JP3727902B2 - 燃料電池モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に関し、特に、筒型構造を有する燃料電池のモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒固体電解質型の燃料電池モジュール１００の概略構成の一例を図１１
に示す。図１１では、発電された電力の集電に関わる部分は省略している。
【０００３】
図１１を参照して、燃料電池モジュール１００は、燃料ガス供給部１１０と、酸化剤ガス供給室１０７と、発電部である燃料電池セル管１０５とを具備する。燃料ガス供給部１１０は、供給室１０８と排出室１０９とを有する。また、燃料電池セル管１０５は、外管１０４、内管１０３を有する。そして、酸化剤ガス供給室１０７は、側板１２１と底面板１２２を有する。
【０００４】
上面板１１２、側板１１３及び底面板１１４で構成される供給室１０８は、円筒形状を有し、金属製である。燃料電池セル管１０５に燃料ガス１を供給する。上面板１１２は、円形の金属板である。側板１１３は、円筒側面の金属筒である。底面板１１４は、円形の金属板である。そして、上面板１１２と側板１１３とは溶接点１１８ａ（円状）で、側板１１３と底面板１１４とは溶接点１１８ｂ（円状）でそれぞれ溶接されている。
また、底面板１１４、側板１１６及び底面板１１７で構成される排出室１０９は、円筒形状を有し、金属製である。燃料電池セル管１０５で使用済みの燃料ガス１を排出する。側板１１６は、円筒側面の金属筒である。底面板１１７は、円形の金属板である。そして、底面板１１４と側板１１６とは溶接点１１８ｃ（円状）で、側板１１６と底面板１１７とは溶接点ｄ（円状）でそれぞれ溶接されている。
底面板１１７、側板１２１及び底面板１２２で構成される酸化剤ガス供給室１０７は、円筒形状を有し、金属製である。燃料電池セル管１０５を含み、燃料電池セル管１０５へ酸化剤ガス２を供給する。側板１２１は、円筒側面の金属筒である。底面板１２２は、円形の金属板である。そして、底面板１１７と側板１２１とは溶接点１１８ｅ（円状）で、側板１２１と底面板１２２とは溶接点ｆ（円状）でそれぞれ溶接されている。
【０００５】
燃料電池セル管１０５の外管１０４は、一端部を底面板１１７に開放されて接合され、他端部を酸化剤ガス供給室１０７へ延ばし閉止している。外管１０４は、固定冶具により底面板１１７に固定され、支持されている。内管１０３は、一端部を底面板１１４に開放されて接合され、他端部を外管１０４の他端部近傍へ延ばし開放されている。内管１０３は、固定冶具により底面板１１４に固定され、支持されている。
【０００６】
上記構造における各室（供給室１０８、排出室１０９及び酸化剤ガス供給室１０７）は、各板を張り合わせて作製するため、板の切り出しや加工、溶接等工数が多くかかる。そして、各溶接点におけるガスタイト性が重要であるため、非常に高い工作精度や溶接精度などが要求される。
また、燃料電池モジュール１００は、運転温度が９００℃〜１０００℃と高いため、熱膨張係数の影響が大きい。例えば、溶接点１１８ｂでは、底面板１１４の熱伸縮方向と、側板１１３の熱伸縮方向とが異なる。そのため、底面板１１４が側板１１３により拘束され、自由に熱伸縮することが困難となる。従って、底面板１１４は、熱伸縮の際、変形を起こすことが考えられる。その変形が、底面板１１７や底面板１１４に接続された外管１０４や内管１０３に悪影響を及ぼすことが考えられる。また、溶接点に対しても、悪影響を及ぼすことが考えられる。従って、温度管理や変形の管理が非常に重要となる。
【０００７】
燃料電池モジュールの製造における溶接のような作業の工数を少なくし、製造にかかる手間を低減する技術が求められている。供給室や排出室関連の溶接の箇所を少なくし、溶接のガスタイト性を考慮する必要が無く、ガスタイト性を良くする技術が望まれている。燃料電池モジュール運転時の温度管理や変形の管理を容易とする技術が求められている。設備の容積及び設置面積の増加を招くことなく、簡潔な方法で燃料電池モジュールの構造を保持（支持）することが可能な技術が求められている。低コストな燃料電池モジュールを製造することが可能な技術が望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、燃料電池モジュールの製造における工数が少なく、製造にかかる手間を少なくすることが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、燃料電池モジュール製造時の溶接箇所が少なく、気密性を向上することが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、燃料電池モジュール運転時の温度管理や変形の管理を容易とする燃料電池モジュールを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、設備の容積及び設置面積の増加を招くことなく、簡潔な方法で構造を保持（支持）することが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、より低いコストで製造することが可能な燃料電池モジュールを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付で付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１４】
従って、上記課題を解決するために、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（３）と、第１燃料室（８）と、第２燃料室（９）と、空気室（７）とを具備する。複数の燃料電池セル管（３）は、表面に燃料電池セル（２１）を形成される。第１燃料室（８）は、複数の燃料電池セル管（３）の一端部が開放されて嵌合され、複数の燃料電池セル管（３）内に燃料ガス（１）を供給する。第２燃料室（９）は、複数の燃料電池セル管（３）の他端部が開放されて嵌合され、複数の燃料電池セル管（３）で使用済みの燃料ガス（１）を排出する。空気室（７）は、第１燃料室（８）と第２燃料室（９）との間に設置され、複数の燃料電池セル管（３）を含み、燃料電池セル（２１）に酸化剤ガス（２）を供給する。第１燃料室（８）及び第２燃料室（９）の少なくとも一方は、複数の燃料電池セル管（３）が嵌合される一側面としての管板（１４、１５）と、管板（１４、１５）と接する他の側面としての側板（１３、１６）とが一体成型により形成されている。
ここで、一体成形による形成とは、板金プレス加工に例示される継目（溶接や接着剤、ネジ止め等の手法を用いた接合箇所）の無い成形方法を用いて成形されていることを意味する。継目（接合箇所）の無い成形方法として、その他に鋳型に溶融した金属を流して形成する方法等が利用できる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池モジュールは、その一体成型が、金属板のプレス加工である。
【００１６】
また、本発明の燃料電池モジュールは、管板（１４、１５）と複数の燃料電池セル管（３）とは、締り嵌めにより嵌合している。
【００１７】
また、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（３）が、管板（１４、１５）に千鳥格子状又は正方格子状に配列して嵌合されている。
【００１８】
また、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（３）の各々を内側に結合した複数の嵌合リング（２６、２６’）を更に具備する。そして、管板（１４，１５）と複数の燃料電池セル管（３）とは、複数の嵌合リング（２６、２６’）を介して嵌合している。
【００１９】
また、本発明の燃料電池モジュールは、管板（１４、１５）と複数の燃料電池セル管（３）との嵌合は、管板（１４、１５）と複数の嵌合リング（２６、２６’）とによる締り嵌めである。
【００２０】
また、本発明の燃料電池モジュールは、第１燃料室（８）及び第２燃料室（９）のいずれか一方が、他方に対して、可動的に保持されている。
【００２１】
