(57)【要約】【課題】  燃料電池セルの長手方向における温度分布の均一化を図ることができると共に、より軽量化を図ることができる燃料電池モジュールを提供すること。【解決手段】  この燃料電池モジュールＦＣは、互いに隣接する燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂの間に配置される絶縁板１６ａ，１６ｂと、燃料電池セル２が延びる方向に沿って延在し、絶縁板１６ａ，１６ｂよりも熱伝導性の高い材料によって形成されている熱伝導板１５と、を備え、絶縁板１６ａ，１６ｂは、互いに隣接する燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂの一方側と他方側とのそれぞれに接するように絶縁板１６ａと絶縁板１６ｂとに分けて配置され、熱伝導板１５は、絶縁板１６ａと絶縁板１６ｂとの間に配置されており、絶縁板１６ａ及び絶縁板１６ｂは分割され、その分割された各部分が互いに離隔するように配置されている。【選択図】  図４
2009230854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の燃料電池セルが電気的に繋げられて形成されている複数の燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルスタックを収容するための容器と、を備える燃料電池モジュールであって、
電気絶縁性を有する材料によって形成されており、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの間に配置される絶縁部材と、
前記燃料電池セルが延びる方向に沿って延在し、前記絶縁部材よりも熱伝導性の高い材料によって形成されている熱伝導部材と、を備え、
前記絶縁部材は、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの一方側と他方側とのそれぞれに接するように第一絶縁部材と第二絶縁部材とに分けて配置され、
前記熱伝導部材は、前記第一絶縁部材と前記第二絶縁部材との間に配置されており、
前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方は分割され、その分割された各部分が互いに離隔するように配置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】
前記容器の壁面に沿って設けられている断熱部材を備え、
前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方は分割されると共に、その分割された各部分が前記断熱部材によって保持されることで位置決めがな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。
【請求項３】
前記断熱部材には、前記絶縁部材を保持するための第一係合部が設けられ、
前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方を分割した各部分には、前記断熱部材に保持されるための第二係合部が設けられ、
前記第一係合部と前記第二係合部とが互いに係合することで、前記絶縁部材は前記断熱部材によって保持されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方は分割されて配置され、その分割された各部分が、前記容器内における燃料ガスの流れ方向に沿って離隔して並べられて配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記熱伝導部材には、孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記孔は、前記容器内における燃料ガスの流れ方向に分散して複数形成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記絶縁部材は、前記熱伝導部材に形成されている孔を塞がないように配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載されている燃料電池モジュールを備える燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルを備える燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス材料を燃料電池セルに用いる固体酸化物形燃料電池は、発電する際に出る排熱が利用できるので、高効率な発電システムとして開発が進んでいる。固体酸化物形燃料電池は、高い電気出力を得るために、通常複数の燃料電池セルを備える燃料電池セルスタックを集合させてモジュール化されている。
【０００３】
