JP2021086713A - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放射状に配置される複数のセル部材における内側部分と外側部分との温度分布を低減可能な燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】燃料電池モジュール１は、容器７０と、容器７０の内側に放射状に配置された複数のセルスタックＣＳと、を備える。容器７０のうち電池収容器７１には、セルスタックＣＳの内側部分と熱交換する第１流体が流れる第１温調流路２３０が形成されるとともに、セルスタックＣＳの外側部分と熱交換する第２流体が流れる第２温調流路２４０が形成されている。第１温調流路２３０を形成する内筒７２は、第２温調流路２４０を形成する外筒７３よりもセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さくなっている。そして、第１温調流路２３０には、第２温調流路２４０を流れる第２流体よりもセルスタックＣＳとの温度差が大きい第１流体が流れる。【選択図】図６

Description

本開示は、燃料電池モジュールに関する。

近年、次世代のエネルギ源として、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化剤ガスとを用いて電力を得ることが可能な燃料電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、円筒状容器の中央部に原燃料ガス通路を軸方向に延びるように設け、原燃料ガス通路の途中部分を円筒状に拡大して改質器として構成し、原燃料ガス通路の端部を円筒状に拡大してマニホールドとして構成した燃料電池モジュールが開示されている。この燃料電池モジュールは、改質器とマニホールドとの間の領域において、原燃料ガス通路を取り囲むように複数のセルが放射状に配置されている。

特許文献１では、セルを放射状に配置し、セルの両端に改質器およびマニホールドを配置することで、セルスタックの温度分布を均一にできると説明されている。これは、セルスタックの両端部における各セルの温度分布のことを説明していると思われる。

特開２０１１−１１３８２９号公報

しかしながら、特許文献１では、セルスタックの両端部における各セルの温度分布の均一化について検討されているだけで、セルの内側部分と外側部分との温度分布について何ら考慮されていない。セルの内側部分と外側部分との温度分布の拡大は、燃料電池の発電効率の低下や耐久性の低下を招く要因となる。なお、内側部分と外側部分との温度分布は、複数のセルが放射状に配置されている場合に限らず、複数のセルスタックが放射状に配置されている場合も同様に生ずる。

本開示は、放射状に配置される複数のセル部材の内側部分と外側部分との温度分布を低減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。

請求項１に記載の発明は、
燃料電池モジュールであって、
容器（７０）と、
容器の内側に放射状に配置された複数のセル部材（ＣＳ）と、を備え、
容器の内側には、複数のセル部材を放射状に配置したときのセル部材の内側部分と熱交換する第１流体が流れる第１流体流路（２３０）が形成されるとともに、複数のセル部材を放射状に配置したときのセル部材の外側部分と熱交換する第２流体が流れる第２流体流路（２４０）が形成され、
第１流体流路を形成する部位であってセル部材と熱交換する第１熱交換部位（７２）は、第２流体流路を形成する部位であってセル部材と熱交換する第２熱交換部位（７３）よりもセル部材との伝熱面積が小さくなっており、
第１流体流路には、第２流体流路を流れる第２流体よりもセル部材との温度差が大きい第１流体が流れる。

このように、第２流体流路に比べてセル部材との伝熱面積が小さい第１流体流路に、第２流体よりもセル部材との温度差が大きい第１流体を流すことで、セル部材の内側での対流による伝熱量とセル部材の外側での対流による伝熱量との差が小さくなる。これにより、セル部材の内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。

請求項４に記載の発明は、
燃料電池モジュールであって、
容器（７０）と、
容器の内側に放射状に配置された複数のセル部材（ＣＳ）と、を備え、
容器の内側には、複数のセル部材を放射状に配置したときのセル部材の内側部分と熱交換する第１流体が流れる第１流体流路（２３０）が形成されるとともに、複数のセル部材を放射状に配置したときのセル部材の外側部分と熱交換する第２流体が流れる第２流体流路（２４０）が形成され、
第１流体流路を形成する部位であってセル部材と熱交換する第１熱交換部位（７２）は、第２流体流路を形成する部位であってセル部材と熱交換する第２熱交換部位（７３）よりもセル部材との伝熱面積が小さくなっており、
第１流体流路には、第２流体流路を流れる第２流体よりも流速が大きい第１流体が流れる。

このように、第２流体流路に比べてセル部材との伝熱面積が小さい第１流体流路に、第２流体よりも流速が大きい第１流体を流すことで、第２流体流路の熱伝達率に比べて第１流体流路の熱伝達率が大きくなる。これによると、セル部材の内側部分での対流による伝熱量と外側部分での対流による伝熱量との差が小さくなり、セル部材の内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態に係る燃料電池モジュールを含む燃料電池システムの概略構成図である。 セル内部での電気化学反応を説明するための説明図である。 第１実施形態のセルスタックの模式的な斜視図である。 電池収容器の内側におけるセルスタックの配置形態を示す模式的な斜視図である。 電池収容器の内側におけるセルスタックの配置形態を示す模式的な平面図である。 第１実施形態に係るセルスタックが収容された電池収容器の模式的な断面図である。 第１電池温調器および第２電池温調器それぞれの伝熱部位を説明するための説明図である。 第１実施形態に係る燃料電池モジュールのセルスタックの周囲における空気の流れ方を説明するための説明図である。 第２実施形態に係るセルスタックが収容された電池収容器の模式的な断面図である。 第３実施形態に係るセルスタックが収容された電池収容器の模式的な断面図である。 第４実施形態に係るセルスタックが収容された電池収容器の模式的な断面図である。 第５実施形態に係るセルスタックが収容された電池収容器の模式的な断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。本実施形態では、図１に示すように、本開示の燃料電池モジュール１を固体酸化物型の燃料電池１０を備える燃料電池システムに適用した例について説明する。

燃料電池モジュール１は、燃料処理系統および電池系統を含み、これらを断熱材で覆うことで高温に保持するホットモジュールである。燃料電池モジュール１は、固体酸化物型の燃料電池１０、空気予熱器２２、水蒸発器４２、改質器３３、燃焼器６３、容器７０を含んで構成されている。

固体酸化物型の燃料電池１０は、一般的にＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cell の略）とも呼ばれ、作動温度が高温（例えば、５００℃〜１０００℃）となるものである。燃料電池１０は、燃料ガスおよび酸化剤ガス（本例では空気中の酸素）の電気化学反応により電気エネルギを出力する複数のセルＣを有している。

