JP2017188189A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】構成がシンプルで、放熱を抑制することができる燃料電池モジュールを提供すること。【解決手段】燃料電池モジュール１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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３を載置したベースプレート４と、を備えている。ベースプレート４には、ベースプレート４の一方側のセル積層面４ａからベースプレート４の他方側の周辺機器配置面４ｂに連通する流路５が形成されている。流路５は、ベースプレート４の他方側の周辺機器配置面４ｂに形成されたベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅと、ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅを覆う蓋用プレート７と、を備えている。【選択図】図３

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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の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。

平板積層型の燃料電池スタックは、所望の発電性能を得るために、平面で構成された電極部全体に所望の荷重が均一に印加されるように構成されていることが好ましい。

また、燃料電池スタックは、一定以上の変形が生じると、燃料電池スタックの構成部品の損傷や、アノードガス、カソードガスのリーク等が発生するため、一定以上の平滑性が要求される。そのため、平板積層型の燃料電池スタックは、積層方向の両端にプレート（プレート部材、エンドプレート）を配置して、そのプレートによって挟持された状態に配置されている（例えば、特許文献１，２参照）。燃料電池スタックの両端のプレートは、複数のセルを主とした関連部品に所望の荷重が印加されるように配置されると共に、一定以上の変形が発生しないように、均一な荷重分布と、荷重による変形と、が抑制されるように組み立てられている。

また、燃料電池スタックが固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）として機能するためには、アノードガスとカソードガスを供給する必要がある。さらに、それらのガスは、燃料電池スタックで利用された後、燃料電池スタックから排出される排ガスとなり、ＦＣ周辺機器（ＢＯＰ：Balance of plant）の排ガス燃焼室に導入されて、発電用の熱源となる。

また、特許文献１，２に記載されている燃料電池モジュールでは、ＦＣ周辺機器（以下「周辺機器」という）と燃料電池スタックとの間を流動する流体が、各々独立して流れる配管が配置されている。

特開２０１２−１８２０３２号公報 特開２０１０−１００７３号公報

しかし、特許文献１，２に記載されている燃料電池モジュールおいて、周辺機器と燃料電池スタック間に配置されている配管は、配置が複雑で、径が大きいので、放熱の原因となり、発電効率が低いという問題点があった。
このため、周辺機器と燃料電池スタック間に配置されている配管は、シンプルで、小型であると共に、放熱し難い構造であることが好ましい。

また、良好な発電効率（性能）を得るためには、各部の放熱を抑制すると共に、例えば、排ガス燃焼で発生した熱が、有効に燃料電池スタックに伝わることが好ましい。

本発明は、このような問題点を解決するものであり、構成がシンプルで、放熱を抑制することが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。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る燃料電池モジュールは、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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記ベースプレートには、当該ベースプレートの一方側のセル積層面から前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路が形成され、前記流路は、前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に形成されたベース流路溝と、前記ベース流路溝を覆う蓋用プレートと、を備えて構成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、燃料電池モジュールは、ベース流路溝が形成されたベースプレートに、蓋用プレートを装着することによって、流路を形成したベースプレートアッシとしている。流路は、ベースプレートの周辺機器配置面に形成されたベース流路溝と、ベース流路溝を覆う蓋用プレートと、で形成されていることによって、一方のベースプレートのみを加工すれば、流路を形成することができるので、部品点数及び加工工数が少なく、シンプルで廉価に形成することができる。
また、流路は、ベース流路溝の深さが比較的深い場合であっても、ベース流路溝を蓋用プレートで覆って流路を形成していることによって、ベースプレートを最小肉厚に抑えることができる。このため、燃料電池モジュールは、ベースプレートが小型・軽量でシンプルでありながらも、変形し難く、ヒートマスも小さく抑えられ、また、流路が昇温し易く、放熱も抑制されるので、起動や発電性能を良好にすることが可能である。

