(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックと周辺機器ユニットとを有する燃料電池モジュールの断熱構造であって、
前記燃料電池モジュールを囲むように設けられている顆粒断熱材からなる内側断熱層と、
前記内側断熱層の外側に設けられており、前記燃料電池モジュール及び前記内側断熱層が収容される筐体形状を呈する、ブロック断熱材からなる外側断熱層と、
を備え、
前記内側断熱層と前記外側断熱層との間には、空気による中間断熱層が構成されており、
前記中間断熱層には、前記燃料電池スタックのカソード極に供給される酸化剤ガスが流通するガス流路が設けられており、
前記周辺機器ユニットは、前記燃料電池スタックから排出される排ガスを燃焼させる排ガス燃焼器を備え、
前記排ガス燃焼器のガスバーナーは、前記ガス流路内に延在している
ことを特徴とする燃料電池モジュールの断熱構造。
【請求項２】
前記燃料電池モジュールが収容される内側筐体と、
前記内側筐体が収容される外側筐体と、
を備え、
前記内側断熱層は、前記内側筐体内に充填されている前記顆粒断熱材によって構成されており、
前記中間断熱層は、前記内側筐体と前記外側筐体との間に構成されており、
筐体形状を呈する前記外側断熱層には、前記外側筐体が収容されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュールの断熱構造。
【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の断熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池においては、燃料電池モジュールの性能が好適に発揮される高温域に当該燃料電池モジュールを維持するために、断熱構造を設けることが行われている。かかる断熱構造の例として、特許文献１には、燃料電池モジュールのうち、水素を含有する改質ガスを生成する改質部を有する反応器が外装容器に収容されており、反応器と外装容器との間の少なくとも一部に断熱材が充填されている水素生成装置が記載されている。また、特許文献２には、ケーシングの内側に、断熱性能の異なる３つのブロック断熱材からなる断熱層が設けられている断熱構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６２６４号公報
【特許文献２】特開２０１３−８２６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載の技術では、単一の断熱材が外装容器内に設けられているだけであるため、より断熱性能の高い構造が望まれている。
また、特許文献２に記載の技術では、３つのブロック断熱材を重ね合わせてケーシング内に設けるため、ケーシングが大型化してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、コンパクト化と好適な断熱性能を両立することが可能な燃料電池モジュールの断熱構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールの断熱構造は、燃料電池スタックと周辺機器ユニットとを有する燃料電池モジュールの断熱構造であって、前記燃料電池モジュールを囲むように設けられている顆粒断熱材からなる内側断熱層と、前記内側断熱層の外側に設けられており、前記燃料電池モジュール及び前記内側断熱層が収容される筐体形状を呈する、ブロック断熱材からなる外側断熱層と、を備え、前記内側断熱層と前記外側断熱層との間には、空気による中間断熱層が構成されており、前記中間断熱層には、前記燃料電池スタックのカソード極に供給される酸化剤ガスが流通するガス流路が設けられており、前記周辺機器ユニットは、前記燃料電池スタックから排出される排ガスを燃焼させる排ガス燃焼器を備え、前記排ガス燃焼器のガスバーナーは、前記ガス流路内に延在していることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によると、３層の断熱構造によって好適な断熱性能を実現することができるとともに、中間に空気による中間断熱層が設けられているので、コンパクト化と好適な断熱性能を両立することができる。
