JP2002313407A - カートリッジ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃料電池の交換が容易でカートリッジ構造の故
障への対応を迅速かつ容易に行なうことが可能であり、
燃料電池の発電電力量を容易に変更することが可能なカ
ートリッジ構造。 【解決手段】横置筒型形状を有する収容容器に収められ
た、供給される燃料ガス１と供給される酸化剤ガス２と
により発電を行なう複数の燃料電池カートリッジ４０
と、燃料ガス１を燃料電池カートリッジ４０に供給し、
燃料電池カートリッジ４０から排出される排出燃料ガス
１により燃料電池カートリッジ４０に供給される燃料ガ
ス１を加熱する第１熱交換器１６と、酸化剤ガス２を燃
料電池カートリッジ４０に供給し、燃料電池カートリッ
ジ４０から排出される排出酸化剤ガス２により燃料電池
カートリッジ４０に供給される酸化剤ガス２を加熱する
第２熱交換器１７とを具備するカートリッジ構造を用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池のカート
リッジ構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料電池発電システムの概略構成
の一例を図６に示す。ただし、図６では、ガスの予熱と
熱交換に関する部分、及び、発電された電力の集電に関
わる部分は省略している。

【０００３】図６を参照して、燃料電池は、ガス供給部
であるヘッダ１１０と、発電部であるセルチューブ１１
１とを具備する。ヘッダ１１０は、仕切板１１０ａ、底
板１１０ｂ、供給室１１０ｃ、排出室１１０ｄを有す
る。また、セルチューブは、案内管１１２を有する。

【０００４】ヘッダ１１０の内部は、仕切板１１０ａに
より上下方向に区分けされ、上方が供給室１１０ｃ、下
方が排出室１１０ｄとして構成されている。ヘッダ１１
０の底板１１０ｂには、セルチューブ１１１の上端部
（一端部）が排出室１１０ｄとガスの出入りが出来るよ
うに連結され、支持されている。セルチューブ１１１の
下端部（他端部）は、閉塞されている。セルチューブ１
１１の内部には、案内管１１２が、同軸をなして挿入さ
れている。案内管１１２は、その一端部（上端部）が、
上記供給室１１０ｃとガスの出入りが出来るように、上
記仕切板１１０ａに連結され、支持されている。このよ
うなセルチューブ１１１及び案内管１１２は、複数本存
在し、ヘッダ１１０に連結され、支持されている。ここ
で、セルチューブ１１１は、多孔質の基体管の外周面に
燃料電池セルを形成された燃料電池を構成する円筒型セ
ルチューブである。

【０００５】一方、図７を参照して、セルチューブ１１
１に関する概略構成図である。セルチューブ１１１の上
端部（一端部）及び下端部（他端部）を除く中間部の外
周部には、燃料電池セルが形成されている（図示せ
ず）。セルチューブ１１１の下端部には、シールキャッ
プ１１４が取付けられ、セルチューブ１１１が閉塞され
ている。

【０００６】また、燃料電池セルで発電された電力の集
電は以下のようになる。最上部にある燃料電池セル（図
示せず）からリード線の役割を果たすリード膜１１５
が、外周部において、上端部（一端部）へ向けて延び、
上端部で内周部側へ折り返している。そして、そのリー
ド膜１１５と接触した円筒状の集電接合部１１６の外周
部と、円筒状の集電キャップ１１３の外周部とが接して
いる。そして、集電キャップ１１３が、外部のリード線
に接続され、そこから発電された電力が集電されてい
る。

【０００７】このような構成をなす燃料電池では、供給
室１１０ｃ内に水素やメタンのような燃料ガス１を供給
すると共に、セルチューブ１１１の外周面に沿って酸素
や空気のような酸化剤ガス２を供給する。そうすると、
燃料ガス１が各案内管１１２に対してばらつきの無い流
量で流入して、案内管１１２の先端まで達する。しかる
後、燃料ガス１は、セルチューブ１１１内のシールキャ
ップ１１４により折り返し、セルチューブ１１１の他端
側から一端側へ向かって流通する。一方、酸化剤ガス２
は、外部から進入し、セルチューブ１１１の外周部に達
する。そして、燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチュー
ブ１１１の前記燃料電池セルで電気化学的に反応して電
力を発生し、当該電力が集電キャップ１１３などを介し
て外部に取出される。

【０００８】上述のようなシステムにおいては、セルチ
ューブ１１１の交換は、燃料電池が収容された容器の上
部の蓋を開放し、ヘッダ１１０の供給室１１０ｃを外す
必要がある。ヘッダ１１０は、燃料電池システム全体に
使用しているものであり、一部のセルチューブ１１１の
交換のために、ヘッダ１１０を取り外すのは、手間と労
力がかかる。また、発電規模を変更するには、１本１本
セルチューブ１１１を取り外す（あるいは加える）必要
がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、燃料電池の交換が容易である燃料電池のカートリッ
ジ構造を提供することである。

【００１０】また、別の目的としては、燃料電池の交換
を、あるまとまった単位で行なうことが可能な燃料電池
のカートリッジ構造を提供することである。

【００１１】更に、別の目的としては、燃料電池の発電
電力量を容易に変更することが可能な燃料電池のカート
リッジ構造を提供することである。

【００１２】更に、別の目的としては、燃料電池システ
ムの大きさをコンパクトにまとめることが可能な燃料電
池のカートリッジ構造を提供することである。

【００１３】更に別の目的は、燃料電池システムの故障
への対応が迅速かつ容易に行なうことが出来る燃料電池
のカートリッジ構造を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本課題を解決するための
手段の項における、図番号、符号は、特許請求の範囲と
発明の実施の形態との対応を示すために記したものであ
り、特許請求の範囲の解釈に用いてはならない。

【００１５】上記課題を解決するために、本発明のカー
トリッジ構造は、供給される燃料ガスと供給される酸化
剤ガスとにより発電を行なう燃料電池カートリッジ部
（図３、４１）と、前記燃料ガスを前記燃料電池カート
リッジ部（図３、４１）に供給し、前記燃料電池カート
リッジ部（図３、４１）から排出される排出燃料ガスに
より前記燃料電池カートリッジ部（図３、４１）に供給
される前記燃料ガスを加熱する第１熱交換器（図３、１
６）と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池カートリッジ部
（図３、４１）に供給し、前記燃料電池カートリッジ部
（図３、４１）から排出される排出酸化剤ガスにより前
記燃料電池カートリッジ部（図３、４１）に供給される
前記酸化剤ガスを加熱する第２熱交換器（図３、１７）
とを具備する。

【００１６】また、本発明のカートリッジ構造は、前記
燃料電池カートリッジ部（図３、４１）、前記第１熱交
換器（図３、１６）、及び前記第２熱交換器（図３、１
７）とを密閉して収容するための収容容器（図３、３
０）を更に具備し、前記第２熱交換器（図３、１７）
は、前記加熱された酸化剤ガスが前記収容容器（図３、
３０）内に充満するように放出される。

【００１７】また、本発明のカートリッジ構造は、定常
運転時に、前記収容容器（図３、３０）内の温度が、１
００℃以上である。

【００１８】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
収容容器（図３、３０）は、横置筒型形状を有し、側板
（図３、３２−１：図示せず）は筒部（図３、３９）か
ら取り外し可能であり、前記側板（図３、３２−１：図
示せず）が取り外されたとき、前記燃料電池カートリッ
ジ部（図３、４１）、前記第１熱交換器（図３、１
６）、及び前記第２熱交換器（図３、１７）のアッセン
ブリは、摺動して前記筒部（図３、３９）から取り出し
可能である。

【００１９】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
収容容器（図３、３０）は、前記燃料電池カートリッジ
部（図３、４１）の下部に設置された支持体移動部（図
３、３５／３６）と、前記支持体移動部（図３、３５／
３６）の移動を補助する伸縮可能な移動補助部（図３、
３８）とを更に具備し、前記移動補助部（図３、３８）
を前記収容容器（図３、３０）外に伸ばし、前記支持体
移動部（図３、３５／３６）を前記移動補助部（図３、
３８）上で移動させることにより、前記燃料電池カート
リッジ部（図３、４１）が前記収容容器（図３、３０）
から取り出し可能である。

【００２０】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
燃料電池カートリッジ部（図３、４１）は、並べられた
複数の燃料電池カートリッジ（図２、４０）からなり、
前記第１熱交換器（図２、１６）と前記第２熱交換器
（図２、１７）は、前記複数の燃料電池カートリッジ
（図２、４０）の各々から離脱可能である。

【００２１】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
複数の燃料電池カートリッジ（図２、４０）の各々は、
前記第１熱交換器（図２、１６）と前記第２熱交換器
（図２、１７）から離脱されているとき、前記燃料電池
カートリッジ部（図３、４１）から取り出し可能であ
る。

【００２２】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
燃料電池カートリッジ（図２、４０）は、前記燃料ガス
を供給する供給室（図１、８）と、前記燃料ガスを排出
する排出室（図１、９）と、前記供給室（図１、８）と
前記排出室（図１、９）との間に隔離されて設けられ、
前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部（図１、４）
と、基体管の外面に燃料電池を形成した燃料電池セル管
（図１、３）とを具備し、前記燃料電池セル管（図１、
３）の一端部である第１端部は、前記供給室（図１、
８）に開放されて接合され、前記燃料電池セル管（図
１、９）の他端部である第２端部は、前記排出室（図
１、９）に開放されて接合される。

【００２３】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
第１熱交換器（図１／２／３、１６）は、複数に分割し
て取り外し可能である。

