JP2016207342A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト且つ経済的な構成で、放熱を抑制して断熱効率を良好に向上させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１２、改質器１４、蒸発器１６、排ガス燃焼器１８、起動用燃焼器２０及び空気予熱器２２が筐体２４内に収容される。筐体２４を構成するパネル２４ａは、空気予熱器２２に流入させる前の酸化剤ガスを流動させる内部空間３２を有する。筐体２４の内側には、顆粒状断熱材４２が充填される一方、前記筐体２４の外側は、ブロック状断熱材４４により覆われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する複数の燃料電池を設けた燃料電池スタックを備える燃料電池モジュールに関する。

通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いている。固体電解質の両側にアノード電極とカソード電極とを配設した電解質・電極接合体（ＭＥＡ）は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。

燃料電池スタックは、周辺機器（補機類）とともに筐体内に収容される場合がある。その際、ＳＯＦＣは、他の燃料電池に比べて運転温度が比較的高温である。このため、筐体内を高温に維持する必要があり、前記筐体内に断熱構造を設ける工夫が行われている。

例えば、特許文献１に開示されている断熱構造が知られている。この断熱構造では、ケーシングの内側に、炉外側から炉内側に向かって第１断熱材、第２断熱材及び第３断熱材が配置されている。

また、特許文献２に開示されている水素生成装置が知られている。この水素生成装置では、炭化水素を含んでいる原燃料を改質して、水素を主成分とする改質ガスを生成するための改質部を有する反応器を備えている。そして、反応器を内部に収容する外装容器と、前記反応器との間には、顆粒状断熱材が充填されている。

特開２００８−１６２６４号公報 特開２０１３−８２６０３号公報

上記の特許文献１では、それぞれブロック状断熱材である第１断熱材、第２断熱材及び第３断熱材が用いられている。しかしながら、燃料電池スタックや周辺機器は、複雑形状を有している場合が多く、これらの形状に沿って確実に断熱することができないおそれがある。このため、断熱効果が低下するとともに、周辺機器は、互いの熱の授受が行われ易く、想定外の熱不足や熱過剰が惹起するという問題がある。

また、上記の特許文献２では、外装容器と反応容器との間に、顆粒状断熱材が充填されているだけである。従って、外装容器からの放熱が発生し易くなり、断熱効果が低下するという問題がある。

本発明は、この種の問題を解決するものであり、コンパクト且つ経済的な構成で、放熱を抑制して断熱効率を良好に向上させることが可能な燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料電池スタック、改質器、蒸発器、排ガス燃焼器、起動用燃焼器及び空気予熱器を備え、これらが筐体内に収容されている。燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する複数の燃料電池を設けている。改質器は、炭化水素を主体とする原燃料を改質し、燃料電池スタックに供給される燃料ガスを生成している。

蒸発器は、水を蒸発させるとともに、水蒸気を改質器に供給している。排ガス燃焼器は、燃料電池スタックから排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させている。起動用燃焼器は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させている。空気予熱器は、燃焼ガス又は燃焼排ガスの少なくともいずれか一方との熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、燃料電池スタックに昇温された酸化剤ガスを供給している。

筐体は、複数枚のパネルにより構成されるとともに、少なくとも１枚のパネルは、空気予熱器に流入させる前の酸化剤ガスを流動させる内部空間を有している。そして、筐体の内側には、顆粒状断熱材が充填される一方、前記筐体の外側は、ブロック状断熱材により覆われている。

また、燃料電池スタックは、平板状の固体電解質型燃料電池が積層されるとともに、前記燃料電池スタックは、電力取り出し用の電極バーを備えていることが好ましい。少なくとも１枚のパネルには、電極バーを外部に露呈させるために、該電極バーを非接触状態で挿入させる貫通口が形成されていることが好ましい。貫通口を形成する貫通口内壁面と電極バーとの間には、該電極バーが前記貫通口に挿入された状態で、上下方向に隙間が形成されることが好ましい。

