JP2011029115A

JP2011029115A - セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置

Info

Publication number: JP2011029115A
Application number: JP2009176297A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nakamura; 光博中村; Takashi Ono; 孝小野; Narikado Takahashi; 成門高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: JP5334732B2

Abstract

【課題】改質器が高温において膨張してもマニホールドの変形を抑制でき、シール材に割れが生じることを抑制できるセルスタック装置を提供する。
【解決手段】内部にガス流路を有する燃料電池セル１の配列方向に沿った両端部に設けられた燃料ガス送出口のそれぞれに燃料ガス供給管１３の一端が接続された改質器９と、該改質器９のそれぞれの燃料ガス送出口とマニホールド７とを接続する燃料ガス供給管１３と、を具備するとともに、燃料ガス供給管１３が、少なくとも一部に応力緩和部１４を有することにより、耐久性に優れ、発電効率が向上したセルスタック装置Ａおよび燃料電池モジュールならびに燃料電池装置とすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドと、原燃料を燃料ガスに改質するための改質器とを具備するセルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールが種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、燃料電池セルに供給する水素含有ガスを生成するにあたっては、例えば、天然ガス等の炭化水素系燃料を水蒸気と反応させて水素を生成する水蒸気改質法が知られており、そのような改質を行うための改質器も種々提案されている。

図８は従来の燃料電池モジュールＣを示す外観斜視図であり、収納容器１０１内にセルスタック装置Ｄが収納されている。セルスタック装置Ｄは、複数の燃料電池セル１０３を配列して電気的に直列に接続してなるセルスタック１０５と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質器１０８と、燃料電池セル１０３に燃料ガスを供給するためのマニホールド１０９とを有している。

ここで、セルスタック１０５はガラス等のシール材１０７によりマニホールド１０９に固定されており、また、セルスタック１０５の上方にはＵの字状の改質器１０８が配置されている。なお、改質器１０８は、改質効率のよい水蒸気改質を行なうために、改質器１０８に供給される水を気化させるための気化部と、気化された水と原燃料から燃料ガス（水素含有ガス）を生成するための改質部とを備えている。

改質器１０８にて生成された燃料ガスは、燃料ガス供給管１１１を介してマニホールド１０９に供給され、マニホールド１０９から各燃料電池セル１０３に燃料ガスが供給される。

ところで、図８に示した燃料電池モジュールＣにおいては、改質器１０８で生成された燃料ガスがマニホールド１０９の一端側に接続された燃料ガス供給管１１１よりマニホールド１０９内に供給されることから、燃料ガス供給管１１１との接続部より遠い位置に配置された燃料電池セル１０３には十分な量の燃料ガスを供給することができず、燃料電池セル１０３が劣化するおそれやセルスタック１０５の発電効率が低下するおそれがあった。また、図８に示した燃料電池モジュールＣでは、改質器１０８内において原燃料を燃料ガスに改質する改質部が１ヶ所しかないため、改質部が劣化した場合には、正常な燃料ガスの供給が行えなくなり、発電を継続して行なうことができなくなるおそれもあった。

このような問題に対して、本出願人は、図９に示すように、中央部に気化部１２１ａを備え、気化部１２１ａの両側部に改質部１２１ｂを有する改質器１２１を備えるとともに、それぞれの改質部１２１ｂに接続された燃料ガス供給管１２３をマニホールド１０９の両端部に接続したセルスタック装置Ｅを提案した。

特開２００７−５９３７７号公報

しかしながら、図９に示すように、２本の燃料ガス供給管１２３をマニホールド１０９の両端部の上面に接続したセルスタック装置Ｅにおいては、改質器１２１が高温となったときに矢印の方向に膨張して、それに伴い燃料ガス供給管１２３が破線で示すように変形し、これに起因してマニホールド１０９が一点鎖線で示すように改質器１２１側に向けて突出するように変形することにより、燃料電池セル１０３をマニホールド１０９に固定するためのシール材１０７に割れＫが生じ、セルスタック装置Ｅの耐久性が低下するという問題があった。