【００２４】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
第１熱交換器（図３、１６）に前記燃料ガスを供給する
燃料導入管（図３、１９）と、前記第１熱交換器（図
３、１６）から前記排出燃料ガスを排出する燃料処分管
（図３、１８）とを更に具備し、前記燃料導入管（図
３、１９）及び前記燃料処分管（図３、１８）は、前記
第１熱交換器（図３、１６）の分割に対応して分割して
取り外し可能である。

【００２５】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
第１熱交換器（図１／２、１６）の、前記燃料ガスを前
記燃料電池カートリッジ（図２、４０）に供給する管で
ある第１供給管（図１／２、１６−１）の一端部である
第３端部（図１／２、１６−６）は、前記燃料導入管
（図１／２、１９）に接続され、前記第１供給管（図１
／２、１６−１）の他端部である第４端部（図１／２、
１６-２）は、前記供給室（図１／２、８）に開放され
て接合され、前記第１熱交換器（図１／２、１６）の、
前記燃料電池カートリッジ（図２、４０）から前記排出
燃料ガスを排出する管である第１排出管（図１／２、１
６−４）の一端部である第５端部（図１／２、１６−
３）は、前記排気室（図１／２、９）に開放されて接続
され、前記第１排出管（図１／２、１６−４）の他端部
である第６端部（図１／２、１６−５）は、前記燃料処
分管（図１／２、１８）に接続される。

【００２６】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
第２熱交換器（図１／２、１７）は、一端部である第７
端部が前記酸化剤供給部（図１／２、４）に開放されて
接続され、他端部である第８端部が前記第２熱交換器
（図１／２、１７）の、前記燃料電池カートリッジ（図
２、４０）から前記排出酸化剤ガスを排出する管である
第２排出管（図１／２、１７−４）の途中に接続される
酸化剤排出管（図１／２、１７−２）とを更に具備し、
前記第２熱交換器（図１／２、１７）の、前記酸化剤ガ
スを前記燃料電池カートリッジ（図２、４０）に供給す
る管である第２供給管（図１／２、１７−１）から前記
酸化剤ガスが前記酸化剤供給部（図１／２、４）へ供給
されるように放出され、前記排出酸化剤ガスを前記酸化
剤排出管（図１／２、１７−２）を介して、前記第２排
出管（図１／２、１７−４）へ排出する。

【００２７】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
第１熱交換器（図１／２、１６）は、二重管構造を有
し、前記第１供給管（図１／２、１６−１）が、前記第
１熱交換器の内管（図１／２、１６−１）であり、前記
第１排出管（図１／２、１６−４）が、前記第１熱交換
器の外管（図１／２、１６−４）である。

【００２８】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
第２熱交換器（図１／２、１７）は、二重管構造を有
し、前記第２排出管（図１／２、１７−４）が、前記第
２熱交換器の内管（図１／２、１７−４）であり、前記
第２供給管（図１／２、１７−１）が、前記第２熱交換
器の外管（図１／２、１７−１）である。

【００２９】更に、本発明のカートリッジ構造は、前記
供給室（図１、８）は、前記燃料ガスを供給するガス供
給口（図１、８−１）を具備し、前記排出室（図１、
９）は、前記燃料ガスを排出するガス排出口（図１、９
−１）を具備し、前記燃料ガスは、前記ガス供給口（図
１、８−１）から前記供給室（図１、８）に供給され、
前記燃料電池セル管（図１、３）を通過し、前記排出室
（図１、９）に入り、前記ガス排出口（図１、９−１）
から排出される。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明であるカートリッジ
構造の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明す
る。本実施例において、筒型のうち円筒型の燃料電池の
カートリッジ構造を有する燃料電池のカートリッジ構造
に関して例を示して説明するが、他の筒型構造を有する
燃料電池にも適用が可能である。なお、各実施の形態に
おいて同一又は相当部分には同一の符号を付して説明す
る。

【００３１】図１は、本発明であるカートリッジ構造の
一実施の形態の構成を示す図（断面図）である。燃料電
池は、燃料電池セル管としてのセルチューブ３、酸化剤
ガス供給口４−１及び酸化剤ガス排出口４−２を有する
酸化剤供給部としての酸化剤供給室４、セル接合部６−
１を有する第１管板としての管板Ａ６、セル接合部７−
１を有する第２管板としての管板Ｂ７、ガス供給口８−
１を有する供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室
９、第１支持体としての支持体Ａ１０、第２支持体とし
ての支持体Ｂ１１、下部断熱部１２、下部固定部１３、
上部断熱部１４、上部固定部１５、低温燃料管１６−１
と燃料供給管１６−２と燃料排出管１６−３と高温燃料
管１６−４と燃料出口管１６−５と燃料入口管１６−６
とを有する第１熱交換器としての燃料熱交換器１６、低
温酸化剤供給管１７−１と酸化剤排出管１７−２と酸化
剤供給口１７−３と高温酸化剤排出管１７−４とを有す
る第２熱交換器としての酸化剤熱交換器１７、収容容器
３０、容器フランジ３３、容器断熱部３４、支持体移動
部としての燃料電池支持部３５及び支持体車輪３６、移
動補助部としての支持体レール３８、酸化剤保持室３７
からなる。なお、図１の構成は、集電に関する構成につ
いて、省略している。

【００３２】また、図２は、本発明であるカートリッジ
構造の実施の一形態の構成に関わる燃料電池部分の詳細
を示す図である。燃料電池は、燃料電池セル２３を複数
個有する発電部２４を具備するセルチューブ３、酸化剤
ガス供給口４−１及び酸化剤ガス排出口４−２を有する
酸化剤供給室４、管板Ａ６、管板Ｂ７、ガス供給口８−
１を有する供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室
９、支持体Ａ１０、支持体Ｂ１１、下部断熱部１２、下
部固定部１３、上部断熱部１４、上部固定部１５、低温
燃料管１６−１と燃料供給管１６−２と燃料排出管１６
−３と高温燃料管１６−４と燃料出口管１６−５と燃料
入口管１６−６とを有する燃料熱交換器１６、低温酸化
剤供給管１７−１と酸化剤排出管１７−２と酸化剤供給
口１７−３と高温酸化剤排出管１７−４とを有する酸化
剤熱交換器１７、フレーム２０(フレーム２０−１〜フ
レーム２０−４)からなる。なお、図２の構成は、集電
に関する構成について、省略している。

【００３３】なお、本発明においては、セルチューブ３
と酸化剤供給室４と管板Ａ６と管板Ｂ７と供給室８と排
出室９と支持体Ａ１０と支持体Ｂ１１とフレーム２０と
で構成される構造及びその内部に含まれる構成（燃料電
池セル２３、酸化剤ガス供給口４-１など後述のもの、
集電端子等の部材など図示しない部品）を燃料電池カー
トリッジ４０と呼ぶことにする。また、収容容器３０
（後述）内に、燃料電池カートリッジ４０を複数集めて
収納した構成を燃料電池カートリッジ部４１と呼ぶこと
とする。

【００３４】図３は、本発明であるカートリッジ構造の
一実施の形態の構成を示す図である。図２で示す料電池
の他に、燃料処分管１８、燃料導入管１９、収容容器３
０、容器脚部３１（容器脚部３１−１〜容器脚部３１−
４）、側板としての容器外蓋３２（図３手前側は容器外
蓋３２−１、奥側は容器外蓋３２−２）、容器フランジ
３３、容器断熱部３４、支持体移動部としての燃料電池
支持部３５及び支持体車輪３６、移動補助部としての支
持体レール３８、容器筒部３９からなる。

【００３５】燃料ガス１は、収容容器３０の外部から進
入し、燃料導入管１９から燃料熱交換器１６の燃料入口
管１６−６を経由して燃料熱交換器１６へ入る。そし
て、低温燃料管１６−１で、燃料ガス１の排ガスと熱交
換を行ない高温となり、燃料供給管１６−２を経由して
ガス供給口８−１から供給室８に供給される。次に、そ
こからセルチューブ３に進入し、セルチューブ３の内側
を一方向へ進み、発電に寄与する。その後、排出燃料ガ
スとしての使用済みの燃料ガスは、排出室９に達し、ガ
ス排出口９−１から燃料排出管１６−３を経由して高温
燃料管１６−４に入る。そして、そこで新しい燃料ガス
１と熱交換をして低温となり、燃料出口管１６−５を経
由して燃料処分管１８から収容容器３０の外部へ排出さ
れる。燃料ガス１の流れは、セルチューブに沿った一方
向（ワンスルー）であり、案内管は必要ない。

【００３６】また、酸化剤ガス２は、収容容器３０の外
部から進入し、酸化剤熱交換器１７の低温酸化剤供給管
１７−１において排ガスの酸化剤ガス２と熱交換を行な
い高温となる。次に、酸化剤供給口１７−３から酸化剤
保持室３７に入り、酸化剤ガス供給口４−１より酸化剤
供給室４へ進入する。そして、セルチューブ３の外側を
セルチューブに沿ってへ進み、セルチューブ３の中心付
近から、セルチューブ３から離れ、酸化剤ガス排出口４
−２より酸化剤供給室４から排出される。排出酸化剤ガ
スとしての使用済み酸化剤ガス２は、酸化剤排出管１７
−２を経由し、高温酸化剤排出管１７−４において新し
い酸化剤ガス２と熱交換を行ない、低温となり、収容容
器３０の外部へ排出される。

【００３７】本発明では、まず図１及び図２において、
燃料電池が横置きである。すなわち、燃料電池セル１３
が形成された燃料電池セル管としてのセルチューブ３は
横置きであり、支持体Ａ１０及び支持体Ｂ又は管板Ａ６
及び管板Ｂ７によって、２点で支持されている。そし
て、供給室８側の管板Ａ６及び排出室９側の管板Ｂ７の
２点でガスシールされている。すなわち、２点でセルチ
ューブ３を支持し、シールを行なっている。

