JP2010049969A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックにおける温度分布の均一化を図る。
【解決手段】燃料電池モジュール１００は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタックを収納するとともに、燃料電池スタック１０から燃料電池モジュール１００の外部への放熱を抑制するための多層構造を有する燃料電池ケース２０と、を備える。燃料電池ケース２０は、燃料電池スタック１０の温度よりも低温の第１のガス（空気）空気が流れる第１のガス流路層２２と、第１のガス流路層２２の内側に設けられ、第１のガス（空気）よりも高温の第２のガス（燃料電池スタック１０から排気される排気ガス）が流れる第２のガス流路層２４と、を備える。そして、第１のガス流路層２２の、燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位における流路断面積を、他の部位における流路断面積よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池スタックとこの燃料電池スタックを収納する燃料電池ケースとを備える燃料電池モジュールに関するものである。

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。そして、所望の出力を得るために、複数の燃料電池を集合させて燃料電池スタックが構成される。

ところで、このような燃料電池スタックでは、発電時に発熱し、放熱により、外周部の温度比較的が低くなり、中央部の温度が比較的高くなるという温度分布が生じる。この燃料電池スタックにおける温度分布が大きくなると、高温になりやすい中央部の燃料電池において、熱による劣化が生じやすくなり、燃料電池スタックの寿命を短くしてしまう場合があった。そこで、従来、燃料電池スタックの中心部に、外周部よりも多い酸化剤ガスを供給することによって、燃料電池スタックの中心部を冷却し、燃料電池スタックの温度分布を均一化する技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

また、燃料電池スタックからの放熱を抑制するために、燃料電池スタックを収納する燃料電池ケース（ハウジング）に複数のガス流路を設け、これらのガス流路に酸化剤ガス、燃料ガス、排気ガスを流すことによって、断熱、および、ガスの予熱を行う技術も提案されている（例えば、下記特許文献２，３参照）。

特開２００６−５４１７５号公報 特開２００４−３１９４６２号公報 特開２００６−１４７５１７号公報

しかし、上記特許文献に記載された技術では、燃料電池スタックにおける温度分布の均一化について、改善の余地があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池スタックにおける温度分布の均一化を図ることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］燃料電池モジュールであって、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを収納するとともに、前記燃料電池スタックから前記燃料電池モジュールの外部への放熱を抑制するための多層構造を有する燃料電池ケースと、を備え、前記燃料電池ケースは、前記燃料電池スタックの温度よりも低温の第１のガスが流れる第１のガス流路層と、前記第１のガス流路層の内側に設けられ、前記第１のガスよりも高温の第２のガスが流れる第２のガス流路層と、を備えており、前記第１のガス流路層において、前記燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位と近接する部位における流路断面積は、他の部位における流路断面積よりも大きい、燃料電池モジュール。

適用例１の燃料電池モジュールでは、燃料電池ケースが備える第１のガス流路層において、燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位（例えば、燃料電池スタックの中央部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位における流路断面積よりも大きいので、この部位には比較的低温の第１のガスが他の部位よりも多く流れることとなり、燃料電池スタックにおける高温部位を冷却することができる。したがって、燃料電池スタックにおける温度分布の均一化を図ることができる。なお、適用例１の燃料電池スタックにおける燃料電池ケースは、上記第１のガス流路層、および、第２のガス流路層の他に、例えば、断熱層等、他の機能を奏する層を備えるようにしてもよい。

［適用例２］燃料電池モジュールであって、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを収納するとともに、前記燃料電池スタックから前記燃料電池モジュールの外部への放熱を抑制するための多層構造を有する燃料電池ケースと、を備え、前記燃料電池ケースは、前記燃料電池スタックの温度よりも低温の第１のガスが流れる第１のガス流路層と、前記第１のガス流路層の内側に設けられ、前記第１のガスよりも高温の第２のガスが流れる第２のガス流路層と、を備えており、前記第２のガス流路層において、前記燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位と近接する部位における流路断面積は、他の部位における流路断面積よりも小さい、燃料電池モジュール。