それゆえ、本発明は、改質器が高温において膨張してもマニホールドの変形を抑制でき、シール材１０７に割れＫが生じることを抑制し、信頼性の向上したセルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明のセルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端をシール材にて固定するとともに前記燃料電池セルの前記ガス流路に燃料ガスを供給するためのマニホールドと、前記セルスタックの上方に配置されてなり、筒状の容器における前記燃料電池セルの配列方向に沿った中央部に設けられ、原燃料が供給される供給口が設けられた気化部と、該気化部の両側部に設けられ、前記気化部より流入した原燃料を前記燃料ガスに改質する改質触媒を備えるとともに、前記燃料ガスを送出する燃料ガス送出口が設けられた改質部とをそれぞれ有する改質器と、該改質器のそれぞれの前記燃料ガス送出口と前記マニホールドとを接続する燃料ガス供給管と、を具備するとともに、該燃料ガス供給管は、少なくとも一部に応力緩和部を有することを特徴とする。

このようなセルスタック装置においては、改質器とマニホールドとの間に設けられている燃料ガス供給管の少なくとも一部に応力緩和部を有していることから、改質器が高温となって膨張する変形を生じた場合に、その膨張に伴って配管（燃料ガス供給管）が変形することにより、マニホールドに生じる応力を小さくできるため、マニホールドの変形を小さくすることができる。これにより燃料電池セルを固定するためのシール材に割れが生じることを抑制でき、セルスタック装置の耐久性を高めることができる。それにより信頼性の向上したセルスタック装置とすることができる。

また、本発明のセルスタック装置においては、気化部の両側部にそれぞれ改質部を有していることから、２つの改質部のうち１つの改質部が劣化しても、残りの１つの改質部から燃料ガスを供給することが可能になるために、セルスタック装置を安定して作動させることが可能になる。

また、本発明のセルスタック装置では、前記応力緩和部が、前記マニホールドの前記燃料電池セルが固定された面から同じ高さの位置にそれぞれ設けられていることが好ましい。

このようなセルスタック装置においては、応力緩和部が、それぞれの燃料ガス供給管で同じ高さの位置に設けられていることから、改質器が高温となって膨張したときの各燃料ガス供給管における応力緩和部の温度を同じにすることができる。このため、それぞれの燃料ガス供給管の変形による歪み量を改質器およびマニホールドにおいて左右対称にすることができるために、燃料ガス供給管、改質器およびマニホールドの各部への応力集中を抑制でき、これによりセルスタックの耐久性や信頼性を向上させることが可能になる。

さらに、本発明のセルスタック装置では、前記燃料ガス供給管の前記応力緩和部が、前記マニホールドとの接続部付近に設けられていることが好ましい。

このようなセルスタック装置においては、改質器が高温となって膨張したときの燃料ガス供給管の変形をマニホールドとの接続部付近に集約できるために、燃料ガス供給管の改質器とマニホールドとの途中での変形を抑制できる。このため、シール材への応力をより緩和できて割れが生じることを抑制でき、信頼性が向上することができる。また、燃料ガス供給管内において、燃料ガスの流れに対するコンダクタンスを一定に保つことができることから、改質器からマニホールドに向けて安定して燃料ガスを供給することが可能になり、マニホールドに固定されたセルスタックを構成する各燃料電池セルに対して効率よく燃料ガスを供給でき、これによりセルスタック装置の発電性能を高めることができる。

本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記のセルスタック装置を収納してなることから、信頼性の向上した燃料電池モジュールとすることができる。

本発明の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと前記セルスタック装置を動作させるための補機とを外装ケース内に収納してなることから、信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。

本発明によれば、筒状の容器の中央部に気化部を備え、その両側部に改質部を備えるとともに、それぞれの改質部に、マニホールドとの間に応力緩和部を有する燃料ガス供給管が接続されていることから、当該改質器が高温において膨張する場合に、マニホールドの変形を抑制でき、シール材に割れが生じることを抑制できる。また、気化部の両側部にそれぞれ改質部を有していることから、２つの改質部のうち１つの改質部が劣化しても、残りの１つの改質部から燃料ガスを供給することが可能になるために、セルスタック装置を安定して作動させることが可能になり、これにより、信頼性の向上したセルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置を提供することができる。