平板積層型のＳＯＦＣを備える燃料電池スタックは、運転時に高温となる際、上下方向の熱膨張が相当に大きくなっている。このため、燃料電池スタックから延出される電極バーは、上下に移動し易いが、前記電極バーは、該電極バーと貫通口内壁面との間に上下方向に形成された隙間を介して前記貫通口内壁面に接触することがない。従って、電極バーと筐体との接触による短絡等を可及的に抑制することができる。

さらに、この燃料電池モジュールでは、筐体の内部に、貫通口の内側に位置して配置される絶縁性プレートを備えることが好ましい。その際、絶縁性プレートは、電極バーが挿入されるプレート側貫通口を有するとともに、前記プレート側貫通口と前記電極バーとは、該電極バーの延出方向に移動可能に密着されることが好ましい。

筐体の内側には、顆粒状断熱材が充填されているため、絶縁性プレートは、前記顆粒状断熱材に押圧されてパネル内面に密着することができる。これにより、顆粒状断熱材がパネルの貫通口から筐体の外部に排出されることを確実に抑制することが可能になる。しかも、絶縁性プレートであるため、筐体との短絡を阻止することができる。その上、絶縁性プレートは、電極バーの延出方向に移動可能であり、該延出方向への熱膨張にも良好に対応することができる。

さらにまた、少なくとも１枚のパネルは、内部空間を形成する内側パネル部及び外側パネル部を備え、前記内側パネル部と前記外側パネル部とは、互いに密着して薄肉状の閉塞部が形成されることが好ましい。その際、閉塞部に貫通口が形成されている。電極バーが絶縁性プレートのプレート側貫通口に挿入された状態で、閉塞部の上下方向の寸法は、前記絶縁性プレートの上下方向の寸法よりも大きく設定されることが好ましい。

このため、燃料電池スタックが上下方向に熱膨張して電極バーが上下に移動する際、絶縁性プレートは、前記電極バーと一体に上下方向に移動することができる。

また、絶縁性プレートとブロック状断熱材との間には、閉塞部を覆って断熱材が設けられることが好ましい。閉塞部には、空気流路となる内部空間が存在しないため、前記閉塞部を覆って断熱材が設けられることにより、断熱効果を維持することが可能になる。

さらに、筐体内の上部には、燃料電池スタックが配設されるとともに、前記筐体内の下部には、改質器、蒸発器、排ガス燃焼器、起動用燃焼器及び空気予熱器が配設されることが好ましい。従って、下方の周辺機器からの熱が上方の燃料電池スタックに伝熱されるため、前記燃料電池スタックを高温に維持することができる。しかも、排気からの凝縮水が燃料電池スタックに流れることを抑制することが可能になる。

本発明によれば、筐体の内側には、顆粒状断熱材が充填されるとともに、前記筐体を構成する少なくとも１枚のパネルには、酸化剤ガスを流通させる内部空間が形成されている。さらに、筐体の外側は、ブロック状断熱材により覆われている。このため、燃料電池モジュールから筐体の外部への放熱を可及的に抑制することができ、熱効率の向上が容易に図られる。

しかも、顆粒状断熱材及び内部空間の断熱効果により、最外郭のブロック状断熱材の使用量を削減させることが可能になり、燃料電池モジュール全体のコンパクト化が容易に遂行される。その上、難加工性のブロック状断熱材は、筐体の外側に設けられるため、前記ブロック状断熱材の形状が簡素化されて加工コストの削減が容易に図られる。

さらに、顆粒状断熱材は、燃料電池モジュールの複雑形状に倣って確実に充填させることができる。従って、断熱効果が向上するとともに、周辺部品は、互いの熱の授受が抑制され、想定外の熱不足や熱過剰を抑制することができる。さらにまた、内部空間は、空気予熱器に流入させる前の酸化剤ガスを流動させるため、燃料電池モジュールの排熱により前記酸化剤ガスを昇温させることができ、熱効率の向上が図られる。