【００３８】更に、図３において、図２に示す燃料電池
カートリッジ４０の燃料電池が、収容容器３０の長手方
向に複数重ねて並べられて収納されている。そして、燃
料電池モジュールを収納している部分は支持体車輪３６
がついている。従って、収容容器３０の蓋を外した後、
支持体レール３８（伸縮可能）を手前に引き出すことに
より、支持体レール３８上を手前に容易に引き出すこと
が可能である。そして、複数ある燃料電池カートリッジ
４０のどれか一つあるいは複数をきわめて容易に取り出
すことが可能となる。また、収容容器３０の大きさの範
囲内において、燃料電池カートリッジ４０を出し入れす
ることにより、容易に燃料電池の発電電力量を増減する
ことが可能となる。また、故障した燃料電池の属する燃
料電池カートリッジ４０を交換又は取り外すことによ
り、容易に修理を完了することができ、残りの燃料電池
を安全に運転できる。

【００３９】以下に各構成を詳細に説明する。まず、図
１、図５を参照して、燃料電池の１つのカートリッジ構
造（燃料電池カートリッジ４０）の構成について説明す
る。

【００４０】燃料電池セル管としてのセルチューブ３
は、多孔質セラミックスの基体管の外周面に燃料電池セ
ル２３を形成された、燃料電池を構成する円筒型の管で
ある。セルチューブ３は、第１端部としての一端側を供
給室８（後述）に、第２端部としての他端側を排出室９
（後述）にそれぞれ嵌合され、支持されている。そし
て、一端側が供給室８（後述）と、他端側が排出室９
（後述）とガスの出入りが出来るように開放されてい
る。内部に、従来例にある案内管を、含んでいない。材
質は、安定化ジルコニアである。基体管の長手方向の一
定の幅毎に、外周面上に燃料極、電解質、空気極が順に
積層（図示せず）され、燃料電池セル１３（後述）を形
成している。それぞれの燃料電池セル１３同士は、イン
タコネクタ膜（図示せず）で接合されている。燃料ガス
１が、セルチューブ３の一端よりセルチューブ３の内部
に供給され、基体管の厚み方向に孔中を拡散し燃料極に
達し、セルチューブ３の外側を流れる酸化剤ガス２と共
に発電に寄与する。

【００４１】供給室８は、セルチューブ３の一端部にあ
り、中空の直方体や円柱状等の形をしているガス分配室
である。本実施例では、直方体である。燃料ガス１（後
述）の供給を受けるためのガス供給口８−１を有する。
内部にガスの流れを整える整流板のような機構（図示せ
ず）が付属している場合もある。一方の面は管板Ａ６
（後述）であり、セルチューブ３が取付けられている。
セルチューブ３は、供給室８に入った燃料ガス１がセル
チューブ３へ供給されるように管板Ａ６と連結、接合し
ている。複数存在する各セルチューブ３へ、均等に燃料
ガス１を供給する、ニッケル、ステンレスや耐熱合金な
どの金属製の室である。

【００４２】排出室９は、セルチューブ３の他端部にあ
り、中空の直方体や円柱状等の形をしているガス分配室
である。本実施例では、直方体である。排出燃料ガスと
しての使用済み燃料ガス１（後述）の排出を行なうため
のガス排出口９−１を有する。内部にガスの流れを整え
る整流板のような機構（図示せず）が付属している場合
もある。一方の面は管板Ｂ７（後述）であり、セルチュ
ーブ３が取付けられている。セルチューブ３は、セルチ
ューブ３から排出される使用済み燃料ガス１を収集可能
なように管板Ｂ７と連結、接合している。ニッケル、ス
テンレスや耐熱合金などの金属製の室である。

【００４３】酸化剤供給部としての酸化剤供給室４は、
管板Ａ６と管板Ｂ７と上部固定部１５（上部断熱部１４
を含む）と下部固定部１３（下部断熱部１２を含む）と
隣接する手前側と奥側の他の燃料電池カートリッジ４０
の側壁部（図示せず、２枚の金属又はセラミックスの
板）とで囲まれた領域である。ただし、側壁部は無くて
も良い。供給室８（の管板Ａ６）と排出室９（の管板Ｂ
７）との間にあり、それらと隔離され、セルチューブ３
を含んでいる。すなわち、セルチューブ３に酸化剤ガス
２を供給する室である。酸化剤ガス２（後述）の供給を
受けるための酸化剤ガス供給口４−１及び排出酸化剤ガ
スとしての使用済み酸化剤ガス２の排出を行なうための
酸化剤ガス排出口４−２を有する。酸化剤ガス供給口４
−１は、酸化剤供給室４の管板Ａ６と接する側と、管板
Ｂ７と接する側とに、それぞれ２箇所づつあり、酸化剤
保持室３７に接続している。酸化剤ガス排出口４−２
は、酸化剤供給室４の下部中央にあり、酸化剤排出管１
７−２に接続している。内部の管板Ａ６及び管板Ｂ７の
近傍に、支持体Ａ１０（管板Ａ６側）及び支持体Ｂ１１
（管板Ｂ７側）を固定している。ステンレスや耐熱合金
などの金属製の室である。

【００４４】酸化剤ガス２は、４箇所の酸化剤ガス供給
口４−１から酸化剤供給室４に入り、支持体Ａ１０と管
板Ａ６とで形成された空間（隙間）又は支持体Ｂ１１と
管板Ｂ７とで形成された空間（隙間）を進む。そして、
セルチューブ３と支持体Ａ１０との隙間又はセルチュー
ブ３と支持体Ｂ１１との隙間から、セルチューブ３の外
周面に沿って、セルチューブ３の中央（酸化剤供給室４
の中央）側へ進む。そして、セルチューブ３の中央（酸
化剤供給室４の中央）部付近から、その流れを下向き
（酸化剤ガス排出口４−２の向き）に変え、酸化剤ガス
排出口４−２から排出される。

【００４５】第１管板としての管板Ａ６は、供給室８の
一方の面の板であり、セルチューブ３を接続するための
孔が（セルチューブ３の数だけ）開口している。セルチ
ューブ３と、セルチューブ３の一端部でガスの出入りが
出来るように連結し、開放されて接合している。接合部
分は、管板Ａ６とセルチューブ３との隙間からガスをリ
ークさせないために、応力などによる位置ずれや振動や
衝撃を吸収することが可能なように、薄い金属製の板の
ような柔軟性のある部材を使用する。その際、酸化雰囲
気でもあることから、ステンレスや耐熱合金などの耐酸
化性の部材を使用する。セルチューブ３と管板Ａ６との
接合部であるセル接合部６−１では、セルチューブ３を
支持する役割もある。必要に応じて、ガスタイト性を確
保するために、充填剤を用いて、セル接合部６−１での
リークを完全に抑えるようにする。なお、薄い金属板の
形状を長期間安定的に維持する為に、薄い金属板の周囲
を強固な金属製のフレーム（管板用フレーム：図示せ
ず）で囲っている。

【００４６】図５（ａ）に、管板Ａ６の正面図（図１に
おいて供給室８側又は排出室９側から見た図）を示す。
図１は、断面図であるので、管板Ａ６が小さく区切られ
て見えるが、図５（ａ）に示すように一体の部材であ
る。図５（ａ）では、例として、管板Ａ６は縦３個×横
３個の合計９個のセルチューブ３用の孔（セル接合部６
−１）が開口した、縦３本×横３本の合計９本のセルチ
ューブ３を有する燃料電池カートリッジ４０用の管板Ａ
６を示している。ただし、本発明が、９本のセルチュー
ブ３による燃料電池カートリッジ４０に限られるもので
はない。

【００４７】第２管板としての管板Ｂ７は、排出室９の
一方の面の板であり、セルチューブ３を接続するための
孔が（セルチューブ３の数だけ）開口している。セルチ
ューブ３と、セルチューブ３の他端部でガスの出入りが
出来るように連結し、開放されて接合している。接合部
分は、管板Ｂ７とセルチューブ３との隙間からガスをリ
ークさせないために、応力などによる位置ずれや振動や
衝撃を吸収することが可能なように、薄い金属製の板の
ような柔軟性のある部材を使用する。その際、酸化雰囲
気でもあることから、ステンレスや耐熱合金などの耐酸
化性の部材を使用する。セルチューブ３と管板Ｂ７との
接合部であるセル接合部７−１では、セルチューブ３を
支持する役割もある。必要に応じて、ガスタイト性を確
保するために、充填剤を用いて、セル接合部７−１での
リークを完全に抑えるようにする。なお、薄い金属板の
形状を長期間安定的に維持する為に、薄い金属板の周囲
を強固な金属製のフレーム（管板用フレーム：図示せ
ず）で囲っている。また、管板Ｂ７の正面図は、管板Ａ
６の図５（ａ）と同様であるので、省略する。

【００４８】支持体Ａ１０は、管板Ａ６の近傍であっ
て、供給室８の外側の酸化剤供給室４内に固定されてい
る。そして、セルチューブ３上の端部の近傍において、
管板と共に酸化剤ガス２の流路を形成している。そし
て、セルチューブ３をその下方部分において支持してい
る。また、セルチューブ３の発電部２４側の熱を遮断
し、管板Ａ６あるいはセルチューブ３と管板Ａ６との接
合部であるセル接合部６−１について、熱的に保護す
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多孔体
などである。

【００４９】図５（ｂ）に、支持体Ａ１０の正面図（図
１において供給室８側又は排出室９側から見た図）を示
す。図１は、断面図であるので、支持体Ａ１０が小さく
区切られて見えるが、図５（ｂ）に示すように一体の部
材である。図５（ｂ）では、例として、支持体Ａ１０
は、縦３個×横３個の合計９個のセルチューブ３用の孔
が開口した、縦３本×横３本の合計９本のセルチューブ
３を有する燃料電池カートリッジ４０用の支持体Ａ１０
を示している。ただし、本発明が、９本のセルチューブ
３による燃料電池カートリッジ４０に限られるものでは
ない。