また、かかる構成によると、酸化剤ガスが熱交換を行うことによって内側断熱層から外部へ排出された廃熱を回収するので、かかる廃熱を利用して酸化剤ガスを加熱することができる。
【０００８】
燃料電池モジュールの断熱構造は、前記燃料電池モジュールが収容される内側筐体と、前記内側筐体が収容される外側筐体と、を備え、前記内側断熱層は、前記内側筐体内に充填されている前記顆粒断熱材によって構成されており、前記中間断熱層は、前記内側筐体と前記外側筐体との間に構成されており、筐体形状を呈する前記外側断熱層には、前記外側筐体が収容されている構成であってもよい。
【０００９】
かかる構成によると、顆粒断熱材を内側筐体内に充填することによって内側断熱層を容易に形成するとともに、内側筐体と外側筐体との間に空気による中間断熱層を容易に形成することが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、燃料電池モジュールにおいてコンパクト化と好適な断熱性能を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池システムの基本的構成を説明するシステム図である。
【図２】実施形態に係る放熱回収用筐体と、その放熱回収用筐体に収容される燃料電池モジュールとを抽象的に図示した模式図である。
【図３】実施形態に係る放熱回収用筐体を前方であって左下側から斜視した斜視図である。
【図４】実施形態に係る放熱回収用筐体を後方であって右上側から斜視した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、燃料電池システム１及び燃料電池モジュール１０の基本的構成を説明し、その次に、本発明の実施形態に係る燃料電池放熱回収用筐体（以下、「放熱回収用筐体」と称する）４０を説明する。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池モジュール（ＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池：Solid Oxide Fuel Cell）モジュール）１０を備え、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられる。
【００１６】
燃料電池モジュール１０は、燃料ガス（水素ガスにメタン、一酸化炭素が混合した気体）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する装置である。
燃料電池システム１は、さらに原燃料供給装置（燃料ガスポンプを含む）２、酸化剤ガス供給装置（空気ポンプを含む）３、水供給装置（水ポンプを含む）４、脱硫器５及び制御装置６を備える。
【００１７】
原燃料供給装置２は、燃料電池モジュール１０に燃料ガス（例えば、都市ガス）を供給する。酸化剤ガス供給装置３は、燃料電池モジュール１０に酸化剤ガスを供給する。水供給装置４は、燃料電池モジュール１０に水を供給する。脱硫器５は、原燃料中に含まれる硫黄化合物を除去する。制御装置６は、燃料電池モジュール１０の発電量を制御する。
そのほか、燃料ガスの供給流路上及び酸化剤ガスの供給流路上には、流量調整弁７，８が設けられており、供給量が適宜調整される。
【００１８】
燃料電池モジュール１０は、複数の固体酸化物形の平板積層型燃料電池が、鉛直方向に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック１２を備える。なお、本実施形態において、燃料電池モジュール１０内の複数の燃料電池は、鉛直方向に積層されているが、積層方向は特に限定されず、水平方向に積層されている構成であってよい。
【００１９】
特に図示しないが、燃料電池は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面にカソード電極及びアノード電極が設けられた平板状の電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を備える。
【００２０】