また、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（３）と、第１空気室（８）と、第２空気室（９）と、燃料室（７）とを具備する。複数の燃料電池セル管（３）は、表面に燃料電池セル（２１）を形成される。第１空気室（８）は、複数の燃料電池セル管（３）の一端部が開放されて嵌合され、複数の燃料電池セル管（３）内に酸化剤ガス（２）を供給する。第２空気室（９）は、複数の燃料電池セル管（３）の他端部が開放されて嵌合され、複数の燃料電池セル管（３）で使用済みの酸化剤ガス（２）を排出する。燃料室（７）は、第１空気室（８）と第２空気室（９）との間に設置され、複数の燃料電池セル管（３）を含み、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）を供給する。そして、第１空気（８）室及び第２空気室（９）の少なくとも一方は、複数の燃料電池セル管（３）が嵌合される一側面としての管板（１４、１５）と、管板（１４、１５）と接する他の側面としての側板（１３、１６）とが一体成型により形成されている。
【００２２】
また、本発明の燃料電池モジュールは、その一体成型が、金属板のプレス加工である。
【００２３】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（３）の各々を内側に結合した複数の嵌合リング（２６、２６’）を更に具備する。管板（１４、１５）と複数の燃料電池セル管（３）とは、複数の嵌合リング（２６、２６’）を介して嵌合している。
【００２４】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、管板（１４、１５）と複数の燃料電池セル管（３）との嵌合が、管板（１４、１５）と複数の嵌合リング（２６、２６’）とによる締り嵌めである。
【００２５】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、第１空気室（８）及び第２空気室（９）のいずれか一方が、他方に対して、可動に保持されている。
【００２６】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（３）と、第１燃料室（８）と、第２燃料室（９）と、空気室（７）とを具備する。複数の燃料電池セル管（３）は、表面に燃料電池セル（２１）を形成された外管（５）と外管（５）の内部に配設された内管（４）とを含む。第１燃料室（８）は、複数の燃料電池セル管（３）の各々の内管（４）の一端部が開放されて嵌合され、内管（４）に燃料ガス（１）を供給する。第２燃料室（９）は、複数の燃料電池セル管（３）の各々の外管（５）の一端部が開放されて嵌合され、外管（５）で使用済みの燃料ガス（１）を排出する。空気室（７）は、第１燃料室（８）と反対側の第２燃料室（９）の隣に設置され、複数の燃料電池セル管（３）を含み、燃料電池セル（２１）に酸化剤ガス（２）を供給する。そして、外管（５）は、外管（５）の他端部が、空気室（７）へ延び、閉止されている。内管（４）は、内管（４）の他端部が、外管（５）の他端部の近傍へ延び、開放されている。第１燃料室（８）と内管（４）とが嵌合する一側面としての第１管板（１４）、及び第２燃料室（９）と外管（５）とが嵌合する一側面としての第２管板（１５）の少なくとも一方は、他の側面としての側板（１３、１６）と一体に成型されている。
【００２７】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セル管（３）と、第１空気室（８）と、第２空気室（９）と、燃料室（７）とを具備する。複数の燃料電池セル管（３）は、表面に燃料電池セル（２１）を形成された外管（５）と外管（５）の内部に配設された内管（４）とを含む。第１空気室（８）は、複数の燃料電池セル管（３）の各々の内管（４）の一端部が開放されて嵌合され、内管（４）に酸化剤ガス（２）を供給する。第２空気室（９）は、複数の燃料電池セル管（３）の各々の外管（５）の一端部が開放されて嵌合され、外管（５）で使用済みの酸化剤ガス（２）を排出する。燃料室（７）は、第１空気室（８）と反対側の第２空気室（９）の隣に設置され、複数の燃料電池セル管（３）を含み、燃料電池セル（２１）に燃料ガス（１）を供給する。そして、外管（５）は、外管（５）の他端部が、燃料室（７）へ延び、閉止されている。内管（４）は、内管（４）の他端部が、外管（５）の他端部の近傍へ延び、開放されている。第１空気室（８）と内管（４）とが嵌合する一側面としての第１管板（１４）、及び第２空気室（９）と外管（５）とが嵌合する一側面としての第２管板（１５）の少なくとも一方は、他の側面としての側板（１３、１６）と一体に成型されている。
【００２８】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、その一体成型が、金属板のプレス加工である。
【００２９】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、内管（４）を内側に結合する第１嵌合リング（２６）を更に具備する。そして、第１管板（１４）と内管（４）とは、第１嵌合リング（２６）を介して嵌合している。
【００３０】
更に、本発明の燃料電池モジュールは、外管（５）を内側に結合する第２嵌合リング（２６’）を更に具備する。第２管板（１５）と外管（５）とは、第２嵌合リング（２６’）を介して嵌合している。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である燃料電池モジュールの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、筒型のうち円筒型の燃料電池モジュールについて例を示して説明するが、他の筒型構造を有する燃料電池にも適用が可能である。なお、各実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を付して説明する。
【００３２】
（実施例１）
本発明である燃料電池モジュールの第１の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明である燃料電池モジュールの第１の実施の形態の構成を示す図（断面図）である。燃料電池モジュール３０は、複数の燃料電池セル管３、空気室としての酸化剤ガス供給室７、第１燃料室としての供給室８、第２燃料室としての排出室９、断熱体１０（−１〜２）を備える。
第１燃料室としての供給室８は、蓋板１２、側板１３、第１燃料室の一側面としての管板Ａ１４、接合部１８−１、燃料ガス供給口８−１及び（複数の）第１嵌合部８−２、を有する。
第２燃料室としての排出室９は、蓋板１７、側板１６、第２燃料室の一側面としての管板Ｂ１５、接合部１８−２、燃料ガス排出口９−１及び（複数の）第２嵌合部９−２を有する。
酸化剤ガス供給室７は、管板Ａ１４（及び側板１３）、管板Ｂ１５（及び側板１６）、接合部１８−１〜１８−２、側板３１、伸縮部３２、酸化剤ガス供給口７−１及び酸化剤ガス排出口７−２を有する。
なお、図１の構成は、本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
【００３３】
本発明では、供給室８の側板１３と管板Ａ１４が、金属薄板の（板金）プレス加工のような一体成形の手法により、形成されている。従って、側板１３と管板Ａ１４との間の溶接が不要となり、工数及びコストの低減が可能となる。そして、側板１３と管板Ａ１４との間の部分からのガスのリークの可能性が無くなり、ガスタイト性の信頼性が向上する。また、側板１３と管板Ａ１４とが一体成形物なので、側板１３が管板Ａ１４を拘束して、管板Ａ１４が変形する問題を回避することが出来る。排出室９の側板１６と管板Ｂ１５も一体成形されており、同様の効果が得られる。
また、複数の燃料電池セル管３は、その一端部において供給室８の管板Ａ１４に締り嵌めで接合（第１嵌合部８−２）されている。そして、管板Ａ１４の締め付け力により、供給室８側において、強固に保持されている。同様に、複数の燃料電池セル管３が、その他端部において排出室９の管板Ｂ１５に締り嵌めで接合（第２嵌合部９−２）されている。そして、管板Ｂ１５の締め付け力により、排出室９側において、強固に保持されている。この管板Ａ１４及び管板Ｂ１５による燃料電池セル管３の両端保持の力と燃料電池セル管３の強度により、供給室８−燃料電池セル管３−排出室９が一つの構造体として、その構造が強く保持（支持、維持）される。その結果、構造を維持するための構造材を使用することなく、燃料電池モジュール３０の構造の保持が可能となる。