【００５０】また、セル支持部１０−１の直径は、セル
チューブ３、セル接合部６−１の直径よりもやや大き
い。セルチューブ３とセル支持部１０−１との隙間を酸
化剤ガス２が通過するためである。それと同時に、熱な
どによるセルチューブ３のずれ、セルチューブ３の受け
る振動及び衝撃に関する予測に基づいて、セルチューブ
３に無理な力がかからないためでもある。

【００５１】支持体Ｂ１１は、管板Ｂ７の近傍であっ
て、排出室９の外側の酸化剤供給室４内に固定されてい
る。そして、セルチューブ３上の端部の近傍において、
管板と共に酸化剤ガス２の流路を形成している。そし
て、セルチューブ３をその下方部分において支持してい
る。また、セルチューブ３の発電部２４側の熱を遮断
し、管板Ｂ７あるいはセルチューブ３と管板Ｂ７との接
合部であるセル接合部７−１について、熱的に保護す
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多孔体
などである。なお、セル支持部１１−１を有する支持体
Ｂ１１の正面図は、支持体Ａ１０の図５（ｂ）と同様で
あるので、図示及びその説明を省略する。

【００５２】ここで、図４を参照して、管板Ａ６とセル
チューブ３との接合部分について説明する。基体管２１
とリード膜２２と燃料電池セル２３と発電部２４と集電
部２５を有するセルチューブ３と、セル接合部６−１を
有する管板Ａ６と、支持体Ａ１０と、充填材２６とから
なる。

【００５３】管板Ａ６は、セルチューブ３を通す孔の部
分が、ガスシールを行なうガス接合部６−１を形成す
る。管板Ａ６のセルチューブ３を通す孔の直径を、セル
チューブ３の直径より、やや小さくする。すなわち、図
４で示すように管板Ａ６の孔部にセルチューブ３を通し
た時、管板Ａ６の孔部の内周部分が、セルチューブ３を
通した方向に内側に変形し、セルチューブ３の外周部と
管板Ａ６の孔部の内周部分が密着する程度である。セル
チューブ３を通すに当たっては、深絞り加工などのプレ
スにより事前に通し易くしておく。管板Ａ６の孔部の内
周部分は、セルチューブ３と密接する際、酸化剤供給室
４側への湾曲に伴う管板Ａ６の孔部の内周部分の弾性力
により密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時
に、管板Ａ６は、ステンレスなどの薄い金属の板を使用
しているので、その弾性力により可動性、振動及び衝撃
吸収性が発揮される。すなわち、管板Ａ６（薄い金属
板）は、その伸縮自在性により、上下方向に可動である
他、前後左右の横方向や、斜め上下方向にもある程度の
範囲まで可動である。管板Ａ６の他の部分は図１で説明
した管板Ａ６と同一であるのでその説明は省略する。

【００５４】充填材２６は、セルチューブ３と管板Ａ６
の孔部とが接触する付近の隙間がある可能性がある領域
に充填されるガスシール材である。その隙間を埋め、供
給室８の燃料ガス１と、酸化剤供給室４の酸化剤ガス２
との間をガスシールする。セルチューブ３を管板Ａ６に
通す時にグランドパッキンを施工しておく方法や、その
周辺の最高使用温度に合わせてハンダを行なう方法、最
高使用温度がそれほど高く無い場合に樹脂などを埋め込
む方法などが使用できる。

【００５５】支持体Ａ１０がセルチューブ３を支持して
いる個所であるセル支持部１０−１に隙間があるのは、
セル支持部１０−１の直径が、酸化剤ガス２を通過させ
るため及びセルチューブ３の位置のずれを許容できるよ
うにするためである。その場合、セルチューブ３の支持
は、基本的には管板Ａ６のセル接合部６−１で行なう。
そして、補助的に、支持体１０において、支持する。例
えば、セルチューブ３から見て下側のセル支持部１０−
１の面に、酸化剤ガス２の通過の大きな妨げにならない
部材を入れる。部材の例としては、ガラスウールや石綿
のような耐熱性で変形容易な（あるいは弾性体のような
性質を持つ）材料をその隙間に埋め込む、気孔率の高い
セラミックス多孔体の小片を入れ込むなどで実施可能で
ある。支持体Ａ１０のその他の詳細は図１における説明
の通りであるので省略する。

【００５６】基体管２１は、燃料電池セル管としてのセ
ルチューブ３の燃料電池セル２３や、発電部２４、集電
部２５、リード膜２２（後述）などが形成される際の基
板となる基体管である。セラミックス製の多孔質である
筒型の管である。内部を流れる燃料ガスが、側面（壁
面）を径方向に拡散し、基体管２１の外周部に形成され
た燃料電池セル２３に達することが可能である。

【００５７】リード膜２２は、複数の燃料電池セル２３
で発電した直流電力の一方の極を集電部２５（又は排出
室９側の集電部）へ引き出すための引き出し線の役割を
する膜である。膜保護のため、上部に保護膜（金属の酸
化物などの気密絶縁膜）が積層されている。基体管２１
の外周部の発電部２４のうち、最も一端部寄りの燃料電
池セル２３と接続している。そして、リード膜２２は、
その燃料電池セル２３から基体管２１の外周部をその一
端部まで延びている。周方向の幅は、発電する電力の大
きさとそのリード膜２２の厚みにより、抵抗が十分低く
なるように設定する。発電基体管全面であっても、ある
特定の幅であってもよい。

【００５８】燃料電池セル２３は、セルチューブ３の外
周面上に燃料極、電解質、空気極が順に積層（図示せ
ず）された燃料電池のセルである。それぞれの燃料電池
セル２３同士は、インタコネクタ膜（図示せず）で直列
に接合されている。セルチューブ３の内側から拡散して
くる燃料ガス１と、セルチューブ３の外側から供給され
る酸化剤ガス２とにより、発電が行なわれる。

【００５９】発電部２４は、燃料電池セル２３を複数個
有し、それらが直列接続しているセルチューブ３上の発
電領域である。燃料電池運転時には、燃料電池セル２３
の発電に伴い、発熱し高温になっている。

【００６０】集電部２５は、発電部２４で発電された電
力を取り出すための端子を取付ける部分である。本実施
例（図面中）では、省略している。電力の取出しは、こ
の集電部２５と排出室９側の集電部とにより行なう。例
えば、集電部２５については、そこに金属線を取り付け
て引き出し、供給室８の壁面から絶縁体を介して（供給
室８と接触しないようにして）外部へ延ばす。そして、
そこから電力を取出す。

【００６１】なお、排出室９側のセルチューブ３と管板
Ｂ７との接合部周辺については、管板が管板Ｂ７を用い
ている点が図４と異なるが、その他の構成は図４と同様
であるので、その説明は省略する。

【００６２】なお、燃料ガス１は、水素、メタン等のガ
スと水蒸気との混合ガスである。また、酸化剤ガスは、
酸素、空気、あるいはそれらを含む混合ガスである。

【００６３】次に、図２を参照して、燃料電池の１つの
燃料電池カートリッジ４０の構造に関わる燃料ガス１及
び酸化剤ガス２の流路の構成について説明する。本図面
においては、集電に関する構成（燃料電池セル２３を含
む）について、省略している。

【００６４】まず、燃料ガス１の流路に関わる構成につ
いて説明する。第１熱交換器としての燃料熱交換器１６
は、二重管構造を有し、第１供給管あるいは第１内管と
しての低温燃料管１６−１と、その一端部である第３端
部としての燃料入口管１６−６と、その他端部である第
４端部としての燃料供給管１６−２、及び、第１排出管
あるいは第１外管としての高温燃料管１６−４と、その
一端部である第５端部としての燃料排出管１６−３と、
その他端部である第６端部としての燃料出口管１６−５
とを有する。燃料電池カートリッジ４０の１個につき、
その上部に１個設置されている。新しく供給された低温
の燃料ガス１を低温燃料管１６−１に通し、それと同時
に、使用済みの高温の燃料ガス１を高温燃料管１６−４
に通すことにより、燃料熱交換器１６で燃料ガス１の熱
交換を行なう。

【００６５】燃料入口管１６−６は、新しい燃料ガス１
の入口の管であり、その一端部は、燃料導入管１９に接
続し、そこから新しい燃料ガス１を受ける。その他端部
は低温燃料管１６−１の一端部に接続し、そこへ新しい
燃料ガス１を供給する。低温燃料管１６−１は、高温燃
料管１６−４に含まれ（二重管構造）、その一端部を燃
料入口管１６−６と接続している。また、他端部を燃料
供給管１６−２に接続している。そして、燃料入口管１
６−６から供給されてきた新しい燃料ガス１を燃料供給
管１６−２へ供給する際、高温燃料管１６−４内を流れ
る高温の使用済みの燃料ガス１と新しい燃料ガス１とを
熱交換させ、新しい燃料ガス１を高温にする。燃料供給
管１６−２は、その一端部を低温燃料管１６−１と接続
し、他端部を供給室８のガス供給口８−１に接続してい
る。燃料供給管１６−２は、低温燃料管１６−１から供
給された高温の新しい燃料ガス１を供給室８のガス供給
口８−１に供給する。