これにより、コンパクト且つ経済的な構成で、放熱を抑制して断熱効率を良好に向上させることが可能になる。

本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成説明図である。 前記燃料電池モジュールの概略斜視説明図である。 前記燃料電池モジュールの要部を拡大した断面斜視図である。 図３に示す前記燃料電池モジュールの要部の断面側面説明図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられる。燃料電池モジュール１０は、燃料電池スタック１２、改質器１４、蒸発器１６、排ガス燃焼器１８、起動用燃焼器２０及び空気予熱器２２を備え、これらが筐体２４内に収容される。

筐体２４内の上部には、燃料電池スタック１２が配設されるとともに、前記筐体２４内の下部には、改質器１４、蒸発器１６、排ガス燃焼器１８、起動用燃焼器２０及び空気予熱器２２が配設される。

燃料電池スタック１２は、燃料ガス（水素ガスにメタン、一酸化炭素が混合した気体）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する複数の燃料電池２６を設ける。燃料電池２６は、平板状の固体電解質型燃料電池であり、鉛直方向（矢印Ａ方向）又は水平方向（矢印Ｂ方向）に積層される。

燃料電池２６は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面に、カソード電極及びアノード電極が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を備える。電解質・電極接合体の両側には、カソードセパレータとアノードセパレータとが配設される。カソードセパレータには、カソード電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されるとともに、アノードセパレータには、アノード電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成される。

燃料電池スタック１２は、燃料電池２６の積層方向両端に電力取り出し用の電極バー２８ａ、２８ｂを備える。電極バー２８ａ、２８ｂは、燃料電池スタック１２の側部から外方（矢印Ｂ方向）に延出し、それぞれの先端が筐体２４の外部に露呈する。

改質器１４は、燃料電池スタック１２に隣接して略コ字状に配置されるとともに、前記改質器１４の内部には、排ガス燃焼器１８が配置される。改質器１４は、炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガスである１３Ａ）と水蒸気との混合ガスを改質（水蒸気改質）し、燃料電池スタック１２に供給される燃料ガスを生成する。

蒸発器１６は、水を蒸発させるとともに、生成された水蒸気を改質器１４に供給する。排ガス燃焼器１８は、燃料電池スタック１２から排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させる。

改質器１４には、燃料電池スタック１２とは反対側に隣接して起動用燃焼器２０及び空気予熱器２２が配置されるとともに、前記空気予熱器２２には、蒸発器１６が積層される。起動用燃焼器２０は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させる。空気予熱器２２は、燃焼ガス又は燃焼排ガスの少なくともいずれか一方との熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、燃料電池スタック１２に昇温された酸化剤ガスを供給する。

排ガス燃焼器１８には、第１グロープラグ（点火部材）３０ａが配置されるとともに、起動用燃焼器２０には、第２グロープラグ（点火部材）３０ｂが配置される。第１グロープラグ３０ａは、燃料排ガスと酸化剤排ガスとの混合ガスを点火させる。第２グロープラグ３０ｂは、原燃料と酸化剤ガスとの混合ガスを点火させる。

図１及び図２に示すように、筐体２４は、複数枚、例えば、６枚のパネル２４ａ〜２４ｆにより構成される。天板であるパネル２４ｆ以外のパネル２４ａ〜２４ｅは、空気予熱器２２に流入させる前の酸化剤ガスを流動させる内部空間３２を有する。パネル２４ａの上部には、内部空間３２に酸化剤ガス（空気）を供給する空気導入管３３が形成される。なお、内部空間３２は、筐体２４を構成する６面の中、１面以上に設けてもよい。

パネル２４ａ〜２４ｅは、内部空間３２を形成する内側パネル部３４ａ及び外側パネル部３４ｂを備える。パネル２４ａでは、内側パネル部３４ａと外側パネル部３４ｂとが互いに密着して、薄肉状の閉塞部３６ａ、３６ｂを形成する（図２参照）。

