(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の燃料電池セルが形成された複数の単列状に配置された燃料電池セル管と、
該燃料電池セル管の一方の端部が締り嵌めされる第１管板を有し、外部から供給された燃料ガスを前記燃料電池セル管内に供給する第１燃料室と、
前記燃料電池セル管の他方の端部が締り嵌めされる第２管板を有し、前記燃料電池セル管から流出した前記燃料ガスを外部に排出する第２燃料室と、
前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方と接続され、前記燃料ガスが流通する燃料配管と、を有するカートリッジが、前記燃料電池セル管の単列方向および軸方向の両方に対して垂直方向に互いに隣接して複数配置され、
前記燃料配管と接続された前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方と、前記燃料配管との間は締り嵌めされるとともに、
前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方に、当該第１燃料室および第２燃料室に隣接する他の第１燃料室または第２燃料室側に延びる接続配管が設けられ、該接続配管は、前記他の第１燃料室に形成された燃料ガス供給口または第２燃料室に形成された燃料ガス排出口に締り嵌めされていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
表面に複数の燃料電池セルが形成された複数の単列状に配置された燃料電池セル管と、
該燃料電池セル管の一方の端部が締り嵌めされる第１管板を有し、外部から供給された燃料ガスを前記燃料電池セル管内に供給する第１燃料室と、
前記燃料電池セル管の他方の端部が締り嵌めされる第２管板を有し、前記燃料電池セル管から流出した前記燃料ガスを外部に排出する第２燃料室と、
前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方と接続され、前記燃料ガスが流通する燃料配管と、を有するカートリッジが、前記燃料電池セル管の単列方向および軸方向の両方に対して垂直方向に互いに隣接して複数配置され、
前記燃料配管は、互いに隣接して配置されている複数の前記第１燃料室および互いに隣接して配置されている複数の前記第２燃料室の少なくとも一方を、その各燃料室の隣接方向に貫通して延びるとともに、貫通した前記第１燃料室または前記第２燃料室と連通する複数の連通孔を有し、
該燃料配管は、前記第１燃料室に形成された燃料ガス供給口または前記第２燃料室に形成された燃料ガス排出口に締り嵌めされていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方は、前記燃料電池セル管に近い側の内半部と、遠い側の外半部との２つに分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記内半部および外半部から外側に突出し、前記内半部および外半部の接合に用いられる鍔部と、
該鍔部を下方から支持する支持部と、
が設けられていることを特徴とする請求項３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、特に筒型構造を有する固体酸化物型燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の筒型構造を有する燃料電池、例えば、固体酸化物型燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と表記する。）には、表面に燃料電池セルが形成された複数の円筒状の燃料電池セル管が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
燃料電池セル管は、平行に延びる複数の直線上に並んで配置されている。例えば、２０本の燃料電池セル管が配置された列を５列並べて、合計１００本の燃料電池セル管が設けられている。
【０００３】
これらの燃料電池セル管における一方の端部には燃料電池セル管に燃料を供給するヘッダが配置され、他方の端部には燃料電池セル管から排出された燃料が流入するヘッダが配置されている。
これらヘッダには、燃料電池セル管に供給される空気と燃料との流路を区切るとともに、燃料電池セル管を支持するシール用薄板管板が設けられている。
【特許文献１】特許第３７２７９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の燃料電池モジュールでは、複数の燃料電池セル管が行列状に配置されているため、燃料電池セル管を支持するシール用薄板管板の端部に大きな曲げ応力が発生していた。そのため、シール用薄板管板の薄肉化が困難という問題があった。
【０００５】
一方で、複数の燃料電池セル管が行列状に配置されているため、シール用薄板管板への燃料電池セル管の取り付け等を含むセル組み立て時に用いられる、燃料電池セル管等を支持する補助支持治具の構造が限定され、セル組み立てが困難という問題があった。さらに、セル組み立て後に、燃料電池セル管等に損傷を与えることなく、上述の治具を取り外す工夫が必要になるという問題があった。
【０００６】