電解質・電極接合体の両側には、平板状のカソード側セパレータと平板状のアノード側セパレータとが配設される。カソード側セパレータには、カソード電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成される。アノード側セパレータには、アノード電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成される。
【００２１】
本実施形態の燃料電池の作動温度は、７００℃と高温である。
燃料電池のアノード電極では、燃料ガス中のメタンが改質されて水素、ＣＯが得られ、この水素、ＣＯが電解質の前記アノード電極側に供給される。
【００２２】
燃料電池スタック１２には、各酸化剤ガス流路の入口側に一体に連通する酸化剤ガス入口連通孔１２ａ、及び酸化剤ガス流路の出口側に一体に連通する酸化剤排ガス出口連通孔１２ｃが設けられる。
燃料電池スタック１２には、さらに各燃料ガス流路の入口側に一体に連通する燃料ガス入口連通孔１２ｂ、及び燃料ガス流路の出口側に一体に連通する燃料排ガス出口連通孔１２ｄが設けられる。
【００２３】
燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１２に供給する燃料ガスを改質し、かつ、燃料ガス・酸化剤ガスを昇温するため、蒸発器２１、改質器２２、第１熱交換器２３、排ガス燃焼器２４、起動用燃焼器２５及び図示しない第２熱交換器を備える。
また、蒸発器２１、改質器２２、第１熱交換器２３、排ガス燃焼器２４、起動用燃焼器２５及び第２熱交換器は、一体化（ユニット化）されている（図２参照）。
そのほか、蒸発器２１、改質器２２、第１熱交換器２３、排ガス燃焼器２４、起動用燃焼器２５及び第２熱交換器を総称してＢＯＰ（Balance Of Plant）２０と称する。ＢＯＰ２０は、燃料電池スタック１２の周辺機器ユニットであり、燃料電池スタック１２とともに燃料電池モジュール１０を構成する。また、燃料電池モジュール１０は、放熱回収用筐体３０内に収容されている。
【００２４】
蒸発器２１は、水を蒸発させる。また、蒸発器２１に生成された水蒸気は、炭化水素を主体とする原燃料に混合され、混合ガスとして改質器２２に供給される。
改質器２２は、炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガス）と水蒸気との混合ガスを改質し、燃料電池スタック１２に供給される燃料ガスを生成する。
そして、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔１２ｂに接続する燃料ガス供給管１３ｂを介して燃料電池スタック１２の各燃料ガス流路に供給される。
【００２５】
排ガス燃焼器２４は、燃料電池スタック１２から排出される燃料排ガスと酸化剤排ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させるとともに、その燃焼ガスを第１熱交換器２３に供給する。
なお、燃料排ガスと酸化剤排ガスは、燃料排ガス出口連通孔１２ｄに接続する燃料排ガス排出管１３ｄと、酸化剤排ガス出口連通孔１２ｃに接続する酸化剤排ガス排出管１３ｃとを介して排ガス燃焼器２４に供給される。
【００２６】
第１熱交換器２３は、燃焼ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させる。
そして、昇温した酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔１２ａに接続する酸化剤ガス供給管１３ａを介して燃料電池スタック１２の各酸化剤ガス流路に供給される。
【００２７】
起動用燃焼器２５は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させるとともに、燃焼ガスを第２熱交換器に供給する。
第２熱交換器は、燃焼ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させる。そして、昇温した酸化剤ガスは、第１熱交換器２３及び酸化剤ガス供給管１３ａを介して燃料電池スタック１２の各酸化剤ガス流路に供給されて、燃料電池スタック１２を暖機する。
