JP5495168B2

JP5495168B2 - 燃料電池モジュール

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Publication number: JP5495168B2
Application number: JP2008295283A
Authority: JP
Inventors: 司重住; 俊春大江; 勝久土屋; 清隆中野; 直樹渡邉; 陽祐赤木; 昌之川村
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: JP2010123368A

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動す
る複数の燃料電池セルを含む燃料電池モジュールに関する。

燃料ガスと酸化剤ガスとが一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃
料電池セルを含む燃料電池モジュールにおいては、各燃料電池セルの内部を流れる燃料ガスと、その外部を流れる空気との作用によって発電反応が行われる。

下記特許文献１に記載の技術は、例えば燃料電池セルスタックにおける燃料電池セル間に酸素含有ガスを十分高濃度で供給することを目的とするものである。下記特許文献１ではこの目的を達成するために、燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく燃料電池セルスタックを包囲する酸素含有ガス包囲手段の技術が開示されている。より詳しくは内面上に突出させて設けた突起によって、内部空間において乱流を生じさせ、酸素含有ガスを均一に分布させている（下記特許文献１の図６参照）。

また、下記特許文献２に記載されているような燃料電池モジュールも提案されている。
特開２００７−２３４３８４号公報特開２００３−１０９６３９号公報

ところで、上記特許文献１に記載されている燃料電池モジュールでは、燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく、内面上に突出させて設けた突起によって内部空間において乱流を生じさせていた。しかし、突起を迂回するように酸素含有ガスが移動するため、燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの量が、突起がある箇所では多少増えるものの、突起よりも上方の箇所では拡散してしまい、全体としては燃料電池セルスタックへ近づかなかった。

そこで本発明では、酸化剤ガスの拡散防止をはかるとともに、セルに酸化剤ガスがより接触しやすくさせることにより、セルに十分に酸化剤ガスが供給され発電性能が良好となる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために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が一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルと、前記酸化剤ガスを前記燃料電池セルへ向かわせる移行部とを備える燃料電池モジュールであって、前記移行部は前記燃料電池セルの高さ方向に沿った膨出面を有することを特徴とする。

本発明によれば、酸化剤ガスの拡散防止をはかるとともに、セルに酸化剤ガスがより接触しやすくさせることにより、セルに十分に酸化剤ガスが供給され発電性能が良好となる燃料電池モジュールを提供することができる
。

本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果につい
て説明する。

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が一端側から他端側へと流れることによって作動する複数の燃料電池セルと、前記酸化剤ガスを前記燃料電池セルへ向かわせる移行部とを備える燃料電池モジュールであって、前記移行部は前記燃料電池セルの高さ方向に沿った膨出面を有することを特徴とする。

本発明では、膨出面を有する部分において空気の流れが阻害される。そのため、セルの高さ方向に沿って酸化剤ガスである空気が移動することとなり、セルに対して酸化剤ガスが十分に供給され発電性能が良好となる。

また、本発明に係る燃料電池モジュールは、前記燃料電池セルは中空円筒状であり、前記燃料電池モジュールの容器内で立設するとともに、前記膨出面は前記立設した燃料電池セルに沿って延在することを特徴とする。

本発明では、燃料電池セルは中空円筒状であり、燃料電池モジュールの容器内で立設するとともに、膨出面は立設した燃料電池セルに沿って延在しているため、設計が容易で、コンパクト化が実現できる。

また、本発明に係る燃料電池モジュールは、前記移行部は、前記燃料電池セルの他端側が位置する高さに配置されることを特徴とする。

本発明では、移行部は、燃料電池セルの他端側が位置する高さに配置されているため、酸化剤ガスが移行部によって、とくにセルの上方に供給され易くなる。一般にセルの下方から酸化剤ガスが供給される場合、セルの上部に酸化剤ガスが供給されにくくなる不具合を生ずるが、本発明では、セルの上方にも供給され易くなり、セルへの空気供給を効果的に行わせることができる。