また、上述のヘッダと、燃料が流通する燃料配管等とが溶接接合されているため、燃料電池モジュールの分解点検に時間がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、軽量化を図るとともに、組み立てや点検等を容易にす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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の燃料電池モジュールは、表面に複数の燃料電池セルが形成された複数の単列状に配置された燃料電池セル管と、該燃料電池セル管の一方の端部が締り嵌めされる第１管板を有し、外部から供給された燃料ガスを前記燃料電池セル管内に供給する第１燃料室と、前記燃料電池セル管の他方の端部が締り嵌めされる第２管板を有し、前記燃料電池セル管から流出した前記燃料ガスを外部に排出する第２燃料室と、前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方と接続され、前記燃料ガスが流通する燃料配管と、を有するカートリッジが、前記燃料電池セル管の単列方向および軸方向の両方に対して垂直方向に互いに隣接して複数配置され、前記燃料配管と接続された前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方と、前記燃料配管との間は締り嵌めされるとともに、前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方に、当該第１燃料室および第２燃料室に隣接する他の第１燃料室または第２燃料室側に延びる接続配管が設けられ、該接続配管は、前記他の第１燃料室に形成された燃料ガス供給口または第２燃料室に形成された燃料ガス排出口に締り嵌めされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、複数の燃料電池セル管が単列状に配置、言い換えると、略同一直線上に並んで配置されているため、複数の燃料電池セル管を複列状に配置した場合と比較して、第１管板および第２管板の薄板化を図ることができる。
つまり、複数の燃料電池セル管を複列状に配置した場合と比較して、第１管板および第２管板における上述の単列が延びる方向に対して交差する方向の長さを短くすることができる。そのため、同じ本数の燃料電池セル管を支持する場合、より板厚の薄い第１管板および第２管板であっても支持することができる。
【００１０】
一方で、複数の燃料電池セル管が単列状に配置されているため、燃料電池セル管、第１燃料室および第２燃料室との組み立て時に、燃料電池セル管を両側から支持できる。そのため、隣接する燃料電池セル管が支持の邪魔をする複数の燃料電池セル管を複列状に配置した場合と比較して、組み立てが容易となる。
【００１１】
さらに、複数の燃料電池セル管が単列状に配置されているため、燃料電池セル管、第１燃料室および第２燃料室との組み立て時に、燃料電池セル管などを横、つまり、水平方向に延びるように配置することができる。
つまり、複数の燃料電池セル管を複列状に配置した場合、燃料電池セル管、第１燃料室および第２燃料室との組み立て時には、燃料電池セル管などを縦、つまり、上下方向に延びるように配置して組み立てる必要があったのに対して、複数の燃料電池セル管を単列状に配置されているため、燃料電池セル管などを支持が容易な横置きにして組み立てることができる。
【００１３】
また、本発明によれば、第１燃料室と燃料配管との間や、第２燃料室と燃料配管との間を締り嵌めすることで、燃料電池モジュールの補修時における分解が容易となる。
つまり、第１燃料室と燃料配管との間などを溶接する方法と比較して、締り嵌めする方法は、第１燃料室と燃料配管との分離が容易である。そのため、第１燃料室と燃料配管とを分離したり、第２燃料室と燃料配管とを分離したりする必要がある燃料電池モジュールの補修を容易に行うことができる。
【００１５】
また、本発明によれば、並んで配置されているカートリッジにおいて、一方の第１燃料室などから延びる接続配管が、隣接する他方の第１燃料室などに締り嵌めされているため、並んで配置されたカートリッジ間のクリアランスを小さくすることができる。
さらに、接続配管により隣接する第１燃料室などが連通されるため、第１燃料室などに接続される燃料配管の本数を減らすことができる。つまり、一つの第１燃料室などに燃料配管を接続することにより、接続配管を介して全ての第１燃料室などが燃料配管と連通される。そのため、全ての第１燃料室などに燃料配管を個別に接続する方法と比較して、燃料配管の本数を減らすことができる。
【００１６】
また、本発明の燃料電池モジュールは、表面に複数の燃料電池セルが形成された複数の単列状に配置された燃料電池セル管と、該燃料電池セル管の一方の端部が締り嵌めされる第１管板を有し、外部から供給された燃料ガスを前記燃料電池セル管内に供給する第１燃料室と、前記燃料電池セル管の他方の端部が締り嵌めされる第２管板を有し、前記燃料電池セル管から流出した前記燃料ガスを外部に排出する第２燃料室と、前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方と接続され、前記燃料ガスが流通する燃料配管と、を有するカートリッジが、前記燃料電池セル管の単列方向および軸方向の両方に対して垂直方向に互いに隣接して複数配置され、前記燃料配管は、互いに隣接して配置されている複数の前記第１燃料室および互いに隣接して配置されている複数の前記第２燃料室の少なくとも一方を、その各燃料室の隣接方向に貫通して延びるとともに、貫通した前記第１燃料室または前記第２燃料室と連通する複数の連通孔を有し、該燃料配管は、前記第１燃料室に形成された燃料ガス供給口または前記第２燃料室に形成された燃料ガス排出口に締り嵌めされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、並んで配置されているカートリッジにおいて、燃料配管が全ての第１燃料室などを貫通するとともに、第１燃料室などに締り嵌めされているため、並んで配置されたカートリッジ間のクリアランスを小さくすることができる。