適用例２の燃料電池モジュールでは、燃料電池ケースが備える第２のガス流路層において、燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位（例えば、燃料電池スタックの中央部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位における流路断面積よりも小さいので、この部位において比較的高温の第２のガスによる燃料電池スタックにおける高温部位の温度保持能力を低下させることができる。したがって、燃料電池スタックにおける温度分布の均一化を図ることができる。なお、適用例２の燃料電池スタックにおける燃料電池ケースは、上記第１のガス流路層、および、第２のガス流路層の他に、例えば、断熱層等、他の機能を奏する層を備えるようにしてもよい。

［適用例３］燃料電池モジュールであって、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを収納するとともに、前記燃料電池スタックから前記燃料電池モジュールの外部への放熱を抑制するための多層構造を有する燃料電池ケースと、を備え、前記燃料電池ケースは、前記燃料電池スタックの温度よりも低温の第１のガスが流れる第１のガス流路層と、前記第１のガス流路層の内側に設けられ、前記第１のガスよりも高温の第２のガスが流れる第２のガス流路層と、を備えており、前記第１のガス流路層の前記燃料電池スタック側の流路壁は、前記燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位と近接する部位において、前記第２のガス流路層を貫通して、前記第２のガス流路層の前記燃料電池スタック側の流路壁と接触している、燃料電池モジュール。

適用例３の燃料電池モジュールでは、燃料電池ケースが備える第１および第２のガス流路層において、第１のガス流路層の燃料電池スタック側の流路壁が、燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位（例えば、燃料電池スタックの中央部）と近接する部位において、第２のガス流路層を貫通して、第２のガス流路層の燃料電池スタック側の流路壁と接触しているので、この部位において比較的高温の第２のガスによる燃料電池スタックにおける高温部位の温度保持能力を低下させるとともに、比較的低温の第１のガスによる高温部位の冷却能力を増大させることができる。したがって、燃料電池スタックにおける温度分布の均一化を図ることができる。なお、適用例３の燃料電池スタックにおける燃料電池ケースは、上記第１のガス流路層、および、第２のガス流路層の他に、例えば、断熱層等、他の機能を奏する層を備えるようにしてもよい。

適用例３の燃料電池モジュールにおいて、第１のガス流路層の燃料電池スタック側の流路壁の一部を、金属等の熱伝導率が比較的高い高熱伝導性部材によって構成するようにし、この高熱伝導性部材が、第２のガス流路層を貫通して、第２のガス流路層の燃料電池スタック側の流路壁と接触するようにしてもよい。

［適用例４］適用例１ないし３のいずれかに記載の燃料電池モジュールであって、前記第１のガスは、前記燃料電池スタックのカソードに供給される空気であり、前記第２のガスは、前記燃料電池スタックから排気される排気ガスである、燃料電池モジュール。

適用例４の燃料電池モジュールによって、燃料電池スタックから排気される排気ガスの熱を、燃料電池スタックのカソードに供給される空気によって回収するとともに、この空気の予熱を行うことができるので、燃料電池モジュールにおけるエネルギ効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上述した種々の特徴を、適宜、組み合わせて構成することもできる。また、上述した各適用例の燃料電池モジュールは、特に、固体酸化物型燃料電池等の、いわゆる高温作動型燃料電池を備える燃料電池モジュールに効果的である。高温作動型燃料電池を用いた燃料電池スタックは、温度分布が大きくなりやすいからである。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池モジュール１００の要部を示す説明図である。この燃料電池モジュール１００は、燃料電池スタック１０を燃料電池ケース２０内に収納したものである。本実施例では、燃料電池スタック１０は、図示は省略しているが、固体酸化物型燃料電池からなる略円筒形状の単セルを複数集合させたものとした。なお、図１（ｂ）に示したように、燃料電池スタック１０では、発電時に発熱し、燃料電池スタック１０の中央部は、外周部よりも放熱しにくいため、その温度が比較的高温になり（図示した高温部）、燃料電池スタック１０の外周部は、中央部よりも放熱しやすいため、その温度が比較的低温になる（図示した低温部）という温度分布が生じる。これは、後述する他の実施例においても同様である。

