熱部材４５（壁部材）を備えている。蒸発部４１及び改質部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及び改質部４２と燃料電池装置４３との間に配設されている。
【００１３】
図３に示すように、蒸発部４１には、改質用原料供給管１１ａの他端及び水供給管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、水タンク１４から水供給管１１ｂを介して改質水として供給される凝縮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（凝縮水）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メタンを主成分とする天然ガスにて説明する。
【００１４】
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（下記化１に示す））。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（下記化２に示す）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。
（化１）
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２
（化２）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２
【００１５】
上述した蒸発部４１及び改質部４２は、図３に示すように、平面Ｕ字状に一体的に形成されたハウジング８０に形成されている。ハウジング８０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。ハウジング８０は、内部が空洞である断面方形状に形成されている。ハウジング８０は、２つの部屋８１，８２に区画されている。２つの部屋８１，８２は、この順番に直列に配設されており、気体が流通可能に区画されている。第一の部屋８１に蒸発部４１が形成され、第二の部屋８２に改質部４２が形成されている。
【００１６】
燃料電池装置４３は、図２及び図４に示すように、複数の燃料電池４３ａ及びマニホールド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り、本実施形態では固体酸化物形燃料電池である。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、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４６を介して供給される。
【００１７】
図１、図２、図４に示すように、燃料電池４３ａは、セルスタック４３ａ１を備えている。本実施形態では、図４に示すように、燃料電池４３ａは、２つのセルスタック４３ａ１を備えている。図５に示すように、セルスタック４３ａ１は、複数の燃料電池セル４３ａ１ａが、前後方向（第一方向）に沿って積層されて構成されている。燃料電池セル４３ａ１ａは、燃料極９１、電解質９２、空気極９３、インターコネクタ９４とから構成されている。燃料極９１、電解質９２、及び空気極９３は、板形状であり、これらの断面の長手方向は左右方向となっている。燃料極９１、電解質９２、及び空気極９３は、その長手方向が上下方向（第二方向）に沿うように配置されている。燃料極９１、電解質９２、空気極９３は、この順番に積層されて配置されている。言い換えると、電解質９２は、燃料極９１及び空気極９３によって挟まれている。
【００１８】
燃料極９１は、多孔質のセラミックによって構成されている。燃料電池４３ａの各燃料極９１の内部には、上下方向（第二方向、長手方向）に沿って形成されたアノードガス流路９１ａが左右方向に複数形成されている。各アノードガス流路９１ａの下端（一端）は、マニホールド４３ｂの燃料導出口に接続されている。アノードガスは、各アノードガス流路９１ａの下端（一端）から導入され、各アノードガス流路９１ａの下端側（一端側）から上端側（他端側）に流通し、各アノードガス流路９１ａの上端（他端）から導出されるようになっている。
【００１９】
本実施形態では、電解質９２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。空気極９３と、隣接する燃料電池セル４３ａ１ａの燃料極９１との間の空間は、カソードガス流路９５となっている。つまり、燃料電池４３ａの内部には、複数のカソードガス流路９５が形成されている。後述のカソードガス導入部材５７の下端の導出口５７ｃから供給されたカソードガスは、各カソードガス流路９５の下端（一端）から導入されて、各カソードガス流路９５の上端（他端）から導出される。この際に、各空気極９３にカソードガスが供給される。
【００２０】
インターコネクタ９４は、空気極９３との燃料極９１との間（カソードガス流路９５内）において、空気極９３と燃料極９１とを接続するように設けられている。インターコネクタ９４は、各燃料電池セル４３ａ１ａにおいて発電された電気を集電するものである。