【００１８】
一方で、燃料配管には連通孔が形成されているため、第１燃料室などに接続される燃料配管の本数を減らすことができる。つまり、連通孔を介して全ての第１燃料室などが燃料配管と連通されるため、全ての第１燃料室などに燃料配管を個別に接続する方法と比較して、燃料配管の本数を減らすことができる。
【００１９】
さらに、燃料配管が全ての第１燃料室などを貫通するため、第１燃料室などにおける壁面の剛性を高めることができる。つまり、単に第１燃料室などを並べて配置する場合と比較して、燃料配管が第１燃料室などに締り嵌めされているため、並べて配置された第１燃料室などが一体化され、壁面の剛性が高められる。
【００２０】
上記発明においては、前記第１燃料室および前記第２燃料室の少なくとも一方は、前記燃料電池セル管に近い側の内半部と、遠い側の外半部との２つに分割されていることが望ましい。
【００２１】
本発明によれば、第１燃料室などを構成する内半部および外半部のうち、外半部を後から取り付けることで第１燃料室などの上部を開放することができる。そのため、燃料電池モジュールの組み立て時や点検時に用いられる治具などのハンドリング、つまり取り回しが容易になる。
【００２２】
上記発明においては、前記内半部および外半部から外側に突出し、前記内半部および外半部の接合に用いられる鍔部と、該鍔部を下方から支持する支持部と、が設けられていることが望ましい。
【００２３】
本発明によれば、鍔部を用いて内半部および外半部の接合を行うことで接合領域の確保が容易となり、第１燃料室や第２燃料室におけるシール性の確保が容易となる。さらに接合工程の自動化が容易となる。
【００２４】
一方、内半部および外半部から外側に突出する鍔部を、支持部により下方から支持するため、燃料電池セル管、第１燃料室および第２燃料室からなるカートリッジの支持が容易となる。さらに、燃料電池モジュールの組み立て時や点検時における上述のカートリッジの交換が容易となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料電池モジュールによれば、複数の燃料電池セル管が単列状に配置されているため、複数の燃料電池セル管を複列状に配置した場合と比較して、軽量化を図るとともに、組み立てや点検等を容易にすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
〔参考実施形態〕
以下、本発明の参考実施形態に係る燃料電池モジュールついて図１から図３を参照して説明する。
図１は、本参考実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を説明する模式図である。
本参考実施形態では、本願の発明を複数の円筒型の燃料電池セル管２を有するＳＯＦＣモジュールである燃料電池モジュール１に適用して説明するが、他の筒型構造を有する燃料電池モジュールであってもよく、特に限定するものではない。
【００２７】
本参考実施形態の燃料電池モジュール１が、直接内部改質型の燃料電池セルを用いる場合には、燃料ガスとしては、メタン、プロパン等の炭化水素と水蒸気との混合ガスが用いられる。直接内部改質型の燃料電池セルを用いない場合には、水素と水蒸気とを含む混合ガスが用いられる。
一方、酸化剤ガスとしては、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合ガスが用いられる。
【００２８】
燃料電池モジュール１には、図１に示すように、複数の燃料電池セル管２と、空気室としての酸化剤ガス供給室３と、燃料ガスを燃料電池セル管２に供給する供給室（第１燃料室）４と、燃料電池セル管２から排出された燃料ガスが流入する排出室（第２燃料室）５と、断熱体６Ａ，６Ｂとが設けられている。
【００２９】
燃料電池セル管２は、図１に示すように、多孔質セラミックスから形成された円筒型の基体管であって、外周面に複数の燃料電池セルが形成されたものである。
さらに、燃料電池セル管２の一方の端部は供給室４の管板４３に、他方の端部は排出室５の管板５３に締り嵌めされ、かつ、燃料電池セル管２の内部および供給室４の内部と、燃料電池セル管２の内部および排出室５の内部とが連通されている。
なお、燃料電池セル管２に用いられる多孔室セラミックスとしては安定化ジルコニアを例示することができる。
【００３０】
図２は、図１の供給室の構成を説明する部分拡大図である。
供給室４は、図１および図２に示すように、外部から供給された燃料ガスを燃料電池セル管２に分配供給するとともに、燃料電池セル管２を支持するものである。供給室４の内部には、燃料ガスの流れを整える整流板のような機構が設けられていてもよいし、設けられていなくてもよく、特に限定するものではない。
【００３１】
供給室４には、供給室４の側壁を構成する側板４１、側板４２、および、管板（第１管板）４３と、燃料配管７が締り嵌めされる燃料ガス供給口４５と、燃料電池セル管２が締り嵌めされる第１嵌合部４６と、が設けられている。
【００３２】
側板４１、側板４２および管板４３は中空の直方体形状を有する供給室４を形成するものであって、ステンレス鋼や耐熱合金などから形成された板状の部材である。特に、管板４３は、供給室４と酸化剤ガス供給室３とを隔てる板状の部材である。
【００３３】
図３は、図２の燃料ガス供給口の構成を説明する部分拡大断面視図である。