また、本発明に係る燃料電池モジュールは、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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記ベースプレートは、一方側にセル積層面を有する上側ベースプレートと、前記上側ベースプレートの他方側にガスケットを介して配置された下側ベースプレートと、前記セル積層面から前記ガスケットを介して前記下側ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路と、を有し、前記流路は、前記上側ベースプレートの他方側に形成された上ベース流路溝と、前記ガスケットに形成されて前記上ベース流路溝に合致するように配置されたガスケット流路溝と、前記下側ベースプレートに形成されて前記上ベース流路溝を下側から覆うように配置された下ベース流路溝と、を備えて構成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、ベースプレートは、上側ベースプレートの上ベース流路溝と、上側ベースプレートの他方側にガスケットのガスケット流路溝を介して配置された下側ベースプレートの下ベース流路溝と、を合わせることによって形成された流路を有していることで、流路の放熱性を抑制することができる。このため、上側ベースプレートの上ベース流路溝と、下側ベースプレートの下ベース流路溝とは、エンドミル等による加工が可能であり、設計の自由度が高く、構成がシンプルである。

また、本発明に係る燃料電池モジュールは、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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記ベースプレートの内部には、穴からなる流路が一体形成され、前記流路は、前記ベースプレートの一方側のセル積層面における中央部寄りの位置から前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面における中央部寄りの位置に連通して形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、ベースプレートの内部には、穴からなる流路が一体形成されていることによって、配管をベースプレートに内設することを不要にすることができる。このため、ベースプレートは、配管による構造と比較して、部品点数及び組付工数が少なく、構造がシンプルで、コスト及び放熱を抑えることができる。
また、流路は、ベースプレートの一方側のセル積層面における中央部寄りの位置からベースプレートの他方側の周辺機器配置面における中央部寄りの位置に連通して形成されているので、燃料電池スタック構造や、ベースプレートの剛性に影響が小さい部位に配置することができる。

また、前記セル積層面は、平滑な面で形成され、前記蓋用プレートは、周辺機器に接合する接続部を有していることが好ましい。

かかる構成によれば、セル積層面は、デバイスが配置されていない平滑な面で形成されていることによって、荷重分布や、荷重による変形に対し好適にすることができるため、燃料電池スタックの積層構造の安定性を向上させることができる。また、ベースプレートは、蓋用プレートに周辺機器に接合する接続部を設けたことによって、セル積層面とは逆の面に溶接を集中させることができるため、セル積層面の平面研削加工が可能となる。

また、前記蓋用プレートは、前記ベース流路溝を覆うベース側シール用プレートと、周辺機器に接続される周辺機器側シール用プレートと、前記ベース側シール用プレートと前記周辺機器側シール用プレートとの間に介在された中間シール用プレートと、を備え、前記中間シール用プレートの外周部は、前記ベース側シール用プレートの外周部と、前記周辺機器側シール用プレートの外周部と、の内側に配置されていることが好ましい。

かかる構成によれば、中間シール用プレートの外周部は、ベース側シール用プレートの外周部と、周辺機器側シール用プレートの外周部と、の内側に配置していることによって、蓋用プレートの外周部と、周辺機器の接続部の外周部が、中間シール用プレートの外周の外周部内に入るように配置することができる。このため、各溶接部にそれぞれ溶接したときの熱を与えることがないので、接合状態を安定化させることができる。

また、前記周辺機器側シール用プレートの前記ベースプレート側に接続される接続部の近傍には、縦断面視して波状に形成された応力緩和機構が配置されていることが好ましい。

かかる構成によれば、周辺機器側シール用プレートとベースプレートとが接続される接続部の近傍は、縦断面視して波状に形成された応力緩和機構が配置されていることによって、異なる熱源からの熱応力による変位を吸収できるため、変形による損傷を回避することができる。

また、前記ベースプレートは、前記燃料電池スタックと、排ガス燃焼室と、の近傍に配置され、前記流路は、前記ベースプレートの内部に設けられて、排ガス流路の一部を構成していることが好ましい。

かかる構成によれば、排ガス流路等の流路は、ベースプレートの内部に設けられていることによって、配管等を無くして、流路を集約してスタックと燃焼室を近くに配置することができる。このため、排ガスが燃焼熱を積極的に享受できるように配置することができるので、安定した排ガス燃焼を行えるようにすることができる。
また、アノードガス、カソードガスも同様に、排ガス燃焼熱を享受できるため、より良好に昇温された両ガスを燃料電池スタックに導入させることができる。