【００２１】
燃料電池４３ａの各燃料電池セル４３ａ１ａにおいては、燃料極９１に供給されたアノードガスと空気極９３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９１では、下記化３及び化４に示す反応が生じ、空気極９３では、下記化５に示す反応が生じている。すなわち、空気極９３で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が、電解質９２を透過し、燃料極９１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。そして、アノードガス流路９１ａ及びカソードガス流路９５の上端からは、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上方に流出する。燃料電池４３ａの各燃料電池セル４３ａ１ａの動作温度は４００〜１０００℃程度である。
（化３）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化４）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化５）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
【００２２】
アノードガス流路９１ａの上端から流出した、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、図１及び図２に示すように、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。更に、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蒸発部４１及び改質部４２を加熱する燃焼部４４である。
【００２３】
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。燃焼部４４は、アノードオフガスを燃焼させ、高温であり、かつ、水蒸気を含む燃焼排ガスを生成する。また、この水蒸気は、アノードガスに含まれていた水蒸気及び燃料電池４３ａにて生成された水蒸気（上記化３参照）である。そして、その燃焼排ガスは第一ガス流路６０を流通する（後述する）。
【００２４】
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多孔質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１参照）に形成されている。つまり、図１に示すように、断熱部材４５は、対向するように配置された一対の壁部材４５ａ、４５ｂと、一対の壁部材４５ａ、４５ｂの下端を接続するように設けられた底板部材４５ｃとから構成されている。断熱部材４５の内部には、蒸発部４１、改質部４２及び燃料電池装置４３が配設されている。断熱部材４５の底板部材４５ｃには、燃料電池装置４３の底面が当接している。断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂは、後述のカソードガス導入部材５７が設けられている一方側と反対側である燃料電池４３ａ（各燃料電池セル４３ａ１ａ）の他方側の側面から離間して設けられている。
【００２５】
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及び第二連通管部材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。
【００２６】
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、第一筒部材５１は、断面略方形状に形成された周壁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。
【００２７】
また、外装５０は、カソードガス導入部材５７を更に有している（図１参照）。カソードガス導入部材５７は、筒状に形成されて、周壁５１ａの上側壁５１ｄから垂下するように配設されている。カソードガス導入部材５７は、燃料電池４３ａの左右方向の一方側に、燃料電池４３ａと離間して設けられている。カソードガス導入部材５７は、筒部５７ａ、導入口５７ｂ及び導出口５７ｃを有している。筒部５７ａの上端部が第一筒部材５１の上側壁５１ｄに形成された長穴５１ｃに気密的に接続されている。導入口５７ｂは、第一筒部材５１の周壁５１ａ外面と第二筒部材５２の周壁５１ａ内面との間（空間Ｓ２）に連通する。また、カソードガス導入部材５７の導出口５７ｃは、筒部５７ａの下端部にて、各燃料電池セル４３ａ１ａの下端側（一端側）に向けて開口するように形成されている。なお、図２において、カソードガス導入部材５７の図示は省略されている。
【００２８】
第二筒部材５２は、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、断面略方形状に形成された周壁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。周壁５２ａ内面は、第一筒部材５１の周壁５１ａ外面に空間Ｓ２をおいて対向している。