【００２８】
図２に示すように、燃料電池システム１は、さらに、燃料電池モジュール１０を内部に収容する放熱回収用筐体３０と、放熱回収用筐体３０と燃料電池モジュール１０とを結合する結合ブラケット４０とを備える。
なお、放熱回収用筐体３０内において、燃料電池スタック１２の下方にＢＯＰ２０が位置するように、燃料電池モジュール１０が配置されている。
【００２９】
放熱回収用筐体３０は、燃料電池の放熱に対し耐熱性を有する金属、例えばステンレス鋼などで形成された筐体である。
放熱回収用筐体３０は、底壁部３１、前壁部３２、後壁部３３、左壁部３４、右壁部３５及び上壁部３６を備える（図３、図４参照）。
このため、燃料電池スタック１２の作動時、底壁部３１、前壁部３２、後壁部３３、左壁部３４、右壁部３５及び上壁部３６は、燃料電池モジュール１０（特に燃料電池スタック１２）の放熱エネルギーにより昇温する。
【００３０】
放熱回収用筐体３０は、各壁部内に設けられたガス流路５０と、底壁部３１の下面に設けられたガス流入口５２と、底壁部３１の上面に設けられたガス流出口５４とを備える。
【００３１】
ガス流路５０は、酸化剤ガス供給装置３から燃料電池モジュール１０に供給される酸化剤ガスが流れる流路（空間）である。
ガス流入口５２には、ガス流路５０内に酸化剤ガスを流入させるための開口である。なお、本実施形態のガス流入口５２は、流入ポート５１が形成されている
ガス流出口５４は、ガス流路５０を通流した酸化剤ガスを流出させるための開口である。なお、本実施形態のガス流出口５４には、接続管５３が接続し、この接続管５３を介して酸化剤ガスがＢＯＰ２０に供給される。
【００３２】
以上、上記する放熱回収用筐体３０によれば、ガス流路５０を流れる酸化剤ガスは、壁部から熱エネルギーを吸収して昇温する（予熱される）。よって、ＢＯＰ２０には、予熱された酸化剤ガスが供給される。
なお、放熱回収用筐体３０の具体的な構造については後述する。
【００３３】
また、結合ブラケット４０は、燃料電池モジュール１０を放熱回収用筐体３０に対し、宙吊り状態で固定するためのものである。
【００３４】
結合ブラケット４０は、左壁部３４の内面及び右壁部３５の内面に設けられた第１結合ブラケット４１と、燃料電池スタック１２の下部に結合する第２結合ブラケット４２と、ＢＯＰ２０の上部に結合する第３結合ブラケット４３と、を備える。
また、第１結合ブラケット４１に対し、図示しない締結具により第２結合ブラケット４２及び第３結合ブラケット４３が結合し、燃料電池モジュール１０が放熱回収用筐体３０内に固定される。
【００３５】
また、本実施形態の結合ブラケット４０は、高さ方向中間部に設けられている。
このため、燃料電池スタック１２の頂部と上壁部３６との間には、第１隙間Ｓ１が形成されている。
同様に、ＢＯＰ２０の底部と底壁部３１との間には、第２隙間Ｓ２が形成されている。
以上から、燃料電池スタック１２の作動時、燃料電池スタック１２は、支持される第２結合ブラケット４２を基準に上方に熱膨張し（図２の矢印Ａ１参照）、第１隙間Ｓ１が狭くなる。
一方で、ＢＯＰ２０は第３結合ブラケット４３を基準に下側に熱膨張し（図２の矢印Ａ２参照）、第２隙間Ｓ２が狭くなる。
【００３６】
ここで、放熱回収用筐体３０に対する燃料電池モジュール１０の固定方法に関し、例えば、燃料電池モジュール１０の上端と下端とを放熱回収用筐体３０に固定することが考えられる。しかしながら、当該固定方法によれば、燃料電池スタック１２の作動時、燃料電池モジュール１０は、放熱回収用筐体３０よりも温度が高い。言い換えると、燃料電池モジュール１０は、放熱回収用筐体３０より熱膨張の量が大きいため、歪みが発生するおそれがある。よって、上記する固定方法によれば、熱膨張の量の違いを吸収でき、歪みの発生を回避できる。
【００３７】
そのほか、排ガス燃焼器２４の構成要素であるガスバーナー２４ａは、フランジ２４ｂを介して右壁部３５に固定されている。このため、ガスバーナー２４ａの熱エネルギーが右壁部３５に伝熱し、他の壁部よりも右壁部３５が高温になっている。この結果、酸化剤ガスが右壁部３５のガス流路５０を流れる場合、他の壁部のガス流路５０よりも昇温し易い。
【００３８】