図２及び図３に示すように、閉塞部３６ａは、横長の略長方形状を有し、前記閉塞部３６ａには、横長の長方形状を有する貫通口３８ａが形成される。図３及び図４に示すように、電極バー２８ａは、貫通口３８ａに挿入されるとともに、前記貫通口３８ａを形成する貫通口内壁面３８ａｆには、前記電極バー２８ａが非接触状態で配置される。貫通口内壁面３８ａｆと電極バー２８ａとの間には、該電極バー２８ａが貫通口３８ａに挿入された状態で、上方向及び下方向にそれぞれ隙間Ｓ１、Ｓ２が形成される（図４参照）。

燃料電池スタック１２は、運転時に高温となる際、上下方向に熱膨張するため、該熱膨張により上下方向に移動する電極バー２８ａが貫通口内壁面３８ａｆに接触しないように、隙間Ｓ１、Ｓ２が設定される。

パネル２４ａの内方（筐体２４の内部）には、貫通口３８ａの内側に位置して絶縁性プレート、例えば、マイカプレート４０ａが配置される。マイカプレート４０ａは、横長の長方形状を有し、中央部には、電極バー２８ａが挿入される横長スリット状のプレート側貫通口４０ａｈを設ける。プレート側貫通口４０ａｈと電極バー２８ａとは、前記電極バー２８ａの延出方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に密着される。図４に示すように、電極バー２８ａがマイカプレート４０ａのプレート側貫通口４０ａｈに挿入された状態で、閉塞部３６ａの上下方向の寸法ｈ１は、マイカプレート４０ａの上下方向の寸法ｈ２よりも大きく設定される。

図１に示すように、筐体２４内には、周辺部品である改質器１４、蒸発器１６及び空気予熱器２２同士の熱の授受を抑制するために、顆粒状断熱材４２が充填される。筐体２４の外側は、ブロック状断熱材４４により覆われる。ブロック状断熱材４４は、温度域、放熱量及びコスト等の観点から設定され、例えば、樹脂断熱材、珪酸カルシウム断熱材又はヒュームシリカ系ナノ断熱材等が使用される。

図４に示すように、パネル２４ａでは、閉塞部３６ａを構成する内側パネル部３４ａ及び外側パネル部３４ｂに、それぞれガラステープ４６ａ、４６ｂが貼り付けられる。ブロック状断熱材４４には、ガラステープ４６ｃが貼り付けられる。ガラステープ４６ａ、４６ｂ及び４６ｃには、電極バー２８ａを挿入するスリットが形成される。マイカプレート４０ａとブロック状断熱材４４との間には、閉塞部３６ａを覆って断熱材、例えば、ウール４８が設けられる。ウール４８は、実質的に、電極バー２８ａの周囲の空間領域を埋めるように配置される。

なお、貫通口３８ｂ及び電極バー２８ｂ側は、上記の貫通口３８ａ及び電極バー２８ａ側と同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照数字にａに代えてｂを付し、その詳細な説明は省略する。

このように構成される燃料電池モジュール１０の動作について、以下に説明する。

燃料電池モジュール１０の起動時には、図１に示すように、空気導入管３３を介してパネル２４ａ内の内部空間３２に空気が導入され、前記空気は、空気予熱器２２に供給される。そして、起動用燃焼器２０の第２グロープラグ３０ｂがオンされる。

空気予熱器２２に供給された空気は、後述する起動用燃焼器２０からの燃焼ガスにより昇温された後、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス系流路を流通する。空気は、燃料電池スタック１２から排ガス燃焼器１８に送られ、さらに改質器１４を通って起動用燃焼器２０に供給される。

起動用燃焼器２０には、原燃料が供給される。具体的には、例えば、都市ガス（ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₄Ｈ₁₀を含む）等の原燃料が供給される。このため、起動用燃焼器２０には、空気と原燃料とが供給されるとともに、前記原燃料と前記空気との混合ガスは、第２グロープラグ３０ｂの作用下に着火される。従って、起動用燃焼器２０での燃焼が開始され、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、空気予熱器２２及び蒸発器１６に供給され、これらの機器の昇温が開始される。