図２に示すように、セルＣは、電解質体ＥＬ、空気極（すなわち、カソード）ＣＡ、燃料極（すなわち、アノード）ＡＮを含んで構成されている。セルＣは、水素および一酸化炭素を燃料ガスとしている。この燃料ガスは、改質用原料である都市ガス（すなわち、メタンを主成分とするガス）を改質して生成される。なお、使用する改質用原料は、炭化水素系のガスであれば、都市ガス以外のガスが採用されていてもよい。

セルＣは、以下の反応式Ｆ１、Ｆ２に示す水素および酸素の電気化学反応により外部回路ＥＣに対して電気エネルギを出力する。

（燃料極）２Ｈ_２＋２Ｏ^２−→２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ …（Ｆ１）

（空気極）Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｏ^２− …（Ｆ２）
また、セルＣは、以下の反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素および酸素の電気化学反応により外部回路ＥＣに対して電気エネルギを出力する。

（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ^２−→２ＣＯ_２＋４ｅ⁻ …（Ｆ３）

（空気極）Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｏ^２− …（Ｆ４）
燃料電池１０は、所定数のセルＣを積層して構成されるセルスタックＣＳを複数備える。図３に示すように、セルスタックＣＳは、平板型のセルＣが所定の積層方向ＤＲｓｔに積層されている。セルスタックＣＳを構成する所定数のセルＣは、電気的に直列に接続されている。本実施形態では、セルスタックＣＳがセル部材に対応している。

セルスタックＣＳは、所定数のセルＣを一列に積層した積層体がホルダＨＣによって保持されている。ホルダＨＣは、所定数のセルＣの積層状態を維持する部材である。

セルスタックＣＳには、セルＣの積層方向ＤＲｓｔの端部に位置する積層端面ＥＦの一方に燃料ガスの導入口ＩＰＨ、酸化剤ガスの導入口ＩＰＯ、燃料ガスの導出口ＯＰＨ、酸化剤ガスの導出口ＯＰＯが形成されている。本実施形態では導入口ＩＰＨ、導入口ＩＰＯが燃料ガスおよび酸化剤ガスの取合口に対応している。

このように構成される燃料電池１０は、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、燃焼器６３等とともに断熱性を有する容器７０の内側に配置されている。容器７０の内側における燃料電池１０の配置形態については後述する。

図１に戻り、燃料電池１０には、空気の流通経路である空気経路２０が接続されている。空気経路２０は配管等によって構成される。空気経路２０には、燃料電池１０に空気を圧送する圧送ブロワ２１、燃料電池１０に供給する空気を加熱する空気予熱器２２、第１電池温調器２３、および第２電池温調器２４が設けられている。

圧送ブロワ２１は、大気中の空気を吸い込んで燃料電池１０に供給する酸化剤ポンプである。圧送ブロワ２１は、図示しない制御装置からの制御信号によって作動が制御される電動式のブロワで構成されている。

ここで、燃料電池システムの制御装置は、プロセッサ、メモリを含むマイクロコンピュータと、その周辺回路で構成されている。制御装置は、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い出力側に接続された各種制御機器の作動を制御する。

空気予熱器２２は、圧送ブロワ２１から圧送された空気を燃焼器６３で生成された燃焼ガスと熱交換させて加熱する熱交換器である。空気予熱器２２は、燃料電池１０に供給する空気と燃料ガスとの温度差を縮小して、燃料電池１０の発電効率の向上を図るために設けられている。

第１電池温調器２３は、空気予熱器２２を通過して昇温した空気を第１流体として燃料電池１０と熱交換させて燃料電池１０の温度を調整する熱交換器である。第１電池温調器２３は、発電に伴う自己発熱により昇温した燃料電池１０から吸熱する吸熱器としての機能を果たす。また、第１電池温調器２３は、燃料電池１０に供給する空気を燃料電池１０の熱によって加熱する予熱器としても機能する。具体的には、第１電池温調器２３は、燃料電池１０の周囲に配置されている。第１電池温調器２３は、第１流体としての空気が流れる第１温調流路２３０を有する。本実施形態の第１電池温調器２３は、後述する電池収容器７１と一体に構成されている。

第２電池温調器２４は、第１電池温調器２３を通過して昇温した空気を第２流体として燃料電池１０と熱交換させて燃料電池１０の温度を調整する熱交換器である。第２電池温調器２４は、発電に伴う自己発熱により昇温した燃料電池１０から吸熱する吸熱器としての機能を果たす。また、第２電池温調器２４は、燃料電池１０に供給する空気を燃料電池１０の熱によって加熱する予熱器としても機能する。具体的には、第２電池温調器２４は、燃料電池１０の周囲に配置されている。第２電池温調器２４は、第２流体としての空気が流れる第２温調流路２４０を有する。本実施形態の第２電池温調器２４は、後述する電池収容器７１と一体に構成されている。

また、燃料電池１０は、改質用原料や燃料ガスの流通経路である燃料経路３０が接続されている。燃料経路３０は配管等によって構成される。燃料経路３０には、上流側から順に、燃料ポンプ３１、脱硫器３２、改質器３３が設けられている。

燃料ポンプ３１は、燃料電池１０側に向けて改質用原料を供給するためのポンプである。燃料ポンプ３１は、制御装置からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。

脱硫器３２は、燃料ポンプ３１から供給される改質用原料に含まれる硫黄成分を除去するための装置である。なお、都市ガスには、付臭剤（具体的には硫黄成分）が含まれている。硫黄成分は触媒被毒物質であるため改質器３３よりも上流で除去する必要がある。

改質器３３は、燃料ポンプ３１から供給された改質用原料を、水蒸気を用いて改質して燃料ガスを生成するものである。改質器３３は、例えば、ロジウムやルテニウム等の貴金属を含む水蒸気改質触媒を含んで構成されている。

具体的には、改質器３３は、改質用原料および水蒸気を混合した混合ガスを燃焼ガスと熱交換させて加熱するとともに、以下の反応式Ｆ５に示す改質反応、および反応式Ｆ６に示すシフト反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）を生成する。

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２ …（Ｆ５）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２ …（Ｆ６）
ここで、改質器３３における水蒸気改質は吸熱反応であり、高温となる条件下にて改質率が向上する特性を有している。このため、改質器３３は、燃料電池１０の発電時に周囲に放出される熱（放射熱）を吸熱できるように、燃料電池１０の周囲に配設されていることが望ましい。

燃料経路３０には、燃料ポンプ３１と改質器３３との間に水供給経路４０が接続されている。水供給経路４０には、水ポンプ４１および水蒸発器４２が設けられている。水ポンプ４１は、水蒸発器４２に水を供給するポンプである。水ポンプ４１は、制御装置からの制御信号によって作動が制御される電動ポンプで構成されている。水蒸発器４２は、水ポンプ４１からの水を水蒸気（すなわち、気体）にする蒸発機能を有する。

