(57)【要約】 【課題】部品単位でなく組み立てた状態で輸送できる燃料電池モジュールと、その輸送方法を提供する。【解決手段】複数の発電セルとセパレータとを縦方向に交互に積層して構成した燃料電池スタック３と、当該燃料電池スタック３を収容するハウジングと、上記燃料電池スタック３の上端部および／または側部を外方より固定する固定部材２５を備えている。上記固定部材２５は、上記燃料電池の運転温度にて焼失する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電セルとセパレータを縦方向に交互に積層して構成した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックを収容するハウジングと、上記燃料電池スタックの上端部および／または側部を外方より固定すると共に、上記燃料電池の運転温度にて焼失する固定部材とを備えることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
上記固定部材は、発泡スチロールであ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。
【請求項３】
上記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
複数の発電セルとセパレータを交互に縦方向に積層して構成した燃料電池スタックをハウジング内に収容して燃料電池モジュールを構成すると共に、上記燃料電池スタックの上端部および／または側部を、外方より上記燃料電池の運転温度にて焼失する固定部材にて固定し、
この状態で上記燃料電池モジュールを輸送すると共に、輸送先において上記燃料電池モジュールを運転し、運転時の発熱により上記固定部材を焼失させることを特徴とする燃料電池モジュールの輸送方法
【請求項５】
上記固定部材として発泡スチロールを用いることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池モジュールの輸送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電セルとセパレータを交互に複数積層した構造の燃料電池モジュールに関し、特に、輸送時における燃料電池スタックの固定構造、および輸送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側から空気極層と燃料極層で挟み込んだ構造の発電セルをセパレータ、集電体等の導電部材を介して多数積層した高出力型の平板積層型燃料電池が知られている（特許文献１参照）。
このような平板積層型の燃料電池では、安定した発電性能を確保するために発電セルやセパレータ、集電体等の構成要素相互の優れた密着性（電気的接触性）が要求されており、例えば、上記特許文献１では、発電に必要なセル面圧を確保するため、スタック上端に錘を配し、その荷重によって各構成要素を積層方向に圧接させる構造が採られている。
【特許文献１】特開２００５−２５９５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記錘は、その荷重により発電性能を確保することを目的としてスタック上端に自由状態に載置される構造であるため、振動等による各構成要素の横ずれ等を防止する構造とはなっておらず、よって、組み立てた燃料電池の状態で輸送すると、輸送時の振動等により錘、集電体、発電セルが横ずれし、脱落する虞があった。
【０００４】
このため、従来は、燃料電池を部品単位で輸送し、輸送先において燃料電池に組み立てるようにしていた。このように、従来の輸送は、輸送先において燃料電池の組み立てを行うという不合理な作業を伴うことから、据え付けに多大な時間を要し、極めて効率の悪いものであった。
【０００５】
本発明は、係る問題に鑑み成されたもので、部品単位でなく組み立てた状態で輸送できる燃料電池モジュールと、その好ましい輸送方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、請求項１に記載の燃料電池モジュールは、複数の発電セルとセパレータを縦方向に交互に積層して構成した燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックを収容するハウジングと、上記燃料電池スタックの上端部および／または側部を外方より固定すると共に、上記燃料電池の運転温度にて焼失する固定部材を備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、上記固定部材は、発泡スチロールであることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュールにおいて、上記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の燃料電池モジュールの輸送方法は、