【００２９】
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及び第二筒部材５２の一方の開口部５２ｂを塞ぐように設けられ、第一筒部材５１の一方の開口部５１ｂ及び第二筒部材５２の一方の開口部５２ｂに気密に接合されている。
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及び第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂを塞ぐように設けられ、第一筒部材５１の他方の開口部５１ｂ及び第二筒部材５２の他方の開口部５２ｂに気密に接合されている。
【００３０】
第一連通管部材５５は、図１及び図２に示すように、管状に形成されて、内側に排出穴５５ａが形成されている。第一連通管部材５５の上方の開口端部は、第一筒部材５１及び第二筒部材５２を貫通して第一ガス流路６０と連通するように、筒部材５１，５２に気密に接合（例えば、かしめ接合）されている。第一連通管部材５５の下方の開口端部は、排気管１１ｄに接続されている。
【００３１】
第二連通管部材５６は、管状に形成されている（図２参照）。第二連通管部材５６の上方の開口端部は、第二筒部材５２を貫通して第二ガス流路７０と連通するように気密に接合（例えば、かしめ接合）されている。第二連通管部材５６の下方の開口端部は、カソードガス供給管１１ｃに接続されている。
【００３２】
第一ガス流路６０（空間Ｓ１）は、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと第一筒部材５１の周壁５１ａ内面との間に形成され、燃焼排ガスが流通する燃焼排ガス流路である。
第二ガス流路７０は、図１に示すように、第一筒部材５１の周壁５１ａ外面と第二筒部材５２の周壁５２ａ内面との間（空間Ｓ２）に形成され、カソードガスが流通する。すなわち、第二ガス流路７０は、カソードガス流路である。カソードガスが、カソードガスブロワ１１ｃ１によってカソードガス供給管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１に破線の矢印にて示すように、第二連通管部材５６に連通する第二ガス流路７０及びカソードガス導入部材５７を介して、各燃料電池セル４３ａ１ａの下端部に供給される。
【００３３】
第二ガス流路７０を流通するカソードガスは、第一ガス流路６０と第二ガス流路７０の間に設けられた周壁５１ａによって熱交換されて、加熱される。つまり、周壁５１ａの内側の第一ガス流路６０には燃焼排ガスが流通して、周壁５１ａが燃焼排ガスによって加熱される。そして、加熱された周壁５１ａの外側の第二ガス流路７０を流通するカソードガスが、周壁５１ａによって熱交換されて、予熱される。本実施形態では、カソードガスは、６００℃〜７００℃に予熱される。
【００３４】
断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと各燃料電池セル４３ａ１ａとの間には、カソードガス流路９５と連通した第一流路Ｆ１が形成されている。この第一流路Ｆ１の下端、つまり、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂの下端とマニホールド４３ｂとの間には、第一流路Ｆ１の下端を閉塞する第一閉塞部材７１が設けられている。カソードガス導入部材５７と各燃料電池セル４３ａ１ａとの間には、カソードガス流路９５と連通した第二流路Ｆ２が形成されている。第二流路Ｆ２の下部、具体的には、第二流路Ｆ２の導出口５７ｃよりも上方には、第二流路Ｆ２の下部を閉塞する第二閉塞部材７２が設けられている。
【００３５】
以下に、図７を用いて、カソードガスの燃料電池モジュール３０内における流通状態を説明する。なお、図７は、燃料電池モジュール３０のカソードガス流路９５部分の横断面図である。図７において、インターコネクタ９４は、便宜的に省略している。
カソードガスは、カソードガス導入部材５７内を上方から下方に流通し（図７のｆｌ１）、カソードガス導入部材５７の下端の導出口５７ｃから、各燃料電池セル４３ａ１ａの下端部に向けて流れる（図７のｆｌ２）。導出口５７ｃから流出したカソードガスは、第二閉塞部材７２によって、第二流路Ｆ２において、上方への流れが阻止され、各燃料電池セル４３ａ１ａのカソードガス流路９５内に流入する（図７のｆｌ３）。各燃料電池セル４３ａ１ａのカソードガス流路９５内に流入したカソードガスは、カソードガス流路９５の下方から上方に向かって流通する（図７のｆｌ４）。この際に、上述したように、各燃料電池セル４３ａ１ａにおいては、燃料極９１に供給されたアノードガスと空気極９３に供給されたカソードガスによって発電が行われる。
【００３６】