【００３４】
以下に各構成を詳細に説明する。
燃料電池セル管３は、多孔質セラミックスの円筒型の基体管である。外周面上には、発電を行う燃料電池セル２１とリード膜２３（後述）を有する。燃料電池セル管３は、一端部を供給室８の管板Ａ１４に、開放されて嵌合されている。同様に、他端部は排出室９の管板Ｂ１５に、開放されて嵌合されている。材質は、安定化ジルコニアである。
【００３５】
第１燃料室としての供給室８は、蓋板１２と側板１３と管板Ａ１４とで囲まれた中空の直方体や円柱等の形をしているガス分配室である。各板は、ステンレスや耐熱合金などの金属製の薄板である。側板１３と管板Ａ１４とは、例えば１枚の金属薄板を（板金）プレス加工により、蓋無しの容器のような形状に一体成形された第１容器部１９（後述）である。従って、第１容器部１９の側板１３と管板Ａ１４との間に溶接のような加工を行なう必要がない。蓋板１２と第１容器部１９（の側板１３）と（側板３１）とは、接合部１８−１において、ガスリークしない方法で加工され（後述）、供給室８を形成する。
供給室８は、蓋板１２に燃料ガス１の供給を受けるためのガス供給口８−１を有する。管板Ａ１４は、供給室８と酸化剤ガス供給室７とを隔て、燃料電池セル管３を接続するための孔を（燃料電池セル管３の数だけ）有している。管板Ａ１４は、供給室８に入った燃料ガス１が燃料電池セル管３へ供給されるように、燃料電池セル管３の一端部と第１嵌合部８−２で連結し、接合している。複数存在する各燃料電池セル管３へ、均等に燃料ガス１を供給する。内部にガスの流れを整え易くするために整流板のような機構を用いても良い。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【００３６】
第２燃料室としての排出室９は、蓋板１７と側板１６と管板Ｂ１５とで囲まれた中空の直方体や円柱等の形をしているガス分配室である。各板は、ステンレスや耐熱合金などの金属製の薄板である。側板１６と管板Ｂ１５とは、例えば１枚の金属薄板を（板金）プレス加工により、蓋無しの容器のような形状に一体成形された第２容器部２０（後述）である。従って、第２容器部２０の側板１６と管板Ｂ１５との間に溶接のような加工を行なう必要がない。蓋板１７と第１容器部２０（の側板１６）と（側板３１と）は、接合部１８−２において、ガスリークしない方法で加工され（後述）、排出室９を形成する。
排出室９は、蓋板１７に使用済みの燃料ガス１の排出を行なうためのガス排出口９−１を有する。管板Ｂ１５は、排出室９と酸化剤ガス供給室７とを隔て、燃料電池セル管３を接続するための孔を（燃料電池セル管３の数だけ）有している。管板Ｂ１５は、燃料電池セル管３から排出される使用済み燃料ガス１を収集可能なように、燃料電池セル管３の他端部と第２嵌合部９−２で連結し、接合している。内部にガスの流れを整え易くする整流板のような機構を用いても良い。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【００３７】
空気室としての酸化剤ガス供給室７は、管板Ａ１４（第１容器１９）と管板Ｂ１５（第２容器２０）と側板３１とで囲まれた中空の直方体や円柱等の形をしているガス供給室である。各板は、ステンレスや耐熱合金などの金属製の薄板である。第１容器１９と側板３１とは接合部１８−１（後述）でガスリークしない方法で接合されている。また、第２容器２０と側板３１とは接合部１８−２（後述）で接合されている。そして、第１容器１９と第２容器２０と側板３１は、酸化剤ガス供給室７を形成する。熱により燃料電池セル管３が伸縮し、供給室８と排気室９との距離が変化することに対応するために、伸縮部３２を備える。伸縮部３２は、例えば、側板３１中に設けられた蛇腹状の伸縮可能な部位である。
ただし、管板Ａ１４及び管板Ｂ１５の弾性変形や、燃料電池セル管３又は第１嵌合リングと管板Ａ１４との間（あるいは第２嵌合リングと管板Ｂ１５との間）のスライド（摺動）により熱伸縮に対応することも可能である。
酸化剤ガス供給室７は、燃料電池セル管３を含み、燃料電池セル管３に酸化剤ガス２を供給する。酸化剤ガス２の供給を受けるための酸化剤ガス供給口７−１及び使用済みの酸化剤ガス２の排出を行なうための酸化剤ガス排出口７−２を有する。管板Ａ１４及び管板Ｂ１５の近傍の内部に、断熱体１０（断熱体Ａ１０−１及び断熱体Ｂ１０−２）を固定している。本実施例では、ステンレス製の直方体形状を有する。
【００３８】
断熱体１０は、管板Ａ１４及び管板Ｂ１５の近傍であって、供給室８及び排出室９の外側の酸化剤ガス供給室７内に固定されている。管板Ａ１４側が、断熱体Ａ１０−１であり、管板Ｂ１５側が、断熱体Ｂ１０−２である。そして、燃料電池セル管３上の両端部の近傍において、管板と共に酸化剤ガス２の流路を形成し、その流通を制限している。また、燃料電池セル管３の発電部２１（後述）側の熱を遮断し、管板Ａ１４及び管板Ｂ１５、あるいは、第１嵌合部及び第２嵌合部を、熱的に保護する。材料としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする断熱材などである。
【００３９】
図５（ｂ）に、断熱体１０（断熱体Ａ１０−１及び断熱体Ｂ１０−２）の正面図（図１は、断面図である）を示す。図５（ｂ）にあるように、断熱体１０は千鳥格子状に燃料電池セル管３用の孔１０−３が開口している。孔１０−３の直径は、燃料電池セル管３の直径よりもやや大きい。燃料電池セル管３と孔１０−３との隙間を酸化剤ガス２が通過するためである。
ただし、本発明における燃料電池の燃料電池セル管３の配置及びその本数が、図５（ｂ）に示すような配置に限定されるものではない。
【００４０】
なお、燃料ガス１は、燃料電池セル２１が直接内部改質型の場合には、メタン、プロパン等の炭化水素と水蒸気との混合ガスである。そうでない場合には、水素と水蒸気とを含む混合ガスである。
また、酸化剤ガス２は、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合ガスである。
【００４１】
次に、図２を参照して、燃料電池セル管３の第１嵌合部８−２及びその周辺について説明する。図２は、図１の燃料電池セル管３の１本分の第１嵌合部８−２及びその周辺について拡大した図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第１嵌合部８−２は、燃料電池セル２１と発電部２２とリード膜２３とを含む燃料電池セル管３、管板Ａ１４、シール剤２４、第１嵌合リング２６及び充填材２７を備える。その周辺の酸化剤ガス２の流れを断熱体Ａ１０−１が制限している。
【００４２】
燃料電池セル２１は、燃料電池セル管３の外周面上に、燃料極、電解質膜、空気極を順に少しずつずらして積層（図示せず）した燃料電池のセルである。それぞれの燃料電池セル２１同士は、インターコネクタ膜（図示せず）で直列に接合されている。燃料電池セル管３の内側から拡散してくる燃料ガス１と、燃料電池セル管３の外側から供給される酸化剤ガス２とにより、発電を行う。
発電部２２は、燃料電池セル管３上の燃料電池セル２１が複数ある領域である。ここで、発電がなされ、それと同時に、セルの抵抗損などにより熱が発生し高温になっている。
【００４３】
リード膜２３は、発電部２２で発電された電力を導く一方の極としての導電性の膜である。排出室９側にも同様にあり、両膜から引き出した電極から電力を取り出す。
【００４４】
シール剤２４は、第１嵌合リング２６の外周面側と管板Ａ１４の第１嵌合部８−２での内周面側と間の領域に充填されるガスシール剤である。その隙間を埋め、供給室８の燃料ガス１と、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その周辺の最高使用温度に合わせたシール剤を用いる。
なお、第１嵌合リング２６の表面と管板Ａ１４の第１嵌合部８−２の内周面とのすり合わせが非常に高精度の場合には、シール剤を用いない場合もある。
【００４５】
第１嵌合リング２６は、その内径が燃料電池セル管３よりもやや大きい円筒状のリングである。その外周面と、管板Ａ１４の第１嵌合部８−２の内周面とが密接している。燃料電池セル管３の寸法の多少のずれ、表面の凹凸を、この第１嵌合リング２６と充填材２７（後述）とが緩衝材として働き、吸収する。材料は、加工精度やコストの面から金属が好ましい。また、酸化雰囲気での使用なので耐酸化性を有する金属がより好ましい。そのような金属としては、ステンレス鋼が挙げられる。