また、前記ベースプレートは、前記燃料電池スタックと、排ガス燃焼室との間に隣接して配置され、前記流路は、前記ベースプレートの内部に設けられて、排ガス流路の一部を構成していることが好ましい。

かかる構成によれば、ベースプレートは、燃料電池スタックと、排ガス燃焼室との間に隣接して配置され、流路が、ベースプレートの内部に設けられて排ガス流路の一部を構成していることで、流路を構成する接続部をコンパクト化することができる。このため、接続部からの放熱を抑制して、放熱効率の向上と、排ガスの燃焼の安定化を図ることができる。

また、前記燃料電池スタックと排ガス燃焼室とは、互いに近傍位置に配置し、前記ベースプレートには、排気と接する面が形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、燃料電池スタックと排ガス燃焼室とは、互いに近傍位置に配置し、ベースプレートに排気と接する面が形成されていることで、燃料電池スタックが燃焼熱を受熱し易くなるので、良好な発電性能を得ることができる。

また、前記ベースプレートは、外周部から中央部に寄った位置に排ガス流路が形成され、前記排ガス流路の一部は、前記ベースプレートに内蔵されていることが好ましい。

かかる構成によれば、ベースプレートは、外周部から中央部に寄った位置に排ガス流路が形成され、排ガス流路の一部がベースプレートに内蔵されていることで、燃料電池スタックの構造や、ベースプレートの剛性に影響の小さい部位に配置することができる。このため、配管用の接続ボス等や、接続用の別体部品を極力廃止することが可能となることにより、燃料電池スタックや、周辺機器周りの重量を低減することで、ヒートマスが小さくなるため、起動性を向上させることができる。

本発明に係る燃料電池モジュールは、構成がシンプルで、放熱を抑制することができる。

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。 図１のＡ部拡大図である。 ベースプレートの構造を示す要部分解概略斜視図である。 周辺機器側シール用プレートを示す縦断面図である。 ベースプレートに接合される蓋用プレートの溶接順序を示す工程図であり、（ａ）はベースプレートの底面図、（ｂ）はベースプレートにベース側シール用プレートを溶接した状態を示す工程図、（ｃ）はベース側シール用プレートに中間シール用プレートを溶接した状態を示す工程図、（ｄ）は中間シール用プレートに周辺機器側シール用プレートを溶接した状態を示す工程図である。 燃料電池モジュールを示す要部概略斜視図である。 燃料電池モジュールにおける周辺機器側シール用プレート及び周辺機器の温度解析を示す図であり、（ａ）は要部概略斜視図、（ｂ）は要部概略平面図である。 燃料電池モジュールにおける周辺機器側シール用プレート及び周辺機器の熱応力解析を示す要部概略平面図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの第１変形例を示す要部分解概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの第２変形例を示す要部分解概略斜視図である。

以下、図１〜図８に基づき本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの一例を説明する。
便宜上、図１に示す燃料電池スタック３が配置されている側を「上側」、蒸発器８４が配置されている側を「下側」として適宜説明する。

＜燃料電池モジュール＞
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１は、例えば、定置用として用いられる。燃料電池モジュール１には、原燃料（例えば、都市ガス）を供給する不図示の原燃料供給装置（原燃料ポンプを含む）と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（空気ポンプを含む）と、が接続されている。燃料電池モジュール１は、固体酸化物形燃料電池モジュールである。このため、特にＳＯＦＣ等の高温型燃料電池に最適である。

燃料電池モジュール１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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３を載置したベースプレート４と、改質器８２、熱交換器８３（ＨＥＸ）、蒸発器８４（ＥＶＰ）、排ガス燃焼器８１、及び、スタック用加熱器等からなる周辺機器８と、燃料電池スタック３及び周辺機器８を覆うケーシング２と、を備えている。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック３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平板状の固体酸化物形燃料電池を備えている。複数の燃料電池は、鉛直方向に積層されると共に、燃料電池積層方向（以下、単に積層方向という）両端には、ベースプレート４、及び、エンドプレート６が配置されている。なお、本実施形態では、燃料電池モジュール１を鉛直方向に積層しているが、特に限られることなく、水平方向に積層してよい。