また、本発明に係る燃料電池モジュールは、前記移行部は、前記燃料電池セル側へ向けて上方に傾斜する傾斜面を備えることを特徴とする。

本発明では、移行部は、燃料電池セル側へ向けて上方に傾斜する傾斜面を備えているため、酸化剤ガスをセルへ向かわせる作用が働き、酸化剤ガスが壁部とセルの間を抜けることをより抑制することができるため、セルへの空気供給をより効果的に行わせることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を
付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態である燃料電池モジュールＦＣ
を示す斜視図であって、カバー部材を取り外した状態を示す図である。図２は、燃料電池
モジュールＦＣの断面図であって、図１の矢印Ａ方向において、燃料電池モジュールＦＣ
の中央近傍における断面図である。図３は、燃料電池モジュールＦＣの断面図であって、
図１の矢印Ｂ方向において、燃料電池モジュールＦＣの中央近傍における断面図である。
尚、図２及び図３においては、断面のハッチングを省略している。

カバー部材（図１，３に明示しない。図２にその外形を二点鎖線で示す）は、正面側の
側壁と、長手方向の一対の側壁と、背面側の側壁と、天井とによって直方体状に形成され
る。各側壁の下端部には、フランジ部が形成され、そのフランジ部をベース部材２に当接
させることで、カバー部材とベース部材２とによって密閉される空間が形成されている。
カバー部材とベース部材２とはボルト（図示しない）によって固定され、そのボルトがカ
バー部材に設けられた取り付け穴を貫通し、ベース部材２に設けられた取り付け穴２ａを
貫通することで固定されている。

カバー部材とベース部材２とによって形成される内部空間は、仕切り板１５によって二
つの空間に分離されている。仕切り板１５によって分離されている空間の内、燃料電池セ
ルスタック４００が配置されている空間が発電室１６である。仕切り板１５によって分離
されている空間の内、他方の空間が排気ガス室１７である。尚、カバー部材の内壁面と仕
切り板１５とは、直接若しくは何らかの密着用部材（例えば、可撓性のある薄板部材）を
介して間接的に密着している。

仕切り板１５は、ベース部材２に設けられた支持部材１５ａに戴置され、ベース部材２
と所定距離を保って保持されている。支持部材１５ａは、仕切り板１５を長手方向の両端
において支持するように一対設けられている。従って、一対の支持部材１５ａ，１５ａ間
には隙間１５ｂが形成されている。カバー部材の壁面に設けられた排気ガス通路（図示し
ない）を通った排出ガスは、この隙間１５ｂから排気ガス室１７へと導入される。

仕切り板１５にはガスタンク３が載置されている。ガスタンク３には、燃料電池セルス
タック４００が１０個並べて配置されており、ガスタンク３から燃料ガスが、それぞれの
燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４に供給される。

より具体的には、ガスタンク３の上面には、燃料電池セルスタック４００の下支持板４
００ｂとほぼ同じ形状の開口部（図示しない）が設けられており、その開口部に下支持板
４００ｂを密接させてガスタンク３と各燃料電池セルスタック４００とが接続されている
。従って、燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、その先端部分を上
部側に向けてガスタンク３に立設されている。

各燃料電池セル４は、管状であり、燃料電池セル４の管内を燃料電池セル４の一方の端
部から他方の端部へと流れるガスと、その管外を一方の端部から他方の端部へと流れるガ
スの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル４の管内を流れるガスは、水素
又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル４の管外を流
れるガスは、酸素を含む空気等の酸化剤ガスである。

ここで、燃料電池セル４を含む燃料電池セルユニット３０について、図４を参照しなが
ら説明する。図４に示すように、燃料電池セルユニット３０は、燃料電池セル４によって
形成され且つ上下方向に延びる管状構造体であり、円筒形の燃料電池セル４と、燃料電池
セル４の一方の端部４ａに取付けられた内側電極端子４０と、他方の端部４ｂに取付けら
れた外側電極端子４２と、を有している。