【００４６】
充填材２７は、第１嵌合リング２６の内周面側と燃料電池セル管３の両端の外周面側と間の領域に充填されるガスシール剤かつ接着材である。その隙間を埋め、供給室８及び排出室９の燃料ガス１と、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス２との間をガスシールする。また、燃料電池セル管３の寸法の多少のずれを、その変形で吸収する。その周辺の最高使用温度に合わせてハンダを行う方法（リード膜２３は絶縁膜で被覆）、接着剤や樹脂などを埋め込む方法などが使用できる。
【００４７】
断熱体Ａ１０−１については既述の通りなのでその説明を省略する。
【００４８】
管板Ａ１４は、第１嵌合リング２６（及び燃料電池セル管３）を通す孔を有している。その孔の直径は、第１嵌合リング２６の直径より、やや小さい。このようにすることにより、図２で示すように、その孔に第１嵌合リング２６を通した時、管板Ａ１４の孔部の内周部分が、第１嵌合リング２６を通した方向に内側に変形し、第１嵌合リング２６の外周部と管板Ａ１４の孔部の内周部分が密着する。
【００４９】
次に、図３を参照して、燃料電池セル管３の第２嵌合部９−２及びその周辺について説明する。図３は、図１の燃料電池セル管３の１本分の第２嵌合部９−２及びその周辺について拡大した図である。本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
第１嵌合部９−２は、燃料電池セル２１と発電部２２とリード膜２３とを含む燃料電池セル管３、管板Ｂ１５、シール剤２４’、第２嵌合リング２６’及び充填材２７’を備える。その周辺の酸化剤ガス２の流れを断熱体Ｂ１０−２が制限している。
【００５０】
燃料電池セル２１と発電部２２とリード膜２３とを含む燃料電池セル管３は、既述の通りなのでその説明を省略する。断熱体Ｂ１０−２、管板Ｂ１５、シール剤２４’、第２嵌合リング２６’及び充填材２７’は、断熱体Ａ１０−１、管板Ａ１４、シール剤２４、第１嵌合リング２６及び充填材２７と同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
次に、管板Ａ１４について更に説明する。
図５に、管板Ａ１４の正面図（図１は、断面図（図５（ａ）のＡ−Ａ’断面）である）を示す。図５（ａ）にあるように、管板Ａ１４は千鳥格子状に第１嵌合リング２６（及び燃料電池セル管３）用の孔３４が開口している。各孔３４の直径は、第１嵌合リング２６の外径よりも小さい。
ただし、本発明における燃料電池の燃料電池セル管３の配置及びその本数が、図５（ａ）に限定されるものではない。その他の配置の例としては、正方格子状、蜂の巣状などがある。
【００５２】
管板Ａ１４に第１嵌合リング２６を通して密着させる方法として、深絞り加工や、焼嵌め加工などの締り嵌め加工がある。孔３４は、締り嵌め加工を実施できるように、その直径が第１嵌合リング２６の外径よりも小さい。ただし、第１嵌合リング２６を用いず、直接燃料電池セル管３を通す場合には、燃料電池セル管３の外径よりも小さくする。
【００５３】
管板Ａ１４の孔３４の内周部分は、第１嵌合リング２６と密接する際、締り嵌めによる弾性力により、強く密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時に、第１嵌合リング（及びそれに接続している燃料電池セル管３）を強力に保持する。
また、孔３４近傍の管板Ａ１４の弾性変形に伴い、その周辺部に強い反力が発生する。そのため、管板Ａ１４全体として、弾性変形能を有しながらも、変形し難くなる。すなわち、管板Ａ１４は、その強力な反力により、大きな荷重（複数の燃料電池セル管３）に対しても、変形することなくその形状を維持することが出来る。そして、複数の第１嵌合リング２６及びそれに接続している複数の燃料電池セル管３を強力に保持することが可能となる。
【００５４】
第１嵌合リング２６の表面を滑らかにする、あるいは、シール剤２４を潤滑性（固体）のあるものにすれば、管板Ａ１４の孔の内周面と第１嵌合リング２６の外周面とを、ある大きさ以上の力で、互いに滑らせるようにすることも可能である。力の大きさ及び滑り具合は、第１嵌合リング２６の表面状態、シール剤２４の種類等に基づいて、実験的に決定する。
可動（摺動可能）になると、熱膨張係数の違いにより、熱による伸びの相違が発生した場合でも、滑りで吸収することが可能となる。
【００５５】
次に、第１容器部１９について、更に説明する。
図４は、第１容器部を説明する図である。図４（ａ）は、第１容器部１９の断面図（上図）と平面図（下図）である。また、図４（ｂ）及び（ｃ）は、第１容器部１９のバリエーションの断面図である。
【００５６】
図４（ａ）を参照して、第１容器１９は、結合部１９−１と曲面部１９−２と側板部１９−３とを有する側板１３、及び、曲面部１９−４と平板部１９−５とを有する管板Ａ１４を備える。
結合部１９−１は、接合部１８−１において蓋板１２及び側板３１と接合する。供給室８から外へ向かう環形状の板である。本実施例では、供給室８が概ね直方体であるので、矩形形状の環である。結合部１９−１の成す面と蓋板１２の成す面とは実質的に平行である。
曲面部１９−２は、外周側を結合部１９−１の内周側に接し、内周側を側板部１９−３に接する環形状の板である。半径Ｒ１の１／４円の曲面を形成する。曲面部１９−２の一方の側（外側）の接平面は、結合部１９−１となる。また、他方の側（内側）の接平面は、側板部１９−３となる。すなわち、結合部１９−１の成す面と側板部１９−３の成す面とは垂直である。
側板部１９−３は、供給室８の側板１３の主要な側面であり、筒形状を有する。一方の側を曲面部１９−２に、他方の側を曲面部１９−４に接続している。
曲面部１９−４は、外周側を側板部１９−３の内周部に接し、内周側を平板部１９−５に接する環形状の板である。半径Ｒ２の１／４円の曲面を形成している。曲面部１９−４の一方の側（外側）の接平面は、側板部１９−３となる。また、他方の側（内側）の接平面は、平板部１９−５となる。すなわち、側板部１９−３の成す面と平板部１９−５の成す面とは垂直である。
平板部１９−５は、供給室８の管板Ａ１４の主要な部分を形成する。燃料電池セル管３を管板Ａ１４に保持する。燃料電池セル管３は、平板部１９−５中に形成された孔３４に嵌合する。
なお、（側板１３の）結合部１９−１と蓋板１２と側板３１との接合部１８−１については、後述する。
【００５７】
第１容器１９は、金属製の一枚の薄板を（板金）プレス加工し、蓋の無い容器のような形状を形成した後、孔３４を作ることにより形成される。例えば、一枚の薄いステンレス鋼を用い、板金プレス加工により、図４（ａ）の形状を一気に一体成形する。ただし、孔３４は、プレス加工後に開口する。プレス加工時は、角の部分（曲面部１９−２及び曲面部１９−４）が急激な曲げにならないように、半径Ｒ１及び半径Ｒ２を適切に設定する。
Ｒ１及びＲ２は、小さ過ぎると金属の歪みが大きくなり、降伏点に達し、破損しやすくなる。従って、例えば、Ｒ１及びＲ２の下限は、降伏点達する直前のＲ１及びＲ２に基づいて決定される。また、大き過ぎると孔３４を設ける平板部１９−５の面積が小さくなり、燃料電池セル管３を有効に設置できなくなる。従って、例えば、Ｒ１及びＲ２の上限は、燃料電池モジュール３０の設計時の単位体積あたりの発電量に基づいて決定される。
【００５８】
管板Ａ１４を含む第１容器１９は、第１嵌合部８−２が、燃料電池セル管３を支持する役割があるので、ある程度の強度を有する材料であることが好ましい。また、接合部分（第１嵌合部８−２）が、燃料電池セル管３と管板Ａ１４（のシール剤２４と嵌合リング２６及び充填材２７）との隙間からガスをリークさせないように、且つ、応力などによる位置ずれや振動や衝撃を吸収することが可能なように、金属板のような弾性のある部材であることが好ましい。その際、酸化雰囲気で使用することから、耐熱合金などの耐酸化性の部材であることがより好ましい。そのような材料として、鉄系又はインコネル系の金属材料が好ましい。より好ましくは、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６のようなオーステナイト系ステンレス鋼である。