不図示の燃料電池は、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）を備えている。なお、燃料電池としては、従来より使用されている種々のＳＯＦＣを用いることができる。

燃料電池スタック３の積層方向一端側（ベースプレート４側）には、改質器８２、熱交換器８３、蒸発器８４及び排ガス燃焼器８１からなる周辺機器８が配置されている。燃料電池スタック３の積層方向他端側（エンドプレート６側）には、不図示のスタック用加熱器が配置されている。

燃料電池スタック３には、燃料電池スタック３から排出される酸化剤排ガスを排ガス燃焼器８１に導入させる酸化剤排ガス通路５１が、ベースプレート４に形成された流路５（図３参照）を介して連通している。また、燃料電池スタック３には、燃料電池スタック３から排出される燃料排ガスを排ガス燃焼器８１に導入させる燃料排ガス通路５２が、ベースプレート４に形成された流路５（図３参照）を介して連通している。

燃料電池スタック３では、ベースプレート４と、エンドプレート６との間が複数本の締結具３１により固定され、積層方向に所望の締め付け荷重が付与される。ベースプレート４には、筐体１１、熱交換器８３及び蒸発器８４が、順次下方に向かって積層されて一体に固定される。

＜筐体＞
図１に示すように、筐体１１は、矩形状を有し、外形寸法がベースプレート４の外形寸法と略同一又は同一以下の近似した外形寸法に設定される。筐体１１の上面及び排ガス燃焼器８１の上面には、酸化剤排ガス通路５１に連通する不図示の酸化剤排ガス窓部と、燃料排ガス通路５２に連通する不図示の燃料排ガス窓部と、が一体に形成されている。

筐体１１内には、略中央に排ガス燃焼器８１が配置される。排ガス燃焼器８１は、矩形状を有し、必要に応じてヒータ（図示せず）が配置される。筐体１１内には、排ガス燃焼器８１を囲繞して改質器８２が配置される。

＜ベースプレート＞
図３に示すように、ベースプレート４は、燃料電池スタック３のセル積層部の下面に配置される平板状の金属製板部材によって形成されている。ベースプレート４は、燃料電池スタック３と、排ガス燃焼室８１ａと、の近傍に配置されている（図２参照）。ベースプレート４には、このベースプレート４の一方側のセル積層面４ａからベースプレート４の他方側の周辺機器配置面４ｂに連通する流路５が形成されている。

換言すると、ベースプレート４には、貫通孔４ｆ，４ｇ，４ｈと、流路５の一部を形成するベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅと、ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅを閉塞するベース側シール用プレート７１と、酸化剤排ガス通路５１と、燃料排ガス通路５２（図１参照）と、燃料ガス通路５３と、酸化剤ガス供給路５４と、からなる流路５が設けられている。

つまり、ベースプレート４には、排気と接する面が形成されている。このように、ベースプレート４は、外周部から中央部に寄った位置に排ガス流路が形成されて、排ガス流路の一部が、ベースプレート４に内蔵されている。

図２に示すように、ベースプレート４は、燃料電池スタック３と、排ガス燃焼室８１ａとの間に隣接して配置されている。換言すると、燃料電池スタック３と排ガス燃焼室８１ａとは、ベースプレート４を介して互いに近傍位置に配置されている。

セル積層面４ａは、燃料電池スタック３が載置されるベースプレート４の上側の面であり、デバイスが配置されていない平滑な面で形成されている。
周辺機器配置面４ｂは、蓋用プレート７及び周辺機器８が配置されるベースプレート４の下側の面であり、図３に示すように、複数の流路５のベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅが形成されている。

ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅは、ベースプレート４において、複数の管路状の流路５の上側半体を形成する凹状の横溝であり、ベースプレート４の下側の周辺機器配置面４ｂに露出した状態に形成されている。ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅの下側開口部は、前記ベース側シール用プレート７１によって閉塞されて、流路５の横方向に延設された管路形状部位を形成している。