燃料電池モジュール１００において、燃料電池ケース２０は、多層構造を有している。これは、燃料電池スタック１０から燃料電池モジュール１００の外部への放熱を抑制して、燃料電池スタック１０の温度を発電に適した温度に維持するためである。そして、本実施例では、燃料電池ケース２０は、図示するように、第１のガス流路層２２と、第２のガス流路層２４と、を備えるものとした。第１のガス流路層２２には、燃料電池モジュール１００の外部から供給された空気が流れる。この空気は、酸化剤ガスとして、燃料電池スタック１０の各カソードに供給される。また、第２のガス流路層２４には、燃料電池スタック１０から排気された排気ガスが流れる。第２のガス流路層２４を流れる排気ガスの温度は、第１のガス流路層２２を流れる空気の温度よりも高温である。なお、図示は省略しているが、燃料電池スタック１０の各アノードには、水素を含む燃料ガスが供給される。

そして、本実施例の燃料電池モジュール１００では、燃料電池ケース２０は、図示するように、第１のガス流路層２２において、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位、すなわち、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）と近接する部位における流路断面積よりも大きいという特徴を有している。こうすることによって、第１のガス流路層２２における燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位には、比較的低温の空気が、他の部位よりも多く流れることになる。したがって、比較的低温の空気によって、燃料電池スタック１０の高温部を低温部よりも冷却することができる。

以上説明した第１実施例の燃料電池モジュール１００によれば、燃料電池ケース２０が備える第１のガス流路層２２において、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位における流路断面積よりも大きいので、この部位には、比較的低温の空気が他の部位よりも多く流れることとなり、燃料電池スタック１０における高温部を冷却することができる。したがって、燃料電池スタック１０における温度分布の均一化を図ることができる。

Ｂ．第２実施例：
図２は、本発明の第２実施例としての燃料電池モジュール１００Ａの要部を示す説明図である。第２実施例の燃料電池モジュール１００Ａの構成は、第１実施例の燃料電池モジュール１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池ケース２０Ａの構造が、第１実施例の燃料電池モジュール１００における燃料電池ケース２０の構造と異なっている。

第２実施例の燃料電池モジュール１００Ａにおいて、燃料電池ケース２０Ａは、第１実施例における燃料電池ケース２０と同様に、多層構造を有しており、第１のガス流路層２２Ａと、第２のガス流路層２４Ａと、を備えている。そして、第１のガス流路層２２Ａには、燃料電池モジュール１００Ａの外部から供給された空気が流れる。また、第２のガス流路層２４Ａには、燃料電池スタック１０から排気された排気ガスが流れる。

そして、本実施例の燃料電池モジュール１００Ａでは、燃料電池ケース２０Ａは、図示するように、第２のガス流路層２４Ａにおいて、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位、すなわち、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）と近接する部位における流路断面積よりも小さいという特徴を有している。こうすることによって、第２のガス流路層２４Ａにおける燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位には、比較的高温の排気ガスが、他の部位よりも少ない量しか流れないことになる。したがって、比較的高温の排気ガスによる燃料電池スタック１０の高温部の温度保持能力を低下させることができる。

以上説明した第２実施例の燃料電池モジュール１００Ａによれば、燃料電池ケース２０Ａが備える第２のガス流路層２４Ａにおいて、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位における流路断面積よりも小さいので、この部位において比較的高温の排気ガスによる燃料電池スタック１０における高温部の温度保持能力を低下させることができる。したがって、燃料電池スタック１０における温度分布の均一化を図ることができる。