このような固体酸化物形燃料電池は、発電時にはジュール熱によって燃料電池セルが発熱することから、燃料電池セルと導入される燃料ガス及び酸化性ガスとに温度差が生じ、燃料電池セルが部分的に冷却されることになる。そのため燃料電池セルは長手方向に沿った温度分布が生じ、燃料電池の性能を低下させるばかりでなく、熱応力により燃料電池セルが破損する恐れがある。
【０００４】
燃料電池セルの長手方向に沿った温度分布を均一化するために、燃料電池セルの間に配置する発熱体に金属板を取り付ける固体燃料電池（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、燃料電池セルスタックの間に金属板を両側から絶縁板で挟んだ仕切部材を配置することで、温度分布の均一化に加えて金属板と燃料電池セルとの絶縁性を確保する固体酸化物形燃料電池（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【特許文献１】特開平９−３５７２５号公報
【特許文献２】特開２００７−１５７４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の技術においては、金属板が均熱部材として機能し、燃料電池セルの長手方向における温度分布を極力均等なものとすることに寄与している。しかしながら、特に上記特許文献２に記載の従来技術では、絶縁板を金属板で挟んでいるため、それ以前のように絶縁板のみを配置するのに比較して燃料電池全体の重量が増してしまい取扱いに不便を強いられる恐れがある。
【０００６】
そこで本発明では、燃料電池セルの長手方向における温度分布の均一化を図ることができると共に、より軽量化を図ることができる燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の燃料電池セルが電気的に繋げられて形成されている複数の燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを収容するための容器と、を備える燃料電池モジュールであって、電気絶縁性を有する材料によって形成されており、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの間に配置される絶縁部材と、前記燃料電池セルが延びる方向に沿って延在し、前記絶縁部材よりも熱伝導性の高い材料によって形成されている熱伝導部材と、を備え、前記絶縁部材は、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの一方側と他方側とのそれぞれに接するように第一絶縁部材と第二絶縁部材とに分けて配置され、前記熱伝導部材は、前記第一絶縁部材と前記第二絶縁部材との間に配置されており、前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方は分割され、その分割された各部分が互いに離隔するように配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池セルの長手方向における温度分布の均一化を図ることができると共に、より軽量化を図ることができる燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。
【００１０】
本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の燃料電池セルが電気的に繋げられて形成されている複数の燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを収容するための容器と、を備える燃料電池モジュールであって、電気絶縁性を有する材料によって形成されており、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの間に配置される絶縁部材と、前記燃料電池セルが延びる方向に沿って延在し、前記絶縁部材よりも熱伝導性の高い材料によって形成されている熱伝導部材と、を備え、前記絶縁部材は、互いに隣接する前記燃料電池セルスタックの一方側と他方側とのそれぞれに接するように第一絶縁部材と第二絶縁部材とに分けて配置され、前記熱伝導部材は、前記第一絶縁部材と前記第二絶縁部材との間に配置されており、前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方は分割され、その分割された各部分が互いに離隔するように配置されている。
【００１１】