【００６６】一方、燃料排出管１６−３は、その一端部
を排出室９のガス排出口９−１と接続し、他端部を高温
燃料管１６−４に接続している。燃料排出管１６−３
は、排出室９のガス排出口９−１から供給された高温の
使用済み燃料ガス１を高温燃料管１６−４に供給する。
高温燃料管１６−４は、低温燃料管１６−１を含み（二
重管構造）、その一端部を燃料排出管１６−３に接続し
ている。また、他端部を燃料出口管１６−５に接続して
いる。そして、燃料排出管１６−３から供給されてきた
使用済み燃料ガス１を燃料出口管１６−５へ供給する
際、低温燃料管１６−１内を流れる低温の新しい燃料ガ
ス１と高温燃料管１６−４を流れる使用済み燃料ガス１
とを熱交換させ、新しい燃料ガス１を高温にする。それ
と共に、使用済みの燃料ガス１が低温になる。燃料出口
管１６−５は、使用済み燃料ガス１の出口の管であり、
その一端部は、高温燃料管１６−４に接続し、その他端
部は燃料処分管１８に接続している。高温燃料管１６−
４から使用済み燃料ガス１が供給され、それを燃料処分
管１８へ排出する。

【００６７】本実施例では、第１熱交換器としての燃料
熱交換器１６は、二重管構造を有している。しかし、必
ずしも上記の二重管構造に限定されるものではなく、高
温燃料管１６−４を流れる排出燃料ガス１と、低温燃料
管１６−１を流れる燃料ガス１とが、熱交換を行なえる
構造であれば良い。例えば、両管が並列し接触して流れ
る構造等がある。又、内管と外管とが本実施例と逆にな
った場合でもよい。

【００６８】次に、酸化剤ガス２の流路に関わる構成に
ついて説明する。第２熱交換器としての酸化剤熱交換器
１７は、二重管構造を有し、第２供給管あるいは第２外
管としての低温酸化剤供給管１７−１と酸化剤排出管１
７−２と酸化剤供給口１７−３と、第２排出管あるいは
第２内管としての高温酸化剤排出管１７−４とを有す
る。燃料電池カートリッジ４０の１個毎に対応して、そ
の下部に設置されている。新しく供給された低温の酸化
剤ガス１を低温酸化剤供給管１７−１に通し、それと同
時に、使用済みの高温の酸化剤ガス２を高温酸化剤排出
管１７−４に通すことにより、酸化剤熱交換器１７で酸
化剤ガス２の熱交換を行なう。

【００６９】低温酸化剤供給管１７−１は、内部に高温
酸化剤排出管１７−４を含み（二重管構造）、燃料電池
カートリッジ４０のある位置の下方の位置に、酸化剤供
給口１７−３を有する。内部を流れる新しい低温の酸化
剤ガス２を酸化剤供給口１７−３から酸化剤保持室３７
へ供給する際、低温の酸化剤ガス２と高温酸化剤排出管
１７−４とを熱交換させ、高温の酸化剤ガス２に変え
る。酸化剤供給口１７−３は、低温酸化剤供給管１７−
１に開口した孔であり、そこから新しい酸化剤ガス２
を、低温酸化剤供給管１７−１から酸化剤保持室３７へ
供給する。

【００７０】酸化剤保持室３７（図１参照）は、収容容
器３０（容器断熱部３４を含む）内における、燃料電池
カートリッジ４０（供給室８、酸化剤供給室4及び排出
室９など）、下部固定部１３、上部固定部１５、燃料熱
交換器１６、酸化剤熱交換器１７などを除いた空間であ
る。酸化剤供給口１７−３から供給８（放出）された新
しい酸化剤ガス２は、熱交換により高温化され、収容容
器３０内に充満し、定常運転（立上げや停止のような一
時的な運転状態を除く）時に容器全体を１００℃以上の
温度に保つ。１００℃以上にするのは、燃料ガス１中の
水蒸気を水に戻さない為である。酸化剤供給室４の酸化
剤ガス供給口４−１（供給室８側及び排出室９側）へ供
給される。なお、酸化剤保持室３７は、収容容器３０の
容器断熱部３４の内側における温度を１００℃以上に保
つ（配管の水を水蒸気の状態に保つ）働きもある。

【００７１】一方、酸化剤排出管１７−２は、その第７
端部としての一端部を酸化剤ガス排出口４−２と（開放
して）接続し、第８端部としての他端部を高温酸化剤排
出管１７−４に接続している。酸化剤ガス排出口４−２
から排出された高温の使用済み酸化剤ガス２を、高温酸
化剤排出管１７−４へ排出する。高温酸化剤排出管１７
−４は、酸化剤排出管１７−２と接続し、低温酸化剤供
給管１７−１の内部に含まれ（二重間構造）ている。酸
化剤排出管１７−２から排出された高温の使用済み酸化
剤ガス２が外部に排出される際、低温酸化剤供給管１７
−１を流れる低温の新しい酸化剤ガス２と熱交換し、低
温となる。新しい酸化剤ガス２は、熱交換により高温と
なる。

【００７２】本実施例では、第２熱交換器としての酸化
剤熱交換器１７は、二重管構造を有している。しかし、
必ずしも上記の二重管構造に限定されるものではなく、
高温酸化剤排出管１７−４を流れる排出酸化剤ガス２
と、低温酸化剤供給管１７−１を流れる酸化剤ガス２と
が、熱交換を行なえる構造であれば良い。例えば、両管
が並列し接触して流れる構造等がある。又、内管と外管
とが本実施例と逆になった場合でもよい。

【００７３】上部断熱部１４は、燃料電池カートリッジ
４０の部分の上部にある直方体形状の断熱材である。ア
ルミナや、シリカ、マグネシアのような多孔質のセラミ
ックスである。酸化剤供給室４内のセルチューブ３の発
電部２４で発生する熱に対する断熱用である。セルチュ
ーブ３の長手方向の幅は、支持体Ａ１０−１の管板Ａ６
側から支持体Ｂ１０−２の管板Ｂ７側までと同じ長さで
ある。その幅と直角の方向の奥行きは、供給室８の奥行
き（＝排出室９の奥行き）と同じである。高さ（厚み）
は、断熱材の上部（発電部２４と反対の側）において、
温度を何度にするかにより決定される。燃料電池カート
リッジ４０上に直接取り付ける。断熱材がセルチューブ
３に影響することを避けたい場合には、セラミックスや
金属などの板（上部断熱部１４と同じ平面サイズ）を、
燃料電池カートリッジ４０と上部断熱部１４との間に入
れても良い。

【００７４】上部固定部１５は、上部断熱部１４の上部
にある直方体形状の金属板である。上部断熱部１４を固
定すると共に、その上部にある燃料熱交換器１６を固定
する。ニッケルやステンレスなどの金属である。幅は、
上部断熱部１４よりもその両端で若干長い。奥行きは、
上部断熱部１４と同じであり、高さ（厚み）は、上部断
熱部１４と燃料熱交換器１６を固定するのに必要な厚み
である。

【００７５】下部断熱部１２は、燃料電池カートリッジ
４０の部分の下部にある直方体形状の断熱材である。ア
ルミナや、シリカ、マグネシアのような多孔質のセラミ
ックスである。酸化剤供給室４内のセルチューブ３の発
電部２４で発生する熱に対する断熱用である。セルチュ
ーブ３の長手方向の幅は、支持体Ａ１０の管板Ａ６側か
ら支持体Ｂ１１の管板Ｂ７側までと同じ長さである。そ
の幅と直角の方向の奥行きは、供給室８の奥行き（＝排
出室９の奥行き）と同じである。高さ（厚み）は、断熱
材の下部（発電部２４と反対の側）において、温度を何
度にするかにより決定される。幅及び奥行きにおいて、
その中央部分に高さ方向に酸化剤排出管１７−２を通す
ための孔が開口している。燃料電池カートリッジ４０下
に直接取り付ける。断熱材がセルチューブ３に影響する
ことを避けたい場合には、セラミックスや金属などの板
（下部断熱部１２と同じ平面サイズで孔が開口）を、燃
料電池カートリッジ４０と下部断熱部１２との間に入れ
ても良い。

【００７６】下部固定部１３は、下部断熱部１２の下部
にある直方体形状の金属板である。下部断熱部１２を固
定すると共に、その上部にある燃料電池カートリッジ４
０を下部断熱部１２を介して支持する。ニッケルやステ
ンレスなどの金属である。幅は、上部断熱部１４よりも
その両端で若干長い。そして、その両端部において、下
部断熱材１２の両端を挟むような突起部がある。奥行き
は、下部断熱部１２と同じであり、高さ（厚み）は、下
部断熱部１２と燃料電池カートリッジ４０を固定するの
に必要な厚みである。幅及び奥行きにおいて、その中央
部分に高さ方向に酸化剤排出管１７−２を通すための孔
が開口している。

【００７７】フレーム２０は、管板Ａ６と管板Ｂ７とを
繋ぐフレームである。すなわち、管板Ａ６と管板Ｂ７と
を繋ぐことにより、供給室８とセルチューブ３と排出室
９と（酸化剤供給室４と）を一体化させている。フレー
ム２０である４本のフレーム（フレーム２０−１〜フレ
ーム２０−４）は、管板Ａ６の周囲を囲む管板用フレー
ム（図示せず）の４つの角部と対向する管板Ｂ７の周囲
を囲む管板用フレーム（図示せず）４つの角部とをそれ
それ接合している。材質は、セルチューブ３とほぼ同一
の熱膨張係数を有するものを使用する。熱膨張係数の相
違により、無理な力が管板Ａ６や管板Ｂ７，セルチュー
ブ３などにかかることを防ぐためである。安定化ジルコ
ニアやマグネシヤスピネル（ＭｇＯ−ＭｇＡｌ
_２Ｏ_４）、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）などであ
る。