燃料電池セル４は、円筒形の内側の電極層４４と、円筒形の外側の電極層４８と、これ
らの電極層４４、４８の間に配置された円筒形の電解質層４６と、内側の電極層４４の内
側に構成される貫通流路５０とを有している。また、燃料電池セル４の一方の端部４ａに
、内側の電極層４４が電解質層４６及び外側の電極層４８に対して露出した内側電極露出
周面４４ａと、電解質層４６が外側の電極層４８に対して露出した電解質露出周面４６ａ
とが設けられている。燃料電池セル４の他方の端部４ｂは、外側の電極層４８が露出した
外側電極露出周面４８ａによって構成されている。貫通流路５０は、燃料ガス流路として
機能する。内側電極露出周面４４ａは、内側の電極層４４と電気的に通じる内側電極外周
面でもある。外側電極露出周面４８ａは、外側の電極層４８と電気的に通じる外側電極外
周面でもある。

内側の電極層４４は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少
なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少な
くとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから
選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種か
ら形成される。電解質層４６は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくと
も一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセ
リア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なく
とも一種から形成される。外側の電極層４８は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なく
とも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少な
くとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少な
くとも一種をドープしたサマリウムコバルト、銀、などの少なくとも一種から形成される
。この場合、内側の電極層４４が燃料極になり、外側の電極層４８が空気極になる。内側
の電極層４４の厚さは、例えば、１ｍｍであり、電解質層４６の厚さは、例えば、３０μ
ｍであり、外側の電極層４８の厚さは、例えば、３０μｍであり、その外径は、例えば、
１〜１０ｍｍである。

内側電極端子４０は、内側電極露出周面４４ａを全周にわたって外側から覆うように配
置され且つそれと電気的に接続された本体部分４０ａと、本体部分４０ａから燃料電池セ
ル４の長手方向に延びる管状部分４０ｂとを有している。本体部分４０ａ及び管状部分４
０ｂは、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分４０ｂの管径は、本体部分４０ａの
管径よりも細くなっている。管状部分４０ｂは、貫通流路５０と連通し且つ外部と通じる
接続流路４０ｃを有している。本体部分４０ａと管状部分４０ｂとの間の段部４０ｄは、
内側の電極層４４の端面４４ｂと当接している。

外側電極端子４２は、外側電極露出周面４８ａを全周にわたって外側から覆うように配
置され且つそれと電気的に接続された本体部分４２ａと、本体部分４２ａから燃料電池セ
ル４の長手方向に延びる管状部分４２ｂとを有している。本体部分４２ａ及び管状部分４
２ｂは、円筒形であり且つ同心であり、管状部分４２ｂの管径は、本体部分４２ａの管径
よりも細くなっている。管状部分４２ｂは、貫通流路５０と連通し且つ外部と通じる接続
流路４２ｃを有している。本体部分４２ａと管状部分４２ｂとの間の段部４２ｄは、環状
の絶縁部材５２を介して外側の電極層４８、電解質層４６及び内側の電極層４４の端面４
４ｃと当接している。

内側電極端子４０の全体形状と外側電極端子４２の全体形状とは同一である。また、内
側電極端子４０と燃料電池セル４、及び、外側電極端子４２と燃料電池セル４とは、その
全周にわたって導電性のシール材５４によってシールされ且つ固定されている。シール材
５４は、例えば、銀、銀とガラスの混合物、金、ニッケル、銅、チタンなどを含む各種ロ
ウ材である。

内側電極端子４０の接続流路４０ｃ、燃料電池セル４の貫通流路５０、及び外側電極端
子４２の接続流路４２ｃは、燃料電池セルユニット３０の管内流路３０ｃを構成する。

続いて、燃料電池セルユニット３０を含む燃料電池セルスタック４００について、図５
を参照しながら説明する。燃料電池セルスタック４００は、１６本の燃料電池セルユニッ
ト３０と、上支持板４００ａと、下支持板４００ｂと、接続部材４００ｃと、外部端子４
００ｄとを備えている。

上支持板４００ａ及び下支持板４００ｂは矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニッ
ト３０を２列×８行で支持するように燃料電池セルユニット３０の管状部分４０ｂ、４２
ｂに嵌合する貫通孔（図に明示しない）を有している。上支持板４００ａ及び下支持板４
００ｂは、電気絶縁性材料で形成されており、例えば、耐熱性のセラミックスで形成され
ている。具体的には、アルミナ、ジルコニア、スピネル、フォルステライト、マグネシア
、チタニアなどを用いることが好ましい。