空気予熱器２２では、起動用燃焼器２０から供給される燃焼ガスを熱源とし、空気が加熱昇温される。昇温された空気は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス系流路に供給され、前記燃料電池スタック１２を昇温させる。

次いで、改質器１４が水蒸気改質を行うことができる温度に昇温されると、蒸発器１６には、水が供給される。これにより、原燃料は、蒸発器１６で水蒸気と混合された状態で、改質器１４に供給される。このため、改質器１４では、原燃料が水蒸気改質され、Ｃ₂₊の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガスが得られる。改質ガスは、燃料電池スタック１２の燃料ガス系流路に供給される。

燃料電池スタック１２の酸化剤排ガス出口から排ガス燃焼器１８に比較的高温の空気が供給される。一方、燃料電池スタック１２の燃料排ガス出口から排ガス燃焼器１８に比較的高温の燃料ガスが供給される。高温の空気及び高温の燃料ガスは、改質器１４から起動用燃焼器２０に供給され、燃焼ガスが生成される。

燃料電池スタック１２は、昇温されており、この燃料電池スタック１２の温度が発電可能温度に至ると、前記燃料電池スタック１２の運転が開始される。燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池２６では、燃料ガスと空気との化学反応により発電が行われる。発電反応により燃料電池スタック１２から排出される燃料ガスである燃料排ガス及び前記燃料電池スタック１２から排出される酸化剤ガスである酸化剤排ガスは、排ガス燃焼器１８に導入される。

従って、排ガス燃焼器１８では、燃料排ガスと酸化剤排ガスとが混合されて燃焼され、燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスは、改質器１４、起動用燃焼器２０、空気予熱器２２及び蒸発器１６に供給され、これらの機器が昇温される。

この場合、本実施形態では、図１に示すように、筐体２４の内側には、顆粒状断熱材４２が充填されるとともに、前記筐体２４を構成するパネル２４ａ〜２４ｅには、酸化剤ガスを流通させる内部空間３２が形成されている。さらに、筐体２４の外側は、ブロック状断熱材４４により覆われている。このため、燃料電池モジュール１０から筐体２４の外部への放熱を可及的に抑制することができ、熱効率の向上が容易に図られる。

しかも、顆粒状断熱材４２及び内部空間３２の断熱効果により、最外郭のブロック状断熱材４４の使用量を削減させることが可能になり、燃料電池モジュール１０全体のコンパクト化が容易に遂行される。その上、難加工性のブロック状断熱材４４は、筐体２４の外側に設けられるため、前記ブロック状断熱材４４の形状が簡素化されて加工コストの削減が容易に図られる。

さらに、顆粒状断熱材４２は、燃料電池モジュール１０の各機器（周辺部品）の複雑形状に倣って確実に充填させることができる。従って、断熱効果が向上するとともに、各機器は、互いの熱の授受が抑制され、想定外の熱不足や熱過剰を抑制することができる。さらにまた、内部空間３２には、空気予熱器２２に流入させる前の酸化剤ガスを流動させるため、燃料電池モジュール１０の排熱により前記酸化剤ガスを昇温させることができ、熱効率の向上が図られる。

これにより、本実施形態では、燃料電池モジュール１０は、コンパクト且つ経済的な構成で、放熱を抑制して断熱効率を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。

また、燃料電池スタック１２は、平板状の固体電解質型燃料電池２６が積層されるとともに、前記燃料電池スタック１２は、電力取り出し用の電極バー２８ａ、２８ｂを備えている。そして、少なくとも１枚のパネル２４ａには、電極バー２８ａ、２８ｂを外部に露呈させるために、該電極バー２８ａ、２８ｂを非接触状態で挿入させる貫通口３８ａ、３８ｂが形成されている。