本発明のセルスタック装置の一例を示す外観斜視図である。図１に示すセルスタック装置の断面図である。応力緩和部の他の例を示すもので、（ａ）は燃料ガス供給管の管径を小さくした構造、（ｂ）は燃料ガス供給管の肉厚を薄くした構造、（ｃ）は燃料ガス供給管に接続するタイプの応力緩和部を示す断面模式図である。本発明のセルスタック装置を構成する改質器の一例を示す断面図である。本発明の燃料電池モジュールの一例を示し、改質器を取り外したセルスタック装置を収納容器の後方に引き出した状態を示す外観斜視図である。本発明の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。図６に示す燃料電池モジュールのうち、収納容器を構成するとともに改質器が接続された上壁と、改質器を取り外したセルスタック装置を抜粋して示す外観斜視図である。従来の燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。従来のセルスタック装置の他の一例を示す断面図である。

図１は、本発明のセルスタック装置の一例を示す外観斜視図である。図２は、本発明のセルスタック装置の効果を説明するための説明図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。

本発明のセルスタック装置Ａは、内部にガス流路（不図示）を有する燃料電池セル１を複数個立設させた状態で、間に集電部材（不図示）を設けて電気的に接続してなるセルスタック３と、セルスタック３の下端をシール材５を介して固定するマニホールド７と、セルスタック３の上方に設けられ、中央部に気化部を備えるとともに、その両端部に燃料ガス送出口１１を有し、上面に原燃料供給管３１が設けられた改質器９と、改質器９のそれぞれの燃料ガス送出口１１に接続された燃料ガス供給管１３とから構成されており、燃料ガス供給管１３は、マニホールド７の両端部に接続されている。ここで、本発明のセルスタック装置Ａを構成する燃料ガス供給管１３は、少なくともその一部に応力緩和部１４を有することが重要である。また、セルスタック３の両端部には、燃料電池セル１（セルスタック３）の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引出部１５を有する導電部材１７が配置されている。ここで、応力緩和部１４とは、燃料ガス供給管１３の他の部分よりも弾性変形しやすい部分をいう。また、ここでいうマニホールド７の端部とは、セルスタック３の端部からマニホールド７の側面のうち燃料電池セル１の配列方向と直交する側面までの領域およびその側面を意味する。ここでセルスタック３および集電部材１７の下端をマニホールド７に固定するためのシール材５としては、セルスタック３が高温に加熱されても変形や溶融しないような耐熱性を有するガラスやガラスにセラミック粒子を含むガラスセラミックスなどが好適に用いられる。

これにより、改質器９が高温において、図２に示すように、破線で示した方向へと膨張した場合においても、マニホールド７に生じる応力は、燃料ガス供給管１３（応力緩和部１４）が変形することにより緩和されることから、マニホールド７の変形が抑えられる。このためセルスタック３を固定するためのシール材５に割れが生じることを抑制でき、結果的にセルスタック装置Ａの耐久性を高めることができるとともに、信頼性を向上することができる。

また、本発明のセルスタック装置Ａにおいては、応力緩和部１４は、燃料ガス供給管１３のマニホールド７との接続部付近７ａに設けられていることが好ましい。

これにより、改質器９が高温となって膨張したときの燃料ガス供給管１３の変形をマニホールド７との接続部付近に集約できるために、シール材５の割れをさらに抑制することが可能になるとともに、燃料ガス供給管１３の改質器９とマニホールド７との途中での変形を抑制できる。

ここでいうマニホールド７の接続部付近７ａとは、燃料ガス供給管１３が接続されたマニホールド７の穴７ｂの付近の燃料ガス供給管１３の部分をいい、図２においては、応力緩和部１４に相当する部分である。燃料ガス供給管１３をマニホールド７に接続する場合においては、燃料ガス供給管１３に設けられた応力緩和部１４をマニホールド７に形成された穴７ｂに溶接して接続される。

図２では、応力緩和部１４として、蛇腹構造を示したが、本発明においては、応力緩和部１４が燃料ガス供給管１３の他の部位よりも弾性的に変形しやすい構造となっていればよい。この場合、例えば、図３に示すように、（ａ）燃料ガス供給管１３の管径を小さくした構造、（ｂ）燃料ガス供給管１３の管の肉厚を薄くした構造などが好適である。

以上説明した応力緩和部１４は、燃料ガス供給管１３と一体物であってもよいが、燃料ガス供給管１３が応力緩和部１４を有する構造であれば、燃料ガス供給管１３とは別に作製した部材１４ｂを接続するものであってもかまわない（図３（ｃ））。この場合、燃料ガス供給管１３との接続部において燃料ガスの漏洩を防止するという理由から、応力緩和部１４と燃料ガス供給管１３との接する面には金属性の耐熱性のあるシール部材を設けることが好ましく、このような接続はスウェージロック式またはねじ式にするのがよい。

