JP6234904B2 - 燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの製造方法に関する。

従来の燃料電池モジュールでは、燃料電池セルスタックが中央に配置されると共に、この燃料電池セルスタックの周囲に低温の要素が配置された容器を有する構成が一般的である。このような従来の燃料電池モジュールでは、容器が燃料電池セルスタックの周囲に配置された低温の要素を有するため大型化する。従って、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れることのできる容器の台数が少ないため、量産効果を得ることは困難である。このため、従来の燃料電池モジュールでは、製造コストを低減するために、容器を構成する複数の部材は、一般に溶接により接合されている。

なお、特許文献２〜４には、燃料電池の分野において使用される改質器、熱交換器、及び、反応器を構成する複数の部材をロウ付けにより接合する技術が開示されている。

国際公開第２００９／０１６８５７号パンフレット 特開２０１３−２１２９８８号公報 特開２０１２−２０４２３８号公報 特開２０１３−１７９８７号公報

しかしながら、従来の燃料電池モジュールのように、容器を構成する複数の部材が溶接により接合される場合には、接合箇所を一箇所ずつ溶接する必要がある。このため、作業工数が増加し、これにより、製造コストが増加する。

そこで、本発明は、製造コストを低減できる燃料電池モジュール及び燃料電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃料電池モジュールは、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを収容する収容部を構成する部材を含み溶接により接合された複数の第一部材を有する第一構造体と、前記燃料電池セルスタックから排出され燃焼された燃焼排ガスの熱を利用して原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部と、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスから前記燃料ガスを生成する改質部とを構成する部材を含みロウ付けにより接合された複数の第二部材を有すると共に、前記第一構造体を組み付けて前記第一構造体と共に容器を構成する第二構造体と、を備える。

この構成によれば、容器は、第一構造体と第二構造体とに分割されており、この容器のうちの第二構造体を構成する複数の第二部材は、ロウ付けにより接合されている。従って、複数の第二部材を一度にロウ付けできる分、容器を構成する複数の部材の全体を溶接により接合する場合に比して、作業工数を低減することができる。

しかも、容器のうちの第二構造体をロウ付け用の高温炉に入れれば良く、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れる第二構造体の台数を確保できるので、量産効果を得ることができる。以上より、容器の製造コスト、ひいては、燃料電池モジュールの製造コストを低減することができる。

また、ロウ付けは、燃料電池セルスタックを収容する収容部を有する高温側の第一構造体ではなく、低温側の第二構造体に使用される。従って、燃料電池セルスタックが発電に伴い発熱した場合でも、第二構造体に使用されたロウ材が溶融することを抑制できる。一方、高温側の第一構造体には、一般に高温にも耐えることができる溶接が使用される。以上より、燃料電池モジュールの耐久性を確保することができる。

なお、請求項２に記載のように、請求項１に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記複数の第二部材は、前記気化部及び前記改質部を構成する部材として、前記気化部及び前記改質部の流路を形成し、同心状に配置された複数の管材を含んでいても良い。

この構成によれば、第二構造体において、気化部及び改質部における流路は、同心状に配置された複数の管材によって形成されているので、第二構造体の組立が容易になると共に、第二構造体を小型化することができる。これにより、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れる第二構造体の台数を増加することができるので、量産効果を高めることができる。

また、請求項３に記載のように、請求項２に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記気化部は、原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化流路を有し、前記複数の第二部材は、前記気化部を構成する部材として、前記複数の管材のうち前記気化流路を形成する一対の管材の間に設けられて前記気化流路を螺旋状に形成する螺旋部材を含んでいても良い。

この構成によれば、気化流路が螺旋部材により螺旋状に形成されているので、第二構造体を小型化しつつ、気化流路の長さを長くすることができる。これにより、気化効率を向上させることができる。

また、請求項４に記載のように、請求項３に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記螺旋部材は、前記一対の管材のそれぞれにロウ付けされていても良い。

この構成によれば、螺旋部材は、気化流路を形成する一対の管材のそれぞれにロウ付けされているので、一対の管材の剛性、ひいては、容器の剛性を向上させることができる。

また、一対の管材の間に設けられた螺旋部材を通じて一対の管材間で熱伝達されるので、一対の管材の温度差、ひいては、熱膨張差を低減できる。さらに、螺旋部材によって連結されることで一対の管材の剛性が増すことにより、一対の管材が熱膨張差による熱応力に十分に耐えられるようになる。この結果、必要な強度に応じた板厚まで一対の管材を薄くできるので、軽量化及びコストダウンを実現することができる。

また、請求項５に記載のように、請求項４に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記螺旋部材は、全長に亘って前記一対の管材のそれぞれにロウ付けされていても良い。

この構成によれば、螺旋部材は、全長に亘って一対の管材のそれぞれにロウ付けされているので、組立上必要とされる螺旋部材と一対の管材の一方との間の隙間を螺旋部材の全長に亘ってロウ材により塞ぐことができる。これにより、螺旋部材の全長に亘ってショートパスを抑制することができるので、気化効率を向上させることができ、ひいては燃料電池モジュールの効率及び運転安定性を向上させることができる。

また、請求項６に記載のように、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記気化部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化流路、及び、前記原燃料に対して気化熱を与える前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路をそれぞれ有していても良い。

この構成によれば、気化部は、少なくとも三重の筒状壁によって構成されているので、気化部における構造を簡素化できると共に、気化部の組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールの製造コストをより低減することができる。

また、請求項７に記載のように、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記改質部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路をそれぞれ有していても良い。

この構成によれば、改質部は、少なくとも三重の筒状壁によって構成されているので、改質部における構造を簡素化できると共に、改質部の組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールの製造コストをより低減することができる。

また、請求項８に記載のように、請求項７に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記改質部は、前記収容部の上方に設けられ、前記複数の第二部材は、前記改質部を構成する部材として、前記改質部を構成する前記三重の筒状壁のうち前記改質流路を形成する一対の筒状壁が形成された一対の管材を含み、前記第一構造体と前記第二構造体とは、前記改質流路の下端部の位置にて分割されていても良い。

この構成によれば、第二構造体は、改質流路を形成する一対の筒状壁が形成された一対の管材を有し、この第二構造体と第一構造体とは、改質流路の下端部の位置にて分割されている。従って、第一構造体を第二構造体に組み付ける前の状態では、改質流路の下端部が開放されるので、この改質流路の下端部から改質流路（改質流路を形成する一対の管材の内側）に改質触媒を容易に挿入することができる。これにより、改質部の組立が容易になるので、燃料電池モジュールの製造コストをより低減することができる。

また、請求項９に記載のように、請求項７に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記複数の第一部材は、前記改質部を構成する前記三重の筒状壁において前記改質流路を形成する一対の筒状壁のうち外側の筒状壁が形成された管材を含み、前記複数の第二部材は、前記改質部を構成する部材として、前記改質流路を形成する前記一対の筒状壁のうち内側の筒状壁が形成された管材を含んでいても良い。

この構成によれば、第一構造体は、改質流路を形成する一対の筒状壁のうち外側の筒状壁が形成された管材を有し、第二構造体は、改質流路を形成する一対の筒状壁のうち内側の筒状壁が形成された管材を有する。従って、第一構造体を第二構造体に組み付ける前の状態では、改質流路を形成する内側の筒状壁に対して外側の筒状壁が分割された状態とされるので、外側の筒状壁又は内側の筒状壁に改質触媒層を容易に形作ることができる。これにより、改質部の組立が容易になるので、燃料電池モジュールの製造コストをより低減することができる。

また、請求項１０に記載のように、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記複数の第二部材は、前記酸化剤ガス又は前記原燃料と前記燃焼排ガスとの間で熱交換する熱交換部を構成する部材を含んでいても良い。

この構成によれば、酸化剤ガス又は原燃料と燃焼排ガスとの間で熱交換する熱交換部を備えるので、酸化剤ガス又は原燃料を燃焼排ガスの熱を利用して予熱することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。

また、請求項１１に記載のように、請求項１０に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記酸化剤ガス又は前記原燃料が流れる流路、及び、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路をそれぞれ有していても良い。

この構成によれば、熱交換部は、少なくとも三重の筒状壁によって構成されているので、熱交換部における構造を簡素化できると共に、熱交換部の組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールの製造コストをより低減することができる。

また、請求項１２に記載のように、請求項１１に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記複数の第二部材は、前記熱交換部を構成する部材として、前記熱交換部を構成する前記三重の筒状壁のうち前記流路及び前記燃焼排ガス流路の少なくとも一方を形成する複数の筒状壁が形成された複数の管材と、該複数の管材の間に設けられて該複数の管材のそれぞれにロウ付けされると共に前記流路及び前記燃焼排ガス流路の少なくとも一方を螺旋状に形成する螺旋部材とを含んでいても良い。

この構成によれば、熱交換部では、酸化剤ガス又は原燃料が流れる流路、及び、燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路の少なくとも一方が螺旋状に形成されるので、第二構造体を小型化しつつ、流路の長さを長くすることができる。これにより、熱交換効率を向上させることができる。

また、螺旋部材は、この螺旋部材が設けられた流路を形成する複数の管材のそれぞれにロウ付けされているので、複数の管材の剛性、ひいては、容器の剛性を向上させることができる。