図３及び図４に示すように、貫通口３８ａ、３８ｂを形成する貫通口内壁面３８ａｆ、３８ｂｆと電極バー２８ａ、２８ｂとの間には、該電極バー２８ａ、２８ｂが前記貫通口３８ａ、３８ｂに挿入された状態で、上方向及び下方向にそれぞれ隙間Ｓ１、Ｓ２が形成されている。

平板積層型のＳＯＦＣ（燃料電池２６）を備える燃料電池スタック１２は、運転時に高温となる際、上下方向の熱膨張が相当に大きくなっている。このため、燃料電池スタック１２から延出される電極バー２８ａ、２８ｂは、上下に移動し易い。

ここで、電極バー２８ａ、２８ｂは、前記電極バー２８ａ、２８ｂと貫通口内壁面３８ａｆ、３８ｂｆとの間に上下方向に形成された隙間Ｓ１、Ｓ２を介し、前記貫通口内壁面３８ａｆ、３８ｂｆに接触することがない。従って、電極バー２８ａ、２８ｂと筐体２４との接触による短絡等を可及的に抑制することができる。

さらに、筐体２４の内部には、貫通口３８ａ、３８ｂの内側に位置してマイカプレート４０ａ、４０ｂが配置されている。その際、マイカプレート４０ａ、４０ｂは、電極バー２８ａ、２８ｂが挿入されるプレート側貫通口４０ａｈ、４０ｂｈを有している。そして、プレート側貫通口４０ａｈ、４０ｂｈと電極バー２８ａ、２８ｂとは、該電極バー２８ａ、２８ｂの延出方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に密着されている。

ここで、筐体２４の内側には、顆粒状断熱材４２が充填されているため、マイカプレート４０ａ、４０ｂは、前記顆粒状断熱材４２に押圧されて内側パネル部３４ａ（パネル内面）に密着することができる。これにより、顆粒状断熱材４２が貫通口３８ａ、３８ｂから筐体２４の外部に排出されることを確実に抑制することが可能になる。

しかも、マイカプレート４０ａ、４０ｂは、絶縁性プレートであるため、筐体２４との短絡を阻止することができる。その上、マイカプレート４０ａ、４０ｂは、電極バー２８ａ、２８ｂの延出方向（矢印Ｂ方向）に移動可能であり、該延出方向への熱膨張にも良好に対応することができる。

さらにまた、少なくとも１枚のパネル２４ａは、内部空間３２を形成する内側パネル部３４ａ及び外側パネル部３４ｂを備えている。そして、内側パネル部３４ａと外側パネル部３４ｂとは、互いに密着して薄肉状の閉塞部３６ａ、３６ｂが形成されている。その際、閉塞部３６ａ、３６ｂに貫通口３８ａ、３８ｂが形成されるとともに、前記閉塞部３６ａ、３６ｂの上下方向の寸法ｈ１は、マイカプレート４０ａの上下方向の寸法ｈ２よりも大きく設定されている（図４参照）。

このため、燃料電池スタック１２が上下方向に熱膨張して電極バー２８ａ、２８ｂが上下に移動する際、マイカプレート４０ａは、前記電極バー２８ａ、２８ｂと一体に上下方向に移動することができる。

また、マイカプレート４０ａとブロック状断熱材４４との間には、閉塞部３６ａを覆って断熱材、例えば、ウール４８が設けられている。ウール４８は、実質的に、電極バー２８ａの周囲の空間領域を埋めるように配置されている。閉塞部３６ａ、３６ｂには、空気流路となる内部空間３２が存在しないため、前記閉塞部３６ａ、３６ｂを覆ってウール４８が設けられることにより、断熱効果を維持することが可能になる。

さらに、筐体２４内の上部には、燃料電池スタック１２が配設されるとともに、前記筐体２４内の下部には、改質器１４、蒸発器１６、排ガス燃焼器１８、起動用燃焼器２０及び空気予熱器２２が配設されている。従って、下方の各機器からの熱が上方の燃料電池スタック１２に伝熱されるため、前記燃料電池スタック１２を高温に維持することができる。しかも、排気からの凝縮水が燃料電池スタック１２に流れることを抑制することが可能になる。

