JP2016058351A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を確保できる燃料電池モジュールを提供することが目的である。【解決手段】燃料電池モジュールＭでは、燃焼部９０、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０における各流路が四重の管材２１〜２４によって構成されている。この四重の管材２１〜２４のうち、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２〜２４の上端部及び下端部は、それぞれ互いに拘束されており、このうち三番目及び四番目の管材２３，２４の上部には、蛇腹状のベローズにより構成された熱膨張差吸収部２２８，２２９が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池モジュールに関する。

燃料電池モジュールとしては、例えば、直方形の燃料電池モジュール（例えば、特許文献１参照）と、円筒形の燃料電池モジュール（例えば、特許文献２〜５参照）とがある。

このような燃料電池モジュールでは、複数の部材が組み合わされており、複数の部材に熱膨張差が生じると、複数の部材の結合部に熱応力が生じ、燃料電池モジュールの耐久性が低下する虞がある。

国際公開第２００９／０１６８５７号パンフレット 特表２０１０−５０４６０７号公報 特開２０１４−７８３４８号公報 特開２０１３−１８２７０７号公報 特開２０１１−１７５８５３号公報 特開２００６−３３１９４４号公報 特開２０１１−１８４５６号公報 特開２００４−１３９９１５号公報 特開２００３−３００７０３号公報

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、耐久性を確保できる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の燃料電池モジュールは、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを上方に排出する燃焼部と、前記燃焼部の上方に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路を有する気化部と、を備え、前記改質部を構成する前記三重の筒状壁、及び、前記気化部を構成する前記三重の筒状壁は、少なくとも三重の金属製の管材を構成し、前記三重の管材のうち少なくとも二つの管材は、上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束され、上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束された前記管材のうち少なくとも一つの管材の高さ方向の一部には、曲折部により構成された熱膨張差吸収部が形成されている。

この燃料電池モジュールによれば、上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束された管材のうち少なくとも一つの管材の高さ方向の一部には、曲折部により構成された熱膨張差吸収部が形成されている。従って、上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束された管材間に温度差が生じた場合でも、この管材間の熱膨張差を熱膨張差吸収部（曲折部）が変形することにより吸収することができる。これにより、三重の管材の拘束部に熱応力が集中することを抑制することができる（熱応力を緩和することができる）ので、燃料電池モジュールの耐久性を確保することができる。

しかも、この燃料電池モジュールによれば、改質部と気化部とが互いに同軸上に設けられている。また、改質部及び気化部は、それぞれ少なくとも三重の筒状壁によって構成されており、この少なくとも三重の筒状壁に、改質部及び気化部における断熱空間や各流路が形成されている。従って、燃料電池モジュールが径方向に拡がることを抑制できるので、燃料電池モジュールを径方向に小型化することができる。

また、改質部及び気化部は、少なくとも三重の筒状壁によって構成されているので、改質部及び気化部における構造を簡素化できると共に組立を容易にすることができる。これにより、燃料電池モジュールを低コスト化することができる。

なお、請求項２に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記熱膨張差吸収部は、複数の前記曲折部により構成された蛇腹状のベローズでも良い。

この構成によれば、蛇腹状のベローズにより熱膨張差吸収部が構成されているので、簡単な構造で管材間の熱膨張差を効果的に吸収することができる。

また、請求項３に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記改質部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、前記気化部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、前記気化部の上方には、前記気化部と同軸上に熱交換部が設けられ、前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記気化流路と連通し前記燃焼排ガスとの間で熱交換される前記原燃料が流れる原燃料流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、前記改質部を構成する前記四重の筒状壁、前記気化部を構成する前記四重の筒状壁、及び、前記熱交換部を構成する前記四重の筒状壁によって四重の金属製の管材が構成され、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材は、上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束され、前記熱膨張差吸収部は、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の少なくとも一つに形成されていても良い。

この構成によれば、改質部、気化部、及び、熱交換部をそれぞれ構成する四重の筒状壁によって四重の金属製の管材が構成されており、改質部、気化部、及び、熱交換部に形成された各流路は、改質部から熱交換部に亘って入れ替わることなく互いに並行して延びている。従って、例えば、流路を途中で入れ替えるための連結管（すなわち管材同士を結合して拘束する拘束部材となり得るもの）を不要にできる。これにより、構造を簡素化してコストダウンできると共に、管材間に温度差が生じた場合でも、熱応力の集中を抑制することができる。

しかも、改質部、気化部、及び、熱交換部が互いに同軸上に設けられており、四重の管材が略ストレートな形状となるので、各管材が熱膨張により自由に伸縮することができる。これにより、管材間に温度差が生じた場合には、この管材間の熱膨張差を熱膨張差吸収部により効果的に吸収することができる。

また、気化部及び熱交換部では、気化流路及び原燃料流路の内側に燃焼排ガス流路が形成されており、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスが気化流路及び原燃料流路を流れる原燃料と主に熱交換するので、原燃料の気化効率を向上させることができる。

また、請求項４に記載の燃料電池モジュールのように、請求項３に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記熱膨張差吸収部は、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の少なくとも一つの上部に形成されていても良い。

この構成によれば、熱膨張差吸収部は、管材において最も燃焼部から遠く温度の低い上部に形成されているので、熱膨張差吸収部（曲折部）が薄型に形成された場合でも、この熱膨張差吸収部の耐久性を確保することができる。

また、請求項５に記載の燃料電池モジュールのように、請求項４に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材は、前記改質部、前記気化部、及び、前記熱交換部を有する本体部よりも上部の方が小径とされていても良い。

この構成によれば、熱膨張差吸収部が管材における本体部よりも小径の上部に形成されていることにより、例えば、熱膨張差吸収部が管材の本体部に形成された場合に比して、熱膨張差吸収部が小径とされるので、熱膨張差吸収部が形成された管材の低コスト化と高剛性化とを図ることができる。

また、請求項６に記載の燃料電池モジュールのように、請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記熱膨張差吸収部は、前記四重の管材のうち、内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材のいずれか二つにそれぞれ形成されていても良い。

この構成によれば、熱膨張差吸収部は、四重の管材のうち、内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材のいずれか二つにそれぞれ形成されている。従って、四重の管材のうち、熱膨張差吸収部が形成されていない管材の剛性を確保することができる。

なお、一番目の管材と二番目の管材との間の隙間が、燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路として形成された場合、一番目及び二番目の管材は、三番目及び四番目の管材に比して温度が高くなる。この場合には、熱膨張差吸収部が内側から三番目及び四番目の管材にそれぞれ形成されている好適である。このように、熱膨張差吸収部が内側から三番目及び四番目の管材にそれぞれ形成されると、一番目及び二番目の管材が三番目及び四番目の管材に比して温度が高くなった場合でも、一番目及び二番目の管材と三番目及び四番目の管材との間の熱膨張差を熱膨張差吸収部により効果的に吸収することができる。また、一番目及び二番目の管材に比べて、三番目及び四番目の管材は温度が低いので、低温の管材に熱膨張差吸収部を形成することで熱膨張差吸収部の耐久性を高めることができる。

また、請求項７に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記改質流路には、オリフィスを有する仕切板が設けられ、前記仕切板は、前記改質流路を形成する一対の前記管材のうち一方の管材から延出し他方の管材に対して離間されていても良い。

この構成によれば、改質流路には、オリフィスを有する仕切板が設けられているが、この仕切板は、改質流路を形成する一対の管材のうちの一方の筒状壁から延出し他方の管材に対して離間されている。従って、改質流路に仕切板が設けられていても、仕切板が他方の管材に対して自在に摺動することができるので、この仕切板が管材同士を結合する拘束部材となることを回避できる。これにより、改質流路を形成する一対の管材を熱膨張により自由に伸縮させることができると共に、熱応力の集中を抑制することができる。

また、請求項８に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記熱膨張差吸収部は、前記気化部を構成する前記三重の筒状壁のうち少なくともいずれかの筒状壁から膨出すると共に、前記気化部の軸方向回りに螺旋状に形成され、前記気化部における前記燃焼排ガス流路及び前記気化流路の少なくとも一方を前記気化部の軸方向回りに螺旋状に形成するコルゲート部を有していても良い。

この構成によれば、気化部における燃焼排ガス流路及び気化流路の少なくとも一方は、コルゲート部によって気化部の軸方向回りに螺旋状に形成されている。従って、気化部における燃焼排ガス流路及び気化流路の少なくとも一方が螺旋状に形成された分、流路長を長くすることができると共に、圧力損失も増えるので、気化部における気化の促進及び安定性を確保することができる。

また、コルゲート部は、熱膨張差吸収部を兼ねるので、専用の熱膨張差吸収部の数を減らすか又は不要にすることができる。

また、請求項９に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記気化部の上方には、前記気化部と同軸上に熱交換部が設けられ、前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記気化流路と連通し前記燃焼排ガスとの間で熱交換される前記原燃料が流れる原燃料流路を有し、前記熱膨張差吸収部は、前記熱交換部を構成する前記三重の筒状壁のうち少なくともいずれかの筒状壁から膨出すると共に、前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成され、前記熱交換部における前記燃焼排ガス流路及び前記原燃料流路の少なくとも一方を前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成するコルゲート部を有していても良い。