本発明によれば、互いに隣接する燃料電池セルスタック間に配置されている熱伝導部材は、絶縁部材よりも熱伝導性の高い材料によって形成され、燃料電池セルが延びる方向に沿って延在しているので、燃料電池セルにおいて発生する温度分布の偏りを是正することができる。一方、熱伝導部材を挟んで配置される第一絶縁部材及び第二絶縁部材の少なくとも一方は分割され、その分割された各部分が互いに離隔するように配置されている。従って、燃料電池セルの温度分布の偏りを是正するために、燃料電池セルの長手方向のかなりの部分若しくは全てに渡って延在する熱伝導部材に対して、第一絶縁部材及び第二絶縁部材の少なくとも一方は一部分に配置することができる。これにより、第一絶縁部材及び第二絶縁部材を含む絶縁部材を、必要な部分にのみ適切に配置することができるので、不要な部分における絶縁部材を除去することができ、その除去した分の重量を軽減することができる。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記容器の壁面に沿って設けられている断熱部材を備え、前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方は分割されると共に、その分割された各部分が前記断熱部材によって保持されることで位置決めがなされていることも好ましい。
【００１３】
この好ましい態様によれば、第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方を分割した各部分を、容器の壁面に沿って設けられている断熱部材によって保持し位置決めしているので、それら各部分を確実に離隔して保持することができる。従って、第一絶縁部材及び第二絶縁部材を含む絶縁部材を、より確実に必要な部分にのみ適切に配置することができる。また、第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方を分割した各部分を断熱部材で保持するので、この燃料電池モジュールを組み立てる際の施工性が向上する。更に、容器の壁面に沿って設けられている断熱部材によって絶縁部材の各部分を確実に保持し、その絶縁部材は燃料電池セルスタックの間に設けられていることから、各燃料電池セルスタックにおける燃料電池セルの転倒も抑制できる。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記断熱部材には、前記絶縁部材を保持するための第一係合部が設けられ、前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方を分割した各部分には、前記断熱部材に保持されるための第二係合部が設けられ、前記第一係合部と前記第二係合部とが互いに係合することで、前記絶縁部材は前記断熱部材によって保持されていることも好ましい。
【００１５】
この好ましい態様によれば、第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方を分割した各部分に設けられている第二係合部を、容器の壁面に沿って設けられている断熱部材に設けられている第一係合部に係合させることで保持し位置決めしているので、それら各部分を確実に離隔して保持することができる。従って、第一絶縁部材及び第二絶縁部材を含む絶縁部材を、より確実に必要な部分にのみ適切に配置することができる。また、第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方を分割した各部分を断熱部材で保持するので、この燃料電池モジュールを組み立てる際の施工性が向上する。更に、容器の壁面に沿って設けられている断熱部材によって絶縁部材の各部分を確実に保持し、その絶縁部材は燃料電池セルスタックの間に設けられていることから、各燃料電池セルスタックにおける燃料電池セルの転倒も抑制できる。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一絶縁部材及び前記第二絶縁部材の少なくとも一方は分割されて配置され、その分割された各部分が、前記容器内における燃料ガスの流れ方向に沿って離隔して並べられて配置されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、第一絶縁部材及び第二絶縁部材が分割されて配置されており、熱伝導部材は第一絶縁部材及び第二絶縁部材の間に配置されているので、熱伝導部材は部分的に露出している。また、第一絶縁部材及び第二絶縁部材は容器内における燃料ガスの流れ方向に沿って離隔しているので、熱伝導部材が露出する部分は、燃料ガスの流れ方向に断続的に現れる。従って、熱伝導部材が露出した部分においては、燃料ガスが流通する流路が部分的に広くなり、この広くなった部分において燃料ガスの流速が遅くなる。