１０…燃料電池モジュール １２…燃料電池スタック
１４…改質器 １６…蒸発器
１８…排ガス燃焼器 ２０…起動用燃焼器
２２…空気予熱器 ２４…筐体
２４ａ〜２４ｆ…パネル ２６…燃料電池
２８ａ、２８ｂ…電極バー ３２…内部空間
３４ａ…内側パネル部 ３４ｂ…外側パネル部
３６ａ、３６ｂ…閉塞部 ３８ａ…貫通口
４０ａ…マイカプレート ４０ａｈ…プレート側貫通口
４２…顆粒状断熱材 ４４…ブロック状断熱材
４８…ウール

Claims (6)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する複数の燃料電池を設けた燃料電池スタックと、
   炭化水素を主体とする原燃料を改質し、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスを生成する改質器と、
   水を蒸発させるとともに、水蒸気を前記改質器に供給する蒸発器と、
   前記燃料電池スタックから排出される前記燃料ガスである燃料排ガスと前記酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させる排ガス燃焼器と、
   前記原燃料と前記酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させる起動用燃焼器と、
   前記燃焼ガス又は前記燃焼排ガスの少なくともいずれか一方との熱交換により前記酸化剤ガスを昇温させるとともに、前記燃料電池スタックに昇温された前記酸化剤ガスを供給する空気予熱器と、
   を備え、これらが筐体内に収容される燃料電池モジュールであって、
   前記筐体は、複数枚のパネルにより構成されるとともに、
   少なくとも１枚のパネルは、前記空気予熱器に流入させる前の前記酸化剤ガスを流動させる内部空間を有し、
   前記筐体の内側には、顆粒状断熱材が充填される一方、
   前記筐体の外側は、ブロック状断熱材により覆われることを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 請求項１記載の燃料電池モジュールにおいて、前記燃料電池スタックは、平板状の固体電解質型燃料電池が積層されるとともに、
   前記燃料電池スタックは、電力取り出し用の電極バーを備え、
   前記少なくとも１枚のパネルには、前記電極バーを外部に露呈させるために、該電極バーを非接触状態で挿入させる貫通口が形成され、
   前記貫通口を形成する貫通口内壁面と前記電極バーとの間には、該電極バーが前記貫通口に挿入された状態で、上下方向に隙間が形成されることを特徴とする燃料電池モジュール。
3. 請求項２記載の燃料電池モジュールにおいて、前記筐体の内部に、前記貫通口の内側に位置して配置される絶縁性プレートを備え、
   前記絶縁性プレートは、前記電極バーが挿入されるプレート側貫通口を有するとともに、
   前記プレート側貫通口と前記電極バーとは、該電極バーの延出方向に移動可能に密着されることを特徴とする燃料電池モジュール。
4. 請求項３記載の燃料電池モジュールにおいて、前記少なくとも１枚のパネルは、前記内部空間を形成する内側パネル部及び外側パネル部を備え、
   前記内側パネル部と前記外側パネル部とは、互いに密着して薄肉状の閉塞部が形成され、
   前記閉塞部に前記貫通口が形成されるとともに、
   前記電極バーが前記絶縁性プレートの前記プレート側貫通口に挿入された状態で、前記閉塞部の上下方向の寸法は、前記絶縁性プレートの上下方向の寸法よりも大きく設定されることを特徴とする燃料電池モジュール。
5. 請求項４記載の燃料電池モジュールにおいて、前記絶縁性プレートと前記ブロック状断熱材との間には、前記閉塞部を覆って断熱材が設けられることを特徴とする燃料電池モジュール。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記筐体内の上部には、前記燃料電池スタックが配設されるとともに、
   前記筐体内の下部には、前記改質器、前記蒸発器、前記排ガス燃焼器、前記起動用燃焼器及び前記空気予熱器が配設されることを特徴とする燃料電池モジュール。

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