【００７８】セルチューブ３は、図２では、図１及び図
５の例と異なり、縦１０本×横３本＝合計３０本 を例
示している。しかし、セルチューブの本数は、これらの
例に限定されるものではない。設計変更により変更可能
である。セルチューブ３に関わるその他の構成について
は、図１で説明した通りなので、その説明を省略する。

【００７９】燃料電池カートリッジ４０における、酸化
剤ガス供給口４−１及び酸化剤ガス排出口４−２を有す
る酸化剤供給室４、管板Ａ６、管板Ｂ７、ガス供給口８
−１を有する供給室８、ガス排出口９−１を有する排出
室９、支持体Ａ１０、支持体Ｂ１１については、図１で
説明した通りなので、その説明を省略する。

【００８０】次に、図３を参照して、複数の燃料電池カ
ートリッジ４０を有する燃料電池のカートリッジ構造に
ついて説明する。本図面においては、集電に関する構成
（燃料電池セル２３を含む）について、省略している。
図２で示す燃料電池カートリッジ４０（セルチューブ
３、酸化剤供給室４及びその関連部分、管板Ａ６、管板
Ｂ７、供給室８、排出室９、支持体Ａ１０、支持体Ｂ１
１、フレーム２０など）及び、下部断熱部１２、下部固
定部１３、上部断熱部１４、上部固定部１５、燃料熱交
換器１６（１６−１〜１６−６を含む）については、図
１で説明した通りなので、その説明を省略する。

【００８１】燃料導入管１９は、燃料熱交換器１６の上
部にあり、燃料電池カートリッジ４０の長手方向（セル
チューブ３の方向）と直角の方向に延び、容器外蓋３２
を通って、外部の配管と接合している。外部から供給さ
れる燃料ガス１を、図３で示す燃料電池のカートリッジ
構造へ導入する金属製の配管である。各燃料電池カート
リッジ４０の燃料入口管１６−６に接合され、そこを通
して各燃料電池カートリッジ４０に燃料ガス１を供給す
る。燃料電池カートリッジ４０が無い部分については、
燃料入口管１６−６との接合部に栓をしておく。また、
燃料電池カートリッジ４０を取り外す場合、燃料導入管
１９は、その燃料電池カートリッジ４０部分のみの取り
外しが可能である。すなわち、燃料導入管１９は、燃料
電池カートリッジ４０の幅分の配管を細かく接合したも
のである。

【００８２】燃料処分管１８は、燃料熱交換器１６の上
部にあり、燃料電池カートリッジ４０の長手方向（セル
チューブ３の方向）と直角の方向に延び、容器外蓋３２
を通って、外部の配管と接合している。各燃料電池カー
トリッジ４０で使用された使用済み燃料ガス１を、図３
で示す燃料電池のカートリッジ構造の外部へ排出する金
属製の配管である。各燃料電池カートリッジ４０の燃料
出口管１６−５に接合され、そこから各燃料電池カート
リッジ４０の使用済み燃料ガス１を受け取る。燃料電池
カートリッジ４０が無い部分については、燃料出口管１
６−５との接合部に栓をしておく。また、燃料電池カー
トリッジ４０を取り外す場合、燃料処分管１８は、その
燃料電池カートリッジ４０部分のみの取り外しが可能で
ある。すなわち、燃料処分管１８は、燃料電池カートリ
ッジ４０の幅分の配管を細かく接合したものである。

【００８３】酸化剤熱交換器１７（１７−１〜１７−４
を含む）は、燃料電池カートリッジ４０の下部にあり、
燃料電池カートリッジ４０の長手方向（セルチューブ３
の方向）と直角の方向に延び、容器外蓋３２を通って、
外部の配管と接合している。新しい酸化剤ガス２を外部
から燃料電池のカートリッジ構造へ導入すると共に、各
燃料電池カートリッジ４０で使用された使用済み酸化剤
ガス２を燃料電池のカートリッジ構造の外部へ排出する
金属製の配管である。各燃料電池カートリッジ４０の酸
化剤ガス排出口４−２に接合され、そこから各燃料電池
カートリッジ４０の使用済み酸化剤ガス２を受け取る。
燃料電池カートリッジ４０が無い部分については、酸化
剤ガス排出口４−２と酸化剤排出管１７−２との接合
部、及び、酸化剤供給口１７−３の開口部に栓をしてお
く。その他の酸化剤熱交換器１７については、図１で説
明した通りなので、その説明を省略する。

【００８４】収容容器３０は、図３に示す燃料電池のカ
ートリッジ構造を内包する円筒形の容器である。円筒形
の筒部である容器筒部３９と、容器の蓋である容器外蓋
３２と、容器筒部３９と側板としての容器外蓋３２とを
接合ずるための容器フランジ３３と、容器を自立させる
ための容器脚部３１とから成る。

【００８５】収容容器３０及び容器筒部３９は、ニッケ
ルやステンレルなどの金属製である。容器脚部３１（容
器脚部３１−１〜容器脚部３１−４、ただし、容器客部
３１−３、４は図示せず）は、収容容器３０を支える４
脚ある脚部である。ニッケルやステンレルなどの金属製
である。

【００８６】容器外蓋３２（図３に示す容器の手前側の
蓋を容器外蓋３２−１（図示せず）とし、奥側の蓋を容
器外蓋３２−２とする）は、燃料電池システムの燃料電
池カートリッジ４０を取出し可能な側（容器外蓋３２−
１）と反対の側（容器外蓋３２−２）の、収容容器３０
の蓋である。ニッケルやステンレルなどの金属製であ
る。奥側の蓋である容器外蓋３２−２には、燃料導入管
１９、燃料処分管１８及び酸化剤熱交換器１７が、外部
の配管と接続するための接合部がある。燃料電池システ
ムの燃料電池カートリッジ４０を取出し可能な側にも容
器外蓋３２−１（配管の接合は無し）があるが、図示し
ていない。

【００８７】容器フランジ３３（図３に示す容器外蓋３
２−１（図示せず）に対応するフランジを容器フランジ
３３−１とし、容器外蓋３２−２に対応するフランジを
容器フランジ３３−２とする）は、容器筒部３９と容器
外蓋３２とを接合ずるためのフランジであり、通常ボル
トナットで締める。ニッケルやステンレルなどの金属製
である。容器筒部３９と容器外蓋３２との接合面は、内
部のガスがリークしないように、シール用のＯリング
（温度により銅やアルミニウムのような金属又はシリコ
ーン製のゴムのような樹脂）を使用する。

【００８８】容器断熱部３４は、収容容器３０の内壁面
全体を覆う断熱材である。収容容器３０内は、温度が１
００℃以上に保たれているため、外部にその温度が伝わ
らないように、内壁面を断熱している。容器外蓋３２の
内壁面についても同様である。アルミナやシリカ、マグ
ネシアの多孔質材料や、ガラスウール、石綿などが用い
られる。

【００８９】支持体移動部の一部としての燃料電池支持
部３５は、各燃料電池カートリッジ４０を、それぞれの
供給室８及び排気室９の下部の２箇所において支持する
２つ（供給室８側及び排気室９側）の金属製の部材であ
る。断面はＬ字型であり、Ｌ字の縦の辺が、供給室８及
び排気室９のそれぞれの発電部２４とは反対側の側面に
接して、それらを支持する。また、Ｌ字の横の辺が、供
給室８及び排気室９それぞれの下側に接して、それらを
支持する。そして、燃料電池支持部３５は、セルチュー
ブ３と直角の方向（容器筒部３９の側面と平行な方向）
に延び、下部固定部１３（下部断熱部１２を含む）と共
に、各燃料電池カートリッジ４０を支持している。

【００９０】支持体移動部の一部としての支持体車輪３
６は、２つの燃料電池支持部３５の下部にそれぞれ取り
付けられた複数の車輪である。そして、燃料電池カート
リッジ部４１、燃料電池支持部３５及び支持体車輪３６
を収容容器３０の手前側に引き出す時に、その複数の支
持体車輪３６により、燃料電池カートリッジ４０の集合
体が支持体レール３８（後述）上を転がり又は滑り（摺
動し）、移動することが出来る。

【００９１】移動補助体としての支持体レール３８は、
支持体車輪３６がその上を動くための、複数の支持体車
輪３６の下部に取り付けられたレールである。２つ（供
給室８側及び排気室９側）の支持体移動部としての燃料
電池支持部３５に対応して、供給室８側及び排気室９側
に１個所づつ、合計２つある。燃料電池カートリッジ４
０の集合体を収容容器３０の手前側に引き出す時に、手
前側に延びる（例えば、支持体レールの中に長さが同じ
で断面の大きさがやや小さい支持体レールを入れてお
き、それを手前に出す）構造をしている。

【００９２】では、本発明であるカートリッジ構造の実
施の一形態の動作に関して、図面を参照して説明する。
まず、通常の発電に関わる燃料ガス１及び酸化剤ガス２
に関わる動作について説明する。図１及び図３を参照し
て、このような構成をなす燃料電池において、収容容器
３０の容器外蓋３２を通して、燃料導入管１９へ低温
（ただし、１００℃以上）の燃料ガス１が供給される。
燃料導入管１９を通って供給された燃料ガス１は、各燃
料入口管１６−６から各燃料電池カートリッジ４０へ分
配、供給される。燃料ガス１は、低温燃料管１６−１に
おいて、その周囲を流れる高温の使用済みの燃料ガス１
と熱交換を行ない、高温となる。そして、燃料供給管１
６−２をとおり、ガス供給口８−１から供給室８に供給
される。

【００９３】供給室８内に供給された燃料ガス１は、セ
ルチューブ３の一端部から、ばらつきの無い流量で流入
する。そして、供給室８から排出室９へ向かう方向へ、
移動して行く。

