(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと、
前記ケーシング内に収納され、酸化剤ガスと燃料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、
前記ケーシング内に収納され、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側面に配置され、かつ、前記積層方向に沿って延ばして設けられ、前記酸化剤ガスが、前記各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、導出部から前記各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、
前記ケーシング側に設けられ、前記酸化剤ガス導入部材の前記導出部に対向する対向部と、
前記酸化剤ガス導入部材の前記導出部と前記対向部とのうちの少なくともいずれか一方に設けられ、前記導出部から導出された酸化剤ガスの流量を、前記積層方向において中央部が端部と比較して増大させる酸化剤ガス流量調整部と、を備え、
前記酸化剤ガス流量調整部は、前記酸化剤ガス導入部材の前記導出部に設けられ、前記導出部は、複数の導出口から構成され、前記複数の導出口は、その開口方向が前記中央部から前記端部へ行くにしたがって前記中央部に傾くように設けられている燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記酸化剤ガス流量調整部は、前記酸化剤ガス導入部材の前記導出部に設けられ、前記導出部は、複数の導出口から構成され、前記複数の導出口は、前記積層方向において前記中央部が前記端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大するように構成されている請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記酸化剤ガス流量調整部は、前記対向部に設けられ、前記対向部は、前記積層方向において前記中央部から前記端部に行くに従って浅くなる傾斜面が設けられて、前記導出部から導出された酸化剤ガスを反射させる請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記酸化剤ガス流量調整部が、前記対向部に設けられ、前記対向部は、前記燃料電池セルに燃料を供給するとともに前記燃料電池セルが積層された燃料マニホールドの表面部である請求項１乃至３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、酸化剤ガスと燃料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を収納してなる燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
この様な燃料電池モジュールにおいては、起動や発電に伴い燃料電池スタックに生じた熱を、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの積層方向の端部に配置される燃料電池セルは放熱しやすいが、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの積層方向の中央部に配置される燃料電池セルは放熱しにくい。そのため、燃料電池スタック全体として、中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じて、燃料電池スタックの発電効率が低下する。この不具合を解消するために、温度の高い燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路を燃料電池スタックの両端部と対向する位置に設けるようにして、燃料電池セルの積層方向における両端部の温度が低下することを抑制できる（または両端部の温度を上昇させることができる）とともに、燃料電池セルの積層方向における中央部側の温度を低下させることができ、燃料電池スタック全体としての温度分布を均一に近づけていた。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−８０１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この様な構成においては、燃焼排ガス流路を構成する部材を、燃料電池セルの積層方向の両端それぞれに燃料電池セルの長手方向に沿って設けねばならないため、部品点数が増える欠点を有する。
【０００５】
そこで、本発明は、部品点数を増やすことなく、燃料電池セルの積層方向の中央部に位置した燃料電池セルの温度を低下させ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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池モジュールは、ケーシングと、前記ケーシング内に収納され、酸化剤ガスと燃料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、前記ケーシング内に収納され、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側面に配置され、かつ、前記積層方向に沿って延ばして設けられ、前記酸化剤ガスが、前記各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、導出部から前記各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、前記ケーシング側に設けられ、前記酸化剤ガス導入部材の前記導出部に対向する対向部と、前記酸化剤ガス導入部材の前記導出部と前記対向部とのうちの少なくともいずれか一方に設けられ、前記導出部から導出された酸化剤ガスの流量を、前記積層方向において中央部が端部と比較して増大させる酸化剤ガス流量調整部と、を備え、前記酸化剤ガス流量調整部は、前記酸化剤ガス導入部材の前記導出部に設けられ、前記導出部は、複数の導出口から構成され、前記複数の導出口は、その開口方向が前記中央部から前記端部へ行くにしたがって前記中央部に傾くように設けられていることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る燃料電池モジュールによれば、酸化剤ガス流量調整部が、酸化剤ガス導入部材の導出部と対向部とのうちの少なくともいずれか一方に設けられ、導出部から導出された酸化剤ガスの流量が、積層方向において中央部が端部と比較して増大される。