側板４１には、図２および図３に示すように、燃料配管７が締り嵌めされる燃料ガス供給口４５が形成されている。燃料ガス供給口４５には、開口部の中央に向かって、供給室４の内部へ変位する傾斜面が形成されている。
このような傾斜面を形成することにより、傾斜面の弾性を利用して燃料配管７を容易に燃料ガス供給口４５に締り嵌めすることができる。つまり、燃料配管７を燃料ガス供給口４５に挿入することにより、燃料配管７と供給室４との組み立てが完了する。
【００３４】
本参考実施形態では、側板４１の略中央に燃料ガス供給口４５が形成されている例に適用して説明するが、略中央以外の他の位置に燃料ガス供給口４５が形成されていてもよく、特に限定するものではない。
【００３５】
管板４３には、図１および図２に示すように、燃料電池セル管２が締り嵌めされる複数の第１嵌合部４６が形成されている。第１嵌合部４６には、開口部の中央に向かって、供給室４の内部へ変位する傾斜面が形成されている。このような傾斜面を形成することにより、傾斜面の弾性を利用して燃料電池セル管２を容易に第１嵌合部４６に締り嵌めすることができる。
さらに、複数の第１嵌合部４６は、一つの列（単列）を形成するように、言い換えると、略同一直線上に並んで配置されている。
【００３６】
排出室５は、図１に示すように、燃料電池セル管２から排出された燃料ガスが流入するとともに、燃料電池セル管２を支持するものである。排出室５の内部には、燃料ガスの流れを整える整流板のような機構が設けられていてもよいし、設けられていなくてもよく、特に限定するものではない。
【００３７】
排出室５には、排出室５の側壁を形成する側板５１、側板５２、および、管板（第２管板）５３と、燃料配管７が締り嵌めされる燃料ガス排出口５４と、燃料電池セル管２が締り嵌めされる第２嵌合部５５と、が設けられている。
【００３８】
側板５１、側板５２および管板５３は中空の直方体形状を有する排出室５を形成するものであって、ステンレス鋼や耐熱合金などから形成された板状の部材である。特に、管板５３は、排出室５と酸化剤ガス供給室３とを隔てる板状の部材である。
【００３９】
側板５１には、側板４１と同様に、燃料配管７が締り嵌めされる燃料ガス排出口５４が形成されている。燃料ガス排出口５４には、開口部の中央に向かって、排出室５の内部へ変位する傾斜面が形成されている。
このような傾斜面を形成することにより、傾斜面の弾性を利用して燃料配管７を容易に燃料ガス排出口５４に締り嵌めすることができる。つまり、燃料配管７を燃料ガス排出口５４に挿入することにより、燃料配管７と排出室５との組み立てが完了する。
【００４０】
本参考実施形態では、側板５１の略中央に燃料ガス排出口５４が形成されている例に適用して説明するが、略中央以外の他の位置に燃料ガス排出口５４が形成されていてもよく、特に限定するものではない。
【００４１】
管板４３と同様に、管板５３には、燃料電池セル管２が締り嵌めされる複数の第２嵌合部５５が形成されている。第２嵌合部５５には、開口部の中央に向かって、排出室５の内部へ変位する傾斜面が形成されている。
このような傾斜面を形成することにより、傾斜面の弾性を利用して燃料電池セル管２を容易に第２嵌合部５５に締り嵌めすることができる。つまり、燃料電池セル管２を第２嵌合部５５に挿入することにより、燃料電池セル管２と管板４３との組み立てが完了する。
【００４２】
さらに、複数の第２嵌合部５５は、一つの列（単列）を形成するように、言い換えると、略同一直線上に並んで配置されている。
このように第１嵌合部４６および第２嵌合部５５を配置することにより、燃料電池セル管２を単列に、言い換えると、一列に、または、略同一直線上に並んで、配置することができる。このように、燃料電池セル管２を単列に配置することにより、燃料電池セル管２の本数を変更しても、燃料電池モジュール１の寸法に対する影響は小さい。つまり、燃料電池セル管２の列が延びる方向の寸法のみが影響を受け、その他の寸法には影響がない。
なお、第２嵌合部５５の数は、第１嵌合部４６の数と同数であって、その数は特に限定されるものではない。
【００４３】
酸化剤ガス供給室３は、図１に示すように、供給室４の管板４３と排出室５の管板５３との間に配置され、内部に燃料電池セル管２が収納される室である。さらに、酸化剤ガス供給室３は、供給室４および排出室５から隔離され、燃料電池セル管２の周囲に酸化剤ガスを供給する室でもある。
【００４４】
酸化剤ガス供給室３は、側板３１、管板４３、および、管板５３から形成された室である。
酸化剤ガス供給室３には、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス供給口３２及び酸化剤ガス排出口３３と、が設けられている。
なお、図１に示した構成では、集電に関する構成を省略している。
【００４５】
断熱体６Ａ及び断熱体６Ｂは、燃料電池セル管２の発電電池セルにおいて発生した熱の伝達を遮蔽して、管板４３や、管板５３や、あるいは、第１嵌合部４６や、第２嵌合部５５などを、上述の熱から保護するものである。
断熱体６Ａは、酸化剤ガス供給室３内における管板４３の近傍に固定され、断熱体６Ｂは、酸化剤ガス供給室３内における管板５３の近傍に固定されている。
【００４６】
断熱体６Ｂと燃料電池セル管２との間には、酸化剤ガスの流路が形成され、当該流路により酸化剤ガスの流量が制限されている。
断熱体６Ａや断熱体６Ｂを構成する材料としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする断熱材を例示することができる。
【００４７】
次に、上記の構成からなる燃料電池モジュール１における発電について説明する。