【００９４】一方、収容容器３０の容器外蓋３２を通し
て、酸化剤熱交換器１７の低温酸化剤供給管１７−１へ
低温（ただし、１００℃以上）の酸化剤ガス２が供給さ
れる。酸化剤ガス２は、低温酸化剤供給管１７−１を通
る間に、高温酸化剤排出管１７−４を流れる高温の使用
済み酸化剤ガス２と熱交換を行ない、高温となる。そし
て、各酸化剤供給口１７−３から酸化剤保持室３７へ入
り、その後、各燃料電池カートリッジ４０へ分配、供給
される。すなわち、４箇所の酸化剤ガス供給口４−１か
ら酸化剤供給室４に供給される。

【００９５】酸化剤ガス供給口４−１から酸化剤供給室
４に供給された酸化剤ガス２は、供給室８側では、支持
体Ａ１０と管板Ａ６とに挟まれ形成された領域を管板Ａ
６に沿って移動する。そして、各セルチューブ３に達す
ると、支持体Ａ１０とセルチューブ３の外周部との間の
空間を通り、概ねセルチューブ３の外周部に沿って、移
動する。また、同様に、酸化剤ガス２は、排出室９側で
は、支持体Ｂ１１と管板Ｂ７とに挟まれ形成された領域
を管板Ｂ７に沿って移動する。そして、各セルチューブ
３に達すると、支持体Ｂ１１とセルチューブ３の外周部
との間の空間を通り、概ねセルチューブ３の外周部に沿
って、移動する。

【００９６】燃料ガス１は、出口ガス組成でセルチュー
ブ３を進み、セルチューブ３の発電部２４において、そ
の壁面（側面）内部へ壁面の外側に向かって拡散し、燃
料電池セル２３の燃料極であるアノードに達する。一
方、酸化剤ガス２は、セルチューブ３の外周面に沿って
進み、セルチューブ３の発電部２４において、燃料電池
セル２３の空気極であるのカソード側に達する。そし
て、燃料電池セル２３において、燃料ガス１と酸化剤ガ
ス２との電気化学的反応により、発電が行なわれ、電力
が発生する。

【００９７】発電の際、燃料電池セル２３では、その特
性に基づいた、ある大きさの電力が発生すると共に、電
気エネルギーに変換されなかったエネルギーが熱エネル
ギーとなって放出される。熱エネルギーの原因として
は、抵抗分極（電極、電解質、セパレータ等に関する電
気抵抗損）、活性化分極（電極反応に関わる活性化エネ
ルギー）、拡散分極（ガス濃度分布に関わる拡散のエネ
ルギー）等である。その発熱により、燃料電池セル２３
及びその近傍の温度が、燃料電池セル１３の動作温度で
ある９００℃〜１０００℃に維持される。

【００９８】また、発電が続けば発熱により温度が更に
高温になるが、供給する燃料ガス１及び酸化剤ガス２が
熱量を持ち去る。従って、燃料ガス１及び酸化剤ガス２
の流量、発電量を適切にすることで、動作温度を一定の
範囲に抑えることが可能である。その場合、燃料ガス１
及び酸化剤ガス２の温度は高温になるため、その熱を無
駄にしないため、本発明においては、燃料熱交換器１６
及び酸化剤熱交換器１７において、熱交換を行なう。

【００９９】発電部２４を通過した高温の使用済み燃料
ガス１（発電により生じた水蒸気を含む）は、排出室９
に達し、そこで集められて排出口９−１から排出され
る。そして、その使用済み燃料ガス１は、燃料排出管１
６−３を経由して燃料熱交換器１６の高温燃料管１６−
４に達する。そこで、低温燃料管１６−１の周囲を流れ
ながら低温燃料管１６−１を流れる新しい燃料ガス１と
熱交換を行ない、低温の使用済み燃料ガス１（ただし１
００℃以上）となる（低温燃料管１６−１を流れる新し
い燃料ガス１は、高温となる）。低温となった使用済み
燃料ガス１は、燃料出口管１６−５を介して燃料処分管
１８に達する。そして、燃料処分管１８を通り、容器外
蓋３２から外部へ排出される。

【０１００】発電部２４を通過した高温の使用済み酸化
剤ガス２は、セルチューブ３の中心付近から酸化剤ガス
供給室４の下部の中心付近にある酸化剤ガス排出口４−
２に達し、そこで集められて排出される。そして、酸化
剤排出管１７−２を経由して酸化剤熱交換器１７の高温
酸化剤排出管１７−４に達する。その使用済み酸化剤ガ
ス２は、低温酸化剤供給管１７−１の内部にある高温酸
化剤排出管１７−４を流れながら、その周囲を流れる新
しい酸化剤ガス２と熱交換を行ない、低温の使用済み酸
化剤ガス２となる（低温酸化剤供給管１７−１を流れる
新しい酸化剤ガス２は、高温となる）。低温となった使
用済み酸化剤ガス２は、高温酸化剤排出管１７−４から
容器外蓋３２に達し、外部へ排出される。

【０１０１】以上の動作により、本発明のカートリッジ
構造は、燃料ガス１及び酸化剤ガス２が、内部で熱交換
を行ない、効率的な発電を行なうことが可能となる。

【０１０２】次に、図２及び図３を参照して、燃料電池
カートリッジ４０の取り外しについて、説明する。燃料
電池システムが、完全に静止し、内部のガスが付活性ガ
スに置換された状態において、容器外蓋３２−２を通る
酸化剤熱交換器１７、燃料処分管１８及び燃料導入管１
９に続く配管の接合を外す。この時、集電に関する配線
も取り外す。次に、容器フランジ３３にボルト締めされ
取り付けられた前部の容器外蓋３２−１（図示せず）を
開ける。続いて、支持体レール３８を２本手前に引き出
す。引き出す燃料電池カートリッジ部４１の範囲に応じ
て、支持体レール３８を適量伸ばす。そして、燃料電池
カートリッジ部４１を含む燃料電池のカートリッジ構造
の発電本体を引き出す。その時、発電本体が支持体レー
ル３８上を支持体車輪３６の転がりにより引き出される
ようにする。一方、所望の燃料電池カートリッジ４０に
ついて、まず燃料処分管１８及び燃料導入管１９から、
それぞれ燃料出口管１６−５及び燃料入口管１６−６を
取り外す。次に、燃料電池カートリッジ４０毎に分割可
能な燃料処分管１８及び燃料導入管１９における、所望
の燃料電池カートリッジ４０に対応する部分を取り外
す。続いて、燃料供給管１６−２及び燃料排出管１６−
３をそれぞれガス供給口８−１及びガス排出口９−１か
ら取り外す。そして、燃料熱交換器１６、上部固定部１
５、上部断熱部１４を、この順番に取り外す。また、集
電に関する配線も取り外す。

【０１０３】以上の動作により、本発明のカートリッジ
構造は、燃料電池システムにおいて、横置筒型形状を有
する収容容器３０の側板としての容器外蓋３２−１（図
示せず）を取り外したとき、燃料電池カートリッジ部４
１（燃料電池カートリッジ４０を含む）、第１熱交換器
としての燃料熱交換器１６、及び第２熱交換器としての
酸化剤熱交換器１７の各アッセンブリ（各部や各機器の
構成部品を含む一つの構成単位）は、支持体レール３８
上を摺動して（滑り、転がりを含む）、収容容器３０の
容器筒部３９から容易に取り出し可能である。

【０１０４】ある燃料電池カートリッジ４０の燃料電池
が故障した場合や、燃料電池の発電規模を変更したい場
合などにおいて、燃料電池カートリッジ４０を機動的に
着脱、交換することが出来る。燃料ガス１及び酸化剤ガ
ス２が、内部で熱交換を行ない、効率的な発電を行なう
ことが可能となる。なお、燃料電池カートリッジ４０を
取出した後、予備の燃料電池カートリッジ４０がない場
合には、ダミーの燃料電池カートリッジ４０を入れるこ
とにより対応する。

【０１０５】なお、取り付けは、上記取り外しプロセス
の逆を行なえば良いので、その説明を省略する。

【０１０６】以上のプロセスにより、燃料電池セル２３
で発電の際に発生する熱量を有効利用して、高温用の熱
交換器を用いることなく燃料ガス１及び酸化剤ガス２を
予熱することが可能となる。すなわち、発電に伴い発生
している熱を燃料電池のカートリッジ構造内で利用する
ので、熱効率が高く、熱エネルギーのロスを少なくする
ことができる。また、発電により発生する熱を効率良く
逃がすため、発電部２４の熱的な安定性が高まり、信頼
性が向上する。

【０１０７】また、燃料電池カートリッジ４０を収納し
ている部分は支持体車輪３６がついている。従って、収
容容器３０の蓋を外した後、支持体レール３８（伸縮可
能）を手前に引き出すことにより、複数重ねて収納され
ている燃料電池カートリッジ４０を支持体レール３８上
を手前に容易に引き出すことが可能である。そして、複
数ある燃料電池カートリッジ４０のどれか一つあるいは
複数をきわめて容易に取り出すことが可能となる。ま
た、収容容器３０の大きさの範囲内において、燃料電池
カートリッジ４０を出し入れすることにより、容易に燃
料電池の発電電力量を増減することが可能となる。ま
た、故障した燃料電池の属する燃料電池カートリッジ４
０を交換又は取り出すことにより、容易に修理を完了す
ることができ、残りの燃料電池を安全に運転できる。

【０１０８】加えて、ガスは、横置き、２点で支持及び
２点シールである。従って、一方向に流れるだけで良い
ので、案内管１２を用いる必要が無く、セルチューブ３
及びその周辺部分の構造を簡単にすることが出来る。す
なわち、部品点数を減らすことが出来、コストの削減に
つながる。加えて、部品点数が減ることにより、部品相
互で拘束し合う関係が減少する為、設計の自由度の向上
や部品の破損等の問題が減り、全体としての信頼性の向
上にもつながる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明により、燃料電池の交換が容易で
あり、燃料電池のカートリッジ構造の故障への対応を迅
速かつ容易に行なうことが可能となる。