また、ガスバーナー２４ａは、ＢＯＰ２０の上部側に位置し、第３結合ブラケット４３に近接している。このため、ＢＯＰ２０は第３結合ブラケット４３を基準に下側に熱膨張したとしても、ガスバーナー２４ａに歪みが発生し難い。
【００３９】
つぎに、放熱回収用筐体３０の具体的な構造について説明する。
図３、図４に示すように、放熱回収用筐体３０は、上方に向って開口する有底矩形筒状の本体部６０と、本体部６０の開口を覆う平面視矩形状の蓋部８０と、本体部６０内及び蓋部８０内に設けられてガス流路５０を設定する仕切り部９０とを備える。
【００４０】
本体部６０は、底壁部３１、前壁部３２、後壁部３３、左壁部３４及び右壁部３５を構成する部位である。
本体部６０は、有底矩形筒状の内壁部６１と、内壁部６１と離間した状態で内壁部６１の外側を囲む有底矩形筒状の外壁部６２と、を備える２重構造になっている。
このため、本実施形態の底壁部３１、前壁部３２、後壁部３３、左壁部３４及び右壁部３５のそれぞれには、酸化剤ガスが流入可能なガス空間が形成されている。
【００４１】
なお、各壁部のガス空間を視認可能にするため、図３，図４において、外壁部６２を切り欠いたり、二点鎖線で図示したりしている。
そのほか、説明の都合上、底壁部３１内のガス空間を底壁ガス空間７１と称する。
前壁部３２内のガス空間を前壁ガス空間７２と称する。
後壁部３３内のガス空間を後壁ガス空間７３と称する。
左壁部３４内のガス空間を左壁ガス空間７４と称する。
右壁部３５内のガス空間を右壁ガス空間７５と称する。
【００４２】
図４に示すように、底壁部３１を構成する外壁部６２には、上下方向に貫通するガス流入口５２及び流入ポート５１が形成されている。このガス流入口５２は、前後方向中央部であって左寄りに位置している。
【００４３】
底壁部３１を構成する内壁部６１には、上下方向に貫通するガス流出口５４が形成されている。このガス流出口５４は、左右方向中央部であって前寄りに形成されている。
【００４４】
図３に示すように、蓋部８０は、上壁部３６を構成する部位である。
蓋部８０は、本体部６０の開口を閉塞する平板状の底板８１と、底板８１の周端に沿って延びる環状の側壁８２と、側壁８２の上方を閉塞する図示しない上板を備える。これにより、上壁部３６内には、上壁ガス空間７６が形成されている。
そのほか、蓋部８０は、本体部６０のガス空間の上方（内壁部６１と外壁部６２との間の上方）を閉塞している。
【００４５】
仕切り部９０は、本体部６０や蓋部８０内のガス空間を仕切り、ガスが流れる流路（ガス流路５０）を設定するためのものであり、第１仕切り部材９１〜第７仕切り部材９７を備える。
【００４６】
図３、図４に示すように、第１仕切り部材９１及び第２仕切り部材９２は、底壁ガス空間７１内に配置され、互いに左右に離間しながら前後方向に延びている。
【００４７】
第１仕切り部材９１は、ガス流入口５２とガス流出口５４との間に位置している。このため、底壁ガス空間７１は、ガス流入口５２と連続する流入部ガス空間７１Ａと、ガス流出口５４と連続する流出部ガス空間７１Ｂとに区分けされている。
【００４８】
第２仕切り部材９２は、ガス流出口５４よりも右側に位置している。このため、流出部ガス空間７１Ｂと右壁ガス空間７５とは、第２仕切り部材９２により仕切られ、連続していない（図３参照）。
【００４９】
第３仕切り部材９３は、底壁ガス空間７１内に配置され第１仕切り部材９１及び第２仕切り部材９２の前方で水平に延びる水平部９３ａと、水平部９３ａの左端部から上方に延びて左壁ガス空間７４内に配置される鉛直部９３ｂと、を備えるＬ字状の部材である。
【００５０】
水平部９３ａは、第２仕切り部材９２の前端部９２ａから左方に延びている。
そして、水平部９３ａには、第１仕切り部材９１の前端部９１ａ及び第２仕切り部材９２の前端部９２ａが当接している。
このため、流出部ガス空間７１Ｂと前壁ガス空間７２とは、水平部９３ａに仕切られ、連続していない。同様に、流入部ガス空間７１Ａと前壁ガス空間７２とは、水平部９３ａにより仕切られ、連続していない。
【００５１】
鉛直部９３ｂの上端は、左壁ガス空間７４の上方を閉塞する蓋部８０の近傍までのびているものの、蓋部８０に当接していない。このため、鉛直部９３ｂの上方には、前壁ガス空間７２と左壁ガス空間７４とを連通させる第１連通口１０１が形成されている。