燃料電池モジュール１による発電は、図１に示すように、供給室４に燃料ガスを供給し、酸化剤ガス供給室３に酸化剤ガスを供給することにより行われる。
【００４８】
具体的には、燃料ガスは燃料ガス供給口４５から供給室４に供給され、その後、燃料電池セル管２の内部に流入する。供給室４に供給される際に、燃料ガスは、例えば、２５０℃程度に予熱されている。
燃料ガスは、燃料電池セル管２の燃料電池セルに供給され、発電に用いられる。燃料電池セルは発電の際に熱を発生するため、その温度は約９００℃から約１０００℃に保持される。
発電に用いられなかった燃料ガス、および、発電により生成された水蒸気は、燃料電池セル管２から排出室５へ送出される。使用済みの燃料ガスは燃料ガス排出口５４から排出される。
【００４９】
酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給口３２から酸化剤ガス供給室３に流入し、断熱体６Ｂと管板５３とに挟まれ形成される空間を、管板５３に沿って移動する。その後、酸化剤ガスは、断熱体６Ｂと燃料電池セル管２の外周部との間の空間を燃料電池セル管２の外周部に沿って流れ、酸化剤ガス供給室３内に流入する。
酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給室３内において、燃料電池セル管２の燃料電池セルに供給され、発電に用いられる。発電の際に燃料電池セルから発生した熱の一部は、酸化剤ガスにより奪い去られ、燃料電池セルの温度は約９００℃から約１０００℃に保持される。
【００５０】
その後、酸化剤ガスは供給室４側に向かって流れ、燃料電池セルから吸収した熱を、燃料電池セル管２内を排出室５側に向かって流れる燃料ガスに放出し、燃料ガスの温度を昇温させる。つまり、発電に用いられる前の燃料ガスの温度を昇温させる。
燃料ガスの温度を昇温させた酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給室３の酸化剤ガス排出口３３から外部へ排出される。
【００５１】
上記の構成によれば、複数の燃料電池セル管２が単列状に配置、言い換えると、略同一直線上に並んで配置されているため、複数の燃料電池セル管２を複列状に配置した場合と比較して、管板４３および管板５３の薄板化を図り、軽量化を図ることができる
つまり、複数の燃料電池セル管２を複列状に配置した場合と比較して、管板４３および管板５３における上述の単列が延びる方向に対して交差する方向、つまり直交する方向の長さを短くすることができる。そのため、同じ本数の燃料電池セル管２を支持する場合、より板厚の薄い管板４３および管板５３であっても支持することができる。
【００５２】
一方で、複数の燃料電池セル管２が単列状に配置されているため、燃料電池セル管２、供給室４および排出室５との組み立て時に、燃料電池セル管２を両側から支持できる。そのため、隣接する燃料電池セル管２が支持の邪魔をする複数の燃料電池セル管２を複列状に配置した場合と比較して、組み立てや、点検などを容易にすることができる。
【００５３】
さらに、複数の燃料電池セル管２が単列状に配置されているため、燃料電池セル管２、供給室４および排出室５との組み立て時に、燃料電池セル管２などを横、つまり、水平方向に延びるように配置することができ、組み立てや、点検などを容易にすることができる。
つまり、複数の燃料電池セル管２を複列状に配置した場合、燃料電池セル管２、供給室４および排出室５との組み立て時には、燃料電池セル管２などを縦、つまり、上下方向に延びるように配置して組み立てる必要があったのに対して、複数の燃料電池セル管２を単列状に配置されているため、燃料電池セル管２などを支持が容易な横置きにして組み立てることができる。
【００５４】
供給室４と燃料配管７との間や、排出室５と燃料配管７との間を締り嵌めすることで、燃料電池モジュール１の補修時における分解を容易にすることができる。
つまり、供給室４と燃料配管７との間などを溶接する方法と比較して、締り嵌めする方法は、供給室４と燃料配管７との分離が容易である。そのため、供給室４と燃料配管７とを分離したり、排出室５と燃料配管７とを分離したりする必要がある燃料電池モジュール１の補修を容易に行うことができる。
【００５５】
〔第１の実施形態〕
次に、本発明の第１の実施形態について図４から図６を参照して説明する。
本実施形態の燃料電池モジュールの基本構成は、参考実施形態と同様であるが、参考実施形態とは、供給室および排出室の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図４から図６を用いて供給室および排出室の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図４は、本実施形態の燃料電池モジュールに係る供給室の構成を説明する部分断面視図である。図５は、図４の燃料電池モジュールに係る排出室の構成を説明する部分断面視図である。
なお、参考実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
燃料電池モジュール１０１には、図４および図５に示すように、複数の燃料電池セル管２と、燃料ガスを燃料電池セル管２に供給する供給室（第１燃料室）１０４と、燃料電池セル管２から排出された燃料ガスが流入する排出室（第２燃料室）１０５と、からなるカートリッジ１０８が複数設けられている。
【００５７】
カートリッジ１０８は、燃料電池セル管２の単列方向（図４の紙面に対して垂直方向）に対して垂直方向（図４の左右方向）に並んで配置されている。本実施形態では、３つのカートリッジ１０８が設けられている例に適用して説明する。