これにより、燃料電池セルの積層方向の中央部に位置した燃料電池セルは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がるため、その結果、部品点数を増やすことなく、燃料電池セルの積層方向の中央部に位置した燃料電池セルの温度を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る燃料電池モジュールを用いた燃料電池システムの概要図である。
【図２】図１に示した燃料電池モジュールの断面を示す概略図である。
【図３】本発明に係る燃料電池モジュールにおける酸化剤ガス流量調整部の第一実施形態を示し、図２のＡ−Ａ線部分断面図である。
【図４】本発明に係る燃料電池モジュールにおける酸化剤ガス流量調整部の第二実施形態を示し、図２に示した燃料電池モジュールにおける酸化剤ガス導入部材の底面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池モジュールにおける酸化剤ガス流量調整部の第三実施形態を示し、図２のＡ−Ａ線部分断面図である。
【図６】本発明に係る燃料電池モジュールにおける酸化剤ガス流量調整部の第四実施形態を示し、図２のＡ−Ａ線部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第一実施形態＞
以下、本発明に係る燃料電池モジュールを用いた燃料電池システムについて説明する。図１に示すように、燃料電池システムは、発電ユニット１０及び貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａを有し、筐体１０ａの内部には燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、貯水器１４、制御装置１５、貯湯槽２１を備えている。
【００１０】
燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４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、改質水および酸化剤ガスとして空気であるカソードエアが供給されている。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガス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る。本実施形態においては天然ガスにて説明する。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓ例えば都市ガス（天然ガス）のガス供給管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、一端が貯水器１４に接続されて改質水が供給される改質水供給管１１ｂの他端が接続されている。改質水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ２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。
【００１１】
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１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、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａ、ラジエータ２２ｂ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が接続されている。熱交換器１２は、貯水器１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。
【００１２】
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。熱交換器１２から排気された凝縮後の燃焼排ガスは、排気ダクト７０に導出され、そして、後述するように、筐体１０ａに設けられた筐体排気口１０ｅから筐体１０ａの外部へ排気される。また、凝縮された凝縮水は、熱交換器１２から凝縮水供給管１２ａを通って貯水器１４に供給される。なお、貯水器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。
【００１３】
燃料電池システムは、熱交換器１２にて生じた凝縮水が供給された貯水器１４から溢れ出た水は、オーバーフローライン１４ａを介して水受け部材１４ｂにて受け止められ、排水管１４ｃから、筐体１０ａの外部に排水される。
【００１４】
排気ダクト７０は、熱交換器１２の下流側で分岐して水受け部材１４ｂに連通するドレン管路１２ｂが設けられている。
【００１５】
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湯を蓄える。
【００１６】
インバータ装置１３は、燃料電池３４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からの交流電圧が電源ライン１６ｂを介して入力され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。