ここで、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと燃料電池４３ａとの間を離間させて、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと燃料電池４３ａとの間に第一流路Ｆ１を形成している理由について以下に説明する。もし、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと燃料電池４３ａとの間が離間しておらず密着している場合には、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂによって、カソードガス流路９５内におけるカソードガスの壁部材４５ａ、４５ｂ側への流通（図７のｆｌ５）が阻害され、燃料電池４３ａの壁部材４５ａ、４５ｂに隣接する位置Ｐ１にカソードガスが供給されず、この位置Ｐ１において発電されない。そこで、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと燃料電池４３ａとの間を離間させて、第一流路Ｆ１の下端側（一端側）から上端側（上端側）にカソードガスを流通させて（図７のｆｌ５）、燃料電池４３ａの壁部材４５ａ、４５ｂに隣接する位置Ｐ１においても発電が行われるようにしている。
【００３７】
同様に、カソードガス導入部材５７と燃料電池４３ａとの間を離間させて、カソードガス導入部材５７と燃料電池４３ａとの間に第二流路Ｆ２を形成している。これにより、カソードガスがカソードガス流路９５から第二流路Ｆ２に流入し（図７のｆｌ６）、カソードガスが第二流路Ｆ２において下方から上方に流通する（図７のｆｌ７）。そして、第二流路Ｆ２から各燃料電池セル４３ａ１ａのカソードガス流路９５にカソードガスが流入し（図７のｆｌ８）、燃料電池セル４３ａ１ａのカソードガス導入部材５７と隣接する位置Ｐ２において発電が行われる。
【００３８】
燃料電池４３ａにおける発電に伴って、燃料電池４３ａが発熱する。燃料電池４３ａの温度は、燃料電池４３ａの上端部（他端部）を除いて、下方から上方に向かって高くなる。これは、カソードガス流路９５内において下方から上方に流れるに従って、カソードガスが、燃料電池４３ａにおいて加熱されて、徐々に昇温し、燃料電池４３ａの上方側のカソードガスによる冷却が阻害されるからである。また、燃料電池４３ａの上方側は、燃焼空間Ｒにある火炎４４ａから受熱して、昇温する。
【００３９】
カソードガス導入部材５７は、燃料電池セル４３ａ１ａよりも温度が低い。このため、燃料電池セル４３ａ１ａからの放射熱は、カソードガス導入部材５７に吸熱される。カソードガス導入部材５７内を上方から下方に流れるカソードエアは、各燃料電池セル４３ａ１ａからの放射熱を受熱し、カソードガス導入部材５７内の下方のほうが上方よりも温度が高い。このため、カソードガス導入部材５７は、下方のほうが上方よりも温度が高い。言い換えると、カソードガス導入部材５７は、上方のほうが下方よりも温度が低い。このため、カソードガス導入部材５７の下方（一方）よりも上方（他方）のほうが、燃料電池セル４３ａ１ａからの放射熱がより多く吸熱される。このため、燃料電池セル４３ａ１ａの上端部は、燃料電池セル４３ａ１ａの上端部よりも下方側に比べて、自身の熱放射によってより冷却される。このため、燃料電池セル４３ａ１ａの温度は、上端部よりも、上端部の下方に隣接する部分の温度が最も高くなる。
【００４０】
（流通阻害部材）
図１、図６、図７に示すように、燃料電池セル４３ａ１ａ（燃料電池４３ａ）と断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂとの間の第一流路Ｆ１内の上部には、第一流路Ｆ１を流通するカソードガスの流通を阻害する流通阻害部材４７が設けられている。流通阻害部材４７は、縦長のブロック形状である。
【００４１】
流通阻害部材４７は、第一流路Ｆ１内であって、上下方向（第二方向）の中央位置よりも上端側（他端側）に設けられている。つまり、流通阻害部材４７は、燃料電池４３ａの中央部よりも上方側に設けられている。本実施形態では、流通阻害部材４７は、燃料電池４３ａの上端から所定距離下方の位置、つまり、燃料電池４３ａの上端部の下方に隣接する位置に設けられている。つまり、流通阻害部材４７は、上述したように、燃料電池セル４３ａ１ａの温度が最も高くなる各燃料電池セル４３ａ１ａ上端部の下方に隣接する位置に設けられている。なお、流通阻害部材４７は、第二閉塞部材７２よりも上方（他方）に設けられている。
【００４２】
図６に示すように、本実施形態では、流通阻害部材４７は、燃料電池４３ａの前後方向（第一方向）の全長にわたって設けられている。本実施形態では、流通阻害部材４７は、耐熱性及び絶縁性を有するファイバーによって構成された綿状部材である。流通阻害部材４７の上下方向（第二方向）の厚さ寸法は、流通阻害部材４７がカソードガスを通過しない寸法に設定されている。
【００４３】
流通阻害部材４７は、各燃料電池セル４３ａ１ａ及び断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂに密着している。本実施形態では、流通阻害部材４７は、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと各燃料電池セル４３ａ１ａに挟まれて圧縮されることにより、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと各燃料電池セル４３ａ１ａとの間において固定されている。