【００５９】
また、その厚みの上限は、プレス加工及び締り嵌め加工が可能な厚みであることから、また、下限は、燃料電池セル管３を支持することが可能な厚みであることから、それぞれ実験的に決定される。板の材料の種類により異なる。例えば、オーステナイト系ステンレスでは、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．２以上、１ｍｍ以下である。
【００６０】
図４（ｂ）（ｃ）は、図４（ａ）のバリエーションである。
図４（ｂ）の場合、第１容器１９は、結合部１９−６と曲面部１９−７側板部１９−８とを有する側板１３、及び、曲面部１９−９と平板部１９−１０とを有する管板Ａ１４を備える。
結合部１９−６は、接合部１８−１において蓋板１２及び側板３１と接合する。供給室８から内へ向かう環形状の板である。本実施例では、供給室８が概ね直方体であるので、矩形形状の環である。結合部１９−１の成す面と蓋板１２の成す面とは実質的に平行である。
曲面部１９−７は、内周側を結合部１９−６の外周側に接し、外周側を側板部１９−８に接する環形状の板である。半径Ｒ１の１／４円の曲面を形成している。曲面部１９−７の一方の側（内側）の接平面は、結合部１９−６となる。また、他方の側（外側）の接平面は、側板部１９−８となる。すなわち、結合部１９−７の成す面と側板部１９−８の成す面とは垂直である。
なお、側板部１９−８、曲面部１９−９及び平板部１９−１０は、それぞれ、図４（ａ）の側板部１９−３、曲面部１９−４、及び平板部１９−５と同様であるのでその説明を省略する。
また、（側板１３の）結合部１９−６と蓋板１２と側板３１とび接合部１８−１については、後述する。
【００６１】
図４（ｃ）の場合、第１容器１９は、結合部１９−１１と曲面部１９−１２と側板部１９−１３とを有する側板１３、及び、曲面部１９−１４と平板部１９−１５とを有する管板Ａ１４を備える。
結合部１９−１１は、接合部１８−１において蓋板１２及び側板３１と接合する。供給室８から外へ向かう帯環形状の板である。本実施例では、供給室８が概ね直方体であるので、矩形形状の帯状の環である。
曲面部１９−１２は、結合部１９−１１の内周部から、概ね３６０度の方向へ側板１３を曲げる曲面を形成している。すなわち、結合部１９−１１の成す平面と側板部１９−１３の成す面とは平行である。
なお、側板部１９−１３、曲面部１９−１４及び平板部１９−１５は、それぞれ、図４（ａ）の側板部１９−３、曲面部１９−４、及び平板部１９−５と同様であるのでその説明を省略する。
また、（側板１３の）結合部１９−１１と蓋板１２と側板３１とび接合部１８−１については、後述する。
【００６２】
なお、第２容器２０は、第１容器１９と同様であるのでその説明を省略する。また、図４で示すような形状を製作可能な鋳型をつくり、そこに金属を流し込むことによっても、同様に一体物の第１容器１９及び第２容器２０は形成可能である。
【００６３】
次に、接合部１８−１について説明する。
図６は、接合部１８−１の構成を示す断面図である。
図６（ａ）を参照して、接合部１８−１は、蓋板１２と第１容器部１９と側板３１との接合部である。蓋板１２、第１容器部１９、側板３１、締付け具３５、締付け具３６、ガスケット３７−１、ガスケット３７−２とを備える。これは、図４（ａ）の第１容器１９を用いた場合を示している。
【００６４】
蓋板１２、第１容器部１９及び側板３１は、接合部１８−１に対応する部分において、互いに実質的に平行になるように成形されている。
蓋板１２の接合部１８−１となる部分は、蓋板１２の辺縁部１２−１であり、蓋板１２には成形は無い。
第１容器部１９の接合部１８−１となる部分は、側板１３の端部の結合部１９−１（図４（ａ））であり、蓋板１２と実質的に平行になるように外側へ開いている。
側板３１の接合部１８−１となる部分は、筒状の側板３１の一端部である端部３１−１であり、蓋板１２と実質的に平行になるように外側へ開いている。
ガスケット３７−１及びガスケット３７−２は、それぞれ辺縁部１２−１と結合部１９−１との間、及び、結合部１９−１と端部３１−１との間に介設される。ガスケット３７−１及びガスケット３７−２は、両側の部材から締付けられることにより、両側の部材間の隙間を無くし、ガスがリークしないようにする。ゴム製のＯリング、銅やアルミニウム、インジウムなどの金属ガスケットに例示される。
締付け具３５及び締付け具３６は、辺縁部１２−１／ガスケット３７−１／結合部１９−１／ガスケット３７−２／端部３１−１とで形成される接合部１８−１を、ガスリークを起こさないように、辺縁部１２−１の側と、端部３１−１の側とから挟みこみ締付ける。締付け具３６及び締付け具３７は、ボルトとナットに例示される。ただし、その場合、辺縁部１２−１／結合部１９−１／端部３１−１を貫通する孔（ガスケット３７−１及びガスケット３７−２の無い位置）を開けておく。
【００６５】
図６（ａ）では、接合部１８−１は、辺縁部１２−１／ガスケット３７−１／結合部１９−１／ガスケット３７−２／端部３１−１の順番で積層され、その部分を締付け具３５及び締付け具３６で締付けている。ただし、ガスケット３７−１及びガスケット３７−２は、接合部全体に連続的に存在するが、締付け具３５及び締付け具３６は、飛び飛びに存在していても良い。
【００６６】
図６（ｂ）を参照して、接合部１８−１は、蓋板１２と第１容器部１９と側板３１との接合部である。蓋板１２、第１容器部１９、側板３１、締付け具３５、締付け具３６、ガスケット３７−１、ガスケット３７−２とを備える。これは、図４（ｂ）の第１容器１９を用いた場合を示している。
【００６７】
蓋板１２、第１容器部１９及び側板３１は、接合部１８−１に対応する部分において、互いに実質的に平行になるように成形されている。
蓋板１２の接合部１８−１となる部分は、蓋板１２の辺縁部１２−１であり、蓋板１２には成形は無い。
第１容器部１９の接合部１８−１となる部分は、側板１３の端部の結合部１９−６（図４（ｂ））であり、蓋板１２と実質的に平行になるように内側へ向いている。
側板３１の接合部１８−１となる部分は、筒状の側板３１の一端部である端部３１−２であり、蓋板１２と実質的に平行になるように内側へ開いている。
ガスケット３７−２及びガスケット３７−１は、それぞれ端部３１−２と結合部１９−６との間、及び、結合部１９−６と辺縁部１２−１との間に介設される。ガスケット３７−１及びガスケット３７−２は、両側の部材から締付けられることにより、両側の部材間の隙間を無くし、ガスがリークしないようにする。ゴム製のＯリング、銅やアルミニウム、インジウムなどの金属ガスケットに例示される。
締付け具３５及び締付け具３６は、端部３１−２／ガスケット３７−２／結合部１９−６／ガスケット３７−１／辺縁部１２−１とで形成される接合部１８−１を、ガスリークを起こさないように、辺縁部１２−１の側と、端部３１−２の側とから挟みこみ締付ける。締付け具３６及び締付け具３７は、ボルトとナットに例示される。ただし、その場合、端部３１−２／ガスケット３７−２／結合部１９−６／ガスケット３７−１／辺縁部１２−１を貫通する孔を開けておく（ガスケット３７−１〜３７−２にも、ガスのシールに影響の無いように締付け具３５及び３６が貫通する孔を開ける）。
【００６８】
図６（ｂ）では、接合部１８−１は、端部３１−２／ガスケット３７−２／結合部１９−６／ガスケット３７−１／辺縁部１２−１の順番で積層され、その部分を締付け具３５及び締付け具３６で締付けている。ただし、ガスケット３７−１及びガスケット３７−２は、接合部全体に連続的に存在するが、締付け具３５及び締付け具３６は飛び飛びに存在していても良い。
【００６９】
この場合、接合部１８−１が、供給室８の外側に出ていないので、設置に必要な領域が小さくて済み、省スペースとなる。
【００７０】
図６（ｃ）を参照して、接合部１８−１は、蓋板１２と第１容器部１９と側板３１との接合部である。蓋板１２、第１容器部１９、側板３１、締付け具３５、締付け具３６、ガスケット３７−１、ガスケット３７−２とを備える。これは、図４（ｃ）の第１容器１９を用いた場合を示している。
【００７１】
第１容器部１９及び側板３１は、接合部１８−１に対応する部分（結合部１９−１１、端部３１−３）において、互いに実質的に平行になる（重なる）ように成形されている。