【００１７】
燃料電池モジュール１１は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部３３に供給するものである。
【００１８】
蒸発部３２には、一端（下端）が貯水器１４に接続された改質水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。
【００１９】
改質部３３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３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から燃料である改質ガス（アノードガス）を生成して改質ガス送出管３８から導出するものである。
【００２０】
燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数の燃料電池セル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池３４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３４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、水素含有ガスが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。なお、４００℃以下でも定格以下の発電量の発電は、可能である。また、６００℃で発電開始を許可している。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、改質部３３は省略することができる。
【００２１】
燃料電池セル３４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。燃料電池セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する酸化剤ガス流路３４ｃが形成されている。
【００２２】
燃料電池３４は、燃料マニホールド３５上に設けられている。燃料マニホールド３５には、燃料である改質部３３からの改質ガスが改質ガス送出管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）が燃料マニホールド３５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改質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。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアは、カソードエア供給管１１ｃを介して供給され、酸化剤ガス流路３４ｃ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。
【００２３】
カソードエアブロワ１１ｃ１は、電気モータ１１ｃ２により駆動されるもので、電気モータ１１ｃ２の駆動デューティは、制御装置１５にて演算される。カソードエア供給管１１ｃのカソードエアブロワ１１ｃ１の下流側に設けられた流量センサ１１ｃ３は、カソードエアブロワ１１ｃ１が吐出するカソードエア流量を検出する。流量センサ１１ｃ３は、その検出結果を制御装置１５に送信するようになっている。
【００２４】
燃焼部３６は、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間に設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）が燃料電池３４からのカソードオフエア（酸化剤オフガス）により燃焼されて、燃焼ガス（火炎３７）にて蒸発部３２及び改質部３３を加熱する。
【００２５】
燃焼部３６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が設けられている。燃焼部３６で生じた燃焼排ガスは、燃料電池モジュール１１から排気管１１ｄ通って熱交換器１２に至る。
【００２６】
筐体１０ａには、排気ダクト７０にて導出された熱交換器１２からの燃焼排ガスを外部に排気するための筐体排気口１０ｅ、外気を吸い込むための吸気口１０ｃ、筐体１０ａ内の空気を外部に排出するための換気用排気口１０ｄが形成されている。吸気口１０ｃには、逆止弁５４が設けられている。逆止弁５４は、外部から筐体１０ａ内への空気の流れは許容するが、逆方向の流れを規制するものである。
【００２７】
換気用排気口１０ｄには、換気ファン５５が設けられている。換気ファン５５は筐体１０ａ内の空気（換気排気）を外部に送出するものである。
【００２８】
図２は、本発明の燃料電池モジュール１１の断面を示す概略図である。燃料電池モジュール１１は、ケーシング３１の内部に、柱状の複数の燃料電池セル３４ａを積層して、その積層方向に延びた燃料電池スタック４１が収納されている。積層された複数の燃料電池セル３４ａは、燃料電池セル３４ａに燃料を供給する燃料マニホールド３５に固定される。即ち、燃料マニホールド３５は、燃料電池セル３４ａに燃料を供給するとともに燃料電池セル３４ａが積層されている。図２に示す燃料電池モジュール１１においては、燃料電池スタック４１は二個として平行に設けた例を示すが、これに限定されるものではない。燃料電池セル３４ａの積層方向は、図２では、紙面貫通方向、図３乃至図６では紙面左右方向となる。
【００２９】
図２に示す様に、ケーシング３１の内部には、前述の蒸発部３２及び改質部３３が燃料電池スタック４１の上方に配置され、改質部３３で生成された燃料は、前述の改質ガス送出管３８により、燃料マニホールド３５に供給される。
【００３０】