このため、燃料ガスを媒体とする対流伝熱が活発化されるために、さらに効率的な熱交換が行われ、燃料電池セルの温度分布をより均一化させると共に、燃料ガスの温度及び密度をより均一化させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記熱伝導部材には、孔が形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、孔が形成されている場所において、燃料ガスが熱伝導部材の一方の側から孔を通過して他方の側に移動することができ、燃料ガスの流速がさらに遅くなる。このため、熱伝導部材、燃料ガス及び燃料電池セル間において、輻射伝熱に加えて、燃料ガスを媒体とする対流伝熱がより活発化され、熱交換がさらに効率的に行われる。従って、燃料電池セルの温度分布をより均一化させると共に、燃料ガスの温度及び密度をより均一化させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記孔は、前記容器内における燃料ガスの流れ方向に分散して複数形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、この好ましい態様によれば、熱伝導部材に形成される孔が、燃料ガスの流れ方向に分散して複数形成されているので、上述した対流伝熱が燃料ガスの流れ方向において分散した範囲で行われる。従って、燃料電池セルの温度分布をより均一化させると共に、燃料ガスの温度及び密度をより均一化させることができる。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記絶縁部材は、前記熱伝導部材に形成されている孔を塞がないように配置されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、燃料ガスが熱伝導部材の一方の側から他方の側に移動することが、より円滑に行われ、その部分での燃料ガスの流速が更に遅くなる。このため、熱伝導部材、燃料ガス及び燃料電池セル間において、輻射伝熱に加えて、燃料ガスを媒体とする対流伝熱がより活発化され、熱交換がさらに効率的に行われる。従って、燃料電池セルの温度分布をより均一化させると共に、燃料ガスの温度及び密度をより均一化させることができる。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池モジュールを備える燃料電池では、上述したような作用効果を奏する燃料電池を提供することができる。
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る燃料電池モジュールＦＣを部分的に破断した概略的な斜視図である。燃料電池モジュールＦＣは、燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とを電気化学反応させることで発電するための装置として構成されている。
【００２３】
燃料電池モジュールＦＣは、燃料電池セル２と、集電部材３，４と、集電ロッド５と、空気ヘッダ６と、空気供給管７と、モジュール容器８（本願発明における容器に相当する）と、絶縁断熱部材９（本願発明における断熱部材に相当する）と、断熱部材１０とを備えている。
【００２４】
燃料電池セル２は、２列×６列の１２本ごとに燃料電池セルスタック（図１において明示しない）として構成され、モジュール容器８内に収められている。各燃料電池セル２は、有底筒状であって、セラミックス材料からなり筒の内側から外側に向かって空気極、固体酸化物電解質、燃料極の多層構造を形成している。燃料電池セル２の内壁すなわち空気極に空気、外壁すなわち燃料極に燃料ガスが接触すると、セル内でＯ２−イオンが移動して電気化学反応が起こり空気極と燃料極との間に電位差が生じで発電が行われる。燃料電池セル２が発電した電気は、集電部材３，４によって集電され、集電ロッド５によって外部に取出される。
【００２５】
各燃料電池セル２に供給される空気は、空気供給管７を通って空気ヘッダ６に供給された空気が分配されて供給される。本実施形態の場合空気ヘッダ６は３つ設けられており、それぞれの空気ヘッダ６に空気供給管７が繋がれている。空気供給管７の上流側は空気の供給元に連結されている。
【００２６】
空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給される空気を一時的に貯留して昇温させる役割を果たすと共に、各燃料電池セル２に空気を分配する役割も果たしている。空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給する空気の流路を燃料電池セル２の数に応じて複数の系統に分配するためのものでもあるので、燃料電池セル２の数に応じてその配置数量が増減される。
【００２７】
各燃料電池セル２に供給される燃料ガスは、各燃料電池セル２の下方から供給される（詳細は後述する）。
【００２８】