さらに、複数の管材の間に設けられた螺旋部材を通じて複数の管材間で熱伝達されるので、複数の管材の温度差、ひいては、熱膨張差を低減できる。さらに、螺旋部材によって連結されることで複数の管材の剛性が増すことにより、複数の管材が熱膨張差による熱応力に十分に耐えられるようになる。この結果、必要な強度に応じた板厚まで複数の管材を薄くできるので、軽量化及びコストダウンを実現することができる。

また、請求項１３に記載のように、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記収容部は、前記燃料電池セルスタックの周囲に設けられた少なくとも二重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該二重の筒状壁の間に前記燃料電池セルスタックの排熱で予熱される前記酸化剤ガスが流れる予熱流路を有する予熱部でも良い。

この構成によれば、収容部は、燃料電池セルスタックの排熱で燃料電池セルスタックに供給される酸化剤ガスを予熱する予熱部であるので、燃料電池セルスタックに供給される酸化剤ガスを燃料電池セルスタックの排熱を利用して予熱することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。

また、予熱部は、少なくとも二重の筒状壁によって構成されているので、予熱部における構造を簡素化できると共に、予熱部の組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールの製造コストをより低減することができる。

また、請求項１４に記載のように、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールにおいて、前記複数の第二部材のうちの一の部材には、折曲片が形成され、前記折曲片は、前記複数の第二部材のうちの他の部材に重ね合わされた状態でロウ付けされていても良い。

この構成によれば、複数の第二部材のうちの一の部材には、折曲片が形成されており、この折曲片は、複数の第二部材のうちの他の部材に重ね合わされた状態でロウ付けされている。従って、この折曲片によって、ロウ付けによる接合面積を確保することができるので、一の部材と他の部材との接合強度を増加させることができる。

また、上記目的を達成するために、請求項１５に記載の燃料電池モジュールの製造方法は、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールを組み立てるための燃料電池モジュールの製造方法であって、前記複数の第二部材をロウ付けにより接合して前記第二構造体を組み立てる工程と、前記複数の第一部材を前記第二構造体に溶接により接合すると共に前記複数の第一部材を溶接により接合して前記第一構造体を組み立てると共に、前記燃料電池セルスタックを前記収容部に収容する工程と、を備える。

この燃料電池モジュールの製造方法によれば、容器は、第一構造体と第二構造体とに分割されており、この容器のうちの第二構造体を構成する複数の第二部材は、ロウ付けにより接合される。従って、複数の第二部材を一度にロウ付けできる分、容器を構成する複数の部材の全体を溶接により接合する場合に比して、作業工数を低減することができる。

しかも、容器のうちの第二構造体をロウ付け用の高温炉に入れれば良く、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れる第二構造体の台数を確保できるので、量産効果を得ることができる。以上より、容器の製造コスト、ひいては、燃料電池モジュールの製造コストを低減することができる。

また、ロウ付けは、燃料電池セルスタックを収容する収容部を有する高温側の第一構造体ではなく、低温側の第二構造体に使用される。従って、燃料電池セルスタックが発電に伴い発熱した場合でも、第二構造体に使用されたロウ材が溶融することを抑制できる。また、高温側の第一構造体には、一般に高温にも耐えることができる溶接が使用される。以上より、燃料電池モジュールの耐久性を確保することができる。

以上詳述したように、本発明によれば、燃料電池モジュールの製造コストを低減することができる。

第一実施形態に係る燃料電池モジュールの縦断面を含む斜視図である。 図１に示される燃料電池モジュールの縦断面図である。 図２の要部拡大図である。 図２の要部拡大図である。 図２の要部拡大図である。 図２に示される高温側構造体の要部拡大図である。 図２に示される低温側構造体の要部拡大図である。 一対の部材間のロウ付けによる接合部の一例を示す要部拡大図である。 一対の管材と螺旋部材とのロウ付けによる接合部の一例を示す要部拡大図である。 第二実施形態に係る燃料電池モジュールの縦断面図である。 図１０の要部拡大図である。 図１０の要部拡大図である。 図１０の要部拡大図である。 図１０の要部拡大図である。 図１０に示される高温側構造体の要部拡大図である。 図１０に示される低温側構造体の要部拡大図である。

［第一実施形態］
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。

＜燃料電池モジュール＞
図１，図２に示されるように、第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１は、燃料電池セルスタック１０と、容器２０と、断熱層１３０と、断熱材１４０とを備える。

＜燃料電池セルスタック＞
燃料電池セルスタック１０には、一例として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が適用されている。この燃料電池セルスタック１０は、一例として、鉛直方向に積層された複数の平板形のセル１２と、マニホールド１４と有している。各セル１２は、燃料極（アノード極）、電解質層、空気極（カソード極）を有する。

各セル１２の燃料極には、改質ガスが供給され、各セル１２の空気極には、酸化剤ガスが供給される。各セル１２は、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電すると共に、発電に伴い発熱する。

＜容器＞
容器２０は、同心状に配置された複数（九個）の管材２１〜２９により構成されている。この複数の管材２１〜２９は、いずれも横断面が真円形状である円筒状に形成され、伝熱性の高い金属で形成される。この複数の管材２１〜２９は、容器２０の内側から外側に順に配置されている。

一番目の管材２１は、燃料電池セルスタック１０の上方から容器２０の上端部に亘って設けられている。二番目の管材２２及び三番目の管材２３は、一番目の管材２１の上部に対応する長さで形成されており、二番目の管材２２は、一番目の管材２１の外側から管材２１の上部に接合されている。四番目の管材２４は、容器２０の高さ方向の中央部に設けられており、五番目の管材２５及び六番目の管材２６は、容器２０の下端部から上端部に亘って設けられている。七番目の管材２７、八番目の管材２８、及び、九番目の管材２９は、容器２０の高さ方向の中央部から上端部に亘って設けられている。

六番目の管材２６と七番目の管材２７とは、水平方向に延びる連結部３１を介して連結され、五番目の管材２５と八番目の管材２８とは、水平方向に延びる連結部３２を介して連結されている。また、九番目の管材２９の上端部は、水平方向に延びる連結部３３を介して三番目の管材２３の上端部に固定されている。

五番目の管材２５の下端部は、底壁部３４に接合されており、六番目の管材２６の下端部は、底壁部３５に接合されている。底壁部３４には、燃料電池セルスタック１０が載置されており、また、底壁部３４と底壁部３５とは、スペーサ３６により固定されている。

この複数の管材２１〜２９によって構成される容器２０は、機能別には、気化部４０と、改質部６０と、燃焼部９０と、予熱部１００（収容部）と、熱交換部１１０とを有する。

＜気化部＞
気化部４０は、図２〜図４に示されるように、四重の筒状壁４１〜４４によって構成されている。四重の筒状壁４１〜４４のうち最も内側に位置する筒状壁４１は、一番目の管材２１の上部と、二番目の管材２２とによって構成され、四重の筒状壁４１〜４４のうち内側から二番目の筒状壁４２は、三番目の管材２３によって構成されている。また、四重の筒状壁４１〜４４のうち内側から三番目の筒状壁４３は、五番目の管材２５の上部によって構成され、四重の筒状壁４１〜４４のうち最も外側の筒状壁４４は、六番目の管材２６の上部によって構成されている。

この四重の筒状壁４１〜４４によって構成された気化部４０は、後述する改質部６０の上方に改質部６０と同軸上に設けられている。図３に示されるように、この気化部４０を構成する四重の筒状壁４１〜４４は、互いの間に隙間を有しており、この四重の筒状壁４１〜４４の内側から外側には、断熱空間４５、気化流路４６、燃焼排ガス流路４７、及び、酸化剤ガス流路４８が順に形成されている。

つまり、一番目の筒状壁４１の内側の空間は、断熱空間４５として形成され、一番目の筒状壁４１と、二番目の筒状壁４２との間の隙間は、気化流路４６として形成されている。また、二番目の筒状壁４２と、三番目の筒状壁４３との間の隙間は、燃焼排ガス流路４７として形成され、三番目の筒状壁４３と、四番目の筒状壁４４との間の隙間は、酸化剤ガス流路４８として形成されている。図３において、断熱空間４５は、空洞とされているが、この断熱空間４５には、断熱材４９が充填されても良い。

気化流路４６の上端部には、容器２０の径方向外側に延びる原燃料供給管５０が接続されている。この気化流路４６には、原燃料供給管５０から供給された原燃料１６１が鉛直方向上側から下側に流れる。原燃料供給管５０から供給される原燃料１６１としては、例えば、都市ガス等の炭化水素系ガス又は炭化水素系液体である炭化水素系燃料に改質用の水が混合されたものが使用される。

この気化流路４６には、気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材５１が設けられており、この螺旋部材５１により、気化流路４６は、気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

図４に示されるように、燃焼排ガス流路４７の下端部は、後述する改質部６０に形成された燃焼排ガス流路６６を介して燃焼部９０に形成された燃焼室９４（図５参照）と連通されている。この燃焼排ガス流路４７には、燃焼部９０から排出されると共に改質部６０の燃焼排ガス流路６６を通じて供給された燃焼排ガス１６６が鉛直方向下側から上側に流れる。