また、本発明においては、また、応力緩和部１４の形状や寸法は本体である燃料ガス供給管１３と同じとし、燃料ガス供給管１３における応力緩和部１４の材質を変更したものでもよい。この場合、応力緩和部１４は燃料ガス供給管１３の他の部位よりもヤング率の低い材質で形成される。

また、本発明のセルスタック装置Ａにおいては、応力緩和部１４が、マニホールド７の燃料電池セル１が固定された面から同じ高さの位置にそれぞれ設けられていることが好ましい。このようなセルスタック装置Ａにおいては、応力緩和部１４が、それぞれの燃料ガス供給管１３で同じ高さの位置に設けられていることから、改質器９が高温となって膨張したときも、各燃料ガス供給管１３における応力緩和部１４の温度を同じにすることができる。この場合、それぞれの燃料ガス供給管１３は同じ形状でかつ同じ長さを有するものであることがより望ましく、また、応力緩和部１４はそれぞれの燃料ガス供給管１３において左右対称の高さの位置に在ることがより望ましい。

図４は、本発明のセルスタック装置Ａを構成する改質器の一例を示す断面図である。図４に示す改質器９においては、筒状の容器２３内の燃料電池セル１の配列方向に沿った中央部に気化部２５を有し、気化部２５の両側部（すなわち燃料電池セル１の配列方向に沿った両端部）に改質触媒２７を備える改質部２９を有している。気化部２５は、原燃料が供給される供給口３０を有し、供給口３０に原燃料供給管３１が接続されている。また、それぞれの改質部２９には、原燃料を改質して生成される燃料ガスを送出するための燃料ガス送出口１１を有し、燃料ガス送出口１１に燃料ガス供給管１３の一端が接続されている。なお、気化部２５と改質部２９とは通気性のある壁３３で分離されている。また、図示しないが、改質器９において水蒸気改質を行う場合においては、原燃料供給管３１の内側に水供給管を設けることもできる。

このようなセルスタック装置Ａにおいては、改質器９におけるそれぞれの改質部２９にて生成された燃料ガスが、それぞれの燃料ガス供給管１３を通してマニホールド７の両端部より燃料電池セル１に供給されることとなる。

それにより、マニホールド７上に配置されたセルスタック３を構成する各燃料電池セル１に十分量の燃料ガスを供給することができ、燃料電池セル１が劣化することや発電効率が低下することを抑制することができる。

この改質器９は、気化部２５の両側部にそれぞれ改質部２９を有していることから、２つの改質部２９のうち１つの改質部２９が劣化しても、残りの１つの改質部２９から燃料ガスを供給することが可能になるために、セルスタック装置Ａを安定して作動させることが可能になる。それに伴い、メンテナンス性を向上することができる。

ここで、燃料ガス供給管１３よりマニホールド７に供給される燃料ガスが等しい量となるように、改質器９の気化部２５の供給口２９からそれぞれの燃料ガス供給管１３とマニホールド７との接続部までの長さおよび燃料ガス供給管１３の内径が等しいことが好ましい。

ところで、燃料電池セル１の発電に伴い燃料電池セル１（セルスタック３）に熱が生じるが、その発電により生じた熱は、隣接する燃料電池セル１間等から放熱されることとなる。

しかしながら、燃料電池セル１を複数個並設し電気的に直列に接続してなるセルスタック３においては、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向の端部に配置される燃料電池セル１は放熱しやすいが、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向の中央部側に配置される燃料電池セル１は放熱しにくいため、セルスタック３全体として、中央部側の温度が高く、端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。

また、燃料電池セル１の上端部側にて、燃料電池セル１より排出される余剰の燃料ガスを燃焼させる場合においては、燃料電池セル１の上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。

図１に示したように、水蒸気改質を行なうための改質器９をセルスタック３の上方に配置する場合には、改質器９の気化部２５が、セルスタック３の中央部側に位置する燃料電池セル１の上方に配置されることとなる。

それにより、例えば、原燃料供給管３１の内側に設けられた水供給管より気化部２５に供給される水が気化するための吸熱反応により、セルスタック３の中央部側に位置する燃料電池セル１の温度（特には、セルスタック３の中央部側に位置する燃料電池セル１の上端部側の温度）が低下することとなる。