【００５２】
第４仕切り部材９４は、第１仕切り部材９１の後端部９１ｂから左方に延びる水平部９４ａと、水平部９４ａの左端部から上方に延びる鉛直部９４ｂと、を備えるＬ字状の部材である。
【００５３】
図３に示すように、水平部９４ａの右端部は、第１仕切り部材９１の後端部９１ｂに当接している。このため、流入部ガス空間７１Ａと後壁ガス空間７３とは、水平部９４ａにより仕切られ、連続していない。
一方で、水平部９４ａは、第１仕切り部材９１と第２仕切り部材９２との間を延在していないため、流出部ガス空間７１Ｂと後壁ガス空間７３とは連続している。
【００５４】
鉛直部９４ｂの上端は、左壁ガス空間７４の上方を閉塞する蓋部８０に当接している。このため、左壁ガス空間７４と後壁ガス空間７３とは、鉛直部９４ｂにより仕切られ、連続していない。
【００５５】
第５仕切り部材９５は、右壁ガス空間７５内に配置され、上下方向に延びている。
第５仕切り部材９５の上端９５ａは、内壁部６１の右鍔部６１ａに当接している。
また、第５仕切り部材９５の下部側が切り欠かれている。このため、前壁ガス空間７２と右壁ガス空間７５とを連通させる第２連通口１０２が形成されている。
【００５６】
なお、右壁ガス空間７５の上部側には、内壁部６１の右鍔部６１ａの後部が延在している。そして、この右鍔部６１ａの後部に、第１切り欠き１０６が形成されている。
また、蓋部８０において、底板８１の右縁部の後側には、第３連通口１０３が形成されている。このため、右壁ガス空間７５と上壁ガス空間７６とは、第３連通口１０３を介して連続している。
【００５７】
第６仕切り部材９６は、後壁ガス空間７３内に配置され、上下方向に延びている。
第６仕切り部材９６の上端９６ａは、内壁部６１の後鍔部６１ｂに当接している。
第６仕切り部材９６の下端９６ｂは、第２仕切り部材９２の後端９２ｂに当接している。このため、後壁ガス空間７３と右壁ガス空間７５とは、第６仕切り部材９６により仕切られ、連続していない。
【００５８】
なお、内壁部６１の後鍔部６１ｂの左部には、第２切り欠き１０７が形成されている。
また、蓋部８０において、底板８１の後縁側には、第４連通口１０４が形成されている。このため、上壁ガス空間７６と後壁ガス空間７３とは、第４連通口１０４を介して連続している。
【００５９】
第７仕切り部材９７は、上壁ガス空間７６内の左右方向中央部に配置され、前後方向に延びている。
第７仕切り部材９７の前端は、側壁８２に当接していない。
第７仕切り部材９７の後端は、側壁８２に当接している。
このため、上壁ガス空間７６は、第３連通路から１０３から第４連通口１０４に向って略Ｕ字状の径路になっている。
【００６０】
つぎに、放熱回収用筐体３０のガス流路５０の径路について説明する。
図４に示すように、まず、酸化剤ガスは、流入ポート５１を介して流入部ガス空間７１Ａ内に入り込み、左壁ガス空間７４の下部側に流れる（矢印Ｂ１参照）。
つぎに酸化剤ガスは、左壁ガス空間７４の下部から上方へ向って流れ（矢印Ｂ２参照）、第１連通口１０１を通過して前壁ガス空間７２内に入る（矢印Ｂ３参照）。
【００６１】
つぎに、酸化剤ガスは、前壁ガス空間７２の左上部から右下部に向って斜めに流れ（矢印Ｂ４参照）、第２連通口１０２を通過して右壁ガス空間７５内に流れる（矢印Ｂ５参照）。
【００６２】
つぎに、図３に示すように、酸化剤ガスは、右壁ガス空間７５の前側下部から後側上部に向って斜めに流れ（矢印Ｂ６参照）、第３連通口１０３を通過して上壁ガス空間７６内に入り込む（矢印Ｂ７参照）。
【００６３】
つぎに、酸化剤ガスは、上壁ガス空間７６内をＵ字状に移動し（矢印Ｂ８参照）、第４連通口１０４を通過して後壁ガス空間７３内に流れる（矢印Ｂ９参照）。
【００６４】
つぎに、酸化剤ガスは、後壁ガス空間７３の上部から下部に向って流れ（矢印Ｂ１０参照）、後壁ガス空間７３の下部から流出部ガス空間７１Ｂの後部に流れる（矢印Ｂ１１参照）。
【００６５】
そして、図４に示すように、流出部ガス空間７１Ｂの後部から前部に向って流れた酸化剤ガスは、ガス流出口５４を介して、放熱回収用筐体３０内に流れ（矢印Ｂ１２参照）、燃料電池モジュール１０のＢＯＰ２０に供給される。