燃料電池セル２、集電部材３，４、及び空気ヘッダ６は、直方体形状のモジュール容器８に収容されている。このモジュール容器８は、運転時に高温になることから、例えば、インコネルやステンレスなどの耐熱性の合金材料により形成されている。また、燃料ガスや空気を外部に漏出させないために密閉構造となっている。モジュール容器８の内側には、燃料電池セル２とモジュール容器８とを絶縁すると共に、モジュール容器８内部を保温するための絶縁断熱部材９が設けられている。絶縁断熱部材９は、アルミナ繊維等で形成されている。モジュール容器８は更に、動作温度を安定に保つためにその全体が断熱部材１０で覆われている。
【００２９】
続いて、図２を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様について説明する。図２は、図１において空気ヘッダ６側から燃料電池セル２側を見通す方向における横断面図である。燃料電池セル集合体２１は、複数の燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えている。各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、１２本の燃料電池セル２を有し、それぞれの燃料電池セル２は、２列（図中ｘ方向）×６列（図中ｙ方向）に配置されている。
【００３０】
各燃料電池セル２は有底円筒状であって、その開口部２ａを空気ヘッダ６側に向けて配置されている。各燃料電池セル２は、セル間集電部材１３及び導電性のセル接続部材１４を介して、電気的に２並列×６直列に接続されている。なお、燃料電池セル２は、発電容量等に応じて本数や配列が適宜選択される。
【００３１】
各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、所定の間隔を置いて３列（図中ｘ方向）に配置されており、３６本の燃料電池セル２を有する燃料電池セル集合体２１を構成している。それぞれの燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、集電部材３を介して電気的に直列に接続されている。このように直列接続された燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃの両端に配置される燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃの端部には、集電部材４が繋がれている。集電部材４は集電ロッド５に繋がれているので、集電ロッド５を介して外部に電力が取り出すことができる。
【００３２】
各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ、燃料電池セル２が６列に並べられている方向に沿った一対の側面に接するように絶縁板１６ａ（本願発明における絶縁部材、第一絶縁部材に相当する），絶縁板１６ｂ（本願発明における絶縁部材、第二絶縁部材に相当する）が配置されている。換言すれば、互いに隣接する燃料電池セルスタック２１ａと燃料電池セルスタック２１ｂとの間に配置される絶縁部材は、絶縁板１６ａと絶縁板１６ｂとに分けて配置されている。互いに隣接する燃料電池セルスタック２１ｂと燃料電池セルスタック２１ｃとについても同様である。更に、隣接する絶縁板１６ａと絶縁板１６ｂとの間には熱伝導板１５（本願発明における熱伝導部材に相当する）が配置されている。燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃと絶縁断熱部材９との間にも熱伝導板１５ａが配置されている。熱伝導板１５，１５ａと集電部材３，４との間には、絶縁棒１１が配置されている。
【００３３】
このように熱伝導板１５，１５ａが配置されることで、局部的に燃料電池セル２の温度が部分的に高くなっても、熱伝導板１５，１５ａを介して高温部分から低温部分へ熱が移動しやすくなり、燃料電池セル２の温度分布を均一化させることができる。
【００３４】
また、上述したように絶縁板１６ａ，１６ｂ及び絶縁棒１１が配置されることで、熱伝導板１５，１５ａと燃料電池セル２との間の電気絶縁性、及び熱伝導板１５，１５ａと集電部材３，４との間の電気絶縁性が確保される。
【００３５】
絶縁断熱部材９は、絶縁断熱部材９ａと、絶縁断熱部材９ｂと、絶縁断熱部材９ｃと、絶縁断熱部材９ｄとを組み合わせて構成されている。絶縁断熱部材９ａ、絶縁断熱部材９ｂ、絶縁断熱部材９ｃ、絶縁断熱部材９ｄはそれぞれ、モジュール容器８の一つの側壁に沿って配置されており、絶縁断熱部材９ａと絶縁断熱部材９ｂとが対向配置され、絶縁断熱部材９ｃと絶縁断熱部材９ｄとが対向配置されている。絶縁板１６ａ，１６ｂは、絶縁断熱部材９ａと絶縁断熱部材９ｂとによって保持されている（詳細は後述する）。
【００３６】