燃料電池モジュール１１を構成するケーシング３１は、図２に示す如く、内壁３１ａと外壁３１ｂを有する二重構造で、外壁３１ｂによりケーシング３１の外枠が形成されるとともに、内壁３１ａにより燃料電池スタック４１を収納する発電室４２が形成されている。燃料電池モジュール１１においては、内壁３１ａと外壁３１ｂとの間を、燃料電池セル３４ａに導入する酸化剤ガス（カソードエア）が流通する前述の酸化剤ガス流路３４ｃとしている。酸化剤ガス流路３４ｃにて、酸化剤ガスは、ケーシング３１内の上部へ案内される。
【００３１】
図２に示す如く、ケーシング３１内には、酸化剤ガス流路３４ｃと連通した酸化剤ガス導入部材４３が収納されている。酸化剤ガス導入部材４３は、燃料電池スタック４１における燃料電池セル３４ａの積層方向に沿った側面側に配置され、かつ、燃料電池セル３４ａの積層方向に沿って延ばして設けられる。即ち、酸化剤ガス導入部材４３は、燃料電池スタック４１の燃料電池セル３４ａの積層方向における幅に対応する幅を有して、燃料電池セル３４ａの積層方向に沿った側面側に配置される。酸化剤ガス導入部材４３は、酸化剤ガスが、各燃料電池セル３４ａの一端側（図２の上端側）から他端側（図２の下端側）に沿って内部を流れた後に、酸化剤ガスを各燃料電池セル３４ａの他端側（図２の下端側）に供給する導出部４４を備える。酸化剤ガス導入部材４３は、図２に示す如く、燃料電池セル３４ａの積層方向に沿った側面側に設けられた側壁４３ａ，４３ｂ及び下端に設けられた底蓋４３ｃを備える。又、導出部４４も、燃料電池スタック４１の燃料電池セル３４ａの積層方向における幅に対応する幅に亘って、酸化剤ガス導入部材４３に設けられる。
【００３２】
ケーシング３１側に設けられた前述の燃料マニホールド３５は、ケーシング３１側に、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４と対向する対向部３５ａ（詳細には、燃料マニホールド３５の表面部３５ａ）を備える。
【００３３】
燃料電池セル３４ａの積層方向に沿った内壁３１ａの内側には、燃焼排ガス用内壁３１ｃが設けられおり、内壁３１ａと燃焼排ガス用内壁３１ｃとの間が、発電室４２内の燃焼排ガスが上方から下方に向けて流れる燃焼排ガス流路３４ｄとされている。なお、燃焼排ガス流路３４ｄは、ケーシング３１の底部に設けられた前述の排気管１１ｄと通じている。
【００３４】
燃料電池スタック４１において、燃料電池スタック４１を構成する複数の燃料電池セル３４ａのうち、燃料電池セル３４ａの積層方向の端部側に配置される燃料電池セル３４ａは放熱しやすく、燃料電池スタック４１を構成する燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部側に配置される燃料電池セル３４ａは放熱しにくい。それゆえ、燃料電池スタック４１全体として中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。
【００３５】
燃料電池スタック４１の温度が不均一な温度分布となる場合においては、燃料電池スタック４１の発電効率が低下するおそれがある。
【００３６】
そこで、本発明は、導出部４４から導出された酸化剤ガスの流量が、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大させる酸化剤ガス流量調整部を設けて、燃料電池スタック４１の積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａの温度を低下させる。
【００３７】
次に、酸化剤ガス流量調整部８０ａを、図３に基づいて、説明する。酸化剤ガス流量調整部８０ａは、図３に示す如く、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられる。酸化剤ガス流量調整部８０ａの導出部４４は、図３に示す如く、酸化剤ガス導入部材４３の側壁４３ａ、４３ｂに燃料電池セル３４ａの積層方向に沿って燃料電池セル３４ａの積層方向における幅に対応する幅に亘って、複数の導出口４４ａが設けられる。その複数の導出口４４ａは、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部（図３の左端及び右端）と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大する様に形成されている。
【００３８】
酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられた複数の導出口４４ａは、図３に示す如く、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部から端部に亘って各燃料電池セル３４ａと対面し、各燃料電池セル３４ａに酸化剤ガスが供給される。複数の導出口４４ａは、前述の如く、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大しているので、複数の導出口４４ａから導出された酸化剤ガスの流量が、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。これにより、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がる．なお、複数の導出口４４ａにおける各導出口４４ａの単位面積当たりの開口面積は、燃料電池スタック４１の燃料電池セル３４ａの積層方向における温度分布の測定結果に基づいて、適宜設定することができる。
【００３９】
図３に基づいて、複数の導出口４４ａは、導出口４４ａ自体の開口面積を燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大する例を説明した。しかしながら、これに代えて、例えば、複数の導出口４４ａ自体の開口面積を同一とし、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、隣り合う導出口４４ａの間隔を狭めて導出口４４ａを設けることにて、複数の導出口４４ａは燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大する様に変更すことも可能である。