図３に示されるように、燃焼排ガス流路４７の上端部には、この燃焼排ガス流路４７の周方向に沿って環状に形成された整流板５２が設けられている。この整流板５２には、周方向に間隔を空けて複数のオリフィス５３が形成されている。この複数のオリフィス５３は、整流板５２の板厚方向に貫通している。なお、この整流板５２は、省かれても良い。

酸化剤ガス流路４８の上端部は、後述する熱交換部１１０に形成された酸化剤ガス流路１１７と連通されている。この酸化剤ガス流路４８には、熱交換部１１０の酸化剤ガス流路１１７から供給された酸化剤ガス１６４が鉛直方向上側から下側に流れる。

＜改質部＞
図４に示されるように、改質部６０は、上述の気化部４０の下方に気化部４０と同軸上に設けられており、四重の筒状壁６１〜６４によって構成されている。四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側に位置する筒状壁６１は、一番目の管材２１の下部によって構成され、四重の筒状壁６１〜６４のうち内側から二番目の筒状壁６２は、四番目の管材２４によって構成されている。また、四重の筒状壁６１〜６４のうち内側から三番目の筒状壁６３は、五番目の管材２５における高さ方向の中央部によって構成され、四重の筒状壁６１〜６４のうち最も外側の筒状壁６４は、六番目の管材２６における高さ方向の中央部によって構成されている。

この改質部６０を構成する四重の筒状壁６１〜６４は、互いの間に隙間を有している。そして、この四重の筒状壁６１〜６４の内側から外側には、断熱空間６５、燃焼排ガス流路６６、改質流路６７、及び、酸化剤ガス流路６８が順に形成されている。

つまり、一番目の筒状壁６１の内側の空間は、断熱空間６５として形成され、一番目の筒状壁６１と、二番目の筒状壁６２との間の隙間は、燃焼排ガス流路６６として形成されている。また、二番目の筒状壁６２と、三番目の筒状壁６３との間の隙間は、改質流路６７として形成され、三番目の筒状壁６３と、四番目の筒状壁６４との間の隙間は、酸化剤ガス流路６８として形成されている。

断熱空間６５は、上述の気化部４０の断熱空間４５と連通している。図４において、断熱空間６５は、空洞とされているが、この断熱空間６５には、断熱材６９が充填されても良い。燃焼排ガス流路６６の下端部は、後述する燃焼部９０に形成された燃焼室９４（図５参照）と連通されている。この燃焼排ガス流路６６には、後述する燃焼部９０から排出された燃焼排ガス１６６が鉛直方向下側から上側に流れる。

＜混合部及び分散部＞
改質部６０の上端部には、鉛直方向上側に延長された混合部８０が形成されている。この混合部８０は、気化部４０と改質部６０との間、すなわち、より具体的には、改質部６０の上側且つ気化部４０の下端部の径方向外側に位置する。気化部４０の下端部における周方向の一部からは、連結管８１が径方向外側に延びている。

連結管８１は、混合部８０における気化部４０との接続部を構成しており、この連結管８１の内側は、水平方向に貫通するオリフィス８２として形成されている。連結管８１（オリフィス８２）は、気化流路４６の径方向外側に位置しており、気化流路４６の下端部と連通する。混合部８０は、連結管８１（オリフィス８２）を一つのみ有する。この混合部８０には、オリフィス８２に対する改質流路６７側（径方向外側）に位置しオリフィス８２と対向する対向壁部８６が設けられている。

改質流路６７の入口（上端）は、混合部８０及び連結管８１を介して気化流路４６と連通されている。この改質流路６７には、気化流路４６から供給された原燃料ガス１６２が鉛直方向上側から下側に流れる。

この改質流路６７の入口には、改質流路６７の周方向に沿って環状に形成された仕切板８３が設けられている。この仕切板８３には、周方向に一定の間隔を空けて複数のオリフィス８４が形成されている。この複数のオリフィス８４は、仕切板８３の板厚方向（鉛直方向）に貫通しており、改質流路６７には、複数のオリフィス８４を通じて原燃料ガス１６２が流入する。この仕切板８３は、鉛直方向に間隔を空けて複数設けられていても良い。

改質流路６７の入口の径方向外側には、酸化剤ガス流路６８が位置している。改質流路６７には、原燃料ガス１６２から燃料ガス（改質ガス）を生成するための改質触媒層７０が改質流路６７の周方向及び軸方向の全長に亘って設けられている。改質触媒層７０には、例えば、活性金属としてニッケル、ルテニウム、白金、ロジウム等の金属を担持した粒状触媒又はハニカム触媒等が用いられる。

酸化剤ガス流路６８の上端部は、上述の気化部４０に形成された酸化剤ガス流路４８と連通されている。この酸化剤ガス流路６８には、気化部４０の酸化剤ガス流路４８から供給された酸化剤ガス１６４が鉛直方向上側から下側に流れる。

＜燃焼部＞
図５に示されるように、燃焼部９０は、上述の改質部６０の下方に設けられており、周壁部９１と、点火電極９２と、隔壁部９３とを有する。周壁部９１は、上述の改質部６０を構成する四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側の筒状壁６１を除く残りの筒状壁６２〜６４に一体に形成されている。

つまり、四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側の筒状壁６１を除く残りの筒状壁６２〜６４は、内側の筒状壁６１に対して下方に延びている。そして、この筒状部６２〜６４における下方に延びた延長部分は、燃焼部９０の周壁部９１として形成されている。この周壁部９１を構成する三重の筒状壁６２〜６４において、筒状壁６２と筒状壁６３との間には、改質部６０の改質流路６７が延長して形成されており、筒状壁６３と筒状壁６４との間には、改質部６０の酸化剤ガス流路６８が延長して形成されている。

この周壁部９１は、燃料電池セルスタック１０の上方に位置すると共に、後述する燃料電池セルスタック１０の周囲を囲う予熱部１００と同軸上に設けられている。この周壁部９１の内側は、燃焼室９４として形成されており、この燃焼室９４は、後述する予熱部１００の内側空間１０４と、上述の改質部６０の燃焼排ガス流路６６とに連通されている。

周壁部９１の内側には、テーパ部９５が設けられている。このテーパ部９５は、上述の改質部６０を構成する四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側の筒状壁６１の下端部に一体に形成されている。このテーパ部９５は、改質部６０の側から燃焼部９０の側に突出すると共に、燃焼部９０の側から改質部６０の側に向かうに従って拡径するテーパ状に形成されている、

点火電極９２は、テーパ部９５の先端部（下端部）から燃焼室９４内に突出されており、燃焼室９４の中心部に配置されている。この点火電極９２は、燃料電池セルスタック１０の上方に燃料電池セルスタック１０と離間して設けられている。上述の気化部４０及び改質部６０を構成する一番目の管材２１の内側には、パイプ１５０が収容され、このパイプ１５０の内側には、点火電極９２と接続され碍子で絶縁された導電部１５１が挿入されている。パイプ１５０及び導電部１５１の上端部には、パイプ１５０と導電部１５１との間をシールするシール部材１４６が設けられている。シール部材１４６は、シール板１４７及びベース部材１４８を有する。シール板１４７及びベース部材１４８の間には、Ｏリングが配置される。

隔壁部９３は、周壁部９１の内周面に沿って環状に形成されている。この隔壁部９３は、点火電極９２と燃料電池セルスタック１０との間に開口する絞り孔９６を有している。この絞り孔９６には、燃料電池セルスタック１０から排出されたスタック排ガス１６５が通過する。絞り孔９６を通過したスタック排ガス１６５は、点火電極９２とパイプ１５０等との間に形成されるスパークによって燃焼される。燃焼室９４にて発生した燃焼排ガス１６６は、上方（燃料電池セルスタック１０と反対側）に排出され、テーパ部９５に沿って改質部６０の燃焼排ガス流路６６に流入する。

＜予熱部＞
予熱部１００（収容部）は、上述の燃焼部９０の下方に設けられており、二重の筒状壁１０１，１０２によって構成されている。二重の筒状壁１０１，１０２のうち内側の筒状壁１０１は、五番目の管材２５の下部によって構成され、二重の筒状壁１０１，１０２のうち外側の筒状壁１０２は、六番目の管材２６の下部によって構成されている。

この予熱部１００は、燃料電池セルスタック１０の周囲に設けられており、燃料電池セルスタック１０を収容している。予熱部１００の内側には、内側空間１０４が形成されており、予熱部１００を構成する二重の筒状壁１０１，１０２の間には、予熱流路１０５が形成されている。

この予熱流路１０５には、予熱部１００の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材１０６が設けられており、この螺旋部材１０６により、予熱流路１０５は、予熱部１００の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

この予熱流路１０５の上端部は、上述の改質部６０の酸化剤ガス流路６８と連通され、予熱流路１０５の下端部は、図２に示される底壁部３４と底壁部３５との間に形成された導入路３７を通じて燃料電池セルスタック１０の酸化剤ガス取入口１５と連通されている。