この構成によれば、熱交換部における燃焼排ガス流路及び原燃料流路の少なくとも一方は、コルゲート部によって熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成されている。従って、熱交換部における燃焼排ガス流路及び原燃料流路の少なくとも一方が螺旋状に形成された分、流路長を長くすることができると共に、圧力損失も増えるので、熱交換部における熱交換効率を向上させることができる。

また、コルゲート部は、熱膨張差吸収部を兼ねるので、専用の熱膨張差吸収部の数を減らすか又は不要にすることができる。

また、請求項１０に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記気化流路と連通し前記燃焼排ガスとの間で熱交換される前記原燃料が流れる原燃料流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、前記熱膨張差吸収部は、前記熱交換部を構成する前記四重の筒状壁のうち少なくともいずれかの筒状壁から膨出すると共に、前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成され、前記熱交換部における前記燃焼排ガス流路、前記原燃料流路、及び、前記酸化剤ガス流路の少なくともいずれかを前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成するコルゲート部を有していても良い。

この構成によれば、熱交換部における燃焼排ガス流路、原燃料流路、及び、酸化剤ガス流路の少なくともいずれかは、コルゲート部によって熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成されている。従って、熱交換部における燃焼排ガス流路、原燃料流路、及び、酸化剤ガス流路の少なくともいずれかが螺旋状に形成された分、流路長を長くすることができると共に、圧力損失も増えるので、熱交換部における熱交換効率を向上させることができる。

また、コルゲート部は、熱膨張差吸収部を兼ねるので、専用の熱膨張差吸収部の数を減らすか又は不要にすることができる。

また、請求項１１に記載の燃料電池モジュールのように、請求項３〜請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池セルスタックの周囲に設けられると共に、互いの間に隙間を有する三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁の内側から外側へ順に、前記燃料電池セルスタックが収容された収容室、前記改質流路と連通する燃料ガス供給流路、及び、前記燃料電池セルスタックの排熱で予熱される前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス予熱流路を有する予熱部をさらに備え、前記予熱部を構成する前記三重の筒状壁は、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材の下部によって構成されていても良い。

この構成によれば、燃料電池セルスタックの周囲には、三重の筒状壁によって構成された予熱部が設けられており、この予熱部を構成する三重の筒状壁の間には、燃料ガス供給流路及び酸化剤ガス予熱流路が形成されている。従って、例えば、燃料ガス供給流路及び酸化剤ガス予熱流路の少なくとも一方が配管によって構成される場合に比して、配管の接続部（熱応力集中部）が無い分、耐久性を向上させることができると共に、配管を接続するための溶接作業等も廃止できるので、コストダウンすることができる。

また、気化部及び熱交換部では、燃焼排ガス流路と酸化剤ガス流路との間に気化流路及び原燃料流路が介在しており、燃焼排ガス流路を流れる燃焼排ガスと酸化剤ガス流路を流れる酸化剤ガスとの間の熱交換が積極的に行われないので、予熱部に形成された酸化剤ガス予熱流路に供給される酸化剤ガスの温度上昇を抑制することができる。従って、酸化剤ガス予熱流路を流れる酸化剤ガスで燃料電池セルスタックの熱を吸収することにより燃料電池セルスタックの放熱を遮断することができる。これにより、燃料電池セルスタックを適正な温度にすることができるので、燃料電池モジュールの発電効率を向上させることができる。

また、請求項１２に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１１に記載の燃料電池モジュールにおいて、ブロック状に形成されて前記燃料電池セルスタックが載置されると共に、前記予熱部を構成する前記三重の筒状壁の下端部に固定され、且つ、前記燃料ガス供給流路と前記燃料電池セルスタックの燃料ガス取入口とを連通する燃料ガス導入孔と、前記酸化剤ガス予熱流路と前記燃料電池セルスタックの酸化剤ガス取入口とを連通する酸化剤ガス導入孔とを有するベース部材をさらに備えていても良い。

この構成によれば、燃料電池セルスタックが載置される部材が、ブロック状のベース部材とされているので、例えば、燃料電池セルスタックが載置される部材として板状の部材（例えば互いの間に流路を形成する二重の底壁部）が使用される場合と異なり、高温で材料強度が低下した場合でも耐久性を確保することができる。

また、このベース部材に燃料ガス導入孔及び酸化剤ガス導入孔が形成されているので、燃料ガス導入孔及び酸化剤ガス導入孔を有する部材がベース部材とは別に用いられる場合に比して、燃料電池モジュールの組立性を向上させることができると共に、コストダウンすることができる。

また、請求項１３に記載の燃料電池モジュールのように、請求項１２に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記ベース部材は、前記燃料電池セルスタックから延びる電力導線が挿通された導線挿通孔を有していても良い。

この構成によれば、燃料電池セルスタックから延びる電力導線が挿通された導線挿通孔がブロック状のベース部材に形成されているので、例えば、燃料電池セルスタックが載置される部材が二重の底壁部であり、この二重の底壁部に導線挿通孔が形成される場合に比して、導線挿通孔のシール部が少なくて済む（シール部が二箇所でなく１箇所で済む）。従って、このことによっても、燃料電池モジュールの組立性を向上させることができると共に、コストダウンすることができる。

また、請求項１４に記載の燃料電池モジュールのように、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを上方に排出する燃焼部と、前記燃焼部の上方に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路を有する気化部と、を備えていても良い。

この構成によれば、改質部及び気化部に形成された各流路は、改質部から気化部に亘って入れ替わることなく互いに並行して延びている。従って、例えば、流路を途中で入れ替えるための連結管（すなわち管材同士を結合して拘束する拘束部材となり得るもの）を不要にできる。これにより、改質部及び気化部をそれぞれ構成する少なくとも三重の筒状壁によって構成される少なくとも三重の管材の構造を簡素化してコストダウンできると共に、この少なくとも三重の管材に温度差が生じた場合でも、熱応力の集中を抑制することができる。この結果、耐久性を向上させることができる。

しかも、改質部及び気化部が互いに同軸上に設けられている。また、改質部及び気化部は、それぞれ少なくとも三重の筒状壁によって構成されており、この少なくとも三重の筒状壁に、改質部及び気化部における断熱空間や各流路が形成されている。従って、燃料電池モジュールが径方向に拡がることを抑制できるので、燃料電池モジュールを径方向に小型化することができる。

また、改質部及び気化部は、少なくとも三重の筒状壁によって構成されているので、改質部及び気化部における構造を簡素化できると共に組立を容易にすることができる。これにより、燃料電池モジュールを低コスト化することができる。

また、請求項１５に記載の燃料電池モジュールのように、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを上方に排出する燃焼部と、前記燃焼部の上方に設けられると共に、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該四重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有する改質部と、前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該四重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有する気化部と、前記燃料電池セルスタックの周囲に設けられると共に、互いの間に隙間を有する三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、前記燃料電池セルスタックが収容された収容室、前記改質流路と連通する燃料ガス供給流路、及び、前記酸化剤ガス流路と連通し前記燃料電池セルスタックの排熱で予熱される前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス予熱流路を有する予熱部と、ブロック状に形成されて前記燃料電池セルスタックが載置されると共に、前記予熱部を構成する前記三重の筒状壁の下端部に固定され、且つ、前記燃料ガス供給流路と前記燃料電池セルスタックの燃料ガス取入口とを連通する燃料ガス導入孔と、前記酸化剤ガス予熱流路と前記燃料電池セルスタックの酸化剤ガス取入口とを連通する酸化剤ガス導入孔と、前記燃料電池セルスタックから延びる電力導線が挿通された導線挿通孔とを有するベース部材と、を備えていても良い。

この構成によれば、燃料電池セルスタックの周囲には、三重の筒状壁によって構成された予熱部が設けられており、この予熱部を構成する三重の筒状壁の間には、燃料ガス供給流路及び酸化剤ガス予熱流路が形成されている。従って、例えば、燃料ガス供給流路及び酸化剤ガス予熱流路の少なくとも一方が配管によって構成される場合に比して、配管の接続部（熱応力集中部）が無い分、耐久性を向上させることができると共に、配管を接続するための溶接作業等も廃止できるので、コストダウンすることができる。

また、燃料電池セルスタックが載置される部材が、ブロック状のベース部材とされているので、例えば、燃料電池セルスタックが載置される部材として板状の部材（互いの間に流路を形成する二重の底壁部）が使用される場合と異なり、高温で材料強度が低下した場合でも耐久性を確保することができる。

また、このベース部材に燃料ガス導入孔及び酸化剤ガス導入孔が形成されているので、燃料ガス導入孔及び酸化剤ガス導入孔を有する部材がベース部材とは別に用いられる場合に比して、燃料電池モジュールの組立性を向上させることができると共に、コストダウンすることができる。