１６本の燃料電池セルユニット３０は、それらが電気的に直列に接続されるように配列
されている。詳細には、燃料電池セルユニット３０は、隣接した燃料電池セルユニット３
０の内側電極端子４０が交互に上側及び下側に配置されるように配列されている。更に、
１６本の燃料電池セルユニット３０を電気的に直列に接続するための接続部材４００ｃが
設けられている。接続部材４００ｃは、隣接した１つの内側電極端子４０と１つの外側電
極端子４２とを電気的に接続する。直列に接続された１６本の燃料電池セルユニット３０
の両端部の内側電極端子４０及び外側電極端子４２にはそれぞれ、外部と電気的な接続を
行うための外部端子４００ｄが設けられている。接続部材４００ｃ、外部端子４００ｄは
、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属や、ランタンク
ロマイトなどのセラミック材料で形成される。各燃料電池セルスタック４００の外部端子
４００ｄは電気的に直列に接続されていて、その両端には電極棒１３，１４に接続されて
いる。

図４及び図５を参照しながら説明したように、燃料電池セルスタック４００において、
燃料電池セルユニット３０の内側電極端子４０が設けられている端部４ａと外側電極端子
４２が設けられている端部４ｂとは上下交互になるように配置されている。

ここで、図１〜３に戻り、燃料電池モジュールＦＣの説明を続ける。本実施形態では、
燃料電池セルスタック４００の上方に位置するように、改質器５が配置されている。改質
器５には、配管６Ｃと配管６Ｄとが繋がれていて、これらの配管６Ｃ及び配管６Ｄによっ
て、改質器５は燃料電池セルスタック４００と所定間隔をおいて上方に位置するように保
持されている。配管６Ｃは、改質器５に被改質ガスとしての都市ガス、空気、及び水蒸気
を供給するための配管であって、仕切り板１５に対して立設されている。配管６Ｄは、改
質器５において改質された燃料ガスをガスタンク３に供給するための配管であって、ガス
タンク３に対して立設されている。

配管６Ｃを通して改質器５に供給される都市ガス及び空気は、被改質ガス供給管６Ａを
通って燃料電池モジュールＦＣ内に導入される。また、配管６Ｃを通して改質器５に供給
される水蒸気は、水蒸気供給管６Ｂを通って燃料電池モジュールＦＣ内に導入される。被
改質ガス供給管６Ａ及び水蒸気供給管６Ｂは、仕切り板１５を挟んで配管６Ｃとは反対側
に設けられている混合室１５ｃに繋がっている。被改質ガス供給管６Ａから供給される都
市ガス及び空気と、水蒸気供給管６Ｂから供給される水蒸気とは、この混合室１５ｃにお
いて混合され、配管６Ｃへと供給される。

図１〜３には明示しないが本実施形態では、被改質ガス供給管６Ａと水蒸気供給管６Ｂ
とのそれぞれに電磁弁が取り付けられていて、それぞれの電磁弁は制御部としてのＣＰＵ
から出力される指示信号に応じて開閉し、改質器５に供給する被改質ガスと空気と水蒸気
の比率を変更可能なように構成されている。

改質器５に導入された被改質ガスとしての都市ガス（水蒸気が混合されている場合もあ
り）及び空気（被改質ガスのみの場合もあり）は、改質器５内に収められている改質触媒
によって改質される。改質された燃料ガスは、配管６Ｄを通ってガスタンク３へと供給さ
れる。改質器５に対して配管６Ｃが繋がっている部分と、改質器５に対して配管６Ｄが繋
がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これ
によって、改質器５に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能
となる。

改質器５には、改質触媒が封入されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面に
ニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用い
られる。これらの改質触媒は球体である。