また、燃料電池１０には、燃料電池１０から排出するオフガスが流れるオフガス経路６０が接続されている。具体的には、燃料電池１０には、燃料電池１０から排出される酸化剤オフガスが流れる空気排出経路６１が接続されるとともに、燃料電池１０から排出される燃料オフガスが流れる燃料排出経路６２が接続されている。

オフガス経路６０には、燃焼器６３が接続されている。燃焼器６３は、燃料オフガス等を燃焼させることで改質器３３等を昇温させる燃焼ガスを生成するものである。燃焼器６３は、例えば、燃料電池１０の発電時に、酸化剤オフガスおよび燃料オフガスを混合した混合ガスを可燃ガスとして燃焼させることで、燃料電池システムの各機器を昇温させるための燃焼ガスを生成する。図示しないが、燃焼器６３は、燃料オフガスを燃焼させるためのバーナを有している。燃焼器６３では、バーナの点火によって、燃料オフガスの燃焼が開始されて燃焼ガスが生成される。

燃焼器６３には、高温の燃焼ガスを流通させる図示しない燃焼ガス経路が接続されている。図示しないが、燃焼ガス経路は、内部を流れる燃焼ガスの熱を有効活用すべく、改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２等に接続されている。なお、燃焼ガスを各機器に流す順序は、各機器にて必要とされる熱量等に応じて変更してもよい。

ここで、燃料電池モジュール１には、燃焼器６３とは別に起動時等に燃料電池１０を暖機するための暖機用バーナ６５が設けられている。暖機用バーナ６５は、燃料経路３０を流れる改質用原料の一部および圧送ブロワ２１とは別に設けられた起動用ブロワ６６から送風される空気の混合ガスを可燃性流体として燃焼させる。可燃性流体の燃焼により生成される高温の暖機用ガスは、燃料電池１０の内側に設けられた暖機用ガス流路６７に供給される。

この暖機用ガス流路６７は、起動用ブロワ６６から送風される空気の送風空気流路６８に接続されている。これにより、暖機用ガス流路６７は、可燃性流体だけでなく、起動用ブロワ６６から送風される空気の一部を温調空気として流すことが可能になっている。

燃料電池１０、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、および燃焼器６３は、断熱性を有する容器７０の内側に配置されている。容器７０は、燃料電池モジュール１の外殻を形成する。図示しないが、空気予熱器２２、改質器３３、および水蒸発器４２は、燃焼器６３の熱を受けられるように、容器７０の内側において燃焼器６３の周囲に配置されている。一方、燃料電池１０は、燃焼器６３の熱を直接受けないように、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、燃焼器６３等が収容される空間に対して断熱された別の空間に配置されている。

容器７０は、図４および図５に示すように、燃料電池１０を収容する電池収容器７１を有する。電池収容器７１は、二重筒構造になっており、内側にドーナツ状の電池収容空間ＢＳが形成されている。電池収容器７１は、電池収容器７１の軸心ＣＬが、重力の作用する方向（すなわち、鉛直方向）に沿って延びる姿勢で配置されている。

本実施形態では、電池収容器７１の軸心ＣＬに沿って延びる方向を軸方向ＤＲａ、電池収容器７１の軸心ＣＬを通るとともに軸方向ＤＲａに直交する方向を径方向ＤＲｒ、電池収容器７１の軸心ＣＬを中心とする円に沿う方向を周方向ＤＲｃとする。

電池収容器７１の内側の電池収容空間ＢＳには、複数のセルスタックＣＳが電池収容器７１の軸心ＣＬを中心に放射状に配置されている。換言すれば、複数のセルスタックＣＳは、容器７０の内側の電池収容空間ＢＳにおいて、周方向ＤＲｃに等間隔あけて配置されている。なお、複数のセルスタックＣＳにおける周方向ＤＲｃの間隔は、一致している必要はなく、一部が異なっていてもよい。

複数のセルスタックＣＳのうち周方向ＤＲｃにおいて互いに隣り合うセルスタックＣＳは、積層端面ＥＦが互いに対向する姿勢で配置されている。換言すれば、周方向ＤＲｃに隣り合うセルスタックＣＳの積層端面ＥＦは、所定の間隔をあけて周方向ＤＲｃに対向している。

また、複数のセルスタックＣＳは、積層方向ＤＲｓｔに沿って延びる側面の一部が内側面ＩＳとして電池収容器７１の内側に対向し、他の側面の一部が外側面ＯＳとして電池収容器７１の外側に対向している。

セルスタックＣＳの内側面ＩＳは、容器７０の内側に複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときのセルスタックＣＳの内側部分を構成する。また、セルスタックＣＳの外側面ＯＳは、容器７０の内側に複数のセルスタックＣＳを放射状に配置したときのセルスタックＣＳの外側部分を構成する。

図６に示すように、本実施形態の電池収容器７１は、内筒７２、内筒７２の外側に位置する外筒７３、内筒７２の底部および外筒７３の底部同士を繋ぐベースプレート７４を含んで構成されている。

内筒７２は、電池収容器７１のうち、複数のセルスタックＣＳよりも内側に位置付けられている。外筒７３は、電池収容器７１のうち、複数のセルスタックＣＳよりも外側に位置付けられている。そして、内筒７２と外筒７３との間に電池収容空間ＢＳが形成されている。内筒７２および外筒７３は、それぞれ円筒状に構成されている。内筒７２および外筒７３は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。

内筒７２は、セルスタックＣＳの輻射熱を受けるように、所定の間隔があけられた状態でセルスタックＣＳの内側面ＩＳに対向している。内筒７２は、セルスタックＣＳの内側面ＩＳの全体を覆うことが可能なように、軸方向ＤＲａの寸法がセルスタックＣＳの軸方向ＤＲａの寸法よりも大きくなっている。

また、内筒７２は、流体を通過させることが可能なように第１内壁７２１と第１外壁７２２とを有する二重壁構造になっている。第１内壁７２１および第１外壁７２２は、それぞれ円筒状の筒状体で構成されている。

第１内壁７２１および第１外壁７２２は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。第１内壁７２１と第１外壁７２２との間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。第１内壁７２１と第１外壁７２２との間に形成される隙間流路には、セルスタックＣＳの内側面ＩＳと熱交換する空気が第１流体として導入される。

また、第１内壁７２１の内側には、軸方向ＤＲａの一方側に暖機用バーナ６５が配置されるとともに、暖機用バーナ６５に対して軸方向ＤＲａの他方側に暖機用ガス流路６７が形成されている。