また、燃料電池セルスタックから延びる電力導線が挿通された導線挿通孔がブロック状のベース部材に形成されているので、例えば、燃料電池セルスタックが載置される部材が二重の底壁部であり、この二重の底壁部に導線挿通孔が形成される場合に比して、導線挿通孔のシール部が少なくて済む（シール部が二箇所でなく１箇所で済む）。従って、このことによっても、燃料電池モジュールの組立性を向上させることができると共に、コストダウンすることができる。

以上詳述したように、本発明によれば、耐久性を確保できる燃料電池モジュールを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュールの縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１の要部拡大図である。 図１の要部拡大図である。 図１に示されるベース部材の斜視図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第一変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第二変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第三変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第四変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第五変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第六変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第七変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第八変形例を示す図である。 図１に示される熱膨張差吸収部の第九変形例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュールの変形例を示す図である。 平板形の燃料電池セルスタックの構成を説明する図である。 円筒形の燃料電池セルスタックの構成を説明する図である。 円筒平板形の燃料電池セルスタックの構成を説明する図である。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

＜燃料電池モジュール＞
図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュールＭは、燃料電池セルスタック１０と、容器２０と、断熱材１４０と、パイプ１５０とを備える。

＜燃料電池セルスタック＞
燃料電池セルスタック１０には、一例として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が適用されている。この燃料電池セルスタック１０は、一例として、鉛直方向に積層された複数の平板形のセル１２を有している。各セル１２は、燃料極、電解質層、空気極を有する。

各セル１２の燃料極には、改質ガスが供給され、各セル１２の空気極には、酸化剤ガスが供給される。各セル１２は、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電すると共に、発電に伴い発熱する。

＜容器＞
容器２０は、四重の管材２１〜２４により構成されている。この複数の管材２１〜２４は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成され、伝熱性の高い金属（例えば、フェライト系ステンレス鋼）で形成される。

内側から一番目の管材２１は、燃料電池セルスタック１０の上方から容器２０の上部（後述する接続部２２５〜２２７よりも下側の部分）に亘って設けられている。一方、内側から二番目の管材２２、三番目の管材２３、及び、四番目の管材２４は、容器２０の下端部から上端部に亘って設けられている。一番目の管材２１の内側には、パイプ１５０が挿入されており、このパイプ１５０は、燃料電池セルスタック１０の上方に位置している。

図２に示されるように、四重の管材２１〜２４の上部には、鉛直方向上側に向かうに従って縮径する縮径部２２１〜２２４がそれぞれ形成されている。また、この複数の縮径部２２１〜２２４のうち、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４に形成された縮径部２２２，２２３，２２４の上方には、円筒状の接続部２２５，２２６，２２７がそれぞれ形成されている。この二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４では、後述する予熱部１００、燃焼部９０の周壁部９１、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０を有する本体部よりも、接続部２２５〜２２７を有する上部の方が小径とされている。

一番目の管材２１に形成された縮径部２２１の上端部、及び、二番目の管材２２に設けられた接続部２２５の上端部は、パイプ１５０の上部にそれぞれ固定されている。また、三番目の管材２３に設けられた接続部２２６の上端部は、二番目の管材２２に設けられた接続部２２５の上端部に固定され、四番目の管材２４に設けられた接続部２２７の上端部は、三番目の管材２３に設けられた接続部２２６の上端部に固定されている。このように、四重の管材２１〜２４のうち、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４の上端部は、互いに拘束されている。

二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４に形成された接続部２２５，２２６，２２７のうち、三番目の管材２３及び四番目の管材２４に形成された接続部２２６，２２７には、蛇腹状のベローズにより構成された熱膨張差吸収部２２８，２２９がそれぞれ形成されている。この熱膨張差吸収部２２８，２２９は、複数の断面Ｕ字状の曲折部２２８Ａ，２２９Ａによりそれぞれ構成されている。

図４に示されるように、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４は、容器２０の下端部にまで延びており、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４の下端部は、容器２０の下壁部を構成するブロック状のベース部材３０に固定されている。二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４の下端部は、ブロック状のベース部材３０に固定されることにより、互いに拘束されている。なお、内側から一番目の管材２１は下端が浮いていて拘束がない。このため、一番目の管材２１の温度が高くなっても、管材２１の下端には拘束がないため熱応力が発生しない。

図１に示されるように、この四重の管材２１〜２４によって構成された容器２０は、機能別には、気化部４０と、改質部６０と、燃焼部９０と、予熱部１００と、熱交換部１１０とを有する。

＜気化部＞
気化部４０は、改質部６０の上方に改質部６０と同軸上に設けられており、四重の筒状壁４１〜４４によって構成されている。この四重の筒状壁４１〜４４は、四重の管材２１〜２４の高さ方向の中央部によって構成されている。図３に示されるように、四重の筒状壁４１〜４４は、互いの間に隙間を有しており、この四重の筒状壁４１〜４４の内側から外側には、断熱空間４５、燃焼排ガス流路４６、気化流路４７、及び、酸化剤ガス流路４８が順に形成されている。

つまり、一番目の筒状壁４１の内側の空間は、断熱空間４５として形成され、一番目の筒状壁４１と、二番目の筒状壁４２との間の隙間は、燃焼排ガス流路４６として形成されている。また、二番目の筒状壁４２と、三番目の筒状壁４３との間の隙間は、気化流路４７として形成され、三番目の筒状壁４３と、四番目の筒状壁４４との間の隙間は、酸化剤ガス流路４８として形成されている。図３において、断熱空間４５は、空洞とされているが、この断熱空間４５には、断熱材４９が充填されても良い。

燃焼排ガス流路４６の下端部は、後述する改質部６０に形成された燃焼排ガス流路６６（図４参照）を介して燃焼部９０に形成された燃焼室９４と連通されている。燃焼排ガス流路４６は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路４６には、燃焼部９０から排出されると共に改質部６０の燃焼排ガス流路６６を通じて供給された燃焼排ガス１６６が鉛直方向下側から上側に流れる。

気化流路４７の上端部は、後述する熱交換部１１０に形成された原燃料流路１１７（図２参照）と連通されている。気化流路４７は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この気化流路４７には、原燃料流路１１７から供給された原燃料１６１が鉛直方向上側から下側に流れる。

酸化剤ガス流路４８の上端部は、後述する熱交換部１１０に形成された酸化剤ガス流路１１８（図２参照）と連通されている。この酸化剤ガス流路４８は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路４８には、熱交換部１１０の酸化剤ガス流路１１８から供給された酸化剤ガス１６４が鉛直方向上側から下側に流れる。

燃焼排ガス流路４６、気化流路４７、及び、酸化剤ガス流路４８には、螺旋部材５６，５７，５８が設けられており、この螺旋部材５６，５７，５８により、燃焼排ガス流路４６、気化流路４７、及び、酸化剤ガス流路４８は、気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

螺旋部材５６は、燃焼排ガス流路４６を形成する筒状壁４１，４２の両方と接触しており、筒状壁４１及び筒状壁４２の間に介在するスペーサの役割を果たしている。同様に、螺旋部材５７は、気化流路４７を形成する筒状壁４２，４３の両方と接触しており、筒状壁４２及び筒状壁４３の間に介在するスペーサの役割を果たしている。また、螺旋部材５８は、酸化剤ガス流路４８を形成する筒状壁４３，４４の両方と接触しており、筒状壁４３及び筒状壁４４の間に介在するスペーサの役割を果たしている。

＜改質部＞
図１に示されるように、改質部６０は、燃焼部９０の上方に設けられており、四重の筒状壁６１〜６４によって構成されている。図３に示されるように、四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側に位置する筒状壁６１は、一番目の管材２１の下部によって構成されており、二番目、三番目、及び、四番目の筒状壁６２，６３，６４は、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４の高さ方向の中央部よりもやや下側の部分によって構成されている。

図３，図４に示されるように、改質部６０を構成する四重の筒状壁６１〜６４は、互いの間に隙間を有しており、この四重の筒状壁６１〜６４の内側から外側には、断熱空間６５、燃焼排ガス流路６６、改質流路６７、及び、酸化剤ガス流路６８が順に形成されている。

つまり、一番目の筒状壁６１の内側の空間は、断熱空間６５として形成され、一番目の筒状壁６１と、二番目の筒状壁６２との間の隙間は、燃焼排ガス流路６６として形成されている。また、二番目の筒状壁６２と、三番目の筒状壁６３との間の隙間は、改質流路６７として形成され、三番目の筒状壁６３と、四番目の筒状壁６４との間の隙間は、酸化剤ガス流路６８として形成されている。

断熱空間６５は、上述の気化部４０の断熱空間４５と連通している。図３，図４において、断熱空間６５は、空洞とされているが、この断熱空間６５には、断熱材６９が充填されても良い。燃焼排ガス流路６６の下端部は、後述する燃焼部９０に形成された燃焼室９４（図４参照）と連通されている。燃焼排ガス流路６６は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路６６には、後述する燃焼部９０から排出された燃焼排ガス１６６が鉛直方向下側から上側に流れる。

図３に示されるように、改質流路６７の入口（上端）は、気化流路４７と連通されている。改質流路６７は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この改質流路６７には、気化流路４７から供給された原燃料ガス１６２が鉛直方向上側から下側に流れる。