【００５８】
供給室１０４は、一つの燃料ガス供給口４５と、隣接する供給室１０４と接続される一つの接続配管１０９とが設けられた供給室１０４Ａと、二つの燃料ガス供給口４５が設けられた供給室１０４Ｂと、に分けられる。
【００５９】
供給室１０４Ａには、供給室１０４の側壁を構成する側板１４１、側板１４２、および、管板４３と、燃料配管７が締り嵌めされる燃料ガス供給口４５と、隣接する供給室１０４の燃料ガス供給口４５と締り嵌めされる接続配管１０９と、燃料電池セル管２が締り嵌めされる第１嵌合部４６と、が設けられている。
【００６０】
供給室１０４Ｂには、供給室１０４の側壁を構成する側板１４１、側板１４２、および、管板４３と、燃料配管７と接続配管１０９とが締り嵌めされる燃料ガス供給口４５と燃料電池セル管２が締り嵌めされる第１嵌合部４６と、が設けられている。
【００６１】
燃料ガス供給口４５は、参考実施形態とは異なり側板１４２に設けられている。つまり、燃料電池セル管２の単列方向に沿って延びる一対の側板１４２の少なくとも一方に設けられている。
具体的には、供給室１０４Ａでは、燃料ガス供給口４５は一対の側板１４２の一方、言い換えると、接続配管１０９が設けられた側板１４２と対向する側板１４２に設けられている。供給室１０４Ｂでは、燃料ガス供給口４５は一対の側板１４２の両方に設けられている。
【００６２】
排出室１０５は、一つの燃料ガス排出口５４と、隣接する排出室１０５と接続される一つの接続配管１０９とが設けられた排出室１０５Ａと、二つの燃料ガス排出口５４が設けられた排出室１０５Ｂと、に分けられる。
【００６３】
排出室１０５Ａには、排出室１０５の側壁を構成する側板１５１、側板１５２、および、管板５３と、燃料配管７が締り嵌めされる燃料ガス排出口５４と、隣接する排出室１０５の燃料ガス排出口５４と締り嵌めされる接続配管１０９と、燃料電池セル管２が締り嵌めされる第２嵌合部５５と、が設けられている。
【００６４】
排出室１０５Ｂには、排出室１０５の側壁を構成する側板１５１、側板１５２、および、管板５３と、燃料配管７と接続配管１０９とが締り嵌めされる燃料ガス排出口５４と燃料電池セル管２が締り嵌めされる第２嵌合部５５と、が設けられている。
【００６５】
燃料ガス排出口５４は、参考実施形態とは異なり側板１５２に設けられている。つまり、燃料電池セル管２の単列方向に沿って延びる一対の側板１５２の少なくとも一方に設けられている。
具体的には、排出室１０５Ａでは、燃料ガス排出口５４は一対の側板１５２の一方、言い換えると、接続配管１０９が設けられた側板１５２と対向する側板１５２に設けられている。排出室１０５Ｂでは、燃料ガス排出口５４は一対の側板１５２の両方に設けられている。
【００６６】
図６は、図４および図５の接続配管の構成を説明する部分拡大断面視図である。
接続配管１０９は、図６に示すように、隣接する供給室１０４または隣接する排出室１０５の間で燃料ガスを流通させるものである。さらに接続配管１０９は、側板１４２または側板１５２から外側に延び、隣接する供給室１０４の燃料ガス供給口４５、または、隣接する排出室１０５の燃料ガス排出口５４と締り嵌めされる配管である。
【００６７】
上記の構成によれば、並んで配置されているカートリッジ１０８において、一方の供給室１０４Ａなどから延びる接続配管１０９が、隣接する他方の供給室１０４Ａまたは供給室１０４Ｂなどに締り嵌めされているため、並んで配置されたカートリッジ１０８間のクリアランスを小さくすることができる。
さらに、接続配管１０９により隣接する供給室１０４Ａや供給室１０４Ｂなどが連通されるため、供給室１０４Ａや供給室１０４Ｂなどに接続される燃料配管７の本数を減らすことができる。つまり、一つの供給室１０４Ａや供給室１０４Ｂなどに燃料配管７を接続することにより、接続配管１０９を介して全ての供給室１０４Ａや供給室１０４Ｂなどが燃料配管７と連通される。そのため、全ての供給室１０４Ａや供給室１０４Ｂなどに燃料配管７を個別に接続する方法と比較して、燃料配管７の本数を減らすことができる。
【００６８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図７から図１０を参照して説明する。
本実施形態の燃料電池モジュールの基本構成は、参考実施形態と同様であるが、参考実施形態とは、供給室および排出室の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７から図１０を用いて供給室および排出室の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図７は、本実施形態の燃料電池モジュールに係る供給室の構成を説明する部分断面視図である。図８は、図７の燃料電池モジュールに係る排出室の構成を説明する部分断面視図である。
なお、参考実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
燃料電池モジュール２０１には、図７および図８に示すように、複数の燃料電池セル管２と、燃料ガスを燃料電池セル管２に供給する供給室（第１燃料室）２０４と、燃料電池セル管２から排出された燃料ガスが流入する排出室（第２燃料室）２０５と、からなるカートリッジ２０８が複数設けられている。
【００７０】
カートリッジ２０８は、燃料電池セル管２の単列方向（図７の紙面に対して垂直方向）に対して垂直方向（図７の左右方向）に並んで配置されている。本実施形態では、３つのカートリッジ２０８が設けられている例に適用して説明する。
【００７１】