内筒７２には、暖機用ガス流路６７を電池収容空間ＢＳに導くための導入路７２３が形成されている。これにより、暖機用ガス流路６７を流れるガスを電池収容空間ＢＳに導入することができる。本実施形態では、暖機用ガス流路６７が、第３流体としての温調空気が流れる第３流体流路に対応している。

外筒７３は、セルスタックＣＳの輻射熱を受けるように、所定の間隔があけられた状態でセルスタックＣＳの外側面ＯＳに対向している。外筒７３は、セルスタックＣＳの外側面ＯＳの全体を覆うことが可能なように、軸方向ＤＲａの寸法がセルスタックＣＳの軸方向ＤＲａの寸法よりも大きくなっている。

外筒７３は、流体を通過させることが可能なように第２内壁７３１と第２外壁７３２とを有する二重壁構造になっている。第２内壁７３１および第２外壁７３２は、それぞれ円筒状の筒状体として構成されている。

第２内壁７３１および第２外壁７３２は、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。第２内壁７３１と第２外壁７３２との間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。第２内壁７３１と第２外壁７３２との間に形成される隙間流路には、セルスタックＣＳの外側面ＯＳと熱交換する空気が第２流体として導入される。

ベースプレート７４は、内筒７２の底部と外筒７３の底部とを繋ぐもので、ドーナツ状の形状を有している。ベースプレート７４は、図示しないアダプタを介して複数のセルスタックＣＳを支持している。

ベースプレート７４は、セルスタックＣＳの下面に対向している。ベースプレート７４は、セルスタックＣＳの下面の全体を覆うことが可能な大きさを有している。

ベースプレート７４は、流体を通過させることが可能なように上壁７４１と下壁７４２とを有する二重壁構造になっている。上壁７４１および下壁７４２の間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。

ベースプレート７４は、上壁７４１が内筒７２の第１外壁７２２および外筒７３の第２内壁７３１に接続され、下壁７４２が内筒７２の第１内壁７２１および外筒７３の第２外壁７３２に接続されている。そして、上壁７４１と下壁７４２との間には、内筒７２の隙間流路および外筒７３の隙間流路を連通させる連通路７４０が形成されている。

ここで、内筒７２は、外筒７３に比べて曲率が大きく、セルスタックＣＳに相対する部位の面積が小さい。このため、内筒７２は、セルスタックＣＳとの伝熱面積Ｓ１が、図７に示すように、外筒７３におけるセルスタックＣＳとの伝熱面積Ｓ２に比べて小さくなっている。

電池収容器７１では、内側と外側とで伝熱面積が異なる場合、内筒７２に形成される隙間流路および外筒７３に形成される隙間流路に、同じ温度および同じ流速の流体が流れると、セルスタックＣＳの外側に比べて内側の方が対流による伝熱量が小さくなってしまう。この伝熱量の差は、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布が拡大する要因となる。このような温度分布の拡大は、発電効率の低下や耐久性の低下を招くことから好ましくない。

そこで、電池収容器７１は、内筒７２に形成される隙間流路に、外筒７３に形成される隙間流路に流す流体に比べてセルスタックＣＳとの温度差が大きい流体が流れるように構成されている。本実施形態の電池収容器７１は、セルスタックＣＳを冷却または保温する必要がある場合に、内筒７２に形成される隙間流路に対して外筒７３に形成される隙間流路に流す流体よりも温度の低い流体が流れるように構成されている。なお、セルスタックＣＳを冷却または保温する必要がある場合は、主に燃料電池１０の発電時である。

具体的には、電池収容器７１は、連通路７４０が、内筒７２に形成される隙間流路の空気流れ下流側に接続されるとともに、外筒７３に形成される隙間流路の空気流れ上流側に接続されている。これにより、電池収容器７１は、内筒７２に形成される隙間流路に対して空気予熱器２２を通過した空気が流れ、外筒７３に形成される隙間流路に対して連通路７４０を通過した空気が流れるようになっている。

本実施形態の電池収容器７１は、内筒７２が第１電池温調器２３として構成されるとともに、外筒７３が第２電池温調器２４として構成されている。また、本実施形態では、内筒７２に形成される隙間流路が第１温調流路２３０として構成され、外筒７３に形成される隙間流路が第２温調流路２４０として構成されている。

ここで、本実施形態では、内筒７２が容器７０に設けられた第１熱交換部位に対応するとともに、第１温調流路２３０が第１流体としての空気が流れる第１流体流路に対応している。また、本実施形態では、外筒７３が容器７０に設けられた第２熱交換部位に対応するとともに、第２温調流路２４０が第２流体としての空気が流れる第２流体流路に対応している。以下では、内筒７２に形成される隙間流路を第１温調流路２３０と呼び、外筒７３に形成される隙間流路を第２温調流路２４０と呼ぶ。

第１温調流路２３０は、軸方向ＤＲａの一方側から他方側に延びている。第１温調流路２３０には、空気予熱器２２からの空気が軸方向ＤＲａの一方側から他方側に向けて一方向に流れる。第１温調流路２３０に流入した空気は、第１温調流路２３０を通過する際にセルスタックＣＳから受熱して昇温する。

また、第２温調流路２４０は、軸方向ＤＲａの他方側から一方側に延びている。第２温調流路２４０には、連通路７４０からの空気が軸方向ＤＲａの他方側から一方側に向けて一方向に流れる。

第２温調流路２４０に流入する空気は、連通路７４０を通過する際に、セルスタックＣＳから受熱して昇温する。このため、電池収容器７１では、第１温調流路２３０を流れる空気よりも温度の高い空気が第２温調流路２４０に流れる。換言すれば、電池収容器７１では、第２温調流路２４０を流れる空気よりも温度の低い空気が第１温調流路２３０に流れる。

ここで、本実施形態の内筒７２および外筒７３は、第１内壁７２１と第１外壁７２２との間隔と第２内壁７３１と第２外壁７３２との間隔が略同じ大きさになっている。そして、内筒７２は、外筒７３に比べて曲率半径が小さい。このため、第１温調流路２３０の流路断面積は、第２温調流路２４０の流路断面積に比べて小さい。

連続の法則によれば、分岐のない流路を定常状態の流体が流れる場合、流路の任意の断面における質量流量は相等しい。本実施形態の電池収容器７１では、第１温調流路２３０と第２温調流路２４０とが直列に連なる流路であるとともに、第１温調流路２３０の流路断面積が第２温調流路２４０の流路断面積に比べて小さい。このため、第２温調流路２４０を流れる空気よりも流速が大きい空気が第１温調流路２３０に流れる。