したがって、セルスタック３の中央部側（特には中央部側に位置する燃料電池セル１の上端部側）の温度を低下させることができることから、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向における温度分布を均一に近づけることができるとともに、燃料電池セル１の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。それにより、セルスタック３の発電効率を向上させることができるセルスタック装置Ａとすることができる。

なお、図１においては、燃料電池セル１としては、内部を燃料ガス（水素含有ガス）が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型の支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層をこの順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル１を例示している。

燃料電池セル１として固体酸化物形燃料電池セルを用いる場合にあっては、燃料電池セル１の発電温度が、６００℃〜１０００℃程度と非常に高温となり、それに伴い燃料電池セル１の配列方向における温度分布や、燃料電池セル１の上下方向における温度分布が不均一となりやすくなる。

ここで、上述したセルスタック装置Ａにおいては、この場合も、気化部２５における吸熱反応により、セルスタック３の中央部側（特には中央部側に位置する燃料電池セル１の上端部側）の温度を低下させることができることから、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向における温度分布や、燃料電池セル１の上下方向における温度分布をより均一に近づけることできる。それゆえ、本発明のセルスタック装置Ａは、燃料電池セル１として固体酸化物形燃料電池セルを用いる場合に特に有用となる。

なお、燃料電池セル１としては、上記以外にたとえば円筒状、平板状の燃料電池セルを用いることもでき、また酸素側電極層としての機能を持たせた支持体の表面に固体電解質層および燃料側電極層を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セルとすることもできる。

図５は、収納容器４１内に、上述したセルスタック装置Ａを収納してなる本発明の燃料電池モジュールＢ（以下、モジュールという場合がある。）の一例を示す外観斜視図である。なお、図５においては、改質器９を収納容器４１の上壁の内面に接続しており、セルスタック装置Ａとしては、改質器９を取り外した状態を示している。

また、図５に示すモジュールＢにおいては、収納容器４１の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置Ａ（図５においては改質器９を取りはずして示している）を後方に取り出した状態を示している。以下に、モジュールＢを構成する収納容器４１について説明する。

図６は、モジュールＢの一例を概略的に示す断面図である。モジュールＢを構成する収納容器４１は、外壁５１にて収納容器４１の外枠が形成され、内部に燃料電池セル１（セルスタック３）を収納する発電室５３が形成されている。

このような収納容器４１においては、セルスタック３を構成する燃料電池セル１の配列方向に沿う側部と、該側部に対向する収納容器４１の外壁との間に、空気や排ガスを流すための流路を備えている。

ここで、収納容器４１は、外壁５１の内側に所定間隔をあけて第１の壁５５が形成されており、第１の壁５５の内側に所定間隔をあけて第２の壁５７が配置されており、さらに第２の壁５７の内側に所定間隔をあけて第３の壁５９が配置されている。

それにより、外壁５１と第１の壁５５とで形成された空間が第１の流路６１となり、第２の壁５７と第３の壁５９とで形成された空間が第２の流路６３となり、第１の壁５５と第２の壁５７とで形成された空間が第３の流路６５となる。

なお、図６に示した収納容器４１においては、第１の壁５５の上端部が第２の壁５７に接続されており、第２の壁５７が収容容器４１の上壁（外壁５１）と接続されており、第３の壁５９の上端部が第２の壁５７と接続されている。

また、収納容器４１の底部には、空気（空気）を収納容器４１内に供給するための空気供給管６７が接続されており、空気供給管６７より供給される空気は空気導入部６９に流れる。空気導入部６９は空気導入口７１により第１の流路６１とつながっているため、空気導入部６９を流れる空気は、空気導入口７１を通して、第１の流路６１に流れる。第１の流路６１を上方に向けて流れた空気は、第２の壁５７に設けられた空気流通口７３を通して、第２の流路６３に流れる。そして、第２の流路６３を下方に向けて流れた空気は、第３の壁５９に設けられた空気吹き出し口７５を通して、発電室５３内に供給される。

一方、燃料電池セル１より排出される排ガスや、燃料電池セル１の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させることにより生じる排ガスは、第２の壁５７に設けられた排ガス流通口７６を通して第３の流路６５に流入する。そして、第３の流路６５を下方に向けて流れた排ガスは、排ガス収集口７７を通して排ガス収集部７９に流れた後、排ガス収集部７９に接続された排ガス排気管８１を通して収納容器４１の外部に排気される。