ベース流路溝４ｃは、ベースプレート４において、外周部側端部に上側の燃料電池スタック３に向けて形成された貫通孔４ｆが連続形成され、中央部側端部に下側の改質器８２に連通する配管状の燃料ガス通路５３（図１参照）が接合されている。
ベース流路溝４ｄは、ベースプレート４において、外周部側端部に上側の燃料電池スタック３に向けて形成された貫通孔４ｆが連続形成され、中央部側端部に下側の熱交換器８３（図１参照）に連通する配管状の酸化剤ガス供給路５４が接合されている。
ベース流路溝４ｅは、ベースプレート４において、外周部側端部に上側の燃料電池スタック３に向けて形成された貫通孔４ｈが連続形成されている。
貫通孔４ｆ，４ｇ，４ｈは、ベースプレート４のセル積層面４ａから周辺機器配置面４ｂに向いて上下方向に穿設された縦穴である。

＜流路＞
流路５は、燃料電池スタック３からベースプレート４を介して、排ガス燃焼器８１等の周辺機器８に配置されて排ガス等を送るためのものである。流路５は、ベースプレート４の他方側（下側）の周辺機器配置面４ｂに形成された前記ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅと、ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅの一端部に形成された貫通孔４ｆ，４ｇ，４ｈと、ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅを覆う蓋用プレート７と、ベースプレート４から突出した状態に接合された酸化剤排ガス通路５１、燃料排ガス通路５２、燃料ガス通路５３及び酸化剤ガス供給路５４と、を備えて構成されている。流路５は、ベースプレート４の内部に設けられて、排ガス流路の一部を構成している。

＜蓋用プレート＞
図３に示すように、蓋用プレート７は、ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅを覆うベース側シール用プレート７１と、周辺機器８に接続される周辺機器側シール用プレート７３と、ベース側シール用プレート７１と周辺機器側シール用プレート７３との間に介在された中間シール用プレート７２と、の３枚のシール用板金を備えて構成されている。蓋用プレート７は、周辺機器８に接合するための接続部７ａを有している。

＜ベース側シール用プレート＞
ベース側シール用プレート７１は、ベースプレート４の周辺機器配置面４ｂを略全体を覆う薄い平板状の板材からなる。ベース側シール用プレート７１には、酸化剤排ガス通路５１と、燃料ガス通路５３と、酸化剤ガス供給路５４と、がそれぞれ挿通される挿通孔７１ａが形成されている。

＜中間シール用プレート＞
中間シール用プレート７２は、平面視して略矩形の開口部７２ａを有する環状板部材からなる。中間シール用プレート７２は、ベース側シール用プレート７１と、周辺機器側シール用プレート７３と、の間に配置されている。

＜周辺機器側シール用プレート＞
図３及び図４に示すように、周辺機器側シール用プレート７３は、平面視して略矩形の開口部７３ａを有する環状板部材からなる。

＜接続部及び応力緩和機構＞
図２に示すように、接続部７ａは、周辺機器側シール用プレート７３のベースプレート４側（中間シール用プレート７２）に接合されて接続される部位である。接続部７ａの近傍には、縦断面視して波状に形成された応力緩和機構７ｂが配置されている。
図４に示すように、応力緩和機構７ｂは、蓋用プレート７にかかる応力を緩和するための部位である。応力緩和機構７ｂは、周辺機器側シール用プレート７３の開口部７３ａの周縁部全体に、縦断面視して複数の凹凸状に形成されている。

≪燃料電池モジュールの作用≫
次に、図５〜図８を主に参照しながら本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１の作用を説明する。

図３及び図５（ａ）に示すように、ベースプレート４の下側の周辺機器配置面４ｂには、ベース流路溝４ｃ，４ｄ，４ｅと、貫通孔４ｆ，４ｇ，４ｈと、酸化剤排ガス通路５１（排ガス流路）と、燃料排ガス通路５２（排ガス流路）と、燃料ガス通路５３と、酸化剤ガス供給路５４と、が露出した開放状態に配置されている。