【００６６】
＜燃料電池モジュールの断熱構造＞
続いて、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１０の断熱構造について、図２を参照して説明する。
【００６７】
図２に示すように、放熱回収用筐体３０は、前記した本体部６０及び蓋部８０によって構成されており、内側筐体３０Ａと、外側筐体３０Ｂと、を備える。内側筐体３０Ａは、内側の底壁部３１、前壁部３２、後壁部３３、左壁部３４、右壁部３５及び上壁部３６によって構成されている金属製（例えば、ＳＵＳ製）の缶体である。外側筐体３０Ｂは、外側の底壁部３１、前壁部３２、後壁部３３、左壁部３４、右壁部３５及び上壁部３６によって構成されている、内側筐体３０Ａよりも大きい金属製（例えば、ＳＵＳ製）の缶体である。内側筐体３０Ａには、燃料電池モジュール１０が収容されている。また、外側筐体３０Ｂには、内側筐体３０Ａが収容されている。
【００６８】
燃料電池モジュール１０の断熱構造は、内側断熱層１１１と、中間断熱層１１２と、外側断熱層１１２と、を備える。
【００６９】
≪内側断熱層≫
内側断熱層１１１は、高温域における断熱層であって、燃料電池モジュール１０を囲むように設けられている顆粒断熱材からなる。本実施形態において、内側断熱層１１１は、内側筐体３０Ａ内に充填されている顆粒断熱材によって構成されている。顆粒断熱材としては、顆粒状マイクロサーム等が好適に利用可能である。
【００７０】
≪中間断熱層≫
中間断熱層１１２は、中温域における断熱層であって、内側断熱層１１１と外側断熱層１１３との間に形成されている空気による断熱層である。本実施形態において、中間断熱層１１２は、内側筐体３０Ａと外側筐体３０Ｂとの間に構成されている。
【００７１】
中間断熱層１１２には、燃料電池スタック１２内において積層されている複数の燃料電池セルのカソード極に対して、ＢＯＰ２０を介して供給される酸化剤ガス（空気）が流通するガス流路５０が設けられている。
【００７２】
≪外側断熱層≫
外側断熱層１１３は、低温域における断熱層であって、ブロック断熱材によって形成されており、筐体形状を呈する断熱層である。外側断熱層１１３内には、内側断熱層１１１及び中間断熱層１１２の外側に設けられており、燃料電池モジュール１０及び内側断熱層１１１が収容されている。本実施形態において、外側断熱層１１３には、外側筐体３０Ｂが収容されている。外側断熱層１１３の内部空間は、外側筐体３０Ｂの外形と同一形状を呈しており、外側断熱層１１３の内側面は、外側筐体３０Ｂの外側面と当接している。ブロック断熱材すなわち外側断熱層１１３としては、温度域、放熱量、コスト等に鑑みて、樹脂製断熱材、ケイ酸カルシウム製断熱材、ヒュームドＳｉＯ２ナノ断熱材等を使い分けることが可能である。
【００７３】
かかる外側断熱層１１３には、流入ポート５１、ガスバーナー２４ａ等に対応する部位に、これらを挿通させるための孔部が形成されている。
【００７４】
本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１０の断熱構造は、３層の断熱構造によって好適な断熱性能を実現することができるとともに、中間に空気による中間断熱層１１２が設けられているので、コンパクト化と好適な断熱性能を両立することができる。
また、燃料電池モジュール１０の断熱構造は、顆粒断熱材を燃料電池モジュール１０の燃料電池スタック１２及び周辺機器（ＢＯＰ２０）複雑形状部の細部まで設けることができるので、断熱性能を向上することができる。
また、燃料電池モジュール１０の断熱構造は、内側断熱層１１１が顆粒断熱材によって構成されているので、当該内側断熱層１１１がブロック断熱材によって構成されている場合と比較して、複雑形状部に対応するための加工が不要であり、低コストを実現することができる。
また、燃料電池モジュール１０の断熱構造は、内側断熱層１１１が設けられているので、外側断熱層１１３が比較的低温域における断熱性能を有していればよくなり、低コストなブロック断熱材を採用することが可能である。
【００７５】