次に、燃料電池システムの基本的な作動について説明する。燃料電池システムは、図示しない運転スイッチがオンされると制御装置によって燃料電池１０から電気エネルギを出力させる発電処理が実行される。

この発電処理では、例えば、燃料電池１０に対して発電に適した量の酸化剤ガスをおよび燃料ガスが供給されるように圧送ブロワ２１、燃料ポンプ３１、水ポンプ４１が制御される。

燃料ポンプ３１から吐出される改質用原料は、水蒸発器４２にて水蒸気と混合された後、改質器３３に流入する。改質器３３では、改質用原料および水蒸気の混合ガスが供給されると、前述の反応式Ｆ５、Ｆ６に示す反応により燃料ガス（水素、一酸化炭素）が生成される。そして、改質器３３で生成された燃料ガスは、燃料電池１０に流入する。

圧送ブロワ２１から吹き出される酸化剤ガスは、空気予熱器２２に流入し、燃焼ガスとの熱交換によって昇温する。そして、空気予熱器２２を通過した空気は、図８に示すように、第１温調流路２３０、連通路７４０、第２温調流路２４０をこの順序で流れる。第１温調流路２３０、連通路７４０、第２温調流路２４０を通過する空気は、燃料電池１０から吸熱して燃料電池１０の電池温度付近まで昇温した後に燃料電池１０に流入する。

この際、第２温調流路２４０に比べてセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さい第１温調流路２３０に、温度が低く、且つ、流速が大きい空気が流れる。これによると、セルスタックＣＳの内側での対流による伝熱量と外側での対流による伝熱量との差が小さくなり、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布が低減される。

燃料電池１０は、酸化剤ガスおよび燃料ガスが供給されると、前述の反応式Ｆ１〜Ｆ４に示す反応により電気エネルギを出力する。この際、燃料電池１０は、オフガス経路６０にオフガスを排出する。

燃料電池１０から排出されたオフガスは、可燃ガスとして燃焼器６３で燃焼される。燃焼器６３で生成された燃焼ガスは、図示しない燃焼ガス経路を流れる際に改質器３３、空気予熱器２２、水蒸発器４２に放熱する。

以上説明した燃料電池モジュール１は、セルスタックＣＳの内側部分に対向する内筒７２およびセルスタックＣＳの外側部分に対向する外筒７３を有する電池収容器７１を備える。電池収容器７１は、内筒７２に対してセルスタックＣＳと熱交換する空気を流す第１温調流路２３０が形成されるとともに、外筒７３に対してセルスタックＣＳと熱交換する空気を流す第２温調流路２４０が形成されている。そして、電池収容器７１は、第１温調流路２３０を通過した空気を第２温調流路２４０に流すことで、第１温調流路２３０を流れる空気とセルスタックＣＳとの温度差が、第２温調流路２４０を流れる空気とセルスタックＣＳとの温度差に比べて大きくなっている。

これによると、第２温調流路２４０に比べてセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さい第１温調流路２３０に、第２温調流路２４０を流れる空気よりもセルスタックＣＳとの温度差が大きい空気が流れる。

加えて、電池収容器７１は、第１温調流路２３０の流路断面積が、第２温調流路２４０の流路断面積に比べて小さくなっている。これによると、第２温調流路２４０に比べてセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さい第１温調流路２３０に、第２温調流路２４０よりも流速が大きい空気が流れることで、第２温調流路２４０の熱伝達率に比べて第１温調流路２３０の熱伝達率が大きくなる。

これらにより、セルスタックＣＳの内側での対流による伝熱量とセルスタックＣＳの外側での対流による伝熱量との差が小さくなり、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。この結果、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布に起因する発電効率の低下や耐久性の低下を抑制することができる。

ここで、複数のセルスタックＣＳは、周方向ＤＲｃにおいて互いに隣り合うセルスタックＣＳの積層端面ＥＦが互いに対向する姿勢で配置されている。これによれば、隣り合うセルスタックＣＳのうち一方の積層端面ＥＦが他方のセルスタックＣＳから受熱するので、セルスタックＣＳにおける積層方向ＤＲｓｔの温度分布を低減することができる。

また、電池収容器７１には、第１温調流路２３０よりも内側に第１温調流路２３０を流れる空気と異なる温度の温調空気を流すことが可能な暖機用ガス流路６７が設けられている。すなわち、電池収容器７１は、第１温調流路２３０よりも内側に暖機用ガス流路６７が設けられた流路構造を有している。これによると、例えば、経時劣化等によりセルスタックＣＳの発熱量が増大した場合でも、暖機用ガス流路６７に対して、第１温調流路２３０を流れる空気よりも低温となる空気を流すことで、セルスタックＣＳが過度に昇温することを抑制することができる。

さらに、複数のセルスタックＣＳのうち隣り合うセルスタックＣＳの間には、燃料ガスの導入口ＩＰＨおよび導出口ＯＰＨ、並びに、酸化剤ガスの導入口ＩＰＯおよび導出口ＯＰＯが形成されている。これによると、隣り合うセルスタックＣＳの間に形成されるスペースを有効利用して、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給することができる。これによると、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのスペースを別途設ける場合に比べて容器７０の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図９を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図９に示すように、外筒７３に設けられた第２温調流路２４０は、セルスタックＣＳに近い内側流路部２４１と内側流路部２４１よりもセルスタックＣＳから離れた外側流路部２４２を有している。そして、第２温調流路２４０は、外側流路部２４２を通過した空気が折り返して内側流路部２４１に流入する流路構造になっている。

具体的には、外筒７３の内側には、第２温調流路２４０を、内側流路部２４１と外側流路部２４２とに分ける分離板７３３が設けられている。内側流路部２４１および外側流路部２４２は、それぞれ軸方向ＤＲａに沿って延びている。外側流路部２４２は、軸方向ＤＲａの他方側が連通路７４０に連通し、軸方向ＤＲａの一方側が折返部７３４を介して内側流路部２４１に連通している。内側流路部２４１は、軸方向ＤＲａの一方側が折返部７３４を介して外側流路部２４２に連通し、軸方向ＤＲａの他方側が図示しない配管等を介してセルスタックＣＳに接続されている。第２温調流路２４０は、内側流路部２４１の流路断面積が第１温調流路２３０の流路断面積以上の大きさになっている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池モジュール１は、第１実施形態と共通または均等な構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