このベースプレート４を組み立てる場合は、まず、図５（ｂ）に示すように、ベース側シール用プレート７１の２つの挿通孔７１ａを燃料ガス通路５３及び酸化剤ガス供給路５４に嵌めると共に、１つの挿通孔７１ａをベース流路溝４ｅ上に配置するようにして、ベースプレート４の周辺機器配置面４ｂに当接させる。続いて、レーザー溶接等によって接合する。ベース側シール用プレート７１の周縁部とベースプレート４とをレーザー溶接すると共に、挿通孔７１ａの周縁部と、燃料ガス通路５３及び酸化剤ガス供給路５４と、をレーザー溶接等で接合する。

次に、図５（ｃ）に示すように、そのベース側シール用プレート７１の下面に中間シール用プレート７２に当接させて、ベース側シール用プレート７１と、中間シール用プレート７２の外周とをレーザー溶接等で接合する。

続いて、図５（ｄ）に示すように、その中間シール用プレート７２の下側に周辺機器側シール用プレート７３を当接させた状態に配置する。次に、燃料電池スタック３への熱影響を低減するために、中間シール用プレート７２の開口部７２ａの縁と、周辺機器側シール用プレート７３の開口部７３ａの縁と、をティグ溶接等で接合する。

このようにして、燃料電池モジュール１のベースプレート４を完成することができる。図６に示すように、周辺機器側シール用プレート７３は、燃料電池スタック３の下側のベースプレート４と、筐体１１との接合箇所に配置されている。

図７は、燃料電池モジュール１における周辺機器側シール用プレート及び周辺機器の温度解析を示す図であり、（ａ）は要部概略斜視図、（ｂ）は要部概略平面図である。
ベースプレート４と筐体１１との接合箇所に蓋用プレート７の周辺機器側シール用プレート７３等を有していることによって、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動時に、特に、高温になる箇所は、環状の応力緩和機構７ｂ（図７（ａ）、（ｂ）中の黒色で塗布した箇所）が有る箇所のみに抑制することができる。

図８は、燃料電池モジュール１における周辺機器側シール用プレート及び周辺機器の熱応力解析を示す要部概略平面図である。
また、周辺機器側シール用プレート７３及び周辺機器８の熱応力解析を調べたところ、図８に示すように、周辺機器側シール用プレート７３に二重の環状に形成された応力緩和機構７ｂがあることによって、応力緩和機構７ｂコーナー部７ｃで応力を抑制することができるため、首部状に上方向に突出形成された開口部７３ａの応力閾値に対する比率を低減させることが確認できた。

［第１変形例］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。なお、以下の変形例において、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。
図９は、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１の第１変形例を示す要部分解概略斜視図である。

図９に示すように、第１変形例のベースプレート４Ａは、一方側にセル積層面４１Ａａを有する上側ベースプレート４１Ａと、上側ベースプレート４１Ａの他方側にガスケット４３Ａを介して配置された下側ベースプレート４２Ａと、セル積層面４１ａからガスケット４３Ａを介して下側ベースプレート４２Ａの他方側の周辺機器配置面４２Ａｂに連通する流路５Ａと、を有している。

流路５Ａは、上側ベースプレート４１Ａの他方側に形成された上ベース流路溝４１Ａｃと、ガスケット４３Ａに形成されて上ベース流路溝４１Ａｃに合致するように配置されたガスケット流路溝４３Ａｃと、下側ベースプレート４２Ａに形成されて上ベース流路溝４１Ａｃを下側から覆うように配置された下ベース流路溝４２Ａｃと、を備えて構成されている。

このように、ベースプレート４Ａは、上側ベースプレート４１Ａと、下側ベースプレート下側ベースプレート４２Ａと、ガスケット４３Ａとの３つの部材で形成してもよい。

［第２変形例］
図１０は、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１の第２変形例を示す要部分解概略斜視図である。

図１０に示すように、第２変形例のベースプレート４Ｂは、ベースプレート４Ｂの内部には、穴からなる流路５Ｂを一体形成したものであってもよい。この場合、流路５Ｂは、ベースプレート４Ｂの一方側のセル積層面４Ｂａからベースプレート４Ｂの他方側の周辺機器配置面４Ｂｂに連通して形成されている。