また、予熱部１００の内側には、上述の改質流路６７と、燃料電池セルスタック１０の燃料ガス取入口１６（図２参照）とを接続する燃料ガス配管１０７が設けられている。図５に示されるように、上述の隔壁部９３の外周部には、水平方向に延在する仕切板９７が一体に形成されており、この仕切板９７には、鉛直方向に貫通するオリフィス９８が仕切板９７の周方向に間隔を空けて複数形成されている。改質流路６７と燃料ガス配管１０７の内側とは、オリフィス９８を通じて連通されている。

＜熱交換部＞
図３に示されるように、熱交換部１１０は、上述の気化部４０及び改質部６０の周囲に設けられており、三重の筒状壁１１１〜１１３によって構成されている。三重の筒状壁１１１〜１１３における内側の筒状壁１１１は、七番目の管材２７によって構成され、三重の筒状壁１１１〜１１３における中央の筒状壁１１２は、八番目の管材２８によって構成され、三重の筒状壁１１１〜１１３における外側の筒状壁１１３は、九番目の管材２９によって構成されている。

この熱交換部１１０を構成する三重の筒状壁１１１〜１１３は、互いの間に隙間を有している。そして、内側の筒状壁１１１と中央の筒状壁１１２との間には、酸化剤ガス流路１１７が形成され、外側の筒状壁１１３と中央の筒状壁１１２との間には、燃焼排ガス流路１１８が形成されている。

酸化剤ガス流路１１７には、熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材１２０が設けられており、この螺旋部材１２０により、酸化剤ガス流路１１７は、熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。同様に、燃焼排ガス流路１１８には、熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成された螺旋部材１２１が設けられており、この螺旋部材１２１により、燃焼排ガス流路１１８は、熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

酸化剤ガス流路１１７の下端部には、容器２０の径方向外側に延びる酸化剤ガス供給管１２２（図２参照）が接続されている。連結部３１と連結部３２との間の隙間は、容器２０の径方向に延びる連結流路３８として形成されており、酸化剤ガス流路１１７の上端部は、連結流路３８を介して上述の気化部４０に形成された酸化剤ガス流路４８と連通されている。この酸化剤ガス流路１１７には、酸化剤ガス供給管１２２（図２参照）から供給された酸化剤ガス１６４が鉛直方向下側から上側に流れる。

また、連結部３２と連結部３３との間の隙間は、容器２０の径方向に延びる連結流路３９として形成されており、燃焼排ガス流路１１８の上端部は、連結流路３９を介して上述の気化部４０に形成された燃焼排ガス流路４７と連通されている。この燃焼排ガス流路１１８の下端部には、容器２０の径方向外側に延びるガス排出管１２３（図２参照）が接続されており、燃焼排ガス流路１１８には、気化部４０の燃焼排ガス流路４７から供給された燃焼排ガス１６６が鉛直方向上側から下側に流れる。

＜断熱層及び断熱材＞
図２に示されるように、気化部４０及び改質部６０と、熱交換部１１０とは、容器２０の径方向に離間しており、この気化部４０及び改質部６０と熱交換部１１０との間（つまり、熱交換部１１０を構成する三重の筒状壁１１１〜１１３の内側に形成された断熱空間１１５）には、円筒状の断熱層１３０が充填されている。

断熱材１４０は、円筒状の本体部１４１と、円盤状の上部１４２及び下部１４３とを有し、容器２０を覆っている。つまり、本体部１４１は、容器２０の周囲に設けられており、容器２０を外側から覆っている。上部１４２は、本体部１４１を鉛直方向上側から覆うと共に、容器２０の上部の周囲に設けられている。上部１４２は、鉛直方向上側から固定部材１４４により固定されている。下部１４３は、容器２０及び本体部１４１を鉛直方向下側から覆っている。この断熱材１４０の表面は、被覆シート１４５によって覆われている。

＜高温側構造体及び低温側構造体＞

図１，図２に示されるように、以上の気化部４０、改質部６０、燃焼部９０、予熱部１００、熱交換部１１０を有する容器２０は、高温側構造体２０１（第一構造体）と、低温側構造体２０２（第二構造体）とに分割されている。この高温側構造体２０１と低温側構造体２０２とは、より具体的には、改質流路６７の下端部の位置Ｐにて容器２０の高さ方向に二分割されている。

そして、図６に示されるように、高温側構造体２０１は、複数の第一部材の一例として、隔壁部９３を含む隔壁部９３よりも下側の部分、すなわち、隔壁部９３、管材２５の下部２５Ａ、管材２６の下部２６Ａ、底壁部３４，３５、スペーサ３６、螺旋部材１０６、燃料ガス配管１０７等を有している。

一方、図７に示されるように、低温側構造体２０２は、複数の第二部材の一例として、上述の隔壁部９３よりも上側の部分、すなわち、管材２１〜２４、管材２５の上部２５Ｂ、管材２６の上部２６Ｂ、管材２７〜２９、連結部３１〜３３、原燃料供給管５０、螺旋部材５１、整流板５２、連結管８１、仕切板８３、螺旋部材１２０，１２１、酸化剤ガス供給管１２２、ガス排出管１２３、固定部材１４４、ベース部材１４８、パイプ１５０等を有している。

第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１の稼働時に、図６に示される高温側構造体２０１は、燃料電池セルスタック１０の周囲に位置するため、６００℃以上に加熱されるが、図７に示される低温側構造体２０２の接合部は、燃料電池セルスタック１０の上方に離間するため、６００℃未満とされる。高温側構造体２０１を構成する複数の部材は、溶接により接合されているが、低温側構造体２０２を構成する複数の部材は、ロウ付けにより接合されている。低温側構造体２０２のロウ付けには、例えば、ニッケルロウ等のロウ材が使用される。また、高温側構造体２０１における溶接には、種々の溶接方法が適用可能である。

なお、図８に示されるように、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうちの一の部材Ａには、折曲片２０３が形成され、この折曲片２０３は、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうちの他の部材Ｂに重ね合わされた状態でロウ付けされても良い。図８において、符号２０４は、ロウ材を示している。折曲片２０３と他の部材Ｂとの間には、組付用の隙間が確保されており、この隙間には、ロウ材２０４が入り込んでいる。

また、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうち幾つかの部材は、ロウ付けではなく他の方法（例えば溶接など）により接合されても良い。また、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうち幾つかの部材の位置決めのために溶接が使用されても良い。さらに、高温側構造体２０１を構成する複数の部材のうち幾つかの部材についても、溶接ではなく他の方法により接合されても良い。

図９に示されるように、気化流路４６に設けられた螺旋部材５１は、気化流路４６を形成する一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされている。図９において、符号２０５は、ロウ材を示している。螺旋部材５１は、より好ましくは、その全長に亘って一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされる。

この気化流路４６に設けられた螺旋部材５１と同様に、図７に示される熱交換部１１０の酸化剤ガス流路１１７に設けられた螺旋部材１２０は、酸化剤ガス流路１１７を形成する一対の管材２７，２８のそれぞれにロウ付けされており、熱交換部１１０の燃焼排ガス流路１１８に設けられた螺旋部材１２１は、燃焼排ガス流路１１８を形成する一対の管材２８，２９のそれぞれにロウ付けされている。

次に、第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１の製造方法（組立方法）について説明する。

先ず、図７に示されるように、管材２１〜２４、管材２５の上部２５Ｂ、管材２６の上部２６Ｂ、管材２７〜２９、連結部３１〜３３、原燃料供給管５０、螺旋部材５１、整流板５２、連結管８１、仕切板８３、螺旋部材１２０，１２１、酸化剤ガス供給管１２２、ガス排出管１２３、固定部材１４４、ベース部材１４８、パイプ１５０等（複数の第二部材）がロウ付けにより接合されて、低温側構造体２０２が組み立てられる（低温側構造体組立工程）。

なお、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうち幾つかの部材は、ロウ付けではなく溶接により接合されても良い。また、この溶接による接合は、幾つかの部材の位置決めのために使用されても良い。

そして、低温側構造体２０２の組立後、改質流路６７の下端部から改質流路６７に改質触媒が挿入されて改質触媒層７０が形成される。

続いて、図６に示される高温側構造体２０１のうち、隔壁部９３、管材２５の下部２５Ａ、管材２６の下部２６Ａ等が図７に示される低温側構造体２０２に溶接により接合される。

このとき、螺旋部材１０６は、管材２５の下部２５Ａ及び管材２６の下部２６Ａのいずれかに予め溶接により接合されるか、又は、管材２５の下部２５Ａ及び管材２６の下部２６Ａが低温側構造体２０２に接合される際に適宜タイミングにて管材２５の下部２５Ａ及び管材２６の下部２６Ａのいずれかに溶接により接合される。

同様に、燃料ガス配管１０７は、隔壁部９３及び管材２５の下部２５Ａに予め溶接により接合されるか、又は、隔壁部９３及び管材２５の下部２５Ａが低温側構造体２０２に接合される際に適宜タイミングにて隔壁部９３及び管材２５の下部２５Ａに溶接により接合される。

そして、管材２５の下部２５Ａの内側に燃料電池セルスタック１０が収容された状態で、燃料電池セルスタック１０の燃料ガス取入口１６と燃料ガス配管１０７とが接続される。また、管材２５の下部２５Ａ及び管材２６の下部２６Ａの下端部に底壁部３４，３５が溶接により接合される。このとき、適宜タイミングにて底壁部３４と燃料電池セルスタック１０とが固定される。