【００４４】
第一流路Ｆ１を流通するカソードガス（図７のｆｌ９）は、流通阻害部材４７によって、第一流路Ｆ１の上部からカソードガス流路９５上部内に流入する（図７のｆｌ１０）。第一流路Ｆ１を流通するカソードガス（図７のｆｌ９）は、各燃料電池セル４３ａ１ａによって加熱されていないので、各カソードガス流路９５内を流通するカソードガスと比較して低温である。このため、第一流路Ｆ１の上部からカソードガス流路９５上部内に流入するカソードガス（図７のｆｌ１０）によって、燃料電池４３ａ上部が冷却され、燃料電池４３ａ上部が燃料電池４３ａ下部よりも温度が高くなることが抑制される。これにより、流通阻害部材４７が設けられていない場合と比較して、上下方向に関して、各燃料電池セル４３ａ１ａの温度が均一となる。
【００４５】
本実施形態では、上述したように、流通阻害部材４７が、燃料電池４３ａの温度が最も高くなる燃料電池４３ａ上端部の下方に隣接する隣接位置に設けられている。これにより、燃料電池４３ａの温度が最も高くなる上記隣接位置の燃料電池４３ａが、第一流路Ｆ１からカソードガス流路９５内に流入するカソードガス（図７のｆｌ１０）によって冷却され、上下方向に関して、燃料電池４３ａの温度がより確実に均一となる。
【００４６】
（本実施形態の効果）
以上の説明から明らかなように、燃料電池モジュール３０は、第一流路Ｆ１内に、燃料電池４３ａの上下方向（第二方向）に関して、燃料電池セル４３ａ１ａの中央位置よりも上側（他端側）に設けられた流通阻害部材４７を有する。これにより、流通阻害部材４７によって、第一流路Ｆ１を流通するカソードガスは、カソードガス流路９５の上端部（他端部）内に流入する（図７のｆｌ１０）。これにより、第一流路Ｆ１を流通して、カソードガス流路９５を流通するカソードガスよりも低温のカソードガスによって、燃料電池４３ａの上端部（他端部）が冷却される。よって、燃料電池４３ａの上端部（他端部）が下端部（一端部）よりも高温となることが抑制され、燃料電池４３ａの耐久性を向上させることができる。
【００４７】
また、燃料電池４３ａの上下方向（第二方向）の温度が均一となるので、燃料電池４３ａの耐久性を維持しつつ、燃料電池４３ａの運転時における平均温度を上げることができる。この結果、燃料電池４３ａの発電効率を向上させることができる。
【００４８】
また、流通阻害部材４７は、耐熱性を有するファイバーによって構成された綿状部材である。このように、流通阻害部材４７は、ファイバーで構成された綿状部材であるので、柔軟性を有する。これにより、ファイバーで構成された流通阻害部材４７を断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂ及び燃料電池セル４３ａ１ａに密着させることができる。このため、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと燃料電池セル４３ａ１ａとの間の第一流路Ｆ１を流通するカソードガス（図７のｆｌ９）を、流通阻害部材４７によって、確実に、各セルスタック４３ａ１上部のカソードガス流路９５内に流入させることができる。この結果、燃料電池４３ａの上部が確実に冷却され、燃料電池４３ａの上部が燃料電池４３ａの下部に比べて温度が高くなることが確実に抑制される。また、燃料電池モジュール３０の組付時において、各燃料電池セル４３ａ１ａに傷が入ることを防止することができる。
【００４９】
流通阻害部材４７は、前後方向（第一方向）に関して燃料電池４３ａの全長にわたって設けられている。このため、前後方向に積層された全ての燃料電池セル４３ａ１ａの上下方向の温度が均一となる。この結果、全ての燃料電池セル４３ａ１ａが局所的に耐熱温度を超えることが防止され、燃料電池４３ａの耐久性を維持しつつ、燃料電池４３ａの運転時における平均温度を上げることができる。この結果、燃料電池４３ａの発電効率を向上させることができる。
【００５０】
（第二実施形態）
以下に、図８を用いて、別の燃料電池モジュール３０について説明する。図８に示すように、第二実施形態の燃料電池モジュール３０では、流通阻害部材４７は、前後方向（第一方向）に積層された全ての燃料電池セル４３ａ１ａのうち、前後方向に関して中央部分から前後方向に所定の範囲の燃料電池セル４３ａ１ａと断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂとの間に設けられている。言い換えると、第二実施形態の燃料電池モジュール３０では、流通阻害部材４７は、前記第一方向に関して、燃料電池４３ａの両端部を除いた中央部の全長にわたって設けられている。
【００５１】