供給室２０４には、供給室２０４の側壁を構成する側板１４１、側板２４２、および、管板４３と、燃料配管２０７が締り嵌めされる燃料ガス供給口４５と、燃料電池セル管２が締り嵌めされる第１嵌合部４６と、が設けられている。
【００７２】
燃料ガス供給口４５は、参考実施形態とは異なり一対の側板２４２、のそれぞれに設けられている。つまり、燃料電池セル管２の単列方向に沿って延びる一対の側板２４２、のそれぞれに設けられている。
【００７３】
排出室２０５には、排出室２０５の側壁を構成する側板１５１、側板２５２、および、管板５３と、燃料配管２０７が締り嵌めされる燃料ガス排出口５４と、燃料電池セル管２が締り嵌めされる第２嵌合部５５と、が設けられている。
【００７４】
燃料ガス排出口５４は、参考実施形態とは異なり一対の側板２５２のそれぞれに設けられている。つまり、燃料電池セル管２の単列方向に沿って延びる一対の側板２５２のそれぞれに設けられている。
【００７５】
図９は、図７および図８の燃料配管の構成を説明する部分拡大断面視図である。図１０は、図９の燃料配管の構成を説明するＩ−Ｉ段面視図である。
燃料配管２０７は、図７から図９に示すように、並んで配列された供給室２０４、または、排出室２０５を貫通して配置される配管である。
燃料配管２０７の供給室２０４または排出室２０５の内部に配置される円筒面には、図９および図１０に示すように、複数の連通孔２０７Ｈが形成されている。
【００７６】
上記の構成によれば、並んで配置されているカートリッジ２０８において、燃料配管２０７が全ての供給室２０４や排出室２０５を貫通するとともに、供給室２０４などに締り嵌めされているため、並んで配置されたカートリッジ２０８間のクリアランスを小さくすることができる。
【００７７】
一方で、燃料配管２０７には連通孔が形成されているため、供給室２０４などに接続される燃料配管２０７の本数を減らすことができる。つまり、連通孔２０７Ｈを介して全ての供給室２０４などが燃料配管２０７と連通されるため、全ての供給室２０４などに燃料配管２０７を個別に接続する方法と比較して、燃料配管２０７の本数を減らすことができる。
【００７８】
さらに、燃料配管２０７が全ての供給室２０４などを貫通するため、供給室２０４などにおける壁面、例えば側板２４２、の剛性を高めることができる。つまり、単に供給室２０４などを並べて配置する場合と比較して、燃料配管２０７が供給室２０４などに締り嵌めされているため、並べて配置された供給室２０４などが一体化され、壁面の剛性が高められる。
【００７９】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について図１１を参照して説明する。
本実施形態の燃料電池モジュールの基本構成は、参考実施形態と同様であるが、参考実施形態とは、供給室および排出室の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１１を用いて供給室および排出室の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１１は、本実施形態の燃料電池モジュールに係る供給室および排出室の構成を説明する部分断面視図である。
なお、参考実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８０】
燃料電池モジュール３０１には、図１１に示すように、複数の燃料電池セル管２と、燃料ガスを燃料電池セル管２に供給する供給室（第１燃料室）３０４と、燃料電池セル管２から排出された燃料ガスが流入する排出室（第２燃料室）３０５と、からなるカートリッジ３０８が複数設けられている。
【００８１】
供給室３０４には、供給室３０４の外側を形成する外半部３０４Ａと、内側を形成する内半部３０４Ｂと、が設けられている。
外半部３０４Ａおよび内半部３０４Ｂには、外側に向かって突出する鍔部３０９がそれぞれ設けられ、鍔部３０９を溶接することにより、供給室３０４が形成されている。内半部３０４Ｂには、さらに燃料電池セル管２が締り嵌めされる第１嵌合部４６が設けられている。
【００８２】
排出室３０５にも同様に、排出室３０５の外側を形成する外半部３０５Ａと、内側を形成する内半部３０５Ｂと、が設けられている。
外半部３０５Ａおよび内半部３０５Ｂには、外側に向かって突出する鍔部３０９がそれぞれ設けられ、鍔部３０９を溶接することにより、排出室３０５が形成されている。内半部３０５Ｂには、さらに燃料電池セル管２が締り嵌めされる第２嵌合部５５が設けられている。
【００８３】
上記の構成によれば、供給室３０４を構成する外半部３０４Ａおよび内半部３０４Ｂのうち、外半部３０４Ａを後から取り付けることで供給室３０４の上部を開放することができる。同様に、排出室３０５を構成する外半部３０５Ａおよび内半部３０５Ｂのうち、外半部３０５Ａを後から取り付けることで排出室３０５の上部を開放することができる。
そのため、燃料電池モジュール３０１の組み立て時や点検時に用いられる治具などのハンドリング、つまり取り回しが容易になる。
さらに、鍔部３０９外側からの溶接でシール性が確保できるため、量産時の接合工程の自動化が容易となる。
【００８４】
〔第３の実施形態の変形例〕
次に、本発明の第３の実施形態の変形例について図１２を参照して説明する。
本変形例の燃料電池モジュールの基本構成は、第３の実施形態と同様であるが、第３の実施形態とは、鍔部近傍の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図１２を用いて鍔部近傍の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図１２は、本実施形態の燃料電池モジュールに係る供給室および排出室の構成を説明する部分断面視図である。