本実施形態では、改質器５及び各燃料電池セルスタック４００を覆うように、流路部材
７が設けられている。流路部材７は、空気流路外壁７１，７２と、空気分配室７３と、空
気集約室７４，７５と、空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂと、外壁７８，７９
を有している。流路部材７は、長手方向に空気流路外壁７１，７２が、短手方向に外壁７
８，７９が、それぞれ配置され、それらの部材によって箱状となるように形成されている
。流路部材７は、改質器５及び各燃料電池セルスタック４００を覆うように、仕切り板１
５に立設されている。続く説明では、流路部材７の仕切り板１５に当接する側を下方とし
、その下方と反対側を上方として説明する。

空気分配室７３は、外壁７９の外側上方に取り付けられている。すなわち、空気分配室
７３は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の外側且
つ短手側の上方に取り付けられている。空気分配室７３には、空気供給管７Ａが繋がれて
おり、酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気分配室７３には、空気流路管７６ａ，
７６ｂ，７７ａ，７７ｂも繋がれている。

空気流路管７６ａ，７６ｂは、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形
成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７１に沿うように配置されてい
る。空気流路管７６ａは、空気流路外壁７１側に、空気流路管７６ｂは、空気流路管７６
ａよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管７６ａ，７６ｂの一端は外壁７９
を貫通して空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７４に繋がれている。従っ
て、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７６ａ，７６ｂを通り、空気集約室７
４へと流れ込んで再合流する。

空気流路管７７ａ，７７ｂは、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形
成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７２に沿うように配置されてい
る。空気流路管７７ａは、空気流路外壁７２側に、空気流路管７７ｂは、空気流路管７７
ａよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管７７ａ，７７ｂの一端は外壁７９
を貫通して空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７５に繋がれている。従っ
て、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７７ａ，７７ｂを通り、空気集約室７
５へと流れ込んで再合流する。

空気集約室７４，７５は、外壁７８の内側上方に取り付けられている。すなわち、空気
集約室７４，７５は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱
状体の内側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気集約室７４は空気流路外壁７１
と密着するように配置されており、空気集約室７４に流れ込んだ空気は空気流路外壁７１
へと流れ出すように構成されている。一方、空気集約室７５は空気流路外壁７２と密着す
るように配置されており、空気集約室７５に流れ込んだ空気は空気流路外壁７２へと流れ
出すように構成されている。

空気流路外壁７１，７２は、それぞれが二重壁構造となっていて、それぞれの内部を空
気が流れることができるように構成されている。より具体的には、空気流路外壁７１は、
上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室７１１、第二室７１
２、第三室７１３として形成されている。空気集約室７４から流れ込んだ空気は、第一室
７１１に流れ込んだ後、第二室７１２に流れ込み、その後第三室７１３に流れ込む。同様
に、空気流路外壁７２も、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、
第一室７２１、第二室７２２、第三室７２３として形成されている。空気集約室７５から
流れ込んだ空気は、第一室７２１に流れ込んだ後、第二室７２２に流れ込み、その後第三
室７２３に流れ込む。

第三室７１３，７２３にはそれぞれ、所定間隔をおいて複数の空気流入孔７１３ａ，７
２３ａが形成されている。空気流入孔７１３ａ，７２３ａは、燃料電池セルスタック４０
０が連設されている方向に、各燃料電池セル４間の間隙に向かう位置であって、燃料電池
セル４に対する上下方向の位置が略同一となるように、複数個形成されている。

空気流路外壁７１，７２に流れ込んだ空気は、空気流入孔７１３ａ，７２３ａを通って
発電室１６内の燃料電池セル４近傍へと流れ込むように構成されている。空気流入孔７１
３ａ，７２３ａを通って流れ込んだ空気は、燃料電池セル４の外側を通って各燃料電池セ
ル４の下方から上方へと流れる。各燃料電池セル４の上方に至った空気は、各燃料電池セ
ル４の管内流路を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。