蓋板１２の接合部１８−１となる部分は、蓋板１２の辺縁部１２−２である。そして、缶の密封に用いられる二重巻締法を用いて接合部１８−１が形成される。その場合、缶胴に対応するのが第１容器部１９及び側板３１の重なったもの（２枚で１つの缶胴として取り扱う）である。缶蓋に対応するのが蓋板１２である。
二重巻締法により、第１容器部１９の接合部１８−１となる部分（側板１３の端部の結合部１９−１１（図４（ｃ））と側板３１の接合部１８−１となる部分（筒状の側板３１の一端部である端部３１−３）は、蓋板１２の辺縁部１２−２と実質的に平行になるように外側へ折り返すように曲げられている。また、辺縁部１２−２は、結合部１９−１１及び端部３１−３を外側から覆い、かつ、結合部１９−１１及び端部３１−３とそれ以外の側板１３及び側板３１との間に入り込むことにより、結合部１９−１１及び端部３１−３を包み込んでいる。そして、接合部１８−１を強く締つけて（巻締めて）いる。
【００７２】
図６（ｃ）では、接合部１８−１は、辺縁部１２−２／結合部１９−１１／端部３１−３の順番で積層され、缶を密封するための二重巻締法に例示される方法を用いて密封されている。その他の缶を密封するための方法を用いても良い。
【００７３】
この場合、接合部１８−１が、締付け具３７−１及び３７−２を用いていないので、構造が簡単になり、製造にかかる労力が軽減される。
【００７４】
なお、酸化剤ガス２として空気を用いている場合には、酸化剤ガス供給室７内部と燃料電池モジュール３０の外側とは共に空気雰囲気になる。そのため、図６（ａ）〜図６（ｃ）で説明した側板３１と第１容器１９（の側板１３）との接合部では、必ずしも厳密なシール性は必要ない。例えば、結合部１９−１、１９−６、１９−１１と、端部３１−１〜３１−３との接合として、平滑な金属板同士の重ね合わせのような方法でも対応可能である。その場合、ガスケット３７−２のような気密性を高める部材の介設や、グリースの塗付などの処置を行う必要が無くなる。
【００７５】
なお、接合部１８−２は、接合部１８−１と同様であるのでその説明を省略する。
【００７６】
本実施例では、上記図２及び図３のように、第１嵌合リング２６と充填材２７及び第２嵌合リング２６’と充填材２７’を用いている。ただし、それらを用いず、直接、管板Ａ１４と燃料電池セル管３とを第１嵌合部８−２で嵌合、及び管板Ｂ１５と燃料電池セル管３とを第２嵌合部９−２で嵌合することも可能である。
図７に、嵌合リングを用いない場合の第１嵌合部及びその周辺の拡大図を示す。各符号の意味は図２と同様であるので、その説明を省略する。燃料電池セル管３の寸法精度及び表面仕上げの状態によって嵌合リングを用いなくても良い。その場合、部材の点数が減少するので部品コストや製造コストを低減できる。
【００７７】
次に、本発明である燃料電池モジュールの第１の実施の形態の動作に関して、図１（図２、図４）を参照して説明する。
【００７８】
燃料ガス１について説明する。
図１において、供給室８内に水素と水蒸気とを含むの燃料ガス１が、ガス供給口８−１から供給される。燃料ガス１は、予熱されている（例えば、２５０℃程度）。その後、燃料ガス１は、燃料電池セル管３の一端部から、ばらつきの無い流量で流入する。
発電部２２において、燃料ガス１は、燃料電池セル２１に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル２１は発熱するが、その熱は、燃料電池セル管３の外周部を流れる酸化剤ガス２により持ち去られるので、燃料電池セル２１の温度は９００℃〜１０００℃に保持される。そして、燃料ガス１も、温度が上昇しない。燃料ガス１のうち、発電に用いられなかった燃料ガス１及び発電により発生した水蒸気は、燃料電池セル管３の排出室９側の他端部（左側）から排出室９へ送出される。
送出された使用済みの燃料ガス１は、排出室９で混合され、燃料ガス排出口９−１から排出される。
【００７９】
次に、酸化剤ガス２について説明する。
図１において、酸素を含む酸化剤ガス２が、酸化剤ガス供給口７−１から酸化剤ガス供給室７に入る。そして、断熱体Ｂ１０−２と管板Ｂ１５とに挟まれ形成される空間を、管板Ｂ１５に沿って移動する。排出室９側の燃料電池セル管３に達した酸化剤ガス２は、断熱体Ｂ１０−２と燃料電池セル管３の外周部との間の空間に入る。そして、概ね燃料電池セル管３の外周部を、その排出室９側の他端部（左側）から供給室８の方向へ進む。
発電部１４において、酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１に供給され、発電に寄与する。その際、燃料電池セル２１は発熱するが、その熱は、酸化剤ガス２により持ち去られるので、燃料電池セル２１の温度は９００℃〜１０００℃に保持される。また、酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１から発電によって生じた熱量を奪いながら温度を上昇させていく。そして、発電に用いられなかった酸化剤ガス２は、燃料電池セル管３の内側を対向して流れる燃料ガス１へ熱量を、燃料電池セル管３の側面（壁面）を介して放出し、温度を下降させていく。そして、燃料電池セル管３の外周部の供給室８側の一端部（右側）へ達する。その後、断熱体Ａ１０−１と管板Ａ１４との空間を進む。
使用済みの酸化剤ガス２は、断熱体Ａ１０−１と管板Ａ１４とに挟まれて形成された空間に沿って移動し、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス排出口７−２から外部へ排出される。
【００８０】
本発明では、側板１３と管板Ａ１４とを一体（第１容器部）に形成するので、側板１３と管板Ａ１４との間の溶接を行う必要が無くなり、製造の工数及びコストを低減することが可能となる。そして、側板１３と管板Ａ１４とが一体なので、その部分からのガスのリークの可能性が無くなり、ガスタイト性の信頼性が向上する。また、燃料電池モジュール３０の運転時に側板１３が管板Ａ１４を拘束して管板Ａ１４が変形する問題を回避することが出来る。
排出室９の側板１６と管板Ｂ１５も一体成形されており、同様の効果が得られる。
【００８１】
管板Ａ１４及び管板Ｂ１５と燃料電池セル管３との嵌合（締り嵌め）に伴う各管板の締め付け力より、燃料電池セル管３が強固に保持される。そして、強固に保持された複数の燃料電池セル管３により、供給室８及び排出室９、供給室８と排出室９との間に配設された酸化剤ガス供給室７を備える燃料電池モジュール３０の構造が保持（維持）される。それにより、構造を維持するための枠あるいは骨組のような構造材を用いる必要が無くなる。すなわち、設備の容積及び設置面積の増加を招くことなく、構造を保持（支持）することが可能となる。
【００８２】
また、本発明においては、従来の部材の他に特別な部材を用いず、管板と燃料電池セル管との接合による簡潔な方法で構造を保持（支持）することが可能となる。
その際、特別に高価な材料や、多量の材料、手間をかけていないので、低コストで構造を保持（支持）することが可能である。
【００８３】
なお、図１において、供給室８−燃料電池セル管３−排気室９内に燃料ガス１、酸化剤ガス供給室７に酸化剤ガス２を流している。しかし、燃料電池２１の積層方法を逆（図１、図２の場合、燃料電池セル管３の表面に近い側から順にアノード電極／電解質／カソード電極と積層）にした場合には、供給室８−燃料電池セル管３−排気室９内に酸化剤ガス２、酸化剤ガス供給室７に燃料ガス１を流すことにより、上記実施例と同様に発電を行える。そして、本発明の効果を同様に得ることが出来る。
【００８４】
図１で示した燃料電池モジュール３０は、燃料電池セル管３が竪置きである。ただし、図１で示した燃料電池モジュール３０を横に９０度倒した横置きでも実施が可能である。
【００８５】
また、図１の燃料電池モジュール３０の酸化剤ガス２の流路を変形した図９のような形状の場合も、本実施例を適用することが可能である。
図９は、本発明である燃料電池モジュールの他の実施の形態の構成を示す図（断面図）である。また、図１０は、図９の燃料電池セル管３の１本分の第１嵌合部８−２及びその周辺の拡大図である。
この場合の燃料電池モジュール３０は、断熱材Ａ１０−１の孔３４が小さく燃料電池セル管３の直径と概ね等しくなっている点、酸化剤ガス排出口７−２が断熱材Ａ１０−１の位置よりも排出室９側に設置されている点が、上記実施例の場合と異なる。