Ｃ．第３実施例：
図３は、本発明の第３実施例としての燃料電池モジュール１００Ｂの要部を示す説明図である。第３実施例の燃料電池モジュール１００Ｂの構成は、第１実施例の燃料電池モジュール１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池ケース２０Ｂの構造が、第１実施例の燃料電池モジュール１００における燃料電池ケース２０の構造と異なっている。

第３実施例の燃料電池モジュール１００Ｂにおいて、燃料電池ケース２０Ｂは、第１実施例における燃料電池ケース２０と同様に、多層構造を有しており、第１のガス流路層２２Ｂと、第２のガス流路層２４Ｂと、を備えている。そして、第１のガス流路層２２Ｂには、燃料電池モジュール１００Ｂの外部から供給された空気が流れる。また、第２のガス流路層２４Ｂには、燃料電池スタック１０から排気された排気ガスが流れる。

そして、本実施例の燃料電池モジュール１００Ｂでは、燃料電池ケース２０Ｂは、図示するように、第１のガス流路層２２Ｂにおいて、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位、すなわち、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）と近接する部位における流路断面積よりも大きく、かつ、第２のガス流路層２４Ｂにおいて、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位、すなわち、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）と近接する部位における流路断面積よりも小さいという特徴を有している。こうすることによって、第１のガス流路層２２Ｂにおける燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位には、比較的低温の空気が、他の部位よりも多く流れることになる。したがって、比較的低温の空気によって、燃料電池スタック１０の高温部を低温部よりも冷却することができる。また、第２のガス流路層２４Ｂにおける燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位には、比較的高温の排気ガスが、他の部位よりも少ない量しか流れないことになる。したがって、比較的高温の排気ガスによる燃料電池スタック１０の高温部の温度保持能力を低下させることができる。

以上説明した第３実施例の燃料電池モジュール１００Ｂによれば、燃料電池ケース２０Ｂが備える第１のガス流路層２２Ｂにおいて、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位における流路断面積よりも大きいので、この部位には比較的低温の空気が他の部位よりも多く流れることとなり、燃料電池スタック１０における高温部を冷却することができる。また、燃料電池ケース２０Ｂが備える第２のガス流路層２４Ｂにおいて、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位における流路断面積よりも小さいので、この部位において比較的高温の排気ガスによる燃料電池スタック１０における高温部の温度保持能力を低下させることができる。したがって、燃料電池スタック１０における温度分布の均一化を図ることができる。

Ｄ．第４実施例：
図４は、本発明の第４実施例としての燃料電池モジュール１００Ｃの要部を示す説明図である。第４実施例の燃料電池モジュール１００Ｃの構成は、第１実施例の燃料電池モジュール１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池ケース２０Ｃの構造が、第１実施例の燃料電池モジュール１００における燃料電池ケース２０の構造と異なっている。

第４実施例の燃料電池モジュール１００Ｃにおいて、燃料電池ケース２０Ｃは、第１実施例における燃料電池ケース２０と同様に、多層構造を有しており、第１のガス流路層２２Ｃと、第２のガス流路層２４Ｃと、を備えている。そして、第１のガス流路層２２Ｃには、燃料電池モジュール１００Ｃの外部から供給された空気が流れる。また、第２のガス流路層２４Ｃには、燃料電池スタック１０から排気された排気ガスが流れる。