ここで、第２温調流路２４０は、第１温調流路２３０に比べてセルスタックＣＳから熱を受ける伝熱面積が大きい。この場合、第２温調流路２４０の上流と下流との温度差が大きくなり、第２温調流路２４０の温度が不均一となってしまう虞がある。

これに対して、第２温調流路２４０が空気を折り返して流す流路構造になっていれば、第２温調流路２４０の内側流路部２４１と外側流路部２４２とで空気の流れが向かい合わせとなり、セルスタックＣＳの外側部分に近い内側流路部での温度が均一化される。この結果、セルスタックＣＳの外側部分での温度ムラが抑制される。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、第２温調流路２４０として、内側流路部２４１の流路断面積が第１温調流路２３０の流路断面積以上の大きさになっているものを例示したが、第２温調流路２４０は、これに限定されない。第２実施形態の第２温調流路２４０は、空気が折り返して流れる流路構造になっており、第１温調流路２３０に比べて空気の流速が低下し易い。第２温調流路２４０は、第１温調流路２３０を流れる空気に比べて流速が小さい空気が流れるように構成されていれば、その流路断面積が第１温調流路２３０の流路断面積よりも小さくなっていてもよい。このことは以降の実施形態においても同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１０を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１０に示すように、電池収容器７１は、内筒７２、外筒７３、ベースプレート７４に加えてルーフプレート７５を有している。ベースプレート７４は、第１実施形態とは異なる一重壁構造になっており、第１実施形態で説明した連通路７４０が設けられていない。

ルーフプレート７５は、内筒７２の上部および外筒７３の上部同士を繋ぐプレートで、ドーナツ状の形状を有している。ルーフプレート７５は、所定の間隔をあけた状態でセルスタックＣＳの上面に対向している。ルーフプレート７５は、セルスタックＣＳの上面の全体を覆うことが可能な大きさを有している。

ルーフプレート７５は、流体を通過させることが可能なように上壁７５１と下壁７５２とを有する二重壁構造になっている。上壁７５１および下壁７５２の間には、スペーサやダボ等の間隔規定部が設けられ、当該間隔規定部によって略一定の隙間が形成されている。

ルーフプレート７５は、上壁７５１が内筒７２の第１内壁７２１および外筒７３の第２外壁７３２に接続され、下壁７５２が内筒７２の第１外壁７２２および外筒７３の第２内壁７３１に接続されている。そして、上壁７５１と下壁７５２との間には、内筒７２の隙間流路および外筒７３の隙間流路を連通させる連通路７５０が形成されている。

連通路７５０は、空気流れ上流側が空気予熱器２２に接続されるとともに、空気流れ下流側が外筒７３に形成される隙間流路に接続されている。これにより、電池収容器７１は、空気予熱器２２を通過した空気の一部が、内筒７２に形成された第１温調流路２３０に流れるとともに、残りが連通路７５０を介して外筒７３に形成された第２温調流路２４０に流れるようになっている。

第２温調流路２４０に流入する空気は、連通路７５０を通過する際に、セルスタックＣＳから受熱して昇温する。このため、電池収容器７１では、第２温調流路２４０を流れる空気よりも温度の低い空気が第１温調流路２３０に流れる。

また、第１温調流路２３０は、第２温調流路２４０と異なり、連通路７５０を介さずに空気予熱器２２を通過した空気が流入する。したがって、本実施形態の電池収容器７１では、第２温調流路２４０を流れる空気よりも流速が大きい空気が第１温調流路２３０に流れる。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池モジュール１は、第１実施形態と共通または均等な構成から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

上述の如く、電池収容器７１は、第２温調流路２４０を流れる空気よりも温度の低く、且つ、流速の大きい空気が第１温調流路２３０に流れる。したがって、セルスタックＣＳの内側での対流による伝熱量とセルスタックＣＳの外側での対流による伝熱量との差が小さくなり、セルスタックＣＳの内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。

（第３実施形態の変形例）
第３実施形態では、外筒７３に設けられた第２温調流路２４０が軸方向ＤＲａに延びる単一の流路として構成されているものを例示したが、第２温調流路２４０は、これに限定されない。第２温調流路２４０は、第２実施形態で説明したように、外側流路部２４２および内側流路部２４１を有する流路構造になっていてもよい。このことは、以降の実施形態においても同様である。

第３実施形態では、連通路７５０を介さずに空気予熱器２２を通過した空気を第１温調流路２３０に流入させることで、流速が大きい空気を第１温調流路２３０に流すものを例示したが、電池収容器７１は、これに限定されない。電池収容器７１は、例えば、第１温調流路２３０に流入する流体を加速させるノズル等が付加されていてもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１１を参照して説明する。本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１１に示すように、電池収容器７１は、第１温調流路２３０に対して空気経路２０を流れる空気ではなく、改質器３３に導入される前の改質用原料および水蒸気の混合ガスが流入するように構成されている。この改質用原料および水蒸気の混合ガスは、空気予熱器２２で昇温した空気よりも温度が低い。このため、電池収容器７１では、第２温調流路２４０を流れる空気よりも温度の低い混合ガスが第１温調流路２３０に流れる。

また、第１温調流路２３０は、連通路７５０を介して空気予熱器２２を通過した空気が流入する第２温調流路２４０と異なり、連通路７５０を介さずに改質器３３に導入される前の混合ガスが流入する。したがって、本実施形態の電池収容器７１では、第２温調流路２４０を流れる空気よりも流速が大きい混合ガスが第１温調流路２３０に流れる。

その他の構成は、第３実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池モジュール１は、第３実施形態と共通または均等な構成から奏される作用効果を第３実施形態と同様に得ることができる。

（第４実施形態の変形例）
第４実施形態では、第２温調流路２４０に対して空気予熱器２２を通過した空気が流入するものを例示したが、第２温調流路２４０に流す流体は、これに限定されない。第２温調流路２４０に流す流体は、第１温調流路２３０よりも温度が高いものであればよい。第２温調流路２４０は、例えば、改質器３３で生成された燃料ガスが流入するように構成されていてもよい。

第４実施形態では、連通路７５０を介さずに改質器３３に導入される前の混合ガスを第１温調流路２３０に流入させることで、流速が大きい混合ガスを第１温調流路２３０に流すものを例示したが、電池収容器７１は、これに限定されない。電池収容器７１は、例えば、第１温調流路２３０に流入する流体を加速させるノズル等が付加されていてもよい。また、第１温調流路２３０自体が改質器３３として機能するように構成されていてもよい。このような構成は、例えば、第１温調流路２３０に対して水蒸気改質触媒を配置し、第１温調流路２３０に水蒸気と改質用原料の混合ガスを流すことで実現可能である。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１２を参照して説明する。本実施形態では、第３実施形態と異なる部分について主に説明する。