そのため、発電部２２で使用済みの酸化剤ガス２は、断熱材Ａ１０−１の孔３４を通らずに、断熱材Ａ１０−１の発電部２２側に沿って酸化剤ガス排出口７−２へ向かう。
ただし、その他の構成及び動作は、上記実施例と同様であるので、その説明を省略する。
図９に示す実施の形態においても、上記実施例と同様の本発明の効果を得ること出来る。
【００８６】
（実施例２）
次に、本発明である燃料電池モジュールの第２の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図８は、本発明である燃料電池モジュールの第２の実施の形態の構成を示す図（断面図）である。燃料電池モジュール３０は、複数の燃料電池セル管３（内管４及び燃料電池セル２１を有する外管５を含む）、空気室としての酸化剤ガス供給室７、第１燃料室としての供給室８、第２燃料室としての排出室９を備える。
【００８７】
本実施例では、図１１で示した２重管型の燃料電池モジュールにおいて、実施例１のような第１容器及び第２容器を用いて、酸化剤ガス供給室７、供給室８、排出室９を形成している。そのため、実施例１と同様に、各側板と各管板との間の溶接工程の低減、工数及びコストの低減、ガスのリークの可能性の低減、ガスタイト性の信頼性の向上、側板１３の拘束による管板Ａ１４の変形等の効果を得ることが出来る。
【００８８】
以下、各構成について説明する。
第１燃料室としての供給室８は、蓋板１２、側板１３、第１燃料室の側面としての管板Ａ１４、接合部１８、燃料ガス供給口８−１及び（複数の）第１嵌合部８−２、を有する。
第２燃料室としての排出室９は、管板Ａ１４（及び側板１３）、側板１６、第２燃料室の側面としての管板Ｂ１５、接合部１８、燃料ガス排出口９−１及び（複数の）第２嵌合部９−２を有する。
酸化剤ガス供給室７は、側板３１と、管板Ｂ１５（及び側板１６）、接合部１８、底板４１を有する。
なお、図８の構成は、本図面においては、集電に関する構成について、省略している。
【００８９】
各部の構成は、供給室８に嵌合しているのが燃料電池セル管３の内管４であり、排出室９に嵌合しているのが燃料電池セル管８の外管５であること、蓋板１７が管板１４及び側板１３であること以外は、図１、図２、図４、図５（ａ）、図６及び図７で説明した通りなので、その説明を省略する。
【００９０】
次に、本発明である燃料電池モジュールの第２の実施の形態の動作に関して、図８（図２、図４）を参照して説明する。
【００９１】
燃料ガス１について説明する。
図８において、供給室８内に水素と水蒸気とを含むの燃料ガス１が、ガス供給口８−１から供給される。燃料ガス１は、予熱されている（例えば、２５０℃程度）。その後、燃料ガス１は、燃料電池セル管３の内管４の一端部から、ばらつきの無い流量で流入する。内管４の他端部から出た燃料ガス１は、外管５に入る。そして、外管５の発電部２２において、燃料ガス１は、燃料電池セル２１に供給され、発電に寄与する。燃料ガス１のうち、発電に用いられなかった燃料ガス１及び発電により発生した水蒸気は、外管５の排出室９側の他端部から排出室９へ送出される。
送出された使用済みの燃料ガス１は、排出室９で混合され、燃料ガス排出口９−１から排出される。
【００９２】
次に、酸化剤ガス２について説明する。
図１において、酸素を含む酸化剤ガス２が、酸化剤ガス供給口７−１から酸化剤ガス供給室７に入る。そして、燃料電池セル管３の外管５の外周部の燃料電池セル２１へ酸化剤ガス２が供給される。
発電部２２において、酸化剤ガス２は、燃料電池セル２１に供給され、発電に寄与する。そして、酸化剤ガス供給室７の酸化剤ガス排出口７−２から外部へ排出される。
【００９３】
本発明により、側板１３と管板Ａ１４との間の溶接（１１８ａ〜１１８ｅ）が不要となり、工数及びコストの低減が可能となる。そして、その部分からのガスのリークの可能性が無くなり、ガスタイト性の信頼性が向上する。また、側板１３が管板Ａ１４を拘束して、管板Ａ１４が変形する問題を回避することが出来る。
【００９４】
【発明の効果】
本発明の燃料電池モジュールにより、製造の際の溶接箇所が少なく、ガスタイト性が良好で、温度管理や変形の管理が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である燃料電池モジュールの第１の実施の形態の構成を示す図（断面図）である。
【図２】燃料電池セル管の１本分の第１嵌合部及びその周辺の拡大図である。
【図３】燃料電池セル管の１本分の第２嵌合部及びその周辺の拡大図である。
【図４】（ａ）第１容器部の断面図及び平面図である。（ｂ）第１容器部のバリエーションの断面図である。（ｃ）第１容器部の他のバリエーションの断面図である。
【図５】（ａ）本発明である燃料電池モジュールの実施の形態における管板の正面図である。
（ｂ）本発明である燃料電池モジュールの実施の形態における断熱体の正面図である。
【図６】（ａ）接合部の構成を示す断面図である。（ｂ）接合部のバリエーションの断面図である。（ｃ）接合部の他のバリエーションの断面図である。
【図７】嵌合リングを用いない場合の第１嵌合部及びその周辺の拡大図である。
【図８】本発明である燃料電池モジュールの第２の実施の形態の構成を示す図（断面図）である。
【図９】本発明である燃料電池モジュールの他の実施の形態の構成を示す図（断面図）である。
【図１０】燃料電池セル管の１本分の第１嵌合部及びその周辺の拡大図である。
【図１１】従来の円筒型固体電解質燃料電池モジュールの概略構成の一例をに示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料ガス
２ 酸化剤ガス
３ 燃料電池セル管
４ 内管
５ 外管
７ 酸化剤ガス供給室
７−１ 酸化剤ガス供給口
７−２ 酸化剤ガス排出口
８ 供給室
８−１ 燃料ガス供給口
８−２ 第１嵌合部
９ 排出室
９−１ 燃料ガス排出口
９−２ 第２嵌合部
１０ 断熱体
１０−１ 断熱体Ａ
１０−２ 断熱体Ｂ
１０−３ 孔
１２ 蓋板
１２−１〜２ 辺縁部
１３ 側板
１４ 管板Ａ
１５ 管板Ｂ
１６ 側板
１７ 蓋板
１８（−１〜２） 接合部
１９ 第１容器
１９−１ 結合部
１９−２ 曲面部
１９−３ 側板部
１９−４ 曲面部
１９−５ 平板部
１９−６ 結合部
１９−７ 曲面部
１９−８ 側板部
１９−９ 曲面部
１９−１０ 平板部
１９−１１ 結合部
１９−１２ 曲面部
１９−１３ 側板部
１９−１４ 曲面部
１９−１５ 平板部
２０ 第２容器部
２１ 燃料電池セル
２２ 発電部
２３（’） リード膜
２４（’） シール剤
２６ 第１嵌合リング
２６’ 第２嵌合リング
２７（’） 充填材
３０ 燃料電池モジュール
３１ 側板
３１−１〜３ 端部
３２ 伸縮部
３４ 孔
３５ 締付け具
３６ 締付け具
３７−１〜２ ガスケット
４１ 底板
１００ 燃料電池モジュール
１０３ 内管
１０４ 外管
１０５ 燃料電池セル管
１０７ 酸化剤ガス供給室
１０８ 供給室
１０９ 排出室
１１０ 燃料ガス供給部
１１２ 上面板
１１３ 側板
１１４ 底面板
１１６ 側板
１１７ 底面板
１１８ａ〜ｆ 溶接点
１２１ 側板
１２２ 底面板

Claims (19)

1. 表面に燃料電池セルを形成された複数の燃料電池セル管と、
   前記複数の燃料電池セル管の一端部が開放されて嵌合され、前記複数の燃料電池セル管内に燃料ガスを供給する第１燃料室と、
   前記複数の燃料電池セル管の他端部が開放されて嵌合され、前記複数の燃料電池セル管で使用済みの前記燃料ガスを排出する第２燃料室と、
   前記第１燃料室と前記第２燃料室との間に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに酸化剤ガスを供給する空気室と、
   を具備し、
   前記第１燃料室及び前記第２燃料室の少なくとも一方としての燃料室は、
   前記複数の燃料電池セル管が嵌合される一側面としての管板と、
   前記管板と対向する一側面としての蓋板と、
   前記燃料室の残りの側面としての側板と
   を備え、
   前記側板と前記管板とが曲面を介して連続し、前記管板に発生する応力を前記曲面により前記側板へ逃がすように、前記側板と前記管板とが一体成型により形成されている、
   燃料電池モジュール。
2. 前記一体成型は、金属板のプレス加工である、