そして、本実施例の燃料電池モジュール１００Ｃでは、燃料電池ケース２０Ｃは、図示するように、第１のガス流路層２２Ｃ、および、第２のガス流路層２４Ｃにおいて、第１のガス流路層２２Ｃの燃料電池スタック１０側の流路壁が、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）以外の中央部（高温部）と近接する部位において、第２のガス流路層２４Ｃを貫通して、第２のガス流路層２４Ｃの燃料電池スタック１０側の流路壁と接触しているという特徴を有している。こうすることによって、第２のガス流路層２４Ｃにおいて、燃料電池スタック１０の低温部と近接する部位には、比較的高温の排気ガスが流れるが、燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位には、比較的高温の排気ガスが流れないことになる。したがって、比較的高温の排気ガスによる燃料電池スタック１０の高温部の温度保持能力を低下させることができる。なお、本実施例では、第１のガス流路層２２Ｃにおいて、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位における流路断面積が、他の部位、すなわち、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）と近接する部位における流路断面積よりも大きい。このため、第１のガス流路層２２Ｃにおける燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位には、比較的低温の空気が、他の部位よりも多く流れることになる。したがって、比較的低温の空気によって、燃料電池スタック１０の高温部を低温部よりも冷却することができる。

以上説明した第４実施例の燃料電池モジュール１００Ｃによれば、燃料電池ケース２０Ｃが備える第１のガス流路層２２Ｃ、および、第２のガス流路層２４Ｃにおいて、第１のガス流路層２２Ｃの燃料電池スタック１０側の流路壁が、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位において、第２のガス流路層２４Ｃを貫通して、第２のガス流路層２４Ｃの燃料電池スタック１０側の流路壁と接触しているので、比較的高温の排気ガスによる燃料電池スタック１０における高温部の温度保持能力を低下させることができる。したがって、燃料電池スタック１０における温度分布の均一化を図ることができる。

Ｅ．第５実施例：
図５は、本発明の第５実施例としての燃料電池モジュール１００Ｄの要部を示す説明図である。第５実施例の燃料電池モジュール１００Ｄの構成は、第１実施例の燃料電池モジュール１００の構成とほぼ同じであり、燃料電池ケース２０Ｄの構造が、第１実施例の燃料電池モジュール１００における燃料電池ケース２０の構造と異なっている。

第５実施例の燃料電池モジュール１００Ｄにおいて、燃料電池ケース２０Ｄは、第１実施例における燃料電池ケース２０と同様に、多層構造を有しており、第１のガス流路層２２Ｄと、第２のガス流路層２４Ｄと、を備えている。そして、第１のガス流路層２２Ｄには、燃料電池モジュール１００Ｄの外部から供給された空気が流れる。また、第２のガス流路層２４Ｄには、燃料電池スタック１０から排気された排気ガスが流れる。

そして、本実施例の燃料電池モジュール１００Ｄでは、燃料電池ケース２０Ｄは、図示するように、第１のガス流路層２２Ｄ、および、第２のガス流路層２４Ｄにおいて、第１のガス流路層２２Ｄの燃料電池スタック１０側の流路壁の、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）以外の中央部（高温部）と近接する部位に、金属からなる高熱伝導性部材２６が配置されており、この高熱伝導性部材２６が、第２のガス流路層２４Ｄを貫通して、第２のガス流路層２４Ｄの燃料電池スタック１０側の流路壁と接触しているという特徴を有している。なお、本実施例では、高熱伝導性部材２６の周囲には、断熱材２８が設けられているものとした。こうすることによって、第２のガス流路層２４Ｄにおいて、燃料電池スタック１０の低温部と近接する部位には、比較的高温の排気ガスが流れるが、燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位には、比較的高温の排気ガスが流れないことになる。したがって、比較的高温の排気ガスによる燃料電池スタック１０の高温部の温度保持能力を低下させることができる。また、燃料電池スタック１０の高温部から放射される熱を、高熱伝導性部材２６を介して、効果的に第１のガス流路層２２Ｄに放熱することができる。