この改質流路６７の入口には、改質部６０の周方向に沿って環状に形成された一対の仕切板２３４が設けられている。この一対の仕切板２３４は、鉛直方向に並んでいる。各仕切板２３４には、周方向に一定の間隔を空けて複数のオリフィス２３５が形成されている。オリフィス２３５は、仕切板２３４の板厚方向（鉛直方向）に貫通しており、改質流路６７には、複数のオリフィス２３５を通じて原燃料ガス１６２が流入する。

一対の仕切板２３４は、改質流路６７を形成する一対の管材２２，２３のうち、二番目の管材２２（一方の管材）から延出すると共に、三番目の管材２３（他方の管材）に対して離間されている。なお、一対の仕切板２３４は、改質流路６７を形成する一対の管材２２，２３のうち、三番目の管材２３（一方の管材）から延出すると共に、二番目の管材２２（他方の管材）に対して離間されていても良い。

改質流路６７には、原燃料ガス１６２から燃料ガス（改質ガス）を生成するための改質触媒層７０が改質流路６７の周方向及び軸方向の全長に亘って設けられている。改質触媒層７０には、例えば、活性金属としてニッケル、ルテニウム、白金、ロジウム等の金属を担持した粒状触媒又はハニカム触媒等が用いられる。

この改質流路６７の入口の径方向外側には、酸化剤ガス流路６８が位置している。酸化剤ガス流路６８の上端部は、上述の気化部４０に形成された酸化剤ガス流路４８と連通されている。この酸化剤ガス流路６８は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路６８には、気化部４０の酸化剤ガス流路４８から供給された酸化剤ガス１６４が鉛直方向上側から下側に流れる。

また、この改質部６０では、高温の燃焼排ガス１６６が二番目の筒状壁６２に接触する付近の外周側に改質触媒層７０の最下流部が位置するように構成されている。

なお、改質触媒層７０の温度勾配は、下流に行くにしたがって高くなり、出口がもっとも温度が高いことが望ましい（もっとも転化率が高い状態の改質ガス組成になる）。そこで、本実施形態では、最も高温の燃焼排気ガス１６６と熱交換する部位を出口とする。これよりも下方に改質触媒層７０の出口があると、改質触媒層７０のなかでガス温度が下がってしまい、転化率が最も良い状態でなくなる。逆にこれよりも上方にあると、改質触媒層７０の温度が低いために十分な転化率が得られない状態で、改質触媒層７０を抜けてしまう。

＜燃焼部＞
図４に示されるように、燃焼部９０は、燃料電池セルスタックの上方に設けられている。この燃焼部９０は、周壁部９１と、点火電極９２と、隔壁部９３とを有する。周壁部９１は、上述の改質部６０を構成する四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側の筒状壁６１を除く残りの筒状壁６２〜６４に一体に形成されている。

つまり、四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側の筒状壁６１を除く残りの筒状壁６２〜６４は、内側の筒状壁６１に対して下方に延びている。そして、この筒状壁６２〜６４における下方に延びた延長部分は、燃焼部９０の周壁部９１として形成されている。周壁部９１を構成する三重の筒状壁６２〜６４において、筒状壁６２と筒状壁６３との間には、改質部６０の改質流路６７が延長して形成されており、筒状壁６３と筒状壁６４との間には、改質部６０の酸化剤ガス流路６８が延長して形成されている。

この周壁部９１は、後述する予熱部１００の上方に予熱部１００と同軸上に設けられている。この周壁部９１の内側は、燃焼室９４として形成されており、この燃焼室９４は、後述する予熱部１００の収容室１０４と、上述の改質部６０の燃焼排ガス流路６６とに連通されている。

周壁部９１の内側には、テーパ部９５が設けられている。このテーパ部９５は、上述の改質部６０を構成する四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側の筒状壁６１の下端部に一体に形成されている。このテーパ部９５は、改質部６０の側から燃焼部９０の側に突出すると共に、燃焼部９０の側から改質部６０の側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されている。

燃焼部９０において、筒状壁６２と筒状壁６３との間には、上述の改質流路６７の入口に設けられた仕切板２３４（図２参照）と同様の仕切板２３４が設けられている。この仕切板２３４も、燃焼部９０において改質流路６７を形成する一対の管材２２，２３のうち、二番目の管材２２（一方の管材）から延出すると共に、三番目の管材２３（他方の管材）に対して離間されている。なお、この仕切板２３４も、改質流路６７を形成する一対の管材２２，２３のうち、三番目の管材２３（一方の管材）から延出すると共に、二番目の管材２２（他方の管材）に対して離間されていても良い。

点火電極９２は、テーパ部９５の先端部（下端部）から燃焼室９４内に突出されており、燃焼室９４の中心部に配置されている。この点火電極９２は、燃料電池セルスタック１０の上方に燃料電池セルスタック１０と離間して設けられている。パイプ１５０の内側には、点火電極９２と接続され碍子で絶縁された導電部１５１が挿入されている。

隔壁部９３は、周壁部９１の内周面に沿って環状に形成されている。この隔壁部９３は、二番目の管材２２と結合されている。この隔壁部９３には、環状板２４０と、環状板２４０の中央に設けられた中央板２４１とが設けられている。中央板２４１は、環状板２４０よりも燃料電池セルスタック１０の側（下方）に位置する。中央板２４１の中央部には、一つの絞り孔２４２が形成されている。

この一つの絞り孔２４２には、燃料電池セルスタック１０から排出された燃料極排ガス及び空気極排ガスの全体が通り抜けるようになっており、燃料極排ガス及び空気極排ガスは、絞り孔２４２を通過することで確実に混合される。なお、燃料電池モジュールＭの起動時では、改質触媒層７０にて未反応で、燃料電池セルスタック１０にて未使用の炭化水素系燃料が燃料極排ガスに含まれる。

また、環状板２４０の中央には、パンチングメタル２４３が設けられている。このパンチングメタル２４３には、鉛直方向に貫通する複数のオリフィス２４４が同一円周上に均等に形成されている。複数のオリフィス２４４を通過したスタック排ガス１６５は、点火電極９２とパイプ１５０等との間に形成されるスパークによって燃焼される。燃焼室９４にて発生した燃焼排ガス１６６は、上方（燃料電池セルスタック１０と反対側）に排出され、テーパ部９５に沿って改質部６０の燃焼排ガス流路６６に流入する。

＜予熱部＞
予熱部１００は、燃料電池セルスタック１０の周囲に設けられており、三重の筒状壁１０１〜１０３によって構成されている。この三重の筒状壁１０１〜１０３は、四重の管材２１〜２３のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材２２，２３，２４の下部によって構成されている。

この予熱部１００を構成する三重の筒状壁１０１〜１０３は、互いの間に隙間を有しており、この三重の筒状壁１０１〜１０３の内側から外側には、燃料電池セルスタックが収容された収容室１０４、改質流路６７と連通する燃料ガス供給流路１０７、及び、酸化剤ガス流路６８と連通する酸化剤ガス予熱流路１０８が順に形成されている。

燃料ガス供給流路１０７の上端部は、改質流路６７と連通されている。この燃料ガス供給流路１０７は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この燃料ガス供給流路１０７には、改質流路６７から供給された燃料ガス１６３（改質ガス）が鉛直方向上側から下側に流れる。

また、酸化剤ガス予熱流路１０８の上端部は、酸化剤ガス流路６８と連通されている。この酸化剤ガス予熱流路１０８は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス予熱流路１０８には、改質部６０の酸化剤ガス流路６８を通じて供給された酸化剤ガス１６４が鉛直方向上側から下側に流れる。酸化剤ガス予熱流路１０８を流れる酸化剤ガス１６４は、燃料電池セルスタック１０の排熱で予熱される。

この酸化剤ガス予熱流路１０８には、予熱部１００の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材１０９が設けられており、この螺旋部材１０９により、酸化剤ガス予熱流路１０８は、予熱部１００の軸方向回りに螺旋状に形成されている。螺旋部材１０９は、酸化剤ガス予熱流路１０８を形成する筒状壁１０２，１０３の両方と接触しており、筒状壁１０２及び筒状壁１０３の間に介在するスペーサの役割を果たしている。

ベース部材３０は、ブロック状（円盤状）に形成されており、燃料電池セルスタック１０は、ベース部材３０の上に載置されている。このベース部材３０には、図５に示されるように、燃料ガス導入孔３７と、酸化剤ガス導入孔３８と、導線挿通孔３９が形成されている。

図４に示される燃料ガス供給流路１０７は、燃料ガス導入孔３７（図５参照）を介して燃料電池セルスタック１０の燃料ガス取入口１７と連通されており、酸化剤ガス予熱流路１０８は、酸化剤ガス導入孔３８を介して燃料電池セルスタック１０の酸化剤ガス取入口１８と連通されている。また、燃料電池セルスタック１０から延びる電力導線１９は、導線挿通孔３９に挿通されている。