   請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記管板と前記複数の燃料電池セル管とは、締り嵌めにより嵌合している、
   請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。
4. 前記複数の燃料電池セル管は、前記管板に千鳥格子状又は正方格子状に配列して嵌合されている、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
5. 前記複数の燃料電池セル管の各々と前記管板とを嵌合する複数の嵌合構造を更に具備し、
   前記嵌合構造は、
   前記燃料電池セル管を内側に通す嵌合リングと、
   前記嵌合リングと前記燃料電池セル管とを接合し、前記嵌合リングと前記燃料電池セル管との隙間を充填する充填材と
   を備える
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
6. 前記管板と前記複数の燃料電池セル管との嵌合は、前記管板と前記複数の嵌合リングとによる締り嵌めである、
   請求項５に記載の燃料電池モジュール。
7. 前記第１燃料室及び前記第２燃料室のいずれか一方は、他方に対して、可動的に保持されている、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
8. 表面に燃料電池セルを形成された複数の燃料電池セル管と、
   前記複数の燃料電池セル管の一端部が開放されて嵌合され、前記複数の燃料電池セル管内に酸化剤ガスを供給する第１空気室と、
   前記複数の燃料電池セル管の他端部が開放されて嵌合され、前記複数の燃料電池セル管で使用済みの前記酸化剤ガスを排出する第２空気室と、
   前記第１空気室と前記第２空気室との間に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する燃料室と、
   を具備し、
   前記第１空気室及び前記第２空気室の少なくとも一方としての空気室は、
   前記複数の燃料電池セル管が嵌合される一側面としての管板と、
   前記管板と対向する一側面としての蓋板と、
   前記空気室の残りの側面としての側板と
   を備え、
   前記側板と前記管板とが曲面を介して連続し、前記管板に発生する応力を前記曲面により前記側板へ逃がすように、前記側板と前記管板とが一体成型により形成されている、
   燃料電池モジュール。
9. 前記一体成型は、金属板のプレス加工である、
   請求項８に記載の燃料電池モジュール。
10. 前記複数の燃料電池セル管の各々と前記管板とを嵌合する複数の嵌合構造を更に具備し、
    前記嵌合構造は、
    前記燃料電池セル管を内側に通す嵌合リングと、
    前記嵌合リングと前記対応燃料電池セル管とを接合し、前記嵌合リングと前記対応燃料電池セル管との隙間を充填する充填材と
    を備える
    請求項８又は９に記載の燃料電池モジュール。
11. 前記管板と前記複数の燃料電池セル管との嵌合は、前記管板と前記複数の嵌合リングとによる締り嵌めである、
    請求項１０に記載の燃料電池モジュール。
12. 前記第１空気室及び前記第２空気室のいずれか一方は、他方に対して、可動に保持されている、
    請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
13. 表面に燃料電池セルを形成された外管と前記外管の内部に配設された内管とを含む複数の燃料電池セル管と、
    前記複数の燃料電池セル管の各々の前記内管の一端部が開放されて嵌合され、前記内管に燃料ガスを供給する第１燃料室と、
    前記複数の燃料電池セル管の各々の前記外管の一端部が開放されて嵌合され、前記外管で使用済みの前記燃料ガスを排出する第２燃料室と、
    前記第１燃料室と反対側の前記第２燃料室の隣に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに酸化剤ガスを供給する空気室と、
    を具備し、
    前記外管は、前記外管の他端部が、前記空気室へ延び、閉止され、
    前記内管は、前記内管の他端部が、前記外管の他端部の近傍へ延び、開放され、
    前記第１燃料室は、
    前記第１燃料室と前記内管とが嵌合する一側面としての第１管板と、
    前記第1管板と対向する一側面としての第１蓋板と、
    前記第１燃料室の残りの側面としての第１側板と
    を備え、
    前記第２燃料室は、
    前記第２燃料室と前記外管とが嵌合する一側面としての第２管板と、
    前記第２管板と対向する一側面としての第２蓋板と、
    前記第２燃料室の残りの側面としての第２側板と
    を備え、
    前記第１管板と前記第１側板、及び、前記第２管板と前記第２側板の少なくとも一方としての管板と側板は、前記側板と前記管板とが曲面を介して連続し、前記管板に発生する応力を前記曲面により前記側板へ逃がすように、一体に成型されている、
    燃料電池モジュール。
14. 表面に燃料電池セルを形成された外管と前記外管の内部に配設された内管とを含む複数の燃料電池セル管と、
    前記複数の燃料電池セル管の各々の前記内管の一端部が開放されて嵌合され、前記内管に酸化剤ガスを供給する第１空気室と、
    前記複数の燃料電池セル管の各々の前記外管の一端部が開放されて嵌合され、前記外管で使用済みの前記酸化剤ガスを排出する第２空気室と、
    前記第１空気室と反対側の前記第２空気室の隣に設置され、前記複数の燃料電池セル管を含み、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給する燃料室と、
    を具備し、
    前記外管は、前記外管の他端部が、前記燃料室へ延び、閉止され、
    前記内管は、前記内管の他端部が、前記外管の他端部の近傍へ延び、開放され、
    前記第１空気室は、
    前記第１空気室と前記内管とが嵌合する一側面としての第１管板と、
    前記第１管板と対向する一側面としての第１蓋板と、
    前記第１空気室の残りの側面としての第１側板と
    を備え、
    前記第２空気室は、
    前記第２空気室と前記外管とが嵌合する一側面としての第２管板と、
    前記第２管板と対向する一側面としての第２蓋板と、
    前記第２空気室の残りの側面としての第２側板と
    を備え、
    前記第１管板と前記第１側板、及び、前記第２管板と前記第２側板の少なくとも一方としての管板と側板は、前記側板と前記管板とが曲面を介して連続し、前記管板に発生する応力を前記曲面により前記側板へ逃がすように、一体に成型されている、
    燃料電池モジュール。
15. 前記一体成型は、金属板のプレス加工である、
    請求項１３又は１４に記載の燃料電池モジュール。
16. 前記内管と前記第１管板とを嵌合する嵌合構造を更に具備し、
    前記嵌合構造は、
    前記内管を内側に通す第１嵌合リングと、
    前記第１嵌合リングと前記内管とを接合し、前記第１嵌合リングと前記内管との隙間を充填する充填材と
    を備える
    請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
17. 前記外管と前記第２管板とを嵌合する嵌合構造を更に具備し、
    前記嵌合構造は、
    前記外管を内側に通す第２嵌合リングと、
    前記第２嵌合リングと前記外管とを接合し、前記第２嵌合リングと前記外管との隙間を充填する充填材と
    を備える
    請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
18. 前記複数の燃料電池セル管と前記第１燃料室と前記第２燃料室とは構造的に一体となり荷重を保持する構造材である
    請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
19. 前記複数の燃料電池セル管と前記第１空気室と前記第２空気室とは構造的に一体となり荷重を保持する構造材である
    請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。

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