このようにベースプレート４Ｂは、穴からなる流路５Ｂを一体形成したことにより、流路５Ｂがベースプレート４Ｂと兼備された状態に配置されている。このため、部品点数を削減して、小型でシンプルな構造にすることができるので、コスト及び放熱を抑えることができる。

［その他の変形例］
前記実施形態のベースプレート４の下面に設けられるベース側シール用プレート７１、中間シール用プレート７２、及び、周辺機器側シール用プレート７３は、接合されてあればよく、ティグ溶接やレーザー溶接等の溶接手段以外による接合や、ろう付けによる接合であってもよい。

１ 燃料電池モジュール
３ 燃料電池スタック
４，４Ａ，４Ｂ ベースプレート
４ａ，４Ｂａ セル積層面
４ｂ，４Ｂｂ 周辺機器配置面
４ｃ，４ｄ，４ｅ ベース流路溝
５，５Ａ，５Ｂ 流路
７ 蓋用プレート
７ａ 接続部
７ｂ 応力緩和機構
８ 周辺機器
４１Ａ 上側ベースプレート
４１ａ，４１Ａａ セル積層面
４１Ａｃ 上ベース流路溝
４２Ａ 下側ベースプレート
４２Ａｂ 周辺機器配置面
４２Ａｃ 下ベース流路溝
４３Ａ ガスケット
４３Ａｃ ガスケット流路溝
７１ ベース側シール用プレート
７２ 中間シール用プレート
７３ 周辺機器側シール用プレート
８１ａ 排ガス燃焼室

Claims (10)

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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、
   前記ベースプレートには、当該ベースプレートの一方側のセル積層面から前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路が形成され、
   前記流路は、前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に形成されたベース流路溝と、
   前記ベース流路溝を覆う蓋用プレートと、を備えて構成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、
   前記ベースプレートは、一方側にセル積層面を有する上側ベースプレートと、
   前記上側ベースプレートの他方側にガスケットを介して配置された下側ベースプレートと、
   前記セル積層面から前記ガスケットを介して前記下側ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路と、を有し、
   前記流路は、前記上側ベースプレートの他方側に形成された上ベース流路溝と、
   前記ガスケットに形成されて前記上ベース流路溝に合致するように配置されたガスケット流路溝と、
   前記下側ベースプレートに形成されて前記上ベース流路溝を下側から覆うように配置された下ベース流路溝と、を備えて構成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
3. 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平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、
   前記ベースプレートの内部には、穴からなる流路が一体形成され、
   前記流路は、前記ベースプレートの一方側のセル積層面における中央部寄りの位置から前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面における中央部寄りの位置に連通して形成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
4. 前記セル積層面は、平滑な面で形成され、
   前記蓋用プレートは、周辺機器に接合する接続部を有していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
5. 前記蓋用プレートは、前記ベース流路溝を覆うベース側シール用プレートと、
   周辺機器に接続される周辺機器側シール用プレートと、
   前記ベース側シール用プレートと前記周辺機器側シール用プレートとの間に介在された中間シール用プレートと、を備え、
   前記中間シール用プレートの外周部は、前記ベース側シール用プレートの外周部と、前記周辺機器側シール用プレートの外周部と、の内側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項４に記載の燃料電池モジュール。
6. 前記周辺機器側シール用プレートの前記ベースプレート側に接続される接続部の近傍には、縦断面視して波状に形成された応力緩和機構が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池モジュール。
7. 前記ベースプレートは、前記燃料電池スタックと、排ガス燃焼室と、の近傍に配置され、
   前記流路は、前記ベースプレートの内部に設けられて、排ガス流路の一部を構成していることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。
8. 前記ベースプレートは、前記燃料電池スタックと、排ガス燃焼室との間に隣接して配置され、
   前記流路は、前記ベースプレートの内部に設けられて、排ガス流路の一部を構成していることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。
9. 前記燃料電池スタックと排ガス燃焼室とは、互いに近傍位置に配置し、
   前記ベースプレートには、排気と接する面が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
10. 前記ベースプレートは、外周部から中央部に寄った位置に排ガス流路が形成され、
    前記排ガス流路の一部は、前記ベースプレートに内蔵されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。

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