また、スペーサ３６は、底壁部３４，３５に予め溶接により接合されるか、又は、管材２５の下部２５Ａ及び管材２６の下部２６Ａに底壁部３４，３５が接合される際に適宜タイミングにて底壁部３４，３５に溶接により接合される。以上により、高温側構造体２０１が組み立てられて、高温側構造体２０１及び低温側構造体２０２により容器２０が構成される（高温側構造体組立工程）。

そして、容器２０が構成された後、気化部４０及び改質部６０と熱交換部１１０との間の断熱空間１１５に断熱層１３０が充填される。また、パイプ１５０の内側に導電部１５１が挿入され、このパイプ１５０の先端から点火電極９２が突出されると共に、ベース部材１４８にシール板１４７及びＯリングが組み付けられる。また、容器２０に断熱材１４０等が組み付けられ、燃料電池モジュールＭ１が完成する。

次に、第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１の動作について説明する。

図２に示される原燃料供給管５０を通じて図３に示される気化流路４６に原燃料１６１（炭化水素系燃料に改質用の水が混合されたもの）が供給されると、この原燃料１６１は、螺旋状に形成された気化流路４６を鉛直方向上側から下側へ流れる。このとき、気化部４０では、燃焼部９０（図５参照）から排出された燃焼排ガス１６６が燃焼排ガス流路４７を鉛直方向下側から上側に流れる。気化流路４６に隣接する燃焼排ガス流路４７に燃焼排ガス１６６が流れると、気化流路４６を流れる原燃料１６１と燃焼排ガス１６６との間で熱交換される（燃焼排ガス１６６から原燃料１６１に気化熱が与えられる）。そして、気化流路４６では、原燃料１６１が気化されて原燃料ガス１６２（図４参照）が生成される。

図４に示されるように、気化流路４６で気化された原燃料ガス１６２は、連結管８１の内側に形成されたオリフィス８２を通り、改質部６０の上方に形成された混合部８０の内側空間８５に流入する。このとき、気化流路４６で気化された原燃料ガス１６２は、連結管８１の内側のオリフィス８２を通過する際に流速が高められて噴流となり、混合部８０における径方向外側の対向壁部８６に衝突する。そして、原燃料ガス１６２が対向壁部８６に衝突することにより乱流が生じ、原燃料ガス１６２に含まれる炭化水素系ガス及び水蒸気が混合される。

このようにして混合された原燃料ガス１６２は、対向壁部８６に衝突することにより径方向外側から鉛直方向下側に向きを変え、改質流路６７の入口に形成された複数のオリフィス８４を通じて改質流路６７に流入する。複数のオリフィス８４は、改質流路６７の周方向に一定の間隔を空けて並んでいるので、この複数のオリフィス８４を通過することで、改質流路６７には、原燃料ガス１６２が周方向に分散して流入する。

また、このとき、改質部６０では、燃焼部９０（図５参照）から排出された燃焼排ガス１６６が燃焼排ガス流路６６を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路６７に隣接する燃焼排ガス流路６６に燃焼排ガス１６６が流れると、改質流路６７を流れる原燃料ガス１６２と燃焼排ガス１６６との間で熱交換される。そして、改質流路６７では、燃焼排ガス１６６の熱を利用して改質触媒層７０により原燃料ガス１６２から燃料ガス１６３（改質ガス）が生成される。

改質流路６７にて生成された燃料ガス１６３は、図５に示されるように、仕切板９７に形成されたオリフィス９８を通過し、燃料ガス配管１０７の内側に流入する。そして、この燃料ガス１６３は、燃料ガス配管１０７を通じて燃料電池セルスタック１０の燃料ガス取入口１６（図２参照）に供給される。

一方、このとき、図３に示される熱交換部１１０では、酸化剤ガス供給管１２２（図２参照）を通じて酸化剤ガス流路１１７に酸化剤ガス１６４が供給される。この酸化剤ガス１６４は、螺旋状に形成された酸化剤ガス流路１１７を鉛直方向下側から上側に流れる。このとき、熱交換部１１０では、燃焼部９０（図５参照）から排出された燃焼排ガス１６６が燃焼排ガス流路１１８を鉛直方向上側から下側に流れる。この燃焼排ガス１６６は、図２に示されるガス排出管１２３を通じて燃料電池モジュールＭ１の外部に排出される。

図３に示されるように、酸化剤ガス流路１１７に隣接する燃焼排ガス流路１１８に燃焼排ガス１６６が流れると、酸化剤ガス流路１１７を流れる酸化剤ガス１６４と燃焼排ガス１６６との間で熱交換される。そして、燃料電池モジュールＭ１の外部へ排出される燃焼排ガス１６６の温度が低下され、燃料電池モジュールＭ１の外部への放熱が抑制される。一方、酸化剤ガス１６４は、燃焼排ガス１６６の熱を吸収し、予熱される。この熱交換部１１０にて予熱された酸化剤ガス１６４は、連結流路３８を通じて気化部４０の酸化剤ガス流路４８に流入し、その後、気化部４０の酸化剤ガス流路４８及び改質部６０の酸化剤ガス流路６８（図４，図５参照）を鉛直方向上側から下側に流れる。

図４に示される気化部４０では、上述の通り、燃焼部９０（図５参照）から排出された燃焼排ガス１６６が燃焼排ガス流路４７を鉛直方向下側から上側に流れる。酸化剤ガス流路４８に隣接する燃焼排ガス流路４７に燃焼排ガス１６６が流れると、酸化剤ガス流路４８を流れる酸化剤ガス１６４と燃焼排ガス１６６との間で熱交換され、酸化剤ガス１６４がさらに予熱される。

同様に、改質部６０では、燃焼部９０（図５参照）から排出された燃焼排ガス１６６が燃焼排ガス流路６６を鉛直方向下側から上側に流れる。改質流路６７を挟んだ酸化剤ガス流路６８と反対側の燃焼排ガス流路６６に燃焼排ガス１６６が流れると、酸化剤ガス流路６８を流れる酸化剤ガス１６４と燃焼排ガス１６６とが改質流路６７（改質触媒層７０）を介して熱交換し、このことによっても、酸化剤ガス１６４が予熱される。

このように酸化剤ガス流路４８，６８を流れることで予熱された酸化剤ガス１６４は、図５に示される予熱流路１０５に流入し、この螺旋状に形成された予熱流路１０５を鉛直方向上側から下側に流れる。この予熱流路１０５を流れる酸化剤ガス１６４は、燃料電池セルスタック１０の熱によってさらに予熱される。そして、この予熱流路１０５にて予熱された酸化剤ガス１６４は、燃料電池セルスタック１０の酸化剤ガス取入口１５（図２参照）に供給される。

以上のようにして、図２に示される燃料電池セルスタック１０の燃料ガス取入口１６に燃料ガスが供給されると共に、燃料電池セルスタック１０の酸化剤ガス取入口１５に酸化剤ガスが供給されると、燃料電池セルスタック１０では、各セル１２において、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する。また、各セル１２は、発電に伴い発熱する。

図５に示されるように、燃料電池セルスタック１０からは、燃料極排ガス及び空気極排ガスを含むスタック排ガス１６５が排出される。この燃料電池セルスタック１０から排出されたスタック排ガス１６５は、隔壁部９３に形成された絞り孔９６を通じて燃焼部９０の内側に形成された燃焼室９４に流入する。このとき、燃料極排ガス及び空気極排ガスを含むスタック排ガス１６５は、絞り孔９６を通過することで混合される。

この燃焼室９４に流入したスタック排ガス１６５には、各セル１２において未反応の水素及び酸素が含まれており、この水素を含むスタック排ガス１６５は、点火電極９２とパイプ１５０等との間に形成されるスパークによって燃焼される。点火電極９２は、燃料電池セルスタック１０と鉛直方向に離間しているため、スタック排ガス１６５は、燃料電池セルスタック１０から離れた位置で燃焼される。

そして、このようにして燃焼室９４においてスタック排ガス１６５が燃焼されると、燃焼室９４にて燃焼排ガス１６６が発生する。この燃焼室９４にて発生した燃焼排ガス１６６は、上方（燃料電池セルスタック１０と反対側）に排出され、テーパ部９５に沿って改質部６０の燃焼排ガス流路６６に流入する。また、この燃焼部９０から排出され改質部６０の燃焼排ガス流路６６に流入した燃焼排ガス１６６は、上述の通り、改質部６０の燃焼排ガス流路６６、気化部４０の燃焼排ガス流路４７（図４参照）、連結流路３９及び熱交換部１１０の燃焼排ガス流路１１８（図３参照）を流れた後、図２に示されるガス排出管１２３を通じて燃料電池モジュールＭ１の外部に排出される。

次に、第一実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１によれば、容器２０は、図６，図７に示される高温側構造体２０１と低温側構造体２０２とに分割されており、この容器２０のうちの低温側構造体２０２を構成する複数の部材は、ロウ付けにより接合されている。従って、この複数の部材を一度にロウ付けできる分、容器２０を構成する複数の部材の全体を溶接により接合する場合に比して、作業工数を低減することができる。