それゆえ、空気供給管６７より供給される空気は、空気導入部６９を流れる間に、排ガス収集部７９を流れる排ガスと熱交換され、第１の流路６１を流れる間に、第３の流路６５を流れる排ガスと熱交換され、第２の流路６３を流れる間に、第３の流路６５を流れる排ガスと発電室５３内の熱とで熱交換されることとなる。

それにより、効率よく空気の温度を高めることができることから、燃料電池セル１の発電効率を向上することができる。

なお、セルスタック３（燃料電池セル１）の両側面側に配置されている断熱材８５（図中において断熱材８５は斜線にて示している）において、空気吹き出し口７５に対応して、空気を燃料電池セル１側に流すための孔が設けられている。

そして空気吹き出し口７５より発電室５３内に供給された空気は、燃料電池セル１の下端側から上端部側に向けて流れることとなり、効率よく燃料電池セル１の発電を行なうことができる。

なお、断熱材８５は、収納容器４１内の熱が極端に放熱され、燃料電池セル１（セルスタック３）の温度が低下して発電量が低減しないように適宜設けることができ、図６においては、マニホールド７の底部と、燃料電池セル１（セルスタック３）の両側面側と、収納容器４１の上壁と改質器９との間とに設けている例を示している。

なお、図６においては一列のセルスタック３を有するセルスタック装置Ａを発電室５３内に収納した例を示しており、この場合、燃料電池セル１の両側面側より空気が導入されることとなる。

また、図６において、空気供給管６７の内部に排ガス排気管８１が位置するように設けた例を示しているが、空気供給管６７と排ガス排気管８１とは、それぞれ位置をずらして設けることもできる。

また改質器９は、燃料電池セル１（セルスタック３）の上方に配置され、かつ収納容器４１の上壁の内面に、断熱材８５を介して接続されている。それにより、改質器９がセルスタック３（燃料電池セル１）の上方に配置されていることから、セルスタック３における燃料電池セル１の配列方向における温度分布や、燃料電池セル１の上下方向における温度分布をより均一に近づけることができ、発電効率が向上したモジュールＢとすることができる。

図７は、図６に示したモジュールＢのうち、セルスタック装置Ａ（改質器９を取り外して示している）と、改質器９が接続された収納容器４１の上壁８７とを抜粋して示した外観斜視図である。

ここで、改質器９にて生成された燃料ガスをマニホールド７に供給するための燃料ガス供給管１３は、改質器９（それぞれの燃料ガス送出口１１）に接続された改質器側燃料ガス供給管８９と、マニホールド７に接続されたマニホールド側燃料ガス供給管９１とから構成されており、これらを接続することにより上壁８７に接続されたセルスタック装置Ａが構成される。

モジュールＢのような構成においては、本発明のセルスタック装置Ａを構成する燃料ガス供給管１３に設けられる応力緩和部１４は、改質器側燃料ガス供給管８９側、マニホールド側燃料ガス供給管９１側、および改質器側燃料ガス供給管８９とマニホールド側燃料ガス供給管９１との間のいずれかの位置に設けてもよく、この場合も、改質器９が高温となって膨張したときも、各燃料ガス供給管１３における応力緩和部１４の温度を同じにすることができるという理由から、応力緩和部１４は、改質器９とマニホールド７との間における改質器側燃料ガス供給管８９およびマニホールド側燃料ガス供給管９１において長手方向の同じ位置に設けられていることが好ましく、この場合も特に、応力緩和部１４はマニホールド側燃料ガス供給管９１側に設けることがより好ましい。

ここで、改質器９が上壁８７の内面に接続されていることから、モジュールＢの組み立てにあたり、改質器９の位置決めが容易となるとともに、改質器９を除くセルスタック装置Ａの位置決めも容易となる。それにより、モジュールＢの組み立てが容易となる。

またこのようなモジュールＢにおいては、改質器側燃料ガス供給管８９とマニホールド側燃料ガス供給管９１とを取り外すとともに、上壁８７を収納容器４１から取り外すことで、改質器９を収納容器４１から容易に取り出すことができることから、改質器９を容易に脱着することが可能となる。