【００４０】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態に係る酸化剤ガス流量調整部８０ｂを、図４に基づいて、説明する。酸化剤ガス流量調整部８０ｂは、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられる。酸化剤ガス流量調整部８０ｂの導出部４４は、図４に示す如く、酸化剤ガス導入部材４３の底蓋４３ｃに、燃料電池セル３４ａの積層方向に沿って燃料電池セル３４ａの積層方向における幅に対応する幅に亘って、複数の導出口４４ｂが設けられる。その複数の導出口４４ｂは、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部（図３の左端及び右端）と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大する様に形成されている。以上の説明の如く、第一実施形態における酸化剤ガス流量調整部８０ａでは、複数の導出口４４ａを酸化剤ガス導入部材４３の側壁４３ａ，４３ｂに設けたのに対し、本発明の第二実施形態に係る酸化剤ガス流量調整部８０ｂは、複数の導出口４４ｂを、酸化剤ガス導入部材４３の底蓋４３ｃに設けたことのみが相違する。
【００４１】
酸化剤ガス流量調整部８０ｂにおいて、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられた複数の導出口４４ｂは、酸化剤ガス導入部材４３の底蓋４３ｃに設けられたことに伴い、対向部である燃料マニホールド３５の表面部３５ａに対向する。従って、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられた複数の導出口４４ｂから導出された酸化剤ガスは、直接又は燃料マニホールド３５の表面部３５ａで反射して各燃料電池セル３４ａに供給される。複数の導出口４４ｂは、前述の如く、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大しているので、複数の導出口４４ｂから導出された酸化剤ガスの流量が、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。これにより、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がる。なお、複数の導出口４４ｂにおける各導出口４４ｂの単位面積当たりの開口面積は、燃料電池スタック４１の燃料電池セル３４ａの積層方向における温度分布の測定結果に基づいて、適宜設定することができる。
【００４２】
図４に基づいて、複数の導出口４４ｂは、導出口４４ｂ自体の開口面積を燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大する例を説明した。しかしながら、これに代えて、例えば、複数の導出口４４ｂ自体の開口面積を同一とし、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、隣り合う導出口４４ｂの間隔を狭めて導出口４４ｂを設けることにて、複数の導出口４４ｂは燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大する様に変更すことも可能である。
【００４３】
＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態に係る酸化剤ガス流量調整部８０ｃを、図５に基づいて、説明する。酸化剤ガス流量調整部８０ｃは、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられる。酸化剤ガス流量調整部８０ｃの導出部４４は、複数の導出口４４ｃから構成される。複数の導出口４４ｃは、その開口方向が、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部から端部へ行くにしたがって中央部に傾くように設けられている。具体的には、例えば、図５に示す如く、酸化剤ガス流量調整部８０ｃは、酸化剤ガス導入部材４３の底蓋４３ｃに設けられ、その底蓋４３ｃは、燃料電池セル３４ａの積層方向において端部から中央部に向けて傾斜した底蓋４３ｃ１に形成されている。傾斜した底蓋４３ｃ１は、図５に示す如く、例えば、燃料電池セル３４ａの積層方向において端部から中央部に向けて盛り上がる円弧状に形成されている。傾斜した底蓋４３ｃ１に、複数の導出口４４ｃを設ける。複数の導出口４４ｃは、傾斜した底蓋４３ｃ１により、その開口方向が、燃料電池セル３４ａの積層方向中央部から端部に行くにしたがって中央部に傾くように設けられる。
【００４４】
複数の導出口４４ｃは、燃料電池スタック４１の燃料電池セル３４ａの積層方向における幅に対応する幅に亘って設けられる。なお、複数の導出口４４ｃは、前述に第一実施形態の複数の導出口４４ａ及び第一実施形態の複数の導出口４４ｂの如く、特に開口面積に差を設ける必要がなく、均一な開口面積とすることができる。
【００４５】
酸化剤ガス流量調整部８０ｃは、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられ、導出部４４は、複数の導出口４４ｃから構成され、複数の導出口４４ｃは、その開口方向が燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部から端部へ行くにしたがって中央部に傾くように設けられ、複数の導出口４４ｃが燃料マニホールド３５の表面部３５ａと対向する。従って、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられた複数の導出口４４ｃから導出された酸化剤ガスは、直接又は燃料マニホールド３５の表面部３５ａで反射して、各燃料電池セル３４ａに供給される。複数の導出口４４ｃは、前述の如く、その開口方向が燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部から端部へ行くにしたがって中央部に傾くように設けられているため、その結果、複数の導出口４４ｃから導出された酸化剤ガスの流量が、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。これにより、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がる。