しかも、容器２０のうちの低温側構造体２０２をロウ付け用の高温炉に入れれば良く、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れる低温側構造体２０２の台数を確保できるので、量産効果を得ることができる。以上より、容器２０の製造コスト、ひいては、燃料電池モジュールＭ１の製造コストを低減することができる。

また、ロウ付けは、燃料電池セルスタック１０を収容する予熱部１００を有する高温側構造体２０１ではなく、低温側構造体２０２に使用される。従って、燃料電池セルスタック１０が発電に伴い発熱した場合でも、低温側構造体２０２に使用されたロウ材が溶融することを抑制できる。一方、高温側構造体２０１には、一般に高温にも耐えることができる溶接が使用される。以上より、燃料電池モジュールＭ１の耐久性を確保することができる。

また、低温側構造体２０２において、気化部４０及び改質部６０における流路は、同心状に配置された複数の管材２１〜２６によって形成されているので、低温側構造体２０２の組立が容易になると共に、低温側構造体２０２を小型化することができる。これにより、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れる低温側構造体２０２の台数を増加することができるので、量産効果を高めることができる。

また、気化部４０に形成された気化流路４６は、螺旋部材５１により螺旋状に形成されている。従って、低温側構造体２０２を小型化しつつ、気化流路４６の長さを長くすることができるので、気化効率を向上させることができる。

また、気化流路４６に設けられた螺旋部材５１は、気化流路４６を形成する一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされているので（図９参照）、一対の管材２２，２３の剛性、ひいては、容器２０の剛性を向上させることができる。

また、図９に示されるように、一対の管材２２，２３の間に設けられた螺旋部材５１を通じて一対の管材２２，２３間で熱伝達されるので、一対の管材２２，２３の温度差、ひいては、熱膨張差を低減できる。さらに、螺旋部材５１によって連結されることで一対の管材２２，２３の剛性が増すことにより、一対の管材２２，２３が熱膨張差による熱応力に十分に耐えられるようになる。この結果、必要な強度に応じた板厚まで一対の管材２２，２３を薄くできるので、軽量化及びコストダウンを実現することができる。

また、気化流路４６に設けられた螺旋部材５１は、全長に亘って一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされているので、組立上必要とされる螺旋部材５１と一対の管材２２，２３の一方との間の隙間を螺旋部材５１の全長に亘ってロウ材２０５により塞ぐことができる。これにより、螺旋部材５１の全長に亘ってショートパスを抑制することができるので、気化効率を向上させることができ、ひいては燃料電池モジュールＭ１の効率及び運転安定性を向上させることができる。

また、図２に示されるように、気化部４０は、四重の筒状壁４１〜４４によって構成されているので、気化部４０における構造を簡素化できると共に、気化部４０の組立が容易になる。同様に、改質部６０は、四重の筒状壁６１〜６４によって構成され、熱交換部１１０は、三重の筒状壁１１１〜１１３によって構成されているので、改質部６０及び熱交換部１１０についても、構造を簡素化できると共に組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールＭ１の製造コストをより低減することができる。

また、図７に示される低温側構造体２０２は、改質流路６７を形成する一対の管材２４，２５を有し、この低温側構造体２０２と図６に示される高温側構造体２０１とは、改質流路６７の下端部の位置Ｐにて分割されている。従って、高温側構造体２０１を低温側構造体２０２に組み付ける前の状態では、改質流路６７の下端部が開放されるので、この改質流路６７の下端部から改質流路６７（一対の管材２４，２５の内側）に改質触媒を容易に挿入することができる。これにより、改質部６０の組立が容易になるので、燃料電池モジュールＭ１の製造コストをより低減することができる。

また、燃料電池モジュールＭ１は、酸化剤ガスと燃焼排ガスとの間で熱交換する熱交換部１１０を備えるので、燃料電池セルスタック１０に供給される酸化剤ガスを燃焼排ガスの熱を利用して予熱することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。

また、熱交換部１１０についても、酸化剤ガス流路１１７及び燃焼排ガス流路１１８が螺旋部材１２０，１２１により螺旋状に形成されるので、低温側構造体２０２を小型化しつつ、酸化剤ガス流路１１７及び燃焼排ガス流路１１８の長さを長くすることができる。これにより、熱交換効率を向上させることができる。

また、螺旋部材１２０，１２１は、酸化剤ガス流路１１７及び燃焼排ガス流路１１８を形成する複数の管材２７〜２９のそれぞれにロウ付けされているので、複数の管材２７〜２９の剛性、ひいては、容器２０の剛性を向上させることができる。

さらに、複数の管材２７〜２９の間に設けられた螺旋部材１２０，１２１を通じて複数の管材２７〜２９間で熱伝達されるので、複数の管材２７〜２９の温度差、ひいては、熱膨張差を低減できる。さらに、螺旋部材１２０，１２１によって連結されることで複数の管材２７〜２９の剛性が増すことにより、複数の管材２７〜２９が熱膨張差による熱応力に十分に耐えられるようになる。この結果、必要な強度に応じた板厚まで複数の管材２７〜２９を薄くできるので、より一層軽量化及びコストダウンができる。

また、図２に示されるように、燃料電池セルスタック１０の周囲には、燃料電池セルスタック１０に供給される酸化剤ガスを燃料電池セルスタック１０の排熱で予熱する予熱部１００が設けられているので、燃料電池セルスタック１０に供給される酸化剤ガスを燃料電池セルスタック１０の排熱を利用して予熱することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。

また、予熱部１００は、二重の筒状壁１１１，１１２によって構成されているので、予熱部１００における構造を簡素化できると共に、予熱部１００の組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールＭ１の製造コストをより低減することができる。

また、図８に示されるように、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうちの一の部材Ａには、折曲片２０３が形成され、この折曲片２０３は、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうちの他の部材Ｂに重ね合わされた状態でロウ付けされる。従って、この折曲片２０３によって、ロウ付けによる接合面積を確保することができるので、一の部材Ａと他の部材Ｂとの接合強度を増加させることができる。

また、ロウ材２０４の表面には、フィレット（曲面）が形成されるので、ロウ材２０４による接合部に切欠き等などの鋭い角部が形成されることを抑制できる。これにより、接合部に応力が集中することを抑制することができる。

また、図７に示されるように、低温側構造体２０２には、原燃料供給管５０、連結管８１、酸化剤ガス供給管１２２、及び、ガス排出管１２３などの配管が含まれる。これらの配管は、従来、溶接作業の自動化が難しく手作業での溶接となるが、手作業での溶接の場合、配管の接合部の品質にばらつきが生じやすい。この点、本実施形態では、ロウ付けによる接合であり、ロウ材が隙間に入り込むので、配管の接合部の品質を高めることができる。

また、溶接の場合、接合面積を大きくできないが、ロウ付けの場合、接合面積を大きくすることができるので、接合部の強度を高めることができると共に、熱伝導度も高めることができる。この結果、燃料電池モジュールＭ１の効率及び耐久性を向上させることができる。

また、溶接の場合、部材の板厚が薄いと溶接の入熱が周囲に拡散できず一箇所に集中して容易に穴が開いてしまうため、部材の板厚を薄くできないが、本実施形態では、ロウ付けであるため、部材に穴が開くことが無い。従って、必要な強度に応じた板厚まで部材を薄くできるので、軽量化及びコストダウンを実現することができる。

また、固体酸化物形燃料電池セルスタックのカソード極は、一般にクロム金属の蒸気により大きく性能が低下する。そのため、従来は、クロム金属が揮発しないように、燃料電池セルスタック周辺の高温部には一般のステンレス材を使用できなかった。しかしながら、本実施形態では、ロウ材にニッケルロウを用いることにより、ロウ付けの際にステンレス材の表面にロウ材が流れ、このステンレス材の表面をニッケルでコーティングすることができる。これにより、クロム金属の揮発を防ぐことができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。

図１０に示される第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２は、上述の第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１に対し、次のように構造が変更されている。

＜容器＞
すなわち、第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２において、容器２０は、上述の第一実施形態よりも四つ少ない五個の管材２１〜２５により構成されている。この複数の管材２１〜２５は、容器２０の内側から外側に順に配置されている。

一番目の管材２１は、容器２０の高さ方向の中央下部から中央部に亘って設けられており、二番目の管材２２は、容器２０の高さ方向の中央下部から中央上部に亘って設けられている。また、三番目の管材２３は、容器２０の高さ方向の中央部から上端部に亘って設けられており、四番目の管材２４及び五番目の管材２５は、容器２０の下端部から上端部に亘って設けられている。

一番目の管材２１の上端部は、二番目の管材２２の高さ方向の中央部に接合され、二番目の管材２２の上端部は、三番目の管材２３の高さ方向の中央部に接合されている。また、二番目の管材２２の下端部は、隔壁部９３の外周部を介して四番目の管材２４の高さ方向の中央下部に固定されており、三番目の管材２３の下端部は、四番目の管材２４の高さ方向の中央部に接合されている。