以上説明した第５実施例の燃料電池モジュール１００Ｄによれば、燃料電池ケース２０Ｄが備える第１のガス流路層２２Ｄ、および、第２のガス流路層２４Ｄにおいて、第１のガス流路層２２Ｄの燃料電池スタック１０側の流路壁に設けられた高熱伝導性部材２６が、燃料電池スタック１０の中央部（高温部）と近接する部位において、第２のガス流路層２４Ｄを貫通して、第２のガス流路層２４Ｄの燃料電池スタック１０側の流路壁と接触しているので、比較的高温の排気ガスによる高温部の温度保持能力を低下させることができる。また、燃料電池スタック１０の高温部から放射される熱を、高熱伝導性部材２６を介して、第１のガス流路層２２Ｄに効果的に放熱することができる。したがって、燃料電池スタック１０における温度分布の均一化を図ることができる。

Ｆ．第６実施例：
図６は、本発明の第６実施例としての燃料電池モジュール１００Ｅの要部を示す説明図である。第６実施例の燃料電池モジュール１００Ｅの構成は、第４実施例の燃料電池モジュール１００Ｃの構成とほぼ同じであり、燃料電池ケース２０Ｅの構造が、第４実施例の燃料電池モジュール１００Ｃにおける燃料電池ケース２０Ｃの構造と一部異なっている。

第６実施例の燃料電池モジュール１００Ｅにおいて、燃料電池ケース２０Ｅは、第１実施例における燃料電池ケース２０と同様に、多層構造を有しており、第１のガス流路層２２Ｅと、第２のガス流路層２４Ｅと、を備えている。そして、第１のガス流路層２２Ｅには、燃料電池モジュール１００Ｅの外部から供給された空気が流れる。また、第２のガス流路層２４Ｅには、燃料電池スタック１０から排気された排気ガスが流れる。

そして、本実施例の燃料電池モジュール１００Ｅでは、燃料電池ケース２０Ｅは、図示するように、第１のガス流路層２２Ｅ、および、第２のガス流路層２４Ｅにおいて、第１のガス流路層２２Ｅの燃料電池スタック１０側の流路壁が、燃料電池スタック１０の外周部（低温部）以外の中央部（高温部）と近接する部位において、第２のガス流路層２４Ｅを貫通して、第２のガス流路層２４Ｅの燃料電池スタック１０側の流路壁と接触しているという特徴を有している。また、第１のガス流路層２２Ｅの流路断面積が、燃料電池スタック１０の低温部に近接する部位から燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位にかけて、段階的に大きくなっている。また、第２のガス流路層２４Ｅの流路断面積が、燃料電池スタック１０の低温部と近接する部位から燃料電池スタック１０の高温部と近接する部位にかけて、段階的に小さくなっている。

以上説明した第６実施例の燃料電池モジュール１００Ｅによれば、第３実施例の燃料電池モジュール１００Ｂや、第４実施例の１００Ｃと同様に、燃料電池スタック１０における温度分布の均一化を図ることができる。

Ｇ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。

Ｇ１．変形例１：
上記実施例では、燃料電池ケース２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅにおいて、第１のガス流路層２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに、酸化剤ガスとしての空気を流し、第２のガス流路層２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅに、燃料電池スタック１０から排気される排気ガスを流すものとしたが、本発明は、これに限られない。一般に、第１のガス流路層２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅに、燃料電池スタック１０の温度よりも低温の第１のガスを流し、第２のガス流路層２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅに、第１のガスよりも高温の第２のガスを流すようにすればよい。ただし、上記実施例によれば、燃料電池スタック１０から排気される排気ガスの熱を、燃料電池スタック１０のカソードに供給される空気によって回収するとともに、この空気の予熱を行うことができるので、燃料電池モジュール１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅのエネルギ効率を向上させることができる。

Ｇ２．変形例２：
上記第６実施例の燃料電池モジュール１００Ｅにおいて、燃料電池ケース２０Ｅにおける第１のガス流路層２２Ｅ、および、第２のガス流路層２４Ｅの流路断面積を段階的に変化させる構成を、例えば、第１ないし第３実施例の燃料電池モジュール１００，１００Ａ，１００Ｂに適用するようにしてもよい。