複数の発電セルとセパレータを交互に縦方向に積層して構成した燃料電池スタックをハウジング内に収容して燃料電池モジュールを構成すると共に、上記燃料電池スタックの上端部および／または側部を、外方より上記燃料電池の運転温度にて焼失する固定部材にて固定し、この状態で上記燃料電池モジュールを輸送すると共に、輸送先において上記燃料電池モジュールを運転し、運転時の発熱により上記固定部材を焼失させることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の燃料電池モジュールの輸送方法において、上記固定部材として発泡スチロールを用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１〜５に記載の発明によれば、燃料電池スタックの上端部および／または側部を燃料電池の運転温度で焼失する固定部材で固定したので、振動等でスタック構成要素が横ずれしたり脱落することを防止でき、よって、従来のように、燃料電池を部品単位で輸送する必要は無くなり、組み立てた状態で輸送することができる。
しかも、上記固定部材は、運転時の熱で焼失することから、発電動作を阻害する要因とならず、よって、輸送先において固定部材を取り外ずさずにそのままの状態で運転を開始できる。
【００１２】
特に、請求項２に記載の発明では、上記固定部材として発泡スチロール（発泡ポリスチレン）を用いたので、発泡スチロールは、軽量で整形や切削が容易で、且つ、弾力性を有し衝撃吸収性に優れることから、破損し易い輸送物品の緩衝材として好適であり、また、運転時に発泡スチロールを燃焼させてもダイオキシンや一酸化炭素等の有害ガスが発生することはなく、燃料電池の発電動作に支障を来すことはない。
【００１３】
特に、請求項３に記載の発明のように、８００〜１０００℃と、運転温度の高い固体酸化物形燃料電池の場合であれば、上記固定部材は上記高温雰囲気下において確実に完全燃焼して全て焼失する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は燃料電池モジュールの内部概略構成を示す図、図２、図３は本実施形態による燃料電池スタックの固定構造を示す図、図４は燃料電池スタックの要部構成を示す図である。
【００１５】
図１において、符号１は固体酸化物形燃料電池モジュールを示し、符号２は箱形の内缶体２ａ（容器）とこの内缶体２ａを覆う箱形の外缶体２ｂとで構成されるハウジングを示す。内缶体２ａと外缶体２ｂの間には断熱材１８が配設されており、これにより、内缶体２ａ内を保温可能な状態に保持することができる。
【００１６】
この内缶体２ａ内（ハウジング２内）のほぼ中央に、積層方向を縦にして複数の燃料電池スタック３が配設されている。本実施形態では、上記燃料電池スタック３が平面視おいて縦横２列に配置されていると共に、それぞれが底部を架台２０に支持された状態で縦方向に２段積み上げられて、合計８基が一体的に配置された高出力型の燃料電池モジュール１が構成されている。
そして、上下に並ぶ燃料電池スタック３の各架台２０は、縦方向に配設された支持部材１３により連結・固定されていると共に、下段部の架台２０が複数の支柱２６にて内缶体２ａの底部１５に固定されている。
【００１７】
上記燃料電池スタック３は、図４に示すように、固体電解質層４の両面に燃料極層５および空気極層６を配した発電セル７と、燃料極層５の外側の燃料極集電体８と、空気極層６の外側の空気極集電体９と、各集電体８、９の外側のセパレータ１０を順番に縦方向に多数積層した四角柱状の積層体である。
【００１８】
上記スタック構成要素の内、固体電解質層４はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層５はＮｉ等の金属、あるいはＮｉ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層６はＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3等で構成され、燃料極集電体８はＮｉ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体９はＡｇ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ１０はステンレス等で構成されている。
【００１９】
そして、上記積層体は、図１に示すように、上下端板２１ａ、２１ｂによりタイロッド２２にて上下より締め付け固定されていると共に、上端板２１ａの中央に設けた丸孔２３（図２、図３参照）部分に円筒形の錘２４が自由状態で載置されている。この錘２４による荷重でスタック構成要素が積層方向に圧接されることで、各発電セル７において発電に必要なセル面圧が確保されるようになっている。
【００２０】