各燃料電池セルスタック４００の上方は、空気と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部
１８となっている。燃料ガスは、ガスタンク３から、燃料電池セルユニット３０の管内流
路３０ｃを通り、燃焼部１８に向けて上昇する。また、燃料電池セル４の外側を流れる空
気も、燃焼部１８に向けて上昇する。空気流路外壁７２の燃焼部１８に対応する部分には
点火装置挿入穴７２４が設けられ、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火装置
（図示しない）が点火装置挿入穴７２４から燃焼部１８に突出されている。この点火装置
により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。燃料電池セルスタック４００を構成する燃
料電池セル４は、燃焼部１８によって上方から加熱される。また、空気流入孔７１３ａ，
７２３ａを通って流れ込む空気も、上述したように空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，
７７ｂ、空気流路外壁７１，７２を通る間に、燃焼部１８における燃焼によって加熱され
る。

ここで、流路部材７の内方側における燃料電池セル４近傍の空気の流れについて、図６を参照しながら説明する。図６は、流路部材７の内方側における燃料電池セル４近傍の空気の流れを説明するために、図２と同じ方向から見た流路部材７内部の様子を模式的に示す図である。図６に示すように、各燃料電池セル４においては、その内部を流れる燃料ガスと、その外部を流れる空気との作用によって発電反応が行われる。つまり、燃料ガスは燃料電池セル４内の貫通流路に流れ込んで上支持板４００ａ側へと流れて行き、一方、酸化剤ガスとしての空気は、各燃料電池セルユニット３０の外側を下方から上方へと流れて行く。その発電反応に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の空気は、各燃料電池セル４の上端において燃焼し、その排出ガスが上方へと立ち上る。
ここで、従来の不具合点を説明する。燃料電池セル４の外部を流れる空気は、一部が空気流路外壁７１，７２と一番外側にある端の燃料電池セル４の間を立ち上がり、その分だけ、燃料電池セル４へ向かう量が減ってしまうこととなる（図６中点線矢印）。また、図６のように突起物８５、８６が存在すると突起物８５，８６を迂回するように空気が移動する。よって迂回時に空気が燃料電池セル４へ近づくものの、その後は実線矢印で示すように迂回後、燃料電池セル４と空気流路外壁７１，７２の間を立ち上る。よって、燃料電池セル４へ向かう空気の量が突起物８５，８６がある箇所では多少増えるものの、突起物８５，８６よりも上方の箇所では特に燃料電池セル４へ空気が行きづらくなり、全体としては燃料電池セル４へ近づかなかった。

しかしながら、本実施形態の場合、空気流路外壁７１，７２と燃料電池セル４の間に移行部８７，８８が設けられている（図７）。つまり、空気流路外壁７１，７２と燃料電池セル４の間の空間部分に、その空間の容積を減らすように移行部８７，８８が配置されている。より具体的には、移行部８７，８８は空気流路外壁７１，７２から燃料電池セル４側へ膨出し、燃料電池セル４の高さ方向に沿った膨出面８９，９０を形成している。また、移行部８７，８８は、図３に示すようにモジュール容器の内部の長手方向全体に存在する。
従って、空気流路外壁７１，７２と燃料電池セル４の間の空気流路が狭められ、膨出面を有する部分において空気の流れが阻害されるように構成されている。そのため、セルに沿って酸化剤ガスである空気が移動することとなり、セルに対して十分に空気が接触することとなり、発電性能が良好となる。
さらに一般にセルの下方から酸化剤ガスが供給される場合、セルの上部に酸化剤ガスが供給されにくくなる不具合を生ずるが、本実施例では、空気流路外壁７１，７２と燃料電池セル４の間を立ち上がって逃げていた酸化剤ガスが移行部８７，８８によって、とくにセルの上方に供給され易くなる。このように発電に寄与していなかった酸化剤ガスがセルに沿って流れ易くなり、セルへの空気供給を効果的に行わせることができる。なぜなら、燃料電池セルの他端側が位置する高さに膨出面を有する移行部が配置されているからである。
また、図８に示すように、移行部８７，８８の下部に、燃料電池セル側へ向けて上方へ傾斜する傾斜面９１，９２を有するように構成することも好ましい。この好ましい形態では、下部の傾斜面９１，９２により酸化剤ガスをセルへ向かわせる作用が働き、移行部８７，８８により酸化剤ガスが空気流路外壁７１，７２と燃料電池セル４の間を抜けることを抑制することができるため、セルへの空気供給をより効果的に行わせることができる。
なお本実施例では移行部の下部に傾斜面を備え一体的に形成した。その場合、コンパクト性、製造性の点からさらに望ましい。