図１２に示すように、電池収容器７１は、第１温調流路２３０に対して空気経路２０を流れる空気ではなく、起動用ブロワ６６から送風される空気の一部が流入するように構成されている。起動用ブロワ６６から送風される空気は、空気予熱器２２で昇温した空気よりも温度が低い。このため、電池収容器７１では、第２温調流路２４０を流れる空気よりも温度の低い空気が第１温調流路２３０に流れる。

また、第１温調流路２３０は、連通路７５０を介して空気予熱器２２を通過した空気が流入する第２温調流路２４０と異なり、連通路７５０を介さずに起動用ブロワ６６から送風される空気が流入する。したがって、本実施形態の電池収容器７１では、第２温調流路２４０を流れる空気よりも流速が大きい混合ガスが第１温調流路２３０に流れる。

その他の構成は、第３実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池モジュール１は、第３実施形態と共通または均等な構成から奏される作用効果を第３実施形態と同様に得ることができる。

（第５実施形態の変形例）
第５実施形態では、連通路７５０を介さずに起動用ブロワ６６から送風される空気を第１温調流路２３０に流入させることで、流速が大きい空気を第１温調流路２３０に流すものを例示したが、電池収容器７１は、これに限定されない。電池収容器７１は、例えば、第１温調流路２３０に流入する流体を加速させるノズル等が付加されていてもよい。

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

上述の実施形態では、電池収容器７１として、第１温調流路２３０に空気や改質用原料と水蒸気との混合ガスが流れ、第２温調流路２４０に空気や燃料ガスが流れるものを例示したが、電池収容器７１は、これに限定されない。電池収容器７１は、第２温調流路２４０を流れる第２流体よりもセルスタックＣＳとの温度差または流速が大きい第１流体が第１温調流路２３０に流れる構成であれば、第１流体および第２流体として、空気、混合ガス、燃料ガス以外のものが採用されていてもよい。

上述の実施形態では、電池収容器７１として、第２温調流路２４０に比べてセルスタックＣＳとの伝熱面積が小さい第１温調流路２３０に、温度が低く、且つ、流速が大きい空気が流れるものを例示したが、電池収容器７１はこれに限定されない。

電池収容器７１は、例えば、第１温調流路２３０に、第２温調流路２４０を流れる流体よりも低温の流体が流れ、且つ、第１温調流路２３０および第２温調流路２４０それぞれに同等の流速となる流体が流れる流路構造になっていてもよい。

逆に、電池収容器７１は、例えば、第１温調流路２３０および第２温調流路２４０それぞれに同等の温度となる流体が流れ、且つ、第１温調流路２３０に、第２温調流路２４０を流れる流体よりも流速の大きい流体が流れる流路構造になっていてもよい。

上述の実施形態では、電池収容器７１として、内側にドーナツ状の電池収容空間ＢＳが形成される二重筒構造になっているものを例示したが、これに限定されず、電池収容器７１は、二重筒構造以外の構造になっていてもよい。

上述の実施形態では、電池収容器７１が鉛直方向に沿って延びる姿勢で配置されるものを例示したが、電池収容器７１の配置姿勢はこれに限定されない。電池収容器７１は、例えば、鉛直方向に対して傾いた姿勢で配置されていてもよい。

上述の実施形態では、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、燃焼器６３等が収容される空間に対して断熱された別の空間に燃料電池１０が配置されている旨を説明したが、燃料電池１０の配置態様はこれに限定されない。燃料電池１０は、例えば、空気予熱器２２、改質器３３、水蒸発器４２、燃焼器６３等が収容される空間と同じ空間に配置されていてもよい。

上述の実施形態では、隣り合うセルスタックＣＳの積層端面ＥＦが互いに対向する姿勢で配置されているものを例示したが、セルスタックＣＳの配置姿勢はこれに限定されない。セルスタックＣＳは、例えば、積層方向ＤＲｓｔに沿って延びる側面が隣り合うセルスタックＣＳと対向する姿勢で配置されていてもよい。

上述の実施形態では、電池収容器７１の内側に複数のセルスタックＣＳが放射状に配置されたものを例示したが、燃料電池モジュール１はこれに限定されない。燃料電池モジュール１は、電池収容器７１の内側に複数のセルＣが放射状に配置されていてもよい。この場合、セルＣがセル部材に対応する。

上述の実施形態では、電池収容器７１における第１温調流路２３０よりも内側に暖機用ガス流路６７が形成されているものを例示したが、暖機用ガス流路６７の配置形態は、これに限定されない。暖機用ガス流路６７の配置形態は、第１温調流路２３０の内側以外に形成されていてもよい。

上述の実施形態では、隣り合うセルスタックＣＳの間に、燃料ガスおよび酸化剤ガスの取合口が設けられているものを例示したが、取合口の配置形態は、これに限定されない。燃料ガスおよび酸化剤ガスの取合口は、隣り合うセルスタックＣＳの間以外に設けられていてもよい。

上述の実施形態では、本開示の燃料電池モジュール１を固体酸化物型の燃料電池１０を備える燃料電池システムに適用した例について説明したが、燃料電池モジュール１の適用対象はこれに限定されない。燃料電池モジュール１は、例えば、固体電解質膜を有する燃料電池（すなわち、ＰＥＦＣ）等の他の燃料電池を備えるシステムに広く適用できる。

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、燃料電池モジュールは、容器と、容器の内側に放射状に配置された複数のセル部材と、を備える。容器の内側には、セル部材の内側部分と熱交換する第１流体が流れる第１流体流路が形成されるとともに、セル部材の外側部分と熱交換する第２流体が流れる第２流体流路が形成されている。第１流体流路を形成する第１熱交換部位は、第２流体流路を形成する第２熱交換部位よりもセル部材との伝熱面積が小さくなっている。そして、第１流体流路には、第２流体流路を流れる第２流体よりもセル部材との温度差が大きい第１流体が流れる。

第２の観点によれば、第１流体流路には、セル部材の冷却または保温時に、第２流体流路を流れる第２流体よりも温度の低い第１流体が流れる。

セル部材の冷却または保温時に、第１流体流路に第２流体よりも温度の低い第１流体が流れれば、セル部材の内側部分での対流による伝熱量と外側部分での対流による伝熱量との差が小さくなる。このため、セル部材の冷却または保温時におけるセル部材の内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。