また、セルスタック装置Ａにおいて改質器９を容易に脱着することができることから、モジュールＢを組み立てるにあたり、改質器９を取り外したセルスタック装置Ａを収納容器４１内にスライドして収納し、その後、改質器９が接続された上壁８７を収納容器４１に取り付けることで、容易にモジュールＢを組み立てることができるとともに、容易にセルスタック装置Ａを組み立てることができる。

なお、改質器側燃料ガス供給管８９とマニホールド側燃料ガス供給管９１とを取り付けるにあたっては、改質器９から供給される燃料ガスが漏出しにくいよう、改質器側燃料ガス供給管８９がマニホールド側燃料ガス供給管９１の内側に接続されるようにすることが好ましい。

さらに、改質器側燃料ガス供給管８９とマニホールド側燃料ガス供給管９１を容易に脱着することができる構造とすることが好ましく、例えばワンタッチ式で脱着することができる構造とすることが好ましい。

このような構造を採用することにより、改質器９を燃料電池セル１の上方に容易に配置することが可能となり、燃料電池セル１の上端部側で余剰の燃料ガスを燃焼させる場合においては、改質器９の温度を効率よく上昇させることができ、改質器９の改質効率を向上することができる。

そして、上述したモジュールＢを外装ケース内に収納することにより、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。なお、外装ケースにおいては内部を仕切部材により上下に区画するとともに、その上側をモジュールＢを収納するモジュール収納室とし、下側をモジュールＢを稼動するにあたり必要な補機を収納するための補機収納室とすることにより、よりコンパクトな燃料電池装置とすることができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、収納容器４１に収納するセルスタック装置Ａにおいて、燃料電池セル１を複数個配列したセルスタック３をマニホールド７上に１つだけ配置した例を示したが、マニホールド７上にセルスタック３を２つ並置することもできる。この場合においては、それぞれのセルスタック３の側面側に位置する空気吹き出し口７５より燃料電池セル１に空気が供給されることとなる。

また例えば、収納容器４１は、外壁５１と第１の壁５５とで第１の流路６１を形成し、第２の壁５７と第２の壁５９とで第２の流路６３を形成し、第１の壁５５と第２の壁５７とで第３の流路６５を形成していればよく、適宜空気流通口や排ガス流通口の位置を変更することもでき、また例えば第１の壁５５と第２の壁５７との間に第１の流路６１と第２の流路６３とをつなぐ空気流通路を設けてもよく、第２の壁５７と第３の壁５９との間に、発電室５３と第３の流路６５とをつなぐ排ガス流通路を設けてもよい。

１、１０３：燃料電池セル
３、１０５：セルスタック
５、１０７：シール材
７、１０９：マニホールド
７ｂ：マニホールドの穴
９、１０８、１２１：改質器
１１：燃料ガス送出口
１３、１１１、１２３：燃料ガス供給管
１４：応力緩和部
２５、１２１ａ：気化部
２９：改質部
３０：供給口
３１：原燃料供給管
４１、１０１：収納容器
Ａ、Ｄ、Ｅ：セルスタック装置
Ｂ、Ｃ：燃料電池モジュール

Claims

内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、
前記燃料電池セルの下端をシール材にて固定するとともに前記燃料電池セルの前記ガス流路に燃料ガスを供給するためのマニホールドと、
前記セルスタックの上方に配置されてなり、筒状の容器における前記燃料電池セルの配列方向に沿った中央部に設けられ、原燃料が供給される供給口が設けられた気化部と、
該気化部の両側部に設けられ、前記気化部より流入した原燃料を前記燃料ガスに改質する改質触媒を備えるとともに、前記燃料ガスを送出する燃料ガス送出口が設けられた改質部とをそれぞれ有する改質器と、
該改質器のそれぞれの前記燃料ガス送出口と前記マニホールドとを接続する燃料ガス供給管と、を具備するとともに、該燃料ガス供給管は、少なくとも一部に応力緩和部を有することを特徴とするセルスタック装置。
前記応力緩和部が、前記マニホールドの前記燃料電池セルが固定された面から同じ高さの位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。
前記燃料ガス供給管の前記応力緩和部が、前記マニホールドとの接続部付近に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のセルスタック装置。
収納容器内に、請求項１乃至３のうちいずれかに記載のセルスタック装置を収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。
請求項４に記載の燃料電池モジュールと、前記セルスタック装置を動作させるための補機とを外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。