なお、第３の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００８５】
燃料電池モジュール４０１には、図１２に示すように、複数の燃料電池セル管２と、燃料ガスを燃料電池セル管２に供給する供給室３０４と、燃料電池セル管２から排出された燃料ガスが流入する排出室３０５と、からなるカートリッジ３０８と、カートリッジ３０８を支持する支持部４１０と、が設けられている。
【００８６】
供給室３０４には、供給室３０４の外側を形成する外半部３０４Ａと、内側を形成する内半部３０４Ｂと、が設けられている。
外半部３０４Ａおよび内半部３０４Ｂには、外側に向かって突出する鍔部４０９がそれぞれ設けられ、鍔部４０９を管締め、または、巻締めすることにより、供給室３０４が形成されている。内半部３０４Ｂには、さらに燃料電池セル管２が締り嵌めされる第１嵌合部４６が設けられている。
【００８７】
排出室３０５にも同様に、排出室３０５の外側を形成する外半部３０５Ａと、内側を形成する内半部３０５Ｂと、が設けられている。
外半部３０５Ａおよび内半部３０５Ｂには、外側に向かって突出する鍔部４０９がそれぞれ設けられ、鍔部４０９を管締め、または、巻締めすることにより、排出室３０５が形成されている。内半部３０５Ｂには、さらに燃料電池セル管２が締り嵌めされる第２嵌合部５５が設けられている。
【００８８】
支持部４１０は、燃料電池セル管２の単列方向（図１２の紙面に対して垂直方向）に延びる略棒状の部材であり、その上面に供給室３０４、または、排出室３０５の鍔部４０９が配置されるものである。
このようにすることで、支持部４１０は、カートリッジ３０８の支持部材としての役割を果たすとともに、カートリッジ３０８を燃料電池モジュール４０１に挿入する際の挿入レールとしての役割を果たすことができる。
【００８９】
上記の構成によれば、鍔部４０９を用いて外半部３０４Ａおよび内半部３０４Ｂの接合、および、外半部３０５Ａおよび内半部３０５Ｂの接合を行うことで接合領域の確保が容易となり、供給室３０４や排出室３０５におけるシール性の確保が容易となる。さらに接合工程の自動化が容易となる。
【００９０】
一方、供給室３０４や排出室３０５から外側に突出する鍔部４０９を、支持部４１０により下方から支持するため、カートリッジ３０８の支持が容易となる。さらに、燃料電池モジュール４０１の組み立て時や点検時におけるカートリッジ３０８の挿入や、交換が容易となる。
【００９１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の参考実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成を説明する模式図である。
【図２】図１の供給室の構成を説明する部分拡大図である。
【図３】図２の燃料ガス供給口の構成を説明する部分拡大断面視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池モジュールにおける供給室の構成を説明する部分断面視図である。
【図５】図４の燃料電池モジュールに係る排出室の構成を説明する部分断面視図である。
【図６】図４および図５の接続配管の構成を説明する部分拡大断面視図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の燃料電池モジュールに係る供給室の構成を説明する部分断面視図である。
【図８】図７の燃料電池モジュールに係る排出室の構成を説明する部分断面視図である。
【図９】図７および図８の燃料配管の構成を説明する部分拡大断面視図である。
【図１０】図９の燃料配管の構成を説明するＩ−Ｉ段面視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の燃料電池モジュールに係る供給室および排出室の構成を説明する部分断面視図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の変形例に係る燃料電池モジュールの供給室および排出室の構成を説明する部分断面視図である。
【符号の説明】
【００９３】
１，１０１，２０１，３０１，４０１  燃料電池モジュール
２  燃料電池セル管
４，１０４，１０４Ａ，１０４Ｂ，２０４，３０４  供給室（第１燃料室）
５，１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ，２０５，３０５  排出室（第２燃料室）
４３  管板（第１管板）
５３  管板（第２管板）
７，２０７  燃料配管
１０８，２０８，３０８  カートリッジ
１０９  接続配管
２０７Ｈ  連通孔
３０９，４０９  鍔部
３０４Ａ，３０５Ａ  外半部
３０４Ｂ，３０５Ｂ  内半部
４１０  支持部
【図１】
0005324812.tif 000002
【図２】
0005324812.tif 000003
【図３】
0005324812.tif 000004
【図４】
0005324812.tif 000005
【図５】
0005324812.tif 000006
【図６】
0005324812.tif 000007
【図７】
0005324812.tif 000008
【図８】
0005324812.tif 000009
【図９】
0005324812.tif 000010
【図１０】
0005324812.tif 000011
【図１１】
0005324812.tif 000012
【図１２】
0005324812.tif 000013