続いて、図３を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様と燃料ガス及び空気の供給態様について説明する。図３は、燃料電池モジュールＦＣの縦断面図であって、モジュール容器８の内部を示す図である。
【００３７】
図３に示すように、モジュール容器８の下方には、モジュール容器８内に導入する燃料ガスを均一に分散するための燃料ガス分散室１７が配置されている。この燃料ガス分散室１７内には、燃料ガスを予備分散する予備分散板１８が配置されている。この予備分散板１８は、燃料ガス通気孔１９が一様に形成されている。また、予備分散板１８の上方には、例えばＮｉフォームからなる燃料ガス分散材３０が配置されている。燃料ガス分散室１７の上流側（図中下側）には、燃料ガス供給管２２が設けられ、この燃料ガス供給管２２の上流側は燃料ガスの供給元に連結されている。また、モジュール容器８と燃料ガス分散室１７との間には、燃料ガスを燃料ガス分散室１７からモジュール容器８に通気させるための燃料ガス分散板２３が設けられている。この燃料ガス分散板２３には、複数の燃料ガス供給孔２４が形成されている。
【００３８】
また、燃料電池セル集合体２１の上方に配置される空気ヘッダ６には、燃料電池セル２の空気極に空気を導入する複数の空気導入管２５が連結されている。この空気導入管２５は、燃料電池セル２の管内に挿入され、その下端部は燃料電池セル２の底面付近まで延びている。
【００３９】
また、モジュール容器８内には、燃料電池セル２の長尺方向に対して垂直方向に沿って形成される矩形状の仕切板２６が設けられている。この仕切板２６は、アルミナ繊維を積層してブランケット状に形成したものが用いられている。モジュール容器８内において、この仕切板２６で仕切られた上側に燃焼室２７が形成され、下側に発電室２８が形成される。ここで、燃焼室２７は、発電室２８で反応に寄与しなかった余剰の燃料ガスと、各燃料電池セル２の筒内で反応に寄与しなかった余剰の空気とを混合して燃焼させるための空間である。発電室２８は、燃料ガス供給孔２４から導入される燃料ガスを各燃料電池セル２に接触させ、各燃料電池セル２の管内に流れる空気との電気化学反応を生じさせて発電させるための空間である。
【００４０】
また、仕切板２６には、残余の燃料ガスを発電室２８から燃焼室２７に排出するための、例えばアルミナからなる筒状の燃料ガス排出管（図示しない）が複数挿通されている。従って、仕切板２６には、発電室２８から燃焼室２７へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔が形成されていることになる。
【００４１】
続いて、図４及び図５を参照しながら熱伝導板１６ａ，１６ｂ及び絶縁板１５について詳細に説明する。図４は、図２のＩＶ-ＩＶ断面図である。また、図５は、図２のＶ-Ｖ断面図である。
【００４２】
図４に示されるように、熱伝導板１５は、燃料電池セルスタック２１ａと燃料電池セルスタック２１ｂとの間に配置され、燃料電池セル２の長尺方向（図中ｚ方向、燃料電池セル２が延びる方向）に沿って延在するように配置されている。この熱伝導板１５は、例えば、銅やニッケルなどのように、絶縁板１６ａ，１６ｂを構成する材料よりも熱伝導性の高い金属材料で形成されている。
【００４３】
上述したように、絶縁板１６ａ，１６ｂは、燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂそれぞれの一側面と、その一側面に対する反対側の他側面とに接するように配置されている。従って、燃料電池セルスタック２１ａに接するように設けられている絶縁板１６ａと、燃料電池セルスタック２１ｂに接するように設けられている絶縁板１６ｂとが隣接するように配置されている。熱伝導板１５は、このように隣接する絶縁板１６ａと絶縁板１６ｂとの間に配置されている。
【００４４】
本実施形態の場合、絶縁板１６ａは６つの部分、部分１６１ａ、部分１６２ａ、部分１６３ａ、部分１６４ａ、部分１６５ａ、部分１６６ａに分割されている。また，絶縁板１６ｂは６つの部分、部分１６１ｂ、部分１６２ｂ、部分１６３ｂ、部分１６４ｂ、部分１６５ｂ、部分１６６ｂに分割されている。
【００４５】
絶縁板１６ａを構成する部分１６１ａ、部分１６２ａ、部分１６３ａ、部分１６４ａ、部分１６５ａ、部分１６６ａは、互いに離隔するように配置されている。より具体的には、燃料ガスの流れ方向Ｌに沿って離隔して並べられている。また、部分１６１ａ、部分１６２ａ、部分１６３ａ、部分１６４ａ、部分１６５ａ、部分１６６ａは、それぞれ板状の部分として構成されており、それぞれの平面部が燃料ガスの流れ方向Ｌに沿うように配置されている。絶縁板１６ｂを構成する部分１６１ｂ、部分１６２ｂ、部分１６３ｂ、部分１６４ｂ、部分１６５ｂ、部分１６６ｂについても、部分１６１ａ、部分１６２ａ、部分１６３ａ、部分１６４ａ、部分１６５ａ、部分１６６ａと同様である。
【００４６】