第一蓋部材５３及び第二蓋部材５４の外表面は外気（燃料電池モジュール３０の外部の空気）と接触しているので、第一蓋部材５３及び第二蓋部材５４は外気によって冷却される。この結果、第一蓋部材５３及び第二蓋部材５４との間の空間（第一筒部材５１の内部）において、第一蓋部材５３及び第二蓋部材５４に近づくに従って温度が低くなっている。よって、前後方向に関して、両端部の燃料電池セル４３ａ１ａのほうが、中央部の燃料電池セル４３ａ１ａよりも温度が低くなる。言い換えると、前後方向に関して、中央部の燃料電池セル４３ａ１ａのほうが、両端部の燃料電池セル４３ａ１ａよりも温度が高くなる。
【００５２】
上述したように、第二実施形態の燃料電池モジュール３０では、流通阻害部材４７は、燃料電池４３ａの両端部を除いた中央部の全長にわたって設けられている。これにより、前後方向（第一方向）に関して、両端部の燃料電池４３ａよりも温度が高くなる中央部の燃料電池セル４３ａ１ａの上部は、上述したように、流通阻害部材４７によって、温度が高くなることが抑制される。上述したように、前後方向に関して、両端部の燃料電池セル４３ａ１ａのほうが、中央部の燃料電池セル４３ａ１ａよりも温度が低くなっているので、前後方向に関して、各燃料電池セル４３ａ１ａの温度が均一となる。このため、燃料電池セル４３ａ１ａが局所的に耐熱温度を超えることが防止され、燃料電池４３ａの耐久性を維持しつつ、燃料電池４３ａの運転時における平均温度を上げることができる。この結果、燃料電池４３ａの発電効率を向上させることができる。
【００５３】
上記の実施形態では、流通阻害部材４７は、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと各燃料電池セル４３ａ１ａに挟まれて圧縮されることにより、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと各燃料電池セル４３ａ１ａとの間において固定されている。しかし、流通阻害部材４７が、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂに取り付けられて、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと各燃料電池セル４３ａ１ａとの間において固定されている実施形態であっても差し支え無い。
【００５４】
上記の実施形態では、流通阻害部材４７は、セラミックファイバーである。しかし、流通阻害部材４７は、セラミックブロック等の耐熱性及び絶縁性を有する材料であっても差し支え無い。また、流通阻害部材４７を、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂと一体に形成しても差し支え無い。
上記の実施形態では、流通阻害部材４７は、燃料電池セル４３ａ１ａ及び断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂに密着している。しかし、流通阻害部材４７が、燃料電池セル４３ａ１ａと対向するように、断熱部材４５の壁部材４５ａ、４５ｂに設けられ、流通阻害部材４７が燃料電池セル４３ａ１ａから離間している実施形態であっても差し支え無い。
【００５５】
また、図９に示すように、上下方向（第二方向）に関して、複数の流通阻害部材４７ａ、４７ｂが設けられている実施形態であっても差し支え無い。図９に示す実施形態では、流通阻害部材４７は、燃料電池セル４３ａ１ａの上端の下方側に設けられた第一流通阻害部材４７ａと、燃料電池セル４３ａ１ａの上端に設けられた第二流通阻害部材４７ｂとから構成されている。
【００５６】
また、図９に示すように、第二流路Ｆ２の上端（他端）に、第二流路Ｆ２を閉塞する第三流通阻害部材４７ｃが設けられた実施形態であっても差し支え無い。この実施形態では、第二流路Ｆ２を流通するカソードガス（図９のｆｌ７）は、第三流通阻害部材４７ｃによって、カソードガス流路９５上部内に流入する（図７のｆｌ１２）。このため、第二流路Ｆ２を流通して、カソードガス流路９５を流通するカソードガスよりも低温のカソードガス（図９のｆｌ７）によって、燃料電池４３ａの上部（他端部）が冷却される。よって、燃料電池４３ａの上部（他端部）が、燃料電池４３ａの下部（一端部）よりも温度が高くなることが抑制される。この結果、燃料電池４３ａの上下方向（第二方向）の温度が均一となる。
【００５７】
上記の実施形態では、第一流路Ｆ１の全長にわたって、第一流路Ｆ１とカソードガス流路９５とが連通している。しかし、第一流路Ｆ１上部と下部のみがカソードガス流路９５と連通している実施形態であっても差し支え無い。
【符号の説明】
【００５８】
３０…燃料電池モジュール、４３ａ…燃料電池、４３ａ１ａ…燃料電池セル、４５…断熱部材、４５ａ…壁部材、４５ｂ…壁部材、４７…流通阻害部材、５７…カソードガス導入部材、５７ｃ…導出口
【図１】
0006682904.tif 000002
【図２】
0006682904.tif 000003
【図３】
0006682904.tif 000004
【図４】
0006682904.tif 000005
【図５】
0006682904.tif 000006
【図６】
0006682904.tif 000007
【図７】
0006682904.tif 000008
【図８】
0006682904.tif 000009
【図９】
0006682904.tif 000010