カバー部材を外して示す燃料電池モジュールの斜視図である。図１に示す燃料電池モジュールの断面図である。図１に示す燃料電池モジュールの断面図である。燃料電池セルユニットを説明するための図である。燃料電池セルスタックを説明するための図である。従来の燃料電池モジュールの構成を示す図である。本実施形態に係る燃料電池モジュールの構成を示す図である。本実施形態に係る燃料電池モジュールの構成を示す図である。

符号の説明

２：ベース部材
２ａ：穴
３：ガスタンク
４：燃料電池セル
４ａ：端部
４ｂ：端部
５：改質器
６Ａ：被改質ガス供給管
６Ｂ：水蒸気供給管
６Ｃ：配管
６Ｄ：配管
７：流路部材
７Ａ：空気供給管
１３，１４：電極棒
１５：板
１５ａ：支持部材
１５ｂ：隙間
１５ｃ：混合室
１６：発電室
１７：排気ガス室
１８：燃焼部
３０：燃料電池セルユニット
３０ｃ：管内流路
４０：内側電極端子
４０ａ：本体部分
４０ｂ：管状部分
４０ｃ：接続流路
４０ｄ：段部
４２：外側電極端子
４２ａ：本体部分
４２ｂ：管状部分
４２ｃ：接続流路
４２ｄ：段部
４４：電極層
４４ａ：内側電極露出周面
４４ｂ：端面
４４ｃ：端面
４６：電解質層
４６ａ：電解質露出周面
４８：電極層
４８ａ：外側電極露出周面
５０：貫通流路
５２：絶縁部材
５４：シール材
７１：空気流路外壁
７２：空気流路外壁
７３：空気分配室
７４：空気集約室
７５：空気集約室
７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ：空気流路管
７６ａａ，７６ｂａ，７７ａａ，７７ｂａ：下面
７８：外壁
７９：外壁
８０，８１：移行板
８２，８３：移行ブロック
８４：移行板
８５，８６：突起物
８７，８８：移行部
８９，９０：膨出面
９１，９２：傾斜面
４００：燃料電池セルスタック
４００ａ：上支持板
４００ｂ：下支持板
４００ｃ：接続部材
４００ｄ：外部端子
７１１：第一室
７１２：第二室
７１３：第三室
７１３ａ，７２３ａ：空気流入孔
７２１：第一室
７２２：第二室
７２３：第三室
７２４：点火装置挿入穴
ＦＣ：燃料電池モジュール

Claims

下端部から上端部にかけて内部を流れる燃料ガスと、下方から上方へ外部を流れる酸化剤ガスとの作用により発電反応を起こすことができる燃料電池セルと、
流路部材に囲まれた空間内に設けられた、複数の前記燃料電池セルを含む燃料電池セルスタックと、
流路部材に囲まれた空間内に設けられた、前記燃料電池セルスタック上に位置する改質器と、
前記燃料電池セルスタックと前記改質器との間の燃焼部と、
を備える燃料電池モジュールであって、
前記流路部材と前記燃料電池セルスタックとの間であって、前記燃料電池セルの高さ方向に沿って、前記燃料電池セルの上端部を含む所定の範囲にのみ延在する移行部が前記流路部材の内方側の壁面に配置され、
前記移行部によって、前記流路部材と前記燃料電池セルスタックとの間の空気流路が狭められていることを特徴とする燃料電池モジュール。
前記燃料電池セルは中空円筒状であり、前記燃料電池モジュールの容器内で立設するとともに、前記移行部の前記燃料電池セルの高さ方向に沿った膨出面は前記立設した燃料電池セルに沿って延在す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。
前記移行部の上端は、前記燃料電池セルの上端の高さよりも高い位置にあることを特徴する請求項１又は請求項２に記載の燃料電池モジュール。
前記移行部は、前記燃料電池セル側へ向けて上方に傾斜する傾斜面を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。