続いて、図５に示されるように、熱伝導板１５には、熱伝導板１５の長尺方向（図中ｚ方向）に延びる長方形の複数のスリット（本願発明における孔に相当する）１５１が形成されている。このスリット１５１は、熱伝導板１５の短尺方向（図中ｙ方向）に５列、長尺方向に５列、所定の間隔を置いて形成されている。なお、スリット１５１の形状は、長方形に限らず、楕円形、円形でもよい。
【００４７】
絶縁板１６ａを構成する部分１６１ａ、部分１６２ａ、部分１６３ａ、部分１６４ａ、部分１６５ａ、部分１６６ａは、熱伝導板１５に形成されるスリット１５１を完全には塞がないように配置されている。従って、燃料ガスは熱伝導板１５に形成されているスリット１５１を通って、熱伝導板１５の片方の面（燃料電池セルスタック２１ａに臨む面）から他方の面（燃料電池セルスタック２１ｂに臨む面）へ、反対に他方の面から片方の面へと通過することが可能なように形成されている。
【００４８】
絶縁板１６ａを構成する部分１６１ａ、部分１６２ａ、部分１６３ａ、部分１６４ａ、部分１６５ａ、部分１６６ａは、絶縁断熱部材９ａと絶縁断熱部材９ｂとによって保持されている。より具体的には、絶縁断熱部材９ａには、６つの凹部９１ａ（本願発明における第一係合部に相当する、以下同様）、凹部９１ｂ（第一係合部）、凹部９１ｃ（第一係合部）、凹部９１ｄ（第一係合部）、凹部９１ｅ（第一係合部）、凹部９１ｆ（第一係合部）が所定の間隔をおいて形成されている。一方、絶縁断熱部材９ｂには、６つの凹部９２ａ（第一係合部）、凹部９２ｂ（第一係合部）、凹部９２ｃ（第一係合部）、凹部９２ｄ（第一係合部）、凹部９２ｅ（第一係合部）、凹部９２ｆ（第一係合部）が所定の間隔をおいて形成されている。絶縁断熱部材９ａに形成されている６つの凹部９１ａ、凹部９１ｂ、凹部９１ｃ、凹部９１ｄ、凹部９１ｅ、凹部９１ｆと、絶縁断熱部材９ｂに形成されている６つの凹部９２ａ、凹部９２ｂ、凹部９２ｃ、凹部９２ｄ、凹部９２ｅ、凹部９２ｆとは、それぞれ対応した位置に形成されている。
【００４９】
絶縁板１６ａを構成する部分１６１ａには、一対の凸部１６１ａａ（本願発明における第二係合部に相当する、以下同様）及び凸部１６１ａｂ（第二係合部）が形成されている。凸部１６１ａａ（第二係合部）及び凸部１６１ａｂ（第二係合部）は、矩形平板形状をなす部分１６１ａの長辺方向に沿って短辺の端からそれぞれ反対方向に突出するように形成されている。同様に、部分１６２ａには一対の凸部１６２ａａ（第二係合部），１６２ａｂ（第二係合部）が、部分１６３ａには一対の凸部１６３ａａ（第二係合部），１６３ａｂ（第二係合部）が、部分１６４ａには一対の凸部１６４ａａ（第二係合部），１６４ａｂ（第二係合部）が、部分１６５ａには一対の凸部１６５ａａ（第二係合部），１６５ｅｂ（第二係合部）が、部分１６６ａには一対の凸部１６６ａａ（第二係合部），１６６ａｂ（第二係合部）が、それぞれ形成されている。
【００５０】
絶縁板１６ａを構成する部分１６１ａの凸部１６１ａａは絶縁断熱部材９ａの凹部９１ａに、凸部１６１ａｂは絶縁断熱部材９ｂの凹部９２ａにそれぞれ係合しており、この係合により部分１６１ａが保持されている。絶縁板１６ａを構成する部分１６２ａの凸部１６２ａａは絶縁断熱部材９ａの凹部９１ｂに、凸部１６２ａｂは絶縁断熱部材９ｂの凹部９２ｂにそれぞれ係合しており、この係合により部分１６２ａが保持されている。絶縁板１６ａを構成する部分１６３ａの凸部１６３ａａは絶縁断熱部材９ａの凹部９１ｃに、凸部１６３ａｂは絶縁断熱部材９ｂの凹部９２ｃにそれぞれ係合しており、この係合により部分１６３ａが保持されている。絶縁板１６ａを構成する部分１６４ａの凸部１６４ａａは絶縁断熱部材９ａの凹部９１ｄに、凸部１６４ａｂは絶縁断熱部材９ｂの凹部９２ｄにそれぞれ係合しており、この係合により部分１６４ａが保持されている。絶縁板１６ａを構成する部分１６５ａの凸部１６５ａａは絶縁断熱部材９ａの凹部９１ｅに、凸部１６５ａｂは絶縁断熱部材９ｂの凹部９２ｅにそれぞれ係合しており、この係合により部分１６５ａが保持されている。絶縁板１６ａを構成する部分１６６ａの凸部１６６ａａは絶縁断熱部材９ａの凹部９１ｆに、凸部１６６ａｂは絶縁断熱部材９ｂの凹部９２ｆにそれぞれ係合しており、この係合により部分１６６ａが保持されている。
【００５１】
本実施形態の場合、絶縁板１６ａを構成する部分１６１ａ，１６２ａ，１６４ａは、それぞれの凸部１６１ａａ，１６１ａｂ，１６２ａａ，１６２ａｂ，１６４ａａ，１６４ａｂから矩形平板形状の部分が上向きになるように配置されている。一方、絶縁板１６ａを構成する部分１６３ａ，１６５ａ，１６６ａは、それぞれの凸部１６３ａａ，１６３ａｂ，１６５ａａ，１６５ａｂ，１６６ａａ，１６６ａｂから矩形平板形状の部分が下向きになるように配置されている。
【００５２】