＜熱交換部＞
図１に示されるように、熱交換部１１０は、気化部４０の上方に気化部４０と同軸上に設けられており、四重の筒状壁１１１〜１１４によって構成されている。四重の筒状壁１１１〜１１４のうち最も内側に位置する筒状壁１１１は、一番目の管材２１の上部によって構成されており、四重の筒状壁１１１〜１１４のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の筒状壁１１２，１１３，１１４は、四重の管材２１〜２４のうち内側から二番目、三番目、四番目の管材２２，２３，２４における接続部２２５〜２２７よりも下側の部分によって構成されている。

図２に示されるように、この熱交換部１１０を構成する四重の筒状壁１１１〜１１４は、互いの間に隙間を有しており、この四重の筒状壁１１１〜１１４の内側から外側には、断熱空間１１５、燃焼排ガス流路１１６、原燃料流路１１７、及び、酸化剤ガス流路１１８が順に形成されている。

つまり、一番目の筒状壁１１１の内側の空間は、断熱空間１１５として形成され、一番目の筒状壁１１１と、二番目の筒状壁１１２との間の隙間は、燃焼排ガス流路１１６として形成されている。また、二番目の筒状壁１１２と、三番目の筒状壁１１３との間の隙間は、原燃料流路１１７として形成され、三番目の筒状壁１１３と、四番目の筒状壁１１４との間の隙間は、酸化剤ガス流路１１８として形成されている。

燃焼排ガス流路１１６の上端部は、パイプ１５０と接続部２２５との間に形成された接続流路２３１と連通され、この接続流路２３１の上端部には、容器２０の径方向外側に延びるガス排出管１２３が接続されている。燃焼排ガス流路１１６は、鉛直方向下側を上流側として形成されており、この燃焼排ガス流路１１６には、気化部４０の燃焼排ガス流路４６（図３参照）から供給された燃焼排ガス１６６が鉛直方向下側から上側に流れる。

原燃料流路１１７の上端部は、接続部２２５と接続部２２６との間に形成された接続流路２３２と連通され、この接続流路２３２の上端部には、容器２０の径方向外側に延びる原燃料供給管５０が接続されている。原燃料流路１１７は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この原燃料流路１１７には、原燃料供給管５０から接続流路２３２を通じて供給された原燃料１６１が鉛直方向上側から下側に流れる。原燃料流路１１７の下端部は、気化流路４７（図３参照）と連通されている。

原燃料供給管５０から供給される原燃料１６１としては、例えば、都市ガス等の炭化水素系ガス又は炭化水素系液体である炭化水素系燃料に改質用の水が混合されたものが使用される。

酸化剤ガス流路１１８の上端部は、接続部２２６と接続部２２７との間に形成された接続流路２３３と連通されている。この接続流路２３３の上端部には、容器２０の径方向外側に延びる酸化剤ガス供給管１２２が接続されており、酸化剤ガス流路１１８の下端部は、気化部４０に形成された酸化剤ガス流路４８（図３参照）と連通されている。酸化剤ガス流路１１８は、鉛直方向上側を上流側として形成されており、この酸化剤ガス流路１１８には、酸化剤ガス供給管１２２から接続流路２３３を通じて供給された酸化剤ガス１６４が鉛直方向上側から下側に流れる。

燃焼排ガス流路１１６、原燃料流路１１７、及び、酸化剤ガス流路１１８には、螺旋部材５６，５７，５８が設けられており、この螺旋部材５６，５７，５８により、燃焼排ガス流路１１６、原燃料流路１１７、及び、酸化剤ガス流路１１８は、熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

この熱交換部１１０においても、気化部４０の場合と同様に、螺旋部材５６は、燃焼排ガス流路１１６を形成する筒状壁１１１，１１２の両方と接触しており、筒状壁１１１及び筒状壁１１２の間に介在するスペーサの役割を果たしている。同様に、螺旋部材５７は、原燃料流路１１７を形成する筒状壁１１２，１１３の両方と接触しており、筒状壁１１２及び筒状壁１１３の間に介在するスペーサの役割を果たしている。また、螺旋部材５８は、酸化剤ガス流路１１８を形成する筒状壁１１３，１１４の両方と接触しており、筒状壁１１３及び筒状壁１１４の間に介在するスペーサの役割を果たしている。

＜断熱材＞
図１に示されるように、断熱材１４０は、有底円筒状に形成されており、容器２０の外周部と底部とを覆っている。この断熱材１４０の表面は、被覆シート１４５によって覆われている。

次に、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭの動作について説明する。

図１に示される原燃料供給管５０を通じて図２に示される接続流路２３２に原燃料１６１（炭化水素系燃料に改質用の水が混合されたもの）が供給されると、この原燃料１６１は、接続流路２３２を流れた後、原燃料流路１１７を鉛直方向上側から下側に流れる。このとき、熱交換部１１０では、燃焼部９０（図４参照）から排出された燃焼排ガス１６６が燃焼排ガス流路１１６を鉛直方向下側から上側に流れる。そして、原燃料流路１１７を流れる原燃料１６１は、燃焼排ガス流路１１６を流れる燃焼排ガス１６６との間で熱交換され予熱される。この原燃料流路１１７で予熱された原燃料１６１は、気化流路４７に供給される。

気化流路４７に原燃料１６１が供給されると、この原燃料１６１は、螺旋状に形成された気化流路４７を鉛直方向上側から下側へ流れる。気化流路４７を流れる原燃料１６１は、上述の熱交換部１１０の燃焼排ガス流路１１６と同様に燃焼排ガス流路４６を鉛直方向下側から上側に流れる燃焼排ガス１６６との間で熱交換される。そして、気化流路４７では、燃焼排ガス１６６から原燃料１６１に気化熱が与えられて原燃料１６１が気化され、原燃料１６１から原燃料ガス１６２（図３参照）が生成される。

図３に示されるように、気化流路４７で気化された原燃料ガス１６２は、改質流路６７の入口に形成された複数のオリフィス２３５を通じて改質流路６７に流入する。複数のオリフィス２３５は、改質流路６７の周方向に一定の間隔を空けて並んでいるので、この複数のオリフィス２３５を通過することで、改質流路６７には、原燃料ガス１６２が周方向に分散して流入する。

また、このとき、改質部６０では、燃焼部９０（図４参照）から排出された燃焼排ガス１６６が燃焼排ガス流路６６を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路６７に隣接する燃焼排ガス流路６６に燃焼排ガス１６６が流れると、改質流路６７を流れる原燃料ガス１６２と燃焼排ガス１６６との間で熱交換される。そして、改質流路６７では、燃焼排ガス１６６の熱を利用して改質触媒層７０により原燃料ガス１６２から燃料ガス１６３（改質ガス）が生成される。

改質流路６７にて生成された燃料ガス１６３は、図４に示されるように、改質流路６７の出口側に設けられた仕切板２３４に形成されたオリフィス２３５を通過し、燃料ガス供給流路１０７に流入する。そして、この燃料ガス１６３は、燃料ガス供給流路１０７を流れた後、ベース部材３０に形成された燃料ガス導入孔３７（図５参照）を通じて燃料電池セルスタック１０の燃料ガス取入口１７に供給される。

一方、このとき、図２に示される熱交換部１１０では、酸化剤ガス供給管１２２を通じて接続流路２３３に酸化剤ガス１６４が供給される。この酸化剤ガス１６４は、接続流路２３３を流れた後、螺旋状に形成された酸化剤ガス流路１１８を鉛直方向下側から上側に流れる。酸化剤ガス１６４は、気化部４０の酸化剤ガス流路４８に流入し、その後、気化部４０の酸化剤ガス流路４８及び改質部６０の酸化剤ガス流路６８（図３，図４参照）を鉛直方向上側から下側に流れる。

酸化剤ガス流路４８，６８を流れた酸化剤ガス１６４は、図４に示される酸化剤ガス予熱流路１０８に流入し、この螺旋状に形成された酸化剤ガス予熱流路１０８を鉛直方向上側から下側に流れる。この酸化剤ガス予熱流路１０８を流れる酸化剤ガス１６４は、燃料電池セルスタック１０の熱によって予熱される。そして、この酸化剤ガス予熱流路１０８にて予熱された酸化剤ガス１６４は、ベース部材３０に形成された酸化剤ガス導入孔３８を通じて燃料電池セルスタック１０の酸化剤ガス取入口１８に供給される。

以上のようにして、燃料電池セルスタック１０の燃料ガス取入口１７に燃料ガスが供給されると共に、燃料電池セルスタック１０の酸化剤ガス取入口１８に酸化剤ガスが供給されると、燃料電池セルスタック１０では、各セル１２において、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する。また、各セル１２は、発電に伴い発熱する。

図４に示されるように、燃料電池セルスタック１０からは、燃料極排ガス及び空気極排ガスを含むスタック排ガス１６５が排出される。この燃料電池セルスタック１０から排出されたスタック排ガス１６５は、隔壁部９３に形成された絞り孔２４２及び複数のオリフィス２４４を通じて燃焼部９０の内側に形成された燃焼室９４に流入する。このとき、燃料極排ガス及び空気極排ガスを含むスタック排ガス１６５は、絞り孔２４２を通過することで混合され、複数のオリフィス２４４を通過することで分散される。