三番目の管材２３の上端部は、容器２０の上端部に設けられた天壁部１８１に接合され、四番目の管材２４の上端部は、三番目の管材２３の上端部に接合され、五番目の管材２５の上端部は、四番目の管材２４の上端部に接合されている。また、四番目の管材２４の下端部は、底壁部３４に接合されており、五番目の管材２５の下端部は、底壁部３５に接合されている。

＜熱交換部＞
熱交換部１１０は、気化部４０の上方に気化部４０と同軸上に設けられており、三重の筒状壁１１１〜１１３によって構成されている。三重の筒状壁１１１〜１１３における内側の筒状壁１１１は、三番目の管材２３の上部によって構成され、三重の筒状壁１１１〜１１３における中央の筒状壁１１２は、四番目の管材２４の上部によって構成されている。また、三重の筒状壁１１１〜１１３における外側の筒状壁１１３は、五番目の管材２５の上部によって構成されている。

図１１に示されるように、熱交換部１１０を構成する三重の筒状壁１１１〜１１３の内側から外側には、断熱空間１１５、燃焼排ガス流路１１８、及び、酸化剤ガス流路１１７が順に形成されている。第一実施形態と同様に、酸化剤ガス流路１１７は、螺旋部材１２０により熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されており、燃焼排ガス流路１１８は、螺旋部材１２１により、熱交換部１１０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

酸化剤ガス流路１１７の上端部には、容器２０の径方向外側に延びてから容器２０の上側に延びる酸化剤ガス供給管１２２が接続されており、燃焼排ガス流路１１８の上端部には、容器２０の径方向内側に延びてから容器２０の上側に延びるガス排出管１２３（図１０参照）が接続されている。

＜気化部＞
気化部４０は、図１０に示されるように、四重の筒状壁４１〜４４によって構成されている。四重の筒状壁４１〜４４のうち最も内側に位置する筒状壁４１は、二番目の管材２２の上部によって構成され、四重の筒状壁４１〜４４のうち内側から二番目の筒状壁４２は、三番目の管材２３の下部によって構成されている。また、四重の筒状壁４１〜４４のうち内側から三番目の筒状壁４３は、四番目の管材２４の高さ方向の中央上部によって構成され、四重の筒状壁４１〜４４のうち最も外側に位置する筒状壁４４は、五番目の管材２５の高さ方向の中央上部によって構成されている。

図１２に示されるように、この気化部４０を構成する四重の筒状壁４１〜４４の内側から外側には、断熱空間４５、気化流路４６、燃焼排ガス流路４７、及び、酸化剤ガス流路４８が順に形成されている。気化流路４６の上端部には、容器２０の径方向内側に延びてから容器２０の上側に延びる原燃料供給管５０が接続されている。

燃焼排ガス流路４７及び酸化剤ガス流路４８は、上述の熱交換部１１０の燃焼排ガス流路１１８及び酸化剤ガス流路１１７とそれぞれ連通されている。第一実施形態と同様に、気化流路４６は、螺旋部材５１により気化部４０の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

＜改質部＞
改質部６０は、図１０に示されるように、四重の筒状壁６１〜６４によって構成されている。四重の筒状壁６１〜６４のうち最も内側に位置する筒状壁６１は、一番目の管材２１によって構成され、四重の筒状壁６１〜６４のうち内側から二番目の筒状壁６２は、二番目の管材２２の下部によって構成されている。また、四重の筒状壁６１〜６４のうち内側から三番目の筒状壁６３は、四番目の管材２４の高さ方向の中央下部によって構成され、四重の筒状壁６１〜６４のうち最も外側の筒状壁６４は、五番目の管材２５の高さ方向の中央下部によって構成されている。

図１２に示されるように、この改質部６０を構成する四重の筒状壁６１〜６４の内側から外側には、断熱空間６５、燃焼排ガス流路６６、改質流路６７、及び、酸化剤ガス流路６８が順に形成されている。酸化剤ガス流路６８は、気化部４０の酸化剤ガス流路４８と連通されており、改質流路６７は、気化流路４６と連通されている。

改質流路６７の入口には、改質流路６７の周方向に沿って環状に形成された一対の仕切板１９３が設けられている。この一対の仕切板１９３は、鉛直方向に並んでいる。各仕切板１９３には、周方向に一定の間隔を空けて複数のオリフィス１９４が形成されている。この複数のオリフィス１９４は、仕切板１９３の板厚方向に貫通しており、改質流路６７には、複数のオリフィス１９４を通じて原燃料ガス１６２が流入する。なお、仕切板１９３は、一枚でも良い。

また、上述の気化流路４６の下方には、容器２０の径方向に延びる連通管１９７が設けられている。この連通管１９７は、容器２０の周方向の一部に設けられている。改質部６０の燃焼排ガス流路６６は、連通管１９７の内側を介して気化部４０の燃焼排ガス流路４７と連通されている。

＜燃焼部＞
図１３に示されるように、燃焼部９０は、上述の改質部６０の下方に設けられている。燃焼部９０の周壁部９１を構成する三重の筒状壁６２〜６４において、筒状壁６２と筒状壁６３との間には、改質部６０の改質流路６７が延長して形成されており、筒状壁６３と筒状壁６４との間には、改質部６０の酸化剤ガス流路６８が延長して形成されている。周壁部９１の内側は、燃焼室９４として形成されており、この燃焼室９４は、予熱部１００の内側空間１０４と、上述の改質部６０の燃焼排ガス流路６６とに連通されている。周壁部９１の内側に設けられたテーパ部９５は、一例として、筒状壁６１と別体に構成されており、この筒状壁６１の下端部に接合されている。

隔壁部９３の中央部には、点火電極９２と燃料電池セルスタック１０との間に開口する絞り孔９６が形成されており、この絞り孔９６には、燃料極排ガスが通過する複数のオリフィス２１２が形成されたパンチングメタル２１１が設けられている。また、隔壁部９３において絞り孔９６の周囲に形成された縦壁部には、空気極排ガスが通過する連通孔２１５が形成されている。

＜予熱部＞
予熱部１００（収容部）は、二重の筒状壁１０１，１０２によって構成されている。第二実施形態において、上述の気化部４０、改質部６０、及び、熱交換部１１０を構成する複数の筒状壁は、円筒状に形成されているが、予熱部１００を構成する二重の筒状壁は、一例として、楕円筒状に形成されている。この二重の筒状壁１０１，１０２のうち内側の筒状壁１０１は、四番目の管材２４の下部によって構成され、二重の筒状壁１０１，１０２のうち外側の筒状壁１０２は、五番目の管材２５の下部によって構成されている。

この予熱部１００を構成する二重の筒状壁１０１，１０２の間には、予熱流路１０５が形成されている。第一実施形態と同様に、予熱流路１０５は、螺旋部材１０６により予熱部１００の軸方向回りに螺旋状に形成されている。

この予熱流路１０５の上端部は、上述の改質部６０の酸化剤ガス流路６８と連通され、予熱流路１０５の下端部は、図１４に示される底壁部３４と底壁部３５との間に形成された導入路を通じて燃料電池セルスタック１０の酸化剤ガス取入口と連通されている。

また、底壁部３４と底壁部３５との間には、隔壁板２１３が設けられており、底壁部３４と隔壁板２１３との間には、燃料ガス取入口１６と連通する導入路２１４が形成されている。上述の改質流路６７の下端部には、燃料ガス配管１０７の上端部が接続されており、この燃料ガス配管１０７の下端部は、導入路２１４に開口している。

＜高温側構造体及び低温側構造体＞

図１０に示されるように、以上の熱交換部１１０、気化部４０、改質部６０、燃焼部９０、予熱部１００を有する容器２０は、高温側構造体２２１（第一構造体）と、低温側構造体２２２（第二構造体）とに分割されている。この高温側構造体２２１と低温側構造体２２２との分割部は、内側から二番目の管材２２の下端部の位置Ｐ１と、内側から四番目の管材２４における高さ方向の中央部の位置Ｐ２とに設定されている。

そして、図１５に示されるように、高温側構造体２２１は、複数の第一部材の一例として、管材２４の下部２４Ａ、管材２５、底壁部３４，３５、隔壁板２１３、螺旋部材１０６、燃料ガス配管１０７、酸化剤ガス供給管１２２、隔壁部９３、仕切板９７、パンチングメタル２１１等を有している。

一方、図１６に示されるように、低温側構造体２２２は、複数の第二部材の一例として、管材２１〜２３、管材２４の上部２４Ｂ、原燃料供給管５０、螺旋部材５１、テーパ部９５、螺旋部材１２０，１２１、ガス排出管１２３、ベース部材１４８、パイプ１５０、天壁部１８１、一対の仕切板１９３、連通管１９７等を有している。

第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２の稼働時に、図１５に示される高温側構造体２２１は、燃料電池セルスタック１０の周囲に位置するため、６００℃以上に加熱されるが、図１６に示される低温側構造体２２２の接合部は、燃料電池セルスタック１０の上方に離間するため、６００℃未満とされる。高温側構造体２２１を構成する複数の部材は、溶接により接合されているが、低温側構造体２２２を構成する複数の部材は、ロウ付けにより接合されている。低温側構造体２２２のロウ付けには、例えば、ニッケルロウ等のロウ材が使用される。また、高温側構造体２０１における溶接には、種々の溶接方法が適用可能である。