第３の観点によれば、第１流体流路には、第２流体流路を流れる第２流体よりも流速が大きい第１流体が流れる。このように、第２流体流路に比べてセル部材との伝熱面積が小さい第１流体流路に、第２流体よりも流速が大きい第１流体を流すことで、第２流体流路の熱伝達率に比べて第１流体流路の熱伝達率が大きくなる。これによると、セル部材の内側部分での対流による伝熱量と外側部分での対流による伝熱量との差が小さくなり、セル部材の内側部分と外側部分との温度分布を低減することができる。

第４の観点によれば、燃料電池モジュールは、容器と、容器の内側に放射状に配置された複数のセル部材と、を備える。容器の内側には、セル部材の内側部分と熱交換する第１流体が流れる第１流体流路が形成されるとともに、セル部材の外側部分と熱交換する第２流体が流れる第２流体流路が形成されている。第１流体流路を形成する第１熱交換部位は、第２流体流路を形成する第２熱交換部位よりもセル部材との伝熱面積が小さくなっている。第１流体流路には、第２流体流路を流れる第２流体よりも流速が大きい第１流体が流れる。

第５の観点によれば、第２流体流路は、セル部材に近い内側流路部と内側流路部よりもセル部材から離れた外側流路部を有し、外側流路部を通過した第２流体が折り返して内側流路部に流入する流路構造になっている。

第１流体流路の伝熱面積に比べて第２流体流路の伝熱面積が大きいと、第２流体流路の上流と下流との温度差が大きくなり、第２流体流路の温度が不均一となってしまう虞がある。

これに対して、第２流体流路が第２流体を折り返して流す流路構造になっていれば、第２流体流路の内側流路部と外側流路部とで第２流体の流れが向かい合わせとなり、セル部材の外側部分に近い内側流路部での温度が均一化される。この結果、セル部材の外側部分の温度ムラが抑制される。

第６の観点によれば、複数のセル部材それぞれは、複数のセルを積層したセルスタックとして構成されている。複数のセルスタックのうち隣り合うセルスタックは、複数のセルの積層方向の端部に位置する積層端面が互いに対向する姿勢で配置されている。

このように、隣り合うセルスタックの積層端面同士が対向する配置形態になっていれば、隣り合うセルスタックのうち一方の積層端面が他方のセルスタックから受熱するので、セル部材における積層方向の温度分布を低減することができる。

第７の観点によれば、容器における第１流体流路よりも内側に第１流体と異なる温度の第３流体を流すことが可能な第３流体流路が設けられている。このように、第１流体流路よりも内側に第３流体流路が設けられた流路構造になっていれば、何らかの理由でセル部材の発熱量が増大しても、第３流体流路に第２流体よりも低温の第３流体を流すことで、セル部材が過度に昇温することを抑制することができる。

第８の観点によれば、複数のセル部材のうち隣り合うセル部材の間には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの少なくとも一方の取合口が形成されている。このように、隣り合うセル部材の間に取合口を形成すれば、隣り合うセル部材の間に形成されるスペースを有効利用して、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給することができる。これによると、燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するためのスペースを別途設ける場合に比べて容器の小型化を図ることができる。

１ 燃料電池モジュール
２３ 第１電池温調器
２３０ 第１温調流路（第１流体流路）
２４ 第２電池温調器
２４０ 第２温調流路（第２流体流路）
７０ 容器
７１ 電池収容器
７２ 内筒（第１熱交換部位）
７３ 外筒（第２熱交換部位）
ＣＳ セルスタック（セル部材）

Claims (8)

1. 燃料電池モジュールであって、
   容器（７０）と、
   前記容器の内側に放射状に配置された複数のセル部材（ＣＳ）と、を備え、
   前記容器の内側には、複数の前記セル部材を放射状に配置したときの前記セル部材の内側部分と熱交換する第１流体が流れる第１流体流路（２３０）が形成されるとともに、複数の前記セル部材を放射状に配置したときの前記セル部材の外側部分と熱交換する第２流体が流れる第２流体流路（２４０）が形成され、
   前記第１流体流路を形成する部位であって前記セル部材と熱交換する第１熱交換部位（７２）は、前記第２流体流路を形成する部位であって前記セル部材と熱交換する第２熱交換部位（７３）よりも前記セル部材との伝熱面積が小さくなっており、
   前記第１流体流路には、前記第２流体流路を流れる前記第２流体よりも前記セル部材との温度差が大きい前記第１流体が流れる、燃料電池モジュール。
2. 前記第１流体流路には、前記セル部材の冷却または保温時に、前記第２流体流路を流れる前記第２流体よりも温度の低い前記第１流体が流れる、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記第１流体流路には、前記第２流体流路を流れる前記第２流体よりも流速が大きい前記第１流体が流れる、請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
4. 燃料電池モジュールであって、
   容器（７０）と、
   前記容器の内側に放射状に配置された複数のセル部材（ＣＳ）と、を備え、
   前記容器の内側には、複数の前記セル部材を放射状に配置したときの前記セル部材の内側部分と熱交換する第１流体が流れる第１流体流路（２３０）が形成されるとともに、複数の前記セル部材を放射状に配置したときの前記セル部材の外側部分と熱交換する第２流体が流れる第２流体流路（２４０）が形成され、
   前記第１流体流路を形成する部位であって前記セル部材と熱交換する第１熱交換部位（７２）は、前記第２流体流路を形成する部位であって前記セル部材と熱交換する第２熱交換部位（７３）よりも前記セル部材との伝熱面積が小さくなっており、
   前記第１流体流路には、前記第２流体流路を流れる前記第２流体よりも流速が大きい前記第１流体が流れる、燃料電池モジュール。
5. 前記第２流体流路は、前記セル部材に近い内側流路部（２４１）と前記内側流路部よりも前記セル部材から離れた外側流路部（２４２）を有し、前記外側流路部を通過した前記第２流体が折り返して前記内側流路部に流入する流路構造になっている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
6. 複数の前記セル部材それぞれは、複数のセル（Ｃ）を積層したセルスタック（ＣＳ）として構成され、
   複数の前記セルスタックのうち隣り合う前記セルスタックは、複数の前記セルの積層方向の端部に位置する積層端面（ＥＦ）が互いに対向する姿勢で配置されている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
7. 前記容器における前記第１流体流路よりも内側に前記第１流体と異なる温度の第３流体を流すことが可能な第３流体流路（６７）が設けられている、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
8. 複数の前記セル部材のうち隣り合う前記セル部材の間には、燃料ガスおよび酸化剤ガスの少なくとも一方の取合口（ＩＰＨ、ＯＰＨ、ＩＰＯ、ＯＰＯ）が形成されている、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

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