この燃焼室９４に流入したスタック排ガス１６５には、各セル１２において未反応の水素及び酸素が含まれており、この水素を含むスタック排ガス１６５は、点火電極９２とパイプ１５０等との間に形成されるスパークによって燃焼される。点火電極９２は、燃料電池セルスタック１０と鉛直方向に離間しているため、スタック排ガス１６５は、燃料電池セルスタック１０から離れた位置で燃焼される。

そして、このようにして燃焼室９４においてスタック排ガス１６５が燃焼されると、燃焼室９４にて燃焼排ガス１６６が発生する。この燃焼室９４にて発生した燃焼排ガス１６６は、上方（燃料電池セルスタック１０と反対側）に排出され、テーパ部９５に沿って改質部６０の燃焼排ガス流路６６に流入する。また、この燃焼部９０から排出され改質部６０の燃焼排ガス流路６６に流入した燃焼排ガス１６６は、改質部６０の燃焼排ガス流路６６、気化部４０の燃焼排ガス流路４６（図３参照）、及び、熱交換部１１０の燃焼排ガス流路１１６（図２参照）を流れた後、ガス排出管１２３を通じて燃料電池モジュールＭの外部に排出される。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭによれば、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２〜２４の上端部及び下端部は、それぞれ互いに拘束されており、このうち三番目及び四番目の管材２３，２４の上部には、複数の曲折部２２８Ａ，２２９Ａにより構成された熱膨張差吸収部２２８，２２９が形成されている。従って、二番目、三番目、及び、四番目の管材２２〜２４の間に温度差が生じた場合でも、この管材２２〜２４間の熱膨張差を熱膨張差吸収部２２８，２２９（複数の曲折部２２８Ａ，２２９Ａ）が変形することにより吸収することができる。これにより、管材２２〜２４の拘束部に熱応力が集中することを抑制することができる（熱応力を緩和することができる）ので、燃料電池モジュールＭの耐久性を確保することができる。

しかも、この燃料電池モジュールＭによれば、改質部６０と、気化部４０と、熱交換部１１０とが互いに同軸上に設けられている。また、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０は、それぞれ四重の筒状壁によって構成されており、この四重の筒状壁に、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０における断熱空間や各流路が形成されている。従って、燃料電池モジュールＭが径方向に拡がることを抑制できるので、燃料電池モジュールＭを径方向に小型化することができる。

また、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０は、四重の筒状壁によって構成されているので、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０における構造を簡素化できると共に組立を容易にすることができる。これにより、燃料電池モジュールＭを低コスト化することができる。

また、蛇腹状のベローズにより熱膨張差吸収部２２８，２２９が構成されているので、簡単な構造で管材２２〜２４間の熱膨張差を効果的に吸収することができる。

また、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０をそれぞれ構成する四重の筒状壁によって四重の金属製の管材２１〜２４が構成されており、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０に形成された各流路は、改質部６０から熱交換部１１０に亘って入れ替わることなく互いに並行して延びている。従って、例えば、流路を途中で入れ替えるための連結管（すなわち管材同士を結合して拘束する拘束部材となり得るもの）を不要にできる。これにより、構造を簡素化してコストダウンできると共に、管材２２〜２４間に温度差が生じた場合でも、熱応力の集中を抑制することができる。

しかも、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０が互いに同軸上に設けられており、四重の管材２１〜２４が略ストレートな形状となるので、管材２２〜２４が熱膨張により自由に伸縮することができる。これにより、管材２２〜２４間に温度差が生じた場合には、この管材２２〜２４間の熱膨張差を熱膨張差吸収部２２８，２２９により効果的に吸収することができる。

また、気化部４０及び熱交換部１１０では、気化流路４７及び原燃料流路１１７の内側に燃焼排ガス流路４６，１１６が形成されており、燃焼排ガス流路４６，１１６を流れる燃焼排ガス１６６が気化流路４７及び原燃料流路１１７を流れる原燃料１６１と主に熱交換するので、原燃料１６１の気化効率を向上させることができる。

また、熱膨張差吸収部２２８，２２９は、管材２３，２４において最も燃焼部９０から遠く温度の低い上部に形成されているので、熱膨張差吸収部２２８，２２９（曲折部２２８Ａ，２２９Ａ）が薄型に形成された場合でも、この熱膨張差吸収部２２８，２２９の耐久性を確保することができる。

また、熱膨張差吸収部２２８，２２９が管材２３，２４における本体部（改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０を構成する部分）よりも小径の上部に形成されていることにより、例えば、熱膨張差吸収部２２８，２２９が管材２３，２４の本体部に形成された場合に比して、熱膨張差吸収部が小径とされる。これにより、熱膨張差吸収部２２８，２２９が形成された管材２３，２４の低コスト化と高剛性化とを図ることができる。

また、熱膨張差吸収部２２８，２２９は、四重の管材２１〜２４のうち、内側から三番目及び四番目の管材２３，２４にそれぞれ形成されている。従って、四重の管材２１〜２４のうち、内側から一番目及び二番目の管材２１，２２には熱膨張差吸収部２２８，２２９が形成されていないので、内側から一番目及び二番目の管材２１，２２の剛性を確保することができる。また、内側から一番目の管材２１は下端が浮いていて拘束がない。従って、内側から二番目の管材２２に剛性を持たせることによって、二番目の管材２２のみによって燃料電池モジュール（容器２０）の形状を保持することができ、他の管材の熱膨張の影響を一切受けないようにすることができる。

また、一番目の管材２１と二番目の管材２２との間の隙間は、燃焼排ガス１６６が流れる燃焼排ガス流路４６，６６，１１６として形成されているため、一番目及び二番目の管材２１，２２は、三番目及び四番目の管材２３，２４に比して温度が高くなるが、熱膨張差吸収部２２８，２２９は、内側から三番目及び四番目の管材２３，２４にそれぞれ形成されている。従って、一番目及び二番目の管材２１，２２が三番目及び四番目の管材２３，２４に比して温度が高くなった場合でも、一番目及び二番目の管材２１，２２と三番目及び四番目の管材２３，２４との間の熱膨張差を熱膨張差吸収部２２８，２２９により効果的に吸収することができる。また、一番目及び二番目の管材２１，２２に比べて、三番目及び四番目の管材２３，２４は温度が低いので、低温の管材２３，２４に熱膨張差吸収部２２８，２２９を形成することで熱膨張差吸収部２２８，２２９の耐久性を高めることができる。

また、改質流路６７には、オリフィス２３５を有する仕切板２３４が設けられているが、この仕切板２３４は、改質流路６７を形成する一対の管材２２，２３のうち、二番目の管材２２（一方の管材）から延出すると共に、三番目の管材２３（他方の管材）に対して離間されている。従って、改質流路６７に仕切板２３４が設けられていても、仕切板２３４が他方の管材２３に対して自在に摺動することができるので、この仕切板２３４が管材２２，２３同士を結合する拘束部材となることを回避できる。これにより、改質流路６７を形成する一対の管材２２，２３を熱膨張により自由に伸縮させることができると共に、熱応力の集中を抑制することができる。

また、燃料電池セルスタック１０の周囲には、三重の筒状壁１０１〜１０３によって構成された予熱部１００が設けられており、この予熱部１００を構成する三重の筒状壁１０１〜１０３の間には、燃料ガス供給流路１０７及び酸化剤ガス予熱流路１０８が形成されている。従って、例えば、燃料ガス供給流路１０７及び酸化剤ガス予熱流路１０８の少なくとも一方が配管によって構成される場合に比して、配管の接続部（熱応力集中部）が無い分、耐久性を向上させることができると共に、配管を接続するための溶接作業等も廃止できるので、コストダウンすることができる。

また、気化部４０及び熱交換部１１０では、燃焼排ガス流路４６，１１６と酸化剤ガス流路４８，１１８との間に気化流路４７及び原燃料流路１１７が介在しており、燃焼排ガス流路４６，１１６を流れる燃焼排ガス１６６と酸化剤ガス流路４８，１１８を流れる酸化剤ガス１６４との間の熱交換が積極的に行われないので、予熱部１００に形成された酸化剤ガス予熱流路１０８に供給される酸化剤ガス１６４の温度上昇を抑制することができる。従って、酸化剤ガス予熱流路１０８を流れる酸化剤ガス１６４で燃料電池セルスタック１０の熱を吸収することにより燃料電池セルスタック１０の放熱を遮断することができる。これにより、燃料電池セルスタック１０を適正な温度にすることができるので、燃料電池モジュールＭの発電効率を向上させることができる。

また、燃料電池セルスタック１０が載置される部材が、ブロック状のベース部材３０とされているので、例えば、燃料電池セルスタック１０が載置される部材として板状の部材（例えば互いの間に流路を形成する二重の底壁部）が使用される場合と異なり、高温で材料強度が低下した場合でも耐久性を確保することができる。

また、このベース部材３０に燃料ガス導入孔３７及び酸化剤ガス導入孔３８が形成されているので、燃料ガス導入孔３７及び酸化剤ガス導入孔３８を有する部材がベース部材３０とは別に用いられる場合に比して、燃料電池モジュールＭの組立性を向上させることができると共に、コストダウンすることができる。