また、燃料電池モジュール１０の断熱構造は、内側筐体３０Ａ及び外側筐体３０Ｂからなる二重構造の放熱回収用筐体３０が設けられているので、顆粒断熱材を内側筐体３０Ａ内に充填することによって内側断熱層１１１を容易に形成するとともに、内側筐体３０Ａと外側筐体３０Ｂとの間に空気による中間断熱層１１２を容易に形成することが可能である。
【００７６】
また、燃料電池モジュール１０の断熱構造は、中間断熱層１１２にガス流路５０が設けられているので、酸化剤ガスが熱交換を行うことによって内側断熱層１１１から外部へ排出された廃熱を回収するので、かかる廃熱を利用して酸化剤ガスを加熱することができる。
【００７７】
また、上記する放熱回収用筐体３０によれば、酸化剤ガスは、底壁ガス空間７１〜上壁ガス空間７６で構成されるガス流路５０を通流して昇温する。言い換えると、酸化剤ガスは、放熱回収用筐体３０を構成する全ての壁部から放熱エネルギーを回収している。
【００７８】
また、前壁ガス空間７２と右壁ガス空間７５と上壁ガス空間７６においては、酸化剤ガスが斜めに移動したり又はＵ字状に移動したりして、酸化剤ガスの径路が比較的長くなっている（矢印Ｂ４，Ｂ６，Ｂ８参照）。このため、酸化剤ガスは、より多くの放熱エネルギーを回収している。
【００７９】
さらに、左壁部３４を構成する内壁部６１にはガスバーナー２４ａのフランジ２４ｂが固定されるとともに、左壁ガス空間７４内にガスバーナー２４ａが延在している。このため、左壁ガス空間７４を流れる酸化剤ガスは、内壁部６１及びガスバーナー２４ａから多くの熱エネルギーを回収している。
以上から、ＢＯＰ２０には、高温に昇温した酸化剤ガスが供給されるようになる。
【００８０】
そのほか、放熱回収用筐体３０によれば、酸化剤ガスが各壁部の熱エネルギーを回収するため、放熱回収用筐体３０の外部空間に熱エネルギーが伝わり難い。言い換えると、放熱回収用筐体３０を建物の外壁近傍やマンションの限られたスペースに設置しても、建物の外壁等に熱エネルギーが伝わり難い。以上から、放熱回収用筐体３０を建物の外壁等に寄せて設置することが可能となり、設置スペースの狭小化を図れる。
【００８１】
以上、実施形態に係る放熱回収用筐体３０について説明したが、本発明は、実施形態で説明した例に限定されない。
例えば、前記実施形態では、中間断熱層１１２全体がガス流路５０として機能しているが、中間断熱層１１２内に、パイプ等からなるガス流路５０を設け、中間断熱層１１２としての空気層と酸化剤ガスとを別とする構成であってもよい。
また、外側断熱層１１３の内部空間は、外側筐体３０Ｂよりも大きく設定されており、外側断熱層１１３と外側筐体３０Ｂとの間（互いの上壁部間、側壁部間等）に隙間が形成されている構成であってもよい。
また、本実施形態では、排ガス燃焼器２４のガスバーナー２４ａのみが放熱回収用筐体３０に支持されるようになっているが、起動用燃焼器２５のガスバーナー（不図示）も放熱回収用筐体３０に支持されるように構成してもよい。
さらに、放熱回収用筐体３０に収容されたＢＯＰ２０は、水蒸気改質型であったが、部分酸化型や、水蒸気改質型と部分酸化型との両方を備えたものであってもよく、特に限定されない。
【符号の説明】
【００８２】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池モジュール
１２    燃料電池スタック
２０    ＢＯＰ（Balance Of Plant、周辺機器ユニット）
２４    排ガス燃焼器
２４ａ  ガスバーナー
２４ｂ  フランジ
３０    放熱回収用筐体（燃料電池放熱回収用筐体）
３０Ａ  内側筐体
３０Ｂ  外側筐体
４０    結合ブラケット（結合部品）
５０    ガス流路
５２    ガス流入口
５４    ガス流出口
６０    本体部
８０    蓋部
９０    仕切り部
１１１  内側断熱層（顆粒断熱材）
１１２  中間断熱層（空気）
１１３  外側断熱層（ブロック断熱材）
Ｓ１    第１隙間
Ｓ２    第２隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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