【００４６】
図５に基づいて、酸化剤ガス流量調整部８０ｃの導出部４４を複数の導出口４４ｃから構成し、複数の導出口４４ｃは、その開口方向が燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部から端部へ行くにしたがって中央部に傾くように設ける構成を、酸化剤ガス導入部材４３の底蓋４３ｃを傾斜させて、その傾斜した底蓋４３ｃ１に複数の導出口４４ｃを設けた例を説明した。しかしながら、これに代えて、例えば、底蓋４３ｃを傾斜させることなく、底蓋４３ｃに設けた複数の導出口４４ｃ自体の開口方向が燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部から端部へ行くにしたがって中央部に傾くように設ける変更も可能である。
なお、複数の導出口４４ｃの開口方向が燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部から端部へ行くにしたがって中央部に傾く傾斜は、燃料電池スタック４１の燃料電池セル３４ａの積層方向における温度分布の測定結果に基づいて、適宜設定することができる。
【００４７】
＜第四実施形態＞
次に、本発明の第四実施形態に係る酸化剤ガス流量調整部８０ｄを、図６に基づいて、説明する。酸化剤ガス流量調整部８０ｄは、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に対向する対向部である燃料マニホールド３５の表面部３５ａに設けられる。酸化剤ガス流量調整部８０ｄにおいて、燃料マニホールド３５の表面部３５ａは、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部から端部に行くにしたがって浅くなる傾斜面３５ａ１が設けられる。傾斜面３５ａ１は、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４から導出された酸化剤ガスを反射させる。傾斜面３５ａ１は、例えば、図６に示す如く、燃料電池セル３４ａの積層方向において端部から中央部に向けて垂れ下がる円弧状に形成されている。導出部４４は、酸化剤ガス導入部材４３の底蓋４３ｃに設けられるのが好ましい。
【００４８】
酸化剤ガス流量調整部８０ｄは、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４と対向する対向部である燃料マニホールド３５の表面部３５ａが、前述の如く、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部から端部に行くにしたがって浅くなる傾斜面３５ａ１が設けられることにより、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４から導出された酸化剤ガスは、直接又は燃料マニホールド３５の傾斜面３５ａ１で反射して、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部へ向うように案内される。その結果、導出部４４から導出された酸化剤ガスの流量が、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。これにより、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がる。なお、対向部である燃料マニホールド３５の傾斜した表面部３５ａの傾斜は、燃料電池スタック４１の燃料電池セル３４ａの積層方向における温度分布の測定結果に基づいて、適宜設定することができる。
【００４９】
なお、図２においては、酸化剤ガス導入部材４３が、ケーシング３１の内部に横並びに並置された２つの燃料電池スタック４１間に位置するように配置されて例を示したが、燃料電池スタック４１の個数により、例えば酸化剤ガス導入部材４３を燃料電池スタック４１の両側面側から挟み込むように配置してもよい。具体的には、燃料電池スタック４１をケーシング３１内に１つだけ収納する場合には、酸化剤ガス導入部材４３を２つ設け、燃料電池スタック４１を両側面側から挟み込むように配置することができる。又、燃料電池スタック４１をケーシング３１内に１つだけ収納する場合には、酸化剤ガス導入部材４３を、燃料電池スタック４１の片側側面のみに設けることも可能である。
【００５０】
上述のように本発明の第一実施形態乃至第四実施形態の燃料電池モジュールによれば、ケーシング３１と、ケーシング３１内に収納され、酸化剤ガスと燃料とで発電を行う燃料電池セル３４ａを複数積層してなる燃料電池スタック４１と、ケーシング３１内に収納され、燃料電池スタック４１における燃料電池セル３４ａの積層方向に沿った側面に配置され、かつ、燃料電池セル３４ａの積層方向に沿って延ばして設けられ、酸化剤ガスが、各燃料電池セル３４ａの一端側から他端側に沿って内部を流れた後に、導出部４４から各燃料電池セル３４ａの他端側に供給される酸化剤ガス導入部材４３と、ケーシング３１側に設けられ、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に対向する対向部３５ａと、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４と対向部３５ａとのうちの少なくともいずれか一方に設けられ、導出部４４から導出された酸化剤ガスの流量を、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大させる酸化剤ガス流量調整部８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄと、を備える。