また、燃料電池セルスタック１０から延びる電力導線１９が挿通された導線挿通孔３９がブロック状のベース部材３０に形成されているので、例えば、燃料電池セルスタック１０が載置される部材が二重の底壁部であり、この二重の底壁部に導線挿通孔３９が形成される場合に比して、導線挿通孔３９のシール部が少なくて済む（シール部が二箇所でなく１箇所で済む）。従って、このことによっても、燃料電池モジュールＭの組立性を向上させることができると共に、コストダウンすることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

本実施形態に係る燃料電池モジュールＭでは、四重の管材２１〜２４のうち三番目及び四番目の管材２３，２４に熱膨張差吸収部２２８，２２９がそれぞれ形成されていたが、三番目及び四番目の管材２３，２４のいずれか一方にのみ熱膨張差吸収部が形成されていても良い。また、熱膨張差吸収部は、四重の管材２１〜２４のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材２２〜２４の少なくとも一つに形成されていれば良く、例えば、内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材２１〜２４のいずれか二つにそれぞれ形成されていても良い。また、熱膨張差吸収部は、四重の管材２１〜２４のうち上端部及び下端部が拘束された管材であれば、どの管材に形成されても良い。

また、熱膨張差吸収部２２８，２２９は、複数の曲折部２２８Ａ，２２９Ａを有するベローズにより構成されていたが、例えば、図６，図７に示されるように、熱膨張差吸収部２２８，２２９は、一つの曲折部２２８Ａ，２２９Ａのみによって構成されても良い。

また、曲折部２２８Ａ，２２９Ａは、断面Ｕ字状に形成されていたが、図７に示されるように、断面Ｖ字状でも良く、また、図８に示されるように、断面円弧状（湾曲状）でも良い。また、曲折部２２８Ａ，２２９Ａは、図９に示されるように、Ｌ字形状を組み合わせた段部によって構成されていても良く、また、図１０に示されるように、断面Ｓ字状に形成されていても良い。また、曲折部２２８Ａ，２２９Ａは、リング状に形成される以外に、螺旋状に形成されても良い。さらに、曲折部２２８Ａ，２２９Ａは、熱膨張差を吸収することができれば、どのような形状でも良い。

また、熱膨張差吸収部２２８，２２９は、容器２０の上部（接続部２２５〜２２７のうちの接続部２２６，２２７）に形成されていたが、容器２０のどの部分に形成されても良い。

例えば、図１１に示される変形例では、気化部４０の気化流路４７を形成する一対の筒状壁４２，４３（管材２２，２３）のうち外側の筒状壁４３（管材２３）からは、熱膨張差吸収部としてのコルゲート部３２８が膨出されている。このコルゲート部３２８は、コルゲート加工により気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されており、気化流路４７を螺旋状に形成している。

この構成によれば、気化流路４７は、コルゲート部３２８によって気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。従って、気化流路４７が螺旋状に形成された分、流路長を長くすることができると共に、圧力損失も増えるので、気化部４０における気化の促進及び安定性を確保することができる。

また、コルゲート部３２８は、熱膨張差吸収部を兼ねるので、専用の熱膨張差吸収部（例えば、管材２３に形成された熱膨張差吸収部２２８の曲折部２２８Ａ）の数を減らすか又は不要にすることができる。

また、図１２に示されるように、酸化剤ガス流路４８を形成する一対の筒状壁４３，４４（管材２３，２４）のうち外側の筒状壁４４（管材２４）から熱膨張差吸収部としてのコルゲート部３２９が膨出されても良い。そして、このコルゲート部３２９により、酸化剤ガス流路４８が気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されても良い。

この構成によっても、コルゲート部３２９は、熱膨張差吸収部を兼ねるので、専用の熱膨張差吸収部（例えば、管材２４に形成された熱膨張差吸収部２２９の曲折部２２９Ａ）の数を減らすか又は不要にすることができる。

また、図１２に示されるように、酸化剤ガス流路４８を形成する一対の筒状壁４３，４４（管材２３，２４）のうち外側の筒状壁４４（管材２４）から熱膨張差吸収部としてのコルゲート部３２９が膨出されても良い。そして、このコルゲート部３２９により、酸化剤ガス流路４８が気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されても良い。

また、コルゲート部は、気化部４０の燃焼排ガス流路４６を形成する一対の筒状壁４１，４２（管材２１，２２）のうち外側の筒状壁４２（管材２２）に形成され、これにより、燃焼排ガス流路４６が気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されても良い。

また、図１３に示されるように、熱交換部１１０の原燃料流路１１７を形成する一対の筒状壁１１２，１１３（管材２２，２３）のうち外側の筒状壁１１３（管材２３）から熱膨張差吸収部としてのコルゲート部３２８が膨出されても良い。そして、このコルゲート部３２８により、原燃料流路１１７が熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されても良い。

この構成によれば、原燃料流路１１７は、コルゲート部３２８によって熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。従って、原燃料流路１１７が螺旋状に形成された分、流路長を長くすることができると共に、圧力損失も増えるので、熱交換部１１０における熱交換効率を向上させることができる。

また、コルゲート部３２８は、熱膨張差吸収部を兼ねるので、専用の熱膨張差吸収部（例えば、管材２３に形成された熱膨張差吸収部２２８の曲折部２２８Ａ）の数を減らすか又は不要にすることができる。

また、図１４に示されるように、酸化剤ガス流路１１８を形成する一対の筒状壁１１３，１１４（管材２３，２４）のうち外側の筒状壁１１４（管材２４）から熱膨張差吸収部としてのコルゲート部３２９が膨出されても良い。そして、このコルゲート部３２９により、酸化剤ガス流路１１８が熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されても良い。

この構成によっても、コルゲート部３２９は、熱膨張差吸収部を兼ねるので、専用の熱膨張差吸収部（例えば、管材２４に形成された熱膨張差吸収部２２９の曲折部２２９Ａ）の数を減らすか又は不要にすることができる。

また、コルゲート部は、熱交換部１１０の燃焼排ガス流路１１６を形成する一対の筒状壁１１１，１１２（管材２１，２２）のうち外側の筒状壁１１２（管材２２）に形成され、これにより、燃焼排ガス流路１１６が熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されても良い。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭにおいて、改質部６０、気化部４０、熱交換部１１０は、それぞれ四重の筒状壁によって構成されているが、例えば、図１５に示されるように、改質部６０、気化部４０、熱交換部１１０から四番目の筒状壁が省かれることで、改質部６０、気化部４０、熱交換部１１０が、それぞれ三重の筒状壁によって構成されても良い。また、この場合には、改質部６０、気化部４０、熱交換部１１０から酸化剤ガス流路が省かれることになるが、酸化剤ガス供給管１２２は、酸化剤ガス予熱流路１０８の上端部に接続されても良い。

また、図１５に示されるように、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭから熱交換部が省かれても良い。そして、容器２０の上部は、気化部４０によって構成されても良い。また、図１５に示されるように、気化部４０を構成する三重の筒状壁４１〜４３のうち中央の筒状壁４２には、外側の筒状壁４３側に膨出し、筒状壁４２，４３間の酸化剤ガス流路４８を螺旋状に形成するコルゲート部３２８が形成されていても良い。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭの気化部４０では、内側から外側へ順に、断熱空間４５、燃焼排ガス流路４６、及び、気化流路４７が形成されていたが、内側から外側へ順に、断熱空間４５、気化流路４７、及び、燃焼排ガス流路４６が形成されても良い。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭにおいて、一番目の管材２１の下端部は、自由端とされており、その他の管材２２〜２４の下端部に対して拘束されていないが、一番目の管材２１は、上端部及び下端部にてその他の管材２２〜２４に対して拘束されていても良い。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭにおいて、燃料電池セルスタック１０は、より具体的には、図１６に示されるように、鉛直方向に積層された複数の平板形のセル１２を有する。各セル１２は、燃料極２７１、電解質層２７２、空気極２７３、一対のセパレータ２７４を有する。燃料極２７１には、燃料ガス１６３が供給され、空気極２７３には、酸化剤ガス１６４が供給される。

しかしながら、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭにおいて、燃料電池セルスタック１０のセル１２は、図１７に示されるように、円筒形に形成されても良い。この円筒形の各セル１２は、燃料極２８１、電解質層２８２、空気極２８３、インターコネクタ２８４を有する。燃料極２８１には、燃料ガス１６３が供給され、空気極２８３には、酸化剤ガス１６４が供給される。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭにおいて、燃料電池セルスタック１０のセル１２は、図１８に示されるように、円筒平板形に形成されても良い。この円筒平板形の各セル１２は、燃料極２９１、電解質層２９２、空気極２９３、インターコネクタ２９４を有する。燃料極２９１には、燃料ガス１６３が供給され、空気極２９３には、酸化剤ガス１６４が供給される。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭにおいて、燃焼部９０の周壁部９１や、予熱部１００、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０等を構成する複数の筒状壁は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成されている。しかしながら、燃焼部９０の周壁部９１や、予熱部１００、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０等を構成する複数の筒状壁は、いずれも横断面が楕円形状である楕円筒状に形成されていても良い。また、燃焼部９０の周壁部９１や、予熱部１００、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０等を構成する複数の筒状壁は、横断面が真円形状である円筒状に形成されたものと、横断面が楕円形状である楕円筒状に形成されたものの両方を含んでいても良い。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭでは、燃料電池セルスタック１０の形状（例えば、燃料電池セルスタック１０が複数の円筒平板形のセル１２を有する場合）に応じて、予熱部１００のみ楕円筒状に形成されても良い。