続いて、図６を参照しながら、燃料電池モジュールＦＣを用いた燃料電池ＦＣＳの構成について説明する。図６は、燃料電池ＦＣＳの構成を示すブロック図である。図６に示すように、燃料電池ＦＣＳは、燃料電池モジュールＦＣと、燃料供給部ＦＰと、空気供給部ＡＰと、水供給部ＷＰと、電力取出部ＥＰと、制御部ＣＳとを備えている。燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、水供給部ＷＰ、及び電力取出部ＥＰは、燃料電池ＦＣＳの補器ＡＤを構成している。
【００５３】
燃料供給部ＦＰは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュールＦＣに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部ＦＰから供給される燃料ガスは燃料ガス供給管２２へと送り出される。
【００５４】
空気供給部ＡＰは、空気供給源としての大気中から空気を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部ＡＰから供給される空気は空気供給管８へと送り出される。
【００５５】
水供給部ＷＰは、水供給源としての水道管から水を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部ＷＰから供給される水は、燃料電池モジュールＦＣ内部で水蒸気となって送り出される。
【００５６】
電力取出部ＥＰは、燃料電池モジュールＦＣから電力を取り出す部分であって、インバータ等の電力変換装置を有している。電力取出部ＥＰは、集電ロッド５と繋がっていて、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。
【００５７】
制御部ＣＳは、燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、駆動補器ＡＤ、及び電力取出部ＥＰのそれぞれを制御するための部分であって、ＣＰＵやＲＯＭを有している。燃料電池モジュールＦＣの動作は、制御部ＣＳからの指示信号に基づいて実行される。
【００５８】
このように構成された燃料電池ＦＣＳの動作について説明する。発電室２８を電気化学反応が生じる温度（７００〜１０００℃）に昇温する。空気供給部ＡＰから空気を空気供給管７に供給し、空気ヘッダ６内に貯留する。貯留された空気は、複数の空気導入管２５内を下方に流れ、下端から燃料電池セル２の筒内に流出する。流出した空気は、燃料電池セル２の筒内を上方に流れる。このとき、空気は、空気極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった空気は、燃料電池セル２の開口部２ａから燃焼室２７に達する。
【００５９】
また、燃料供給部ＦＰから燃料ガスを燃料ガス供給管２２に供給し、燃料ガス分散室１７内に貯留する。貯留された燃料ガスは、燃料ガス分散板２３に形成された複数の燃料ガス供給孔２４から発電室２８内に導入され、発電室２８内を各燃料電池セル２を包囲しながら上方に流れる。このとき、燃料ガスは、燃料極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった燃料ガスは、仕切板２６の燃料ガス排出管を通って燃焼室２７に達する。
【００６０】
燃焼室２７に達した残余の燃料ガスと残余の空気とは、所定の点火装置を用いて燃焼され排出ガスが、モジュール容器９の上壁に連結された排ガス管から燃焼室２７の外に排出される。この排出ガスは高温となるために、発電室２８を加熱するための熱源として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態に係る燃料電池モジュールを部分的に破断した概略的な斜視図である。
【図２】燃料電池モジュールの縦断面図である。
【図３】図１において空気ヘッダ側から燃料電池セル側を見通す方向における横断面図である。
【図４】図１のＩＶ-ＩＶ線断面図である。
【図５】図１のＶ-Ｖ線断面図である。
【図６】燃料電池の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６２】
２…燃料電池セル、３，４…集電部材、５…集電ロッド、６…空気ヘッダ、８…モジュール容器、９…絶縁断熱部材、２１…燃料電池セル集合体、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…燃料電池セルスタック、１６ａ，１６ｂ…絶縁板、１５，１５ａ…熱伝導板、１５１…スリット、ＦＣ…燃料電池モジュール、ＦＣＳ…燃料電池。
【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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