Ｇ３．変形例３：
上記実施例では、燃料電池スタック１０は、固体酸化物型燃料電池であるものとしたが、本発明は、これに限られない。燃料電池スタック１０として、他のタイプの燃料電池を用いるようにしてもよい。ただし、固体酸化物型燃料電池は、いわゆる高温作動型燃料電池であり、燃料電池スタックを構成したときに、温度分布が大きくなりやすいため、燃料電池スタック１０が高温作動型燃料電池であるときに、本発明は特に効果的である。

Ｇ４．変形例４：
上記実施例では、燃料電池ケース２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅは、それぞれ、第１のガス流路層２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ、および、第２のガス流路層２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅを備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。燃料電池ケース２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅは、それぞれ、上述したガス流路層の他に、例えば、断熱層等、他の機能を奏する層を備えるようにしてもよい。

本発明の第１実施例としての燃料電池モジュール１００の要部を示す説明図である。 本発明の第２実施例としての燃料電池モジュール１００Ａの要部を示す説明図である。 本発明の第３実施例としての燃料電池モジュール１００Ｂの要部を示す説明図である。 本発明の第４実施例としての燃料電池モジュール１００Ｃの要部を示す説明図である。 本発明の第５実施例としての燃料電池モジュール１００Ｄの要部を示す説明図である。 本発明の第６実施例としての燃料電池モジュール１００Ｅの要部を示す説明図である。

符号の説明

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…燃料電池モジュール
１０…燃料電池スタック
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…燃料電池ケース
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ…第１のガス流路層
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２４Ｅ…第２のガス流路層
２６…高熱伝導性部材
２８…断熱材

Claims (4)

1. 燃料電池モジュールであって、
   燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを収納するとともに、前記燃料電池スタックから前記燃料電池モジュールの外部への放熱を抑制するための多層構造を有する燃料電池ケースと、を備え、
   前記燃料電池ケースは、
   前記燃料電池スタックの温度よりも低温の第１のガスが流れる第１のガス流路層と、
   前記第１のガス流路層の内側に設けられ、前記第１のガスよりも高温の第２のガスが流れる第２のガス流路層と、を備えており、
   前記第１のガス流路層において、前記燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位と近接する部位における流路断面積は、他の部位における流路断面積よりも大きい、
   燃料電池モジュール。
2. 燃料電池モジュールであって、
   燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを収納するとともに、前記燃料電池スタックから前記燃料電池モジュールの外部への放熱を抑制するための多層構造を有する燃料電池ケースと、を備え、
   前記燃料電池ケースは、
   前記燃料電池スタックの温度よりも低温の第１のガスが流れる第１のガス流路層と、
   前記第１のガス流路層の内側に設けられ、前記第１のガスよりも高温の第２のガスが流れる第２のガス流路層と、を備えており、
   前記第２のガス流路層において、前記燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位と近接する部位における流路断面積は、他の部位における流路断面積よりも小さい、
   燃料電池モジュール。
3. 燃料電池モジュールであって、
   燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを収納するとともに、前記燃料電池スタックから前記燃料電池モジュールの外部への放熱を抑制するための多層構造を有する燃料電池ケースと、を備え、
   前記燃料電池ケースは、
   前記燃料電池スタックの温度よりも低温の第１のガスが流れる第１のガス流路層と、
   前記第１のガス流路層の内側に設けられ、前記第１のガスよりも高温の第２のガスが流れる第２のガス流路層と、を備えており、
   前記第１のガス流路層の前記燃料電池スタック側の流路壁は、前記燃料電池スタックにおいて高温になりやすい高温部位と近接する部位において、前記第２のガス流路層を貫通して、前記第２のガス流路層の前記燃料電池スタック側の流路壁と接触している、
   燃料電池モジュール。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の燃料電池モジュールであって、
   前記第１のガスは、前記燃料電池スタックのカソードに供給される空気であり、
   前記第２のガスは、前記燃料電池スタックから排気される排気ガスである、
   燃料電池モジュール。

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