【０１１０】また、本発明により、燃料電池の交換を、
あるまとまった単位で行なうことができ、燃料電池の発
電電力量を容易に変更することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明であるカートリッジ構造の実施の形態の
構成を示す図である。

【図２】本発明であるカートリッジ構造の実施の形態に
おける燃料電池カートリッジ及びその周辺の構成を示す
図である。

【図３】本発明であるカートリッジ構造の実施の形態に
おける全体の構成を示す図である。

【図４】本発明であるカートリッジ構造の実施の形態に
おけるセルチューブの一端側の詳細な構成を示す図であ
る。

【図５】（ａ）本発明であるカートリッジ構造の実施の
形態の管板の正面図を示す図である。（ｂ）本発明であ
るカートリッジ構造の実施の形態の支持体の正面図を示
す図である。

【図６】従来の技術の実施の形態の構成を示す図であ
る。

【図７】従来の技術の実施の形態に関するセルチューブ
を示す図である。

【符号の説明】

１ 燃料ガス ２ 酸化剤ガス ３ セルチューブ ４ 酸化剤供給室 ４−１ 酸化剤ガス供給口 ４−２ 酸化剤ガス排出口 ６ 管板Ａ ６−１ セル接合部 ７ 管板Ｂ ７−１ セル接合部 ８ 供給室 ８−１ ガス供給口 ９ 排出室 ９−１ ガス排出口 １０ 支持体Ａ １１ 支持体Ｂ １２ 下部断熱部 １３ 下部固定部 １４ 上部断熱部 １５ 上部固定部 １６ 燃料熱交換器 １６−１ 低温燃料管 １６−２ 燃料供給管 １６−３ 燃料排出管 １６−４ 高温燃料管 １６−５ 燃料出口管 １６−６ 燃料入口管 １７ 酸化剤熱交換器 １７−１ 低温酸化剤供給管 １７−２ 酸化剤排出管 １７−３ 酸化剤供給口 １７−４ 高温酸化剤排出管 １８ 燃料処分管 １９ 燃料導入管 ２０ フレーム ２０−１ フレーム ２０−２ フレーム ２０−３ フレーム（２０−４ フレーム） ２１ 基体管 ２２ リード膜 ２３ 燃料電池セル ２４ 発電部 ２５ 集電部 ２６ 充填材 ３０ 収容容器 ３１ 容器脚部 ３１−１ 容器脚部 ３１−２ 容器脚部 ３１−３ 容器脚部 ３１−４ 容器脚部 ３２ 容器外蓋（３２−１ 容器外蓋） ３２−２ 容器外蓋 ３３ 容器フランジ ３３−１ 容器フランジ ３３−２ 容器フランジ ３４ 容器断熱部 ３５ 燃料電池支持部 ３６ 支持体車輪 ３７ 酸化剤保持室 ３８ 支持体レール ３９ 容器筒部 ４０ 燃料電池カートリッジ ４１ カートリッジ部 １１０ ヘッダ １１０ａ 仕切板 １１０ｂ 底板 １１０ｃ 供給室 １１０ｄ 排出室 １１１ セルチューブ １１２ 案内管 １１３ 集電キャップ １１４ シールキャップ １１５ リード膜 １１６ 集電接合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 好章 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 橋本 彰 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 久留 長生 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 池田 浩二 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 加幡 達雄 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA01 CC06 CX06 HH08

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供給される燃料ガスと供給される酸化剤ガ
   スとにより発電を行なう燃料電池カートリッジ部と、 前記燃料ガスを前記燃料電池カートリッジ部に供給し、
   前記燃料電池カートリッジ部から排出される排出燃料ガ
   スにより前記燃料電池カートリッジ部に供給される前記
   燃料ガスを加熱する第１熱交換器と、 前記酸化剤ガスを前記燃料電池カートリッジ部に供給
   し、前記燃料電池カートリッジ部から排出される排出酸
   化剤ガスにより前記燃料電池カートリッジ部に供給され
   る前記酸化剤ガスを加熱する第２熱交換器と、を具備す
   るカートリッジ構造。
2. 【請求項２】請求項１に記載のカートリッジ構造におい
   て、 前記燃料電池カートリッジ部、前記第１熱交換器、及び
   前記第２熱交換器とを密閉して収容するための収容容器
   を更に具備し、 前記第２熱交換器は、前記加熱された酸化剤ガスが前記
   収容容器内に充満するように放出されるカートリッジ構
   造。
3. 【請求項３】請求項２に記載のカートリッジ構造におい
   て、 定常運転時に、前記収容容器内の温度が、１００℃以上
   であるカートリッジ構造。
4. 【請求項４】前記収容容器は、横置筒型形状を有し、側
   板は筒部から取り外し可能であり、前記側板が取り外さ
   れたとき、前記燃料電池カートリッジ部、前記第１熱交
   換器、及び前記第２熱交換器のアッセンブリは、摺動し
   て前記筒部から取り出し可能である、 請求項２又は３のいずれか一項に記載のカートリッジ構
   造。
5. 【請求項５】前記収容容器は、 前記燃料電池カートリッジ部の下部に設置された支持体
   移動部と、 前記支持体移動部の移動を補助する伸縮可能な移動補助
   部と、 を更に具備し、 前記移動補助部を前記収容容器外に伸ばし、前記支持体
   移動部を前記移動補助部上で移動させることにより、前
   記燃料電池カートリッジ部が前記収容容器から取り出し
   可能な、 請求項２乃至４のいずれか一項に記載のカートリッジ構
   造。
6. 【請求項６】前記燃料電池カートリッジ部は、並べられ
   た複数の燃料電池カートリッジからなり、前記第１熱交
   換器と前記第２熱交換器は、前記複数の燃料電池カート
   リッジの各々から離脱可能である、 請求項２乃至５のいずれか一項に記載のカートリッジ構
   造。
7. 【請求項７】前記複数の燃料電池カートリッジの各々
   は、前記第１熱交換器と前記第２熱交換器から離脱され
   ているとき、前記燃料電池カートリッジ部から取り出し
   可能である、 請求項６に記載のカートリッジ構造。
8. 【請求項８】前記燃料電池カートリッジは、 前記燃料ガスを供給する供給室と、 前記燃料ガスを排出する排出室と、 前記供給室と前記排出室との間に隔離されて設けられ、
   前記酸化剤ガスを供給する酸化剤供給部と、 基体管の外面に燃料電池を形成した燃料電池セル管と、 を具備し、 前記燃料電池セル管の一端部である第１端部は、前記供
   給室に開放されて接合され、 前記燃料電池セル管の他端部である第２端部は、前記排
   出室に開放されて接合される、 請求項６又は７に記載のカートリッジ構造。
9. 【請求項９】前記第１熱交換器は、複数に分割して取り
   外し可能である、 請求項１乃至８のいずれか一項に記載のカートリッジ構
   造。
10. 【請求項１０】前記第１熱交換器に前記燃料ガスを供給
    する燃料導入管と、 前記第１熱交換器から前記排出燃料ガスを排出する燃料
    処分管と、 を更に具備し、 前記燃料導入管及び前記燃料処分管は、前記第１熱交換
    器の分割に対応して分割して取り外し可能である、 請求項１乃至９のいずれか一項に記載のカートリッジ構
    造。
11. 【請求項１１】前記第１熱交換器の、前記燃料ガスを前
    記燃料電池カートリッジに供給する管である第１供給管
    の一端部である第３端部は、前記燃料導入管に接続さ
    れ、 前記第１供給管の他端部である第４端部は、前記供給室
    に開放されて接合され、 前記第１熱交換器の、前記燃料電池カートリッジから前
    記排出燃料ガスを排出する管である第１排出管の一端部
    である第５端部は、前記排気室に開放されて接続され、 前記第１排出管の他端部である第６端部は、前記燃料処
    分管に接続される、 請求項１０に記載のカートリッジ構造。
12. 【請求項１２】前記第２熱交換器は、 一端部である第７端部が前記酸化剤供給部に開放されて
    接続され、他端部である第８端部が前記第２熱交換器
    の、前記燃料電池カートリッジから前記排出酸化剤ガス
    を排出する管である第２排出管の途中に接続される酸化
    剤排出管と、 を更に具備し、 前記第２熱交換器の、前記酸化剤ガスを前記燃料電池カ
    ートリッジに供給する管である第２供給管から前記酸化
    剤ガスが前記酸化剤供給部へ供給されるように放出さ
    れ、 前記排出酸化剤ガスを前記酸化剤排出管を介して、前記
    第２排出管へ排出する、請求項８乃至１０に記載のカー
    トリッジ構造。
13. 【請求項１３】前記第１熱交換器は、二重管構造を有
    し、 前記第１供給管が、前記第１熱交換器の内管であり、 前記第１排出管が、前記第１熱交換器の外管である、 請求項１１に記載のカートリッジ構造。
14. 【請求項１４】前記第２熱交換器は、二重管構造を有
    し、 前記第２排出管が、前記第２熱交換器の内管であり、 前記第２供給管が、前記第２熱交換器の外管である、 請求項１２に記載のカートリッジ構造。
15. 【請求項１５】前記供給室は、前記燃料ガスを供給する
    ガス供給口を具備し、 前記排出室は、前記燃料ガスを排出するガス排出口を具
    備し、 前記燃料ガスは、前記ガス供給口から前記供給室に供給
    され、前記燃料電池セル管を通過し、前記排出室に入
    り、前記ガス排出口から排出される、 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のカートリッジ
    構造。