また、本実施形態に係る燃料電池モジュールＭにおいて、燃料電池セルスタック１０には、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が適用されているが、その他の形式の燃料電池が適用されても良い。

また、原燃料に含まれる炭化水素系燃料として、都市ガスが用いられているが、都市ガスの代わりにメタンガスなど水素を主成分とするガスが用いられても良い。また、炭化水素系燃料は、炭化水素系液体でも良い。

なお、上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜、組み合わされても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

Ｍ…燃料電池モジュール、１０…燃料電池セルスタック、１７…燃料ガス取入口、１８…酸化剤ガス取入口、１９…電力導線、２１〜２４…管材、３０…ベース部材、３７…燃料ガス導入孔、３８…酸化剤ガス導入孔、３９…導線挿通孔、４０…気化部、４１〜４４…筒状壁、４５…断熱空間、４６…燃焼排ガス流路、４７…気化流路、４８…酸化剤ガス流路、４９…断熱材、５０…原燃料供給管、６０…改質部、６１〜６４…筒状壁、６５…断熱空間、６６…燃焼排ガス流路、６７…改質流路、６８…酸化剤ガス流路、６９…断熱材、７０…改質触媒層、９０…燃焼部、９１…周壁部、９４…燃焼室、１００…予熱部、１０１〜１０３…筒状壁、１０４…収容室、１０７…燃料ガス供給流路、１０８…酸化剤ガス予熱流路、１１０…熱交換部、１１１〜１１４…筒状壁、１１５…断熱空間、１１６…燃焼排ガス流路、１１７…原燃料流路、１１８…酸化剤ガス流路、１２２…酸化剤ガス供給管、１２３…ガス排出管、１６１…原燃料、１６２…原燃料ガス、１６３…燃料ガス、１６４…酸化剤ガス、１６５…スタック排ガス、１６６…燃焼排ガス、２２１〜２２４…縮径部、２２５〜２２７…接続部、２２８，２２９…熱膨張差吸収部、２２８Ａ，２２９Ａ…曲折部、２３１〜２３３…接続流路（管材の上部）、２３４…仕切板、２３５…オリフィス、３２８，３２９…コルゲート部（熱膨張差吸収部）

Claims (15)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、
   前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを上方に排出する燃焼部と、
   前記燃焼部の上方に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、
   前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路を有する気化部と、
   を備え、
   前記改質部を構成する前記三重の筒状壁、及び、前記気化部を構成する前記三重の筒状壁は、少なくとも三重の金属製の管材を構成し、
   前記三重の管材のうち少なくとも二つの管材は、上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束され、
   上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束された前記管材のうち少なくとも一つの管材の高さ方向の一部には、曲折部により構成された熱膨張差吸収部が形成されている、
   燃料電池モジュール。
2. 前記熱膨張差吸収部は、複数の前記曲折部により構成された蛇腹状のベローズである、
   請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記改質部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、
   前記気化部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、
   前記気化部の上方には、前記気化部と同軸上に熱交換部が設けられ、
   前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記気化流路と連通し前記燃焼排ガスとの間で熱交換される前記原燃料が流れる原燃料流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、
   前記改質部を構成する前記四重の筒状壁、前記気化部を構成する前記四重の筒状壁、及び、前記熱交換部を構成する前記四重の筒状壁によって四重の金属製の管材が構成され、
   前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材は、上端部及び下端部がそれぞれ互いに拘束され、
   前記熱膨張差吸収部は、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材の少なくとも一つに形成されている、
   請求項１又は請求項２に記載の燃料電池モジュール。
4. 前記熱膨張差吸収部は、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材の少なくとも一つの上部に形成されている、
   請求項３に記載の燃料電池モジュール。
5. 前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材は、前記改質部、前記気化部、及び、前記熱交換部を有する本体部よりも上部の方が小径とされている、
   請求項４に記載の燃料電池モジュール。
6. 前記熱膨張差吸収部は、前記四重の管材のうち、内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材のいずれか二つにそれぞれ形成されている、
   請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
7. 前記改質流路には、オリフィスを有する仕切板が設けられ、
   前記仕切板は、前記改質流路を形成する一対の前記管材のうち一方の管材から延出し他方の管材に対して離間されている、
   請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
8. 前記熱膨張差吸収部は、前記気化部を構成する前記三重の筒状壁のうち少なくともいずれかの筒状壁から膨出すると共に、前記気化部の軸方向回りに螺旋状に形成され、前記気化部における前記燃焼排ガス流路及び前記気化流路の少なくとも一方を前記気化部の軸方向回りに螺旋状に形成するコルゲート部を有する、
   請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
9. 前記気化部の上方には、前記気化部と同軸上に熱交換部が設けられ、
   前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記気化流路と連通し前記燃焼排ガスとの間で熱交換される前記原燃料が流れる原燃料流路を有し、
   前記熱膨張差吸収部は、前記熱交換部を構成する前記三重の筒状壁のうち少なくともいずれかの筒状壁から膨出すると共に、前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成され、前記熱交換部における前記燃焼排ガス流路及び前記原燃料流路の少なくとも一方を前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成するコルゲート部を有する、
   請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
10. 前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該四重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記気化流路と連通し前記燃焼排ガスとの間で熱交換される前記原燃料が流れる原燃料流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有し、
    前記熱膨張差吸収部は、前記熱交換部を構成する前記四重の筒状壁のうち少なくともいずれかの筒状壁から膨出すると共に、前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成され、前記熱交換部における前記燃焼排ガス流路、前記原燃料流路、及び、前記酸化剤ガス流路の少なくともいずれかを前記熱交換部の軸方向回りに螺旋状に形成するコルゲート部を有する、
    請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
11. 前記燃料電池セルスタックの周囲に設けられると共に、互いの間に隙間を有する三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁の内側から外側へ順に、前記燃料電池セルスタックが収容された収容室、前記改質流路と連通する燃料ガス供給流路、及び、前記燃料電池セルスタックの排熱で予熱される前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス予熱流路を有する予熱部をさらに備え、
    前記予熱部を構成する前記三重の筒状壁は、前記四重の管材のうち内側から二番目、三番目、及び、四番目の管材の下部によって構成されている、
    請求項３〜請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
12. ブロック状に形成されて前記燃料電池セルスタックが載置されると共に、前記予熱部を構成する前記三重の筒状壁の下端部に固定され、且つ、前記燃料ガス供給流路と前記燃料電池セルスタックの燃料ガス取入口とを連通する燃料ガス導入孔と、前記酸化剤ガス予熱流路と前記燃料電池セルスタックの酸化剤ガス取入口とを連通する酸化剤ガス導入孔とを有するベース部材をさらに備える、
    請求項１１に記載の燃料電池モジュール。
13. 前記ベース部材は、前記燃料電池セルスタックから延びる電力導線が挿通された導線挿通孔を有する、
    請求項１２に記載の燃料電池モジュール。
14. 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、
    前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを上方に排出する燃焼部と、
    前記燃焼部の上方に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路を有する改質部と、
    前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁の内側から外側へ順に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路を有する気化部と、
    を備える燃料電池モジュール。
15. 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、
    前記燃料電池セルスタックの上方に設けられ、前記燃料電池セルスタックから排出されたスタック排ガスを燃焼し、燃焼排ガスを上方に排出する燃焼部と、
    前記燃焼部の上方に設けられると共に、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該四重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記燃焼排ガスの熱を利用して原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有する改質部と、
    前記改質部の上方に前記改質部と同軸上に設けられると共に、互いの間に隙間を有する四重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該四重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記改質部の前記燃焼排ガス流路と連通し前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、前記改質流路と連通し前記燃焼排ガスの気化熱により原燃料が気化されて前記原燃料ガスが生成される気化流路、及び、前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有する気化部と、
    前記燃料電池セルスタックの周囲に設けられると共に、互いの間に隙間を有する三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成され、且つ、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、前記燃料電池セルスタックが収容された収容室、前記改質流路と連通する燃料ガス供給流路、及び、前記酸化剤ガス流路と連通し前記燃料電池セルスタックの排熱で予熱される前記酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス予熱流路を有する予熱部と、
    ブロック状に形成されて前記燃料電池セルスタックが載置されると共に、前記予熱部を構成する前記三重の筒状壁の下端部に固定され、且つ、前記燃料ガス供給流路と前記燃料電池セルスタックの燃料ガス取入口とを連通する燃料ガス導入孔と、前記酸化剤ガス予熱流路と前記燃料電池セルスタックの酸化剤ガス取入口とを連通する酸化剤ガス導入孔と、前記燃料電池セルスタックから延びる電力導線が挿通された導線挿通孔とを有するベース部材と、
    を備える燃料電池モジュール。