これにより、酸化剤ガス流量調整部８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄにて、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４から各燃料電池セル３４ａに供給される酸化剤ガスの流量は、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。これにより、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がるため、その結果、部品点数を増やすことなく、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａの温度を低下させることができる。
【００５１】
上述のように本発明の第一実施形態及び第二実施形態の燃料電池モジュールによれば、酸化剤ガス流量調整部８０ａ，８０ｂは、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられ、導出部４４は、複数の導出口４４ａ，４４ｂから構成され、複数の導出口４４ａ，４４ｂは、燃料電池セル３４ａ積層方向において中央部が端部と比較して、単位面積当たりの開口面積が増大するように構成されている。これにより、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４から各燃料電池セル３４ａに供給される酸化剤ガスの流量は、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。従って、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がるため、その結果、部品点数を増やすことなく、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａの温度を低下させることができる。
【００５２】
上述のように本発明の第三実施形態の燃料電池モジュールによれば、酸化剤ガス流量調整部８０ｃは、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４に設けられ、導出部４４は、複数の導出口４４ｃから構成され、複数の導出口４４ｃは、その開口方向が燃料電池セル３４ａ積層方向において中央部から端部へ行くにしたがって中央部に傾くように設けられている。これにより、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４から各燃料電池セル３４ａに供給される酸化剤ガスの流量が、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。従って、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がるため、その結果、部品点数を増やすことなく、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａの温度を低下させることができる。
【００５３】
上述のように本発明の第四実施形態の燃料電池モジュールによれば、酸化剤ガス流量調整部８０ｄは、対向部３５ａに設けられ、対向部３５ａは、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部から端部に行くにしたがって浅くなる傾斜面３５ａ１が設けられて、導出部４４から導出された酸化剤ガスを反射させる。これにより、酸化剤ガス導入部材４３の導出部４４から各燃料電池セル３４ａに供給される酸化剤ガスの流量は、燃料電池セル３４ａの積層方向において中央部が端部と比較して増大する。従って、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａは、酸化剤ガスとの熱交換量が増大して温度が下がるため、その結果、部品点数を増やすことなく、燃料電池セル３４ａの積層方向の中央部に位置した燃料電池セル３４ａの温度を低下させることができる。
【００５４】
上述のように本発明の第四実施形態の燃料電池モジュールによれば、酸化剤ガス流量調整部８０ｄが、対向部３５ａに設けられ、対向部３５ａは、燃料電池セル３４ａに燃料を供給するとともに燃料電池セル３４ａが積層された燃料マニホールド３５の表面部３５ａである。これにより、燃料マニホールド３５にて、酸化剤ガスの流量調整が行うことが可能となる。
【００５５】
なお、複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合せることが可能であることは、明らかである。
【符号の説明】
【００５６】
３１…ケーシング、３４ａ…燃料電池セル、４１…燃料電池スタック、４３…酸化剤ガス導入部材、３５…燃料マニホールド、３５ａ…燃料マニホールド表面部（対向部）、３５ａ１…傾斜面、４４…導出部、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ…導出口、８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ…酸化剤ガス流量調整部
【図１】
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【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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