また、内缶体２ａ内には、上記燃料電池スタック３の他、外部から供給される燃料ガスや空気を予熱するための複数の熱交換機１１、１２が燃料電池スタック３の上部近傍や周部近傍に配設されており、内部缶体２ａの天壁には、缶内の排ガスを排出するための排気口１４が設けられている。
【００２１】
ところで、上記構成の燃料電池モジュール１において、特筆すべきは、上記燃料電池スタック３の適所が燃料電池の運転温度にて焼失する固定部材２５によって外方から押圧されて固定されている点であり、以下、図２、図３に基づいて、このスタック固定構造を説明する。
【００２２】
本実施形態では、上記固定部材２５として発泡スチロール（発泡ポリスチレン）が使用されている。発泡スチロールは、軽量で整形や切削が容易で、且つ、弾力性を有し、衝撃吸収性に優れることから、破損し易い当燃料電池モジュール１の輸送用緩衝材として用いて好適である。
【００２３】
図２は、上記固定部材２５にて燃料電池スタック３の上端部が固定される構造例であり、この場合は、断面凹状の固定部材２５が用いられ、その凹部２５ａにスタック上端部の錘２４がすっぽり被さるように固定部材２５が設置されている。
この固定部材２５は、上端板２１ａの丸孔２３内に設置されており、上段の燃料電池スタック３においては、錘２４とその上方に配設されている熱交換機１１との間に固定部材２５が詰め込まれており、下段の燃料電池スタック３においては、錘２４とその上段に位置する燃料電池スタック３の架台２０の間に固定部材２５が詰め込まれている。
これにより、内缶体２ａ内の各燃料電池スタック３は、上記錘２４を含むスタック構成要素が固定部材２５の弾力性により下方に押圧され、それぞれ熱交換機１１や架台２０に固定された状態となる。
【００２４】
次に、図３は、燃料電池スタック３の上端部と側部が固定部材２５により固定される構造例である。尚、固定部材２５によるスタック上端部の固定構造は図２と同様である。
【００２５】
他方、スタック側部の固定には、櫛状の固定部材２５が使用され、この固定部材２５がスタック側面とその周部近傍に配設されている熱交換機１２や支持部材１３との間に詰め込まれている。固定部材２５は、燃料電池スタックの全ての側面に設置され、各々燃料電池スタック３の縦方向については、上端板２１ａと下端板２１ｂの間に隙間無く詰め込まれている。尚、横方向については、必ずしも側面の全体を固定部材２５で固定する必要はない。
これにより、各燃料電池スタック３の側部は固定部材２５の弾力性によりスタック側方より押圧され、それぞれ熱交換機１２や支持部材１３に固定された状態となる。
【００２６】
以上、本実施形態による燃料電池スタック３の固定構造では、燃料電池スタック３の上端部、或いは、上端部と側部が発泡スチロール製の固定部材２５にて固定されているので、耐震性が向上し、振動等でスタック構成要素が横ずれしたり脱落することが防止される。
従って、従来のように、燃料電池モジュール１を輸送する際、燃料電池スタック３を部品単位で輸送する必要はなくなり、工場等で組み立てた燃料電池モジュール１をそのままの状態で輸送することができる。
【００２７】
しかも、固定部材２５として用いた発泡スチロールは、運転時の熱（固体酸化物形燃料電池の場合は、８００〜１０００℃）で完全に焼失してしまうため、輸送先においてモジュール内の固定部材２５を取り外さずそのままの状態で運転を行うことが可能となり、従って、輸送先での据え付け作業は極めて簡単である。
また、発泡スチロールは、燃焼させると炭素と水素に分解し、水と二酸化炭素に変わるため、運転時にダイオキシンや一酸化炭素等の有害ガスが発生することはなく、燃料電池の発電動作に支障を来すことはない。尚、発生した二酸化炭素はハウジング２の排気口１４より外部に排出される。
【００２８】
以上、本実施形態では、燃料電池スタック３の上端部、或いは、上端部と側部を固定する場合を示したが、燃料電池スタックの構造によっては側部のみを固定するだけでも構わない。
また、本実施形態では、固定部材１５として発泡スチロールを用いたが、その他、紙類の使用も可能であり、これを折り畳んだ状態でスタックの各部に詰め込むようにしても良い。特に、段ボールは、折り畳んだ時の復元性や弾力性に優れるため、衝撃吸収の面で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】固体酸化物形燃料電池モジュールの内部概略構成を示す図。
【図２】本実施形態による燃料電池スタックの固定構造を示す図。
【図３】本実施形態による燃料電池スタックの図２とは別の固定構造を示す図。
【図４】燃料電池スタックの要部概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１  燃料電池モジュール
２  ハウジング
３  燃料電池スタック
７  発電セル
１０  セパレータ
２５  固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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