なお、第一実施形態と同様に、低温側構造体２２２を構成する複数の部材のうちの一の部材Ａには、折曲片２０３（図８参照）が形成され、この折曲片２０３は、低温側構造体２２２を構成する複数の部材のうちの他の部材Ｂに重ね合わされた状態でロウ付けされても良い。

また、低温側構造体２２２を構成する複数の部材のうち幾つかの部材は、ロウ付けではなく他の方法（例えば溶接など）により接合されても良い。また、低温側構造体２２２を構成する複数の部材のうち幾つかの部材の位置決めのために溶接が使用されても良い。また、高温側構造体２２１を構成する複数の部材のうち幾つかの部材についても、溶接ではなく他の方法により接合されても良い。

また、気化流路４６に設けられた螺旋部材５１は、気化流路４６を形成する一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされている（図９参照）。螺旋部材５１は、より好ましくは、その全長に亘って一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされる。

また、この気化流路４６に設けられた螺旋部材５１と同様に、熱交換部１１０の燃焼排ガス流路１１８に設けられた螺旋部材１２１は、燃焼排ガス流路１１８を形成する一対の管材２３，２４（管材２４の上部２４Ｂ）のそれぞれにロウ付けされている。

なお、図１０に示されるように、上述の高温側構造体２２１及び低温側構造体２２２により構成された容器２０は、第一実施形態と同様に、断熱材１４０によって覆われている。

次に、第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２の製造方法（組立方法）について説明する。

先ず、図１６に示されるように、管材２１〜２３、管材２４の上部２４Ｂ、原燃料供給管５０、螺旋部材５１、テーパ部９５、螺旋部材１２０，１２１、ガス排出管１２３、ベース部材１４８、パイプ１５０、天壁部１８１、一対の仕切板１９３、連通管１９７等（複数の第二部材）がロウ付けにより接合されて、低温側構造体２２２が組み立てられる（低温側構造体組立工程）。

なお、低温側構造体２２２を構成する複数の部材のうち幾つかの部材は、ロウ付けではなく溶接により接合されても良い。また、この溶接による接合は、幾つかの部材の位置決めのために使用されても良い。

そして、図１５に示される高温側構造体２２１のうち、管材２４の下部２４Ａが図１６に示される管材２４の上部２４Ｂに溶接により接合される。改質触媒層７０は、例えばハニカム触媒や粒状触媒等で構成され、管材２４の下部２４Ａが管材２４の上部２４Ｂに接合される前に低温側構造体２２２に設けられた筒状壁６２の外周部に組み付けられるか、又は、管材２４の下部２４Ａが管材２４の上部２４Ｂに接合される際に管材２４の下部２４Ａに形成された筒状壁６３の内周部に組み付けられる。

続いて、管材２５が図１６に示される低温側構造体２２２に設けられた管材２４に溶接により接合される。

螺旋部材１０６は、管材２４の下部２４Ａ及び管材２５のいずれかに予め溶接により接合されるか、又は、管材２４の下部２４Ａ及び管材２５が低温側構造体２０２に接合される際に適宜タイミングにて管材２４の下部２４Ａ及び管材２５のいずれかに溶接により接合される。また、同様に、燃料ガス配管１０７、酸化剤ガス供給管１２２、隔壁部９３、仕切板９７、パンチングメタル２１１等についても、高温側構造体２２１における接合先の部材に予め溶接により接合されるか、又は、適宜タイミングにて接合先の部材に溶接により接合される。

そして、管材２４の下部２４Ａの内側に燃料電池セルスタック１０が収容された状態で、管材２４の下部２４Ａ及び管材２５の下端部に底壁部３４，３５が溶接により接合される。このとき、適宜タイミングにて底壁部３４と燃料電池セルスタック１０とが固定される。

また、隔壁板２１３は、底壁部３４，３５に予め溶接により接合されるか、又は、管材２４の下部２４Ａ及び管材２５に底壁部３４，３５が接合される際に適宜タイミングにて底壁部３４，３５に溶接により接合される。以上により、高温側構造体２２１が組み立てられて、高温側構造体２２１及び低温側構造体２２２により容器２０が構成される（高温側構造体組立工程）。

そして、容器２０が構成された後、パイプ１５０の内側に導電部１５１が挿入され、このパイプ１５０の先端から点火電極９２が突出されると共に、ベース部材１４８にシール板１４７及びＯリングが組み付けられる。また、容器２０に断熱材１４０等が組み付けられ、燃料電池モジュールＭ２が完成する。

なお、このようにして製造された燃料電池モジュールＭ２において、熱交換部１１０、気化部４０、改質部６０、燃焼部９０、予熱部１００の機能は、上述の第一実施形態と同様であり、第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２は、第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１と同様に動作する。

次に、第二実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２においても、容器２０は、図１５，図１６に示される高温側構造体２２１と低温側構造体２２２とに分割されており、この容器２０のうちの低温側構造体２２２を構成する複数の部材は、ロウ付けにより接合されている。従って、この複数の部材を一度にロウ付けできる分、容器２０を構成する複数の部材の全体を溶接により接合する場合に比して、作業工数を低減することができる。

しかも、容器２０のうちの低温側構造体２２２をロウ付け用の高温炉に入れれば良く、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れる低温側構造体２２２の台数を確保できるので、量産効果を得ることができる。以上より、容器の製造コスト、ひいては、燃料電池モジュールＭ２の製造コストを低減することができる。

また、ロウ付けは、燃料電池セルスタック１０を収容する予熱部１００を有する高温側構造体２２１ではなく、低温側構造体２２２に使用される。従って、燃料電池セルスタック１０が発電に伴い発熱した場合でも、低温側構造体２２２に使用されたロウ材が溶融することを抑制できる。一方、高温側構造体２２１には、一般に高温にも耐えることができる溶接が使用される。以上より、燃料電池モジュールＭ２の耐久性を確保することができる。

また、低温側構造体２２２において、気化部４０及び改質部６０における流路は、同心状に配置された複数の管材２１〜２３及び管材２４の上部２４Ｂによって形成されているので、低温側構造体２２２の組立が容易になると共に、低温側構造体２２２を小型化することができる。これにより、ロウ付け用の高温炉の中に一度に入れる低温側構造体２２２の台数を増加することができるので、量産効果を高めることができる。

また、気化部４０に形成された気化流路４６は、螺旋部材５１により螺旋状に形成されている。従って、低温側構造体２２２を小型化しつつ、気化流路４６の長さを長くすることができるので、気化効率を向上させることができる。

また、気化流路４６に設けられた螺旋部材５１は、気化流路４６を形成する一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされているので（図９参照）、一対の管材２２，２３の剛性、ひいては、容器２０の剛性を向上させることができる。

また、一対の管材２２，２３の間に設けられた螺旋部材５１を通じて一対の管材２２，２３間で熱伝達されるので、一対の管材２２，２３の温度差、ひいては、熱膨張差を低減できる。さらに、螺旋部材５１によって連結されることで一対の管材２２，２３の剛性が増すことにより、一対の管材２２，２３が熱膨張差による熱応力に十分に耐えられるようになる。この結果、必要な強度に応じた板厚まで一対の管材２２，２３を薄くできるので、軽量化及びコストダウンを実現することができる。

また、気化流路４６に設けられた螺旋部材５１は、全長に亘って一対の管材２２，２３のそれぞれにロウ付けされているので、組立上必要とされる螺旋部材５１と一対の管材２２，２３の一方との間の隙間を螺旋部材５１の全長に亘ってロウ材２０５（図９参照）により塞ぐことができる。これにより、螺旋部材５１の全長に亘ってショートパスを抑制することができるので、気化効率を向上させることができ、ひいては燃料電池モジュールＭ２の効率及び運転安定性を向上させることができる。

また、図１０に示されるように、気化部４０は、四重の筒状壁４１〜４４によって構成されているので、気化部４０における構造を簡素化できると共に、気化部４０の組立が容易になる。同様に、改質部６０は、四重の筒状壁６１〜６４によって構成され、熱交換部１１０は、三重の筒状壁１１１〜１１３によって構成されているので、改質部６０及び熱交換部１１０についても、構造を簡素化できると共に組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールＭ２の製造コストをより低減することができる。

また、図１５，図１６に示されるように、高温側構造体２２１と低温側構造体２２２との分割部は、内側から二番目の管材２２の下端部の位置Ｐ１と、内側から四番目の管材２４における高さ方向の中央部の位置Ｐ２とに設定されている。そして、高温側構造体２２１は、改質流路６７を形成する一対の筒状壁６２，６３のうち外側の筒状壁６３が形成された管材２４の下部２４Ａを有し、低温側構造体２２２は、改質流路６７を形成する一対の筒状壁６２，６３のうち内側の筒状壁６２が形成された管材２２を有する。

従って、高温側構造体２２１を低温側構造体２２２に組み付ける前の状態では、改質流路６７を形成する内側の筒状壁６２に対して外側の筒状壁６３が分割された状態とされるので、一対の筒状壁６２，６３のいずれか（筒状壁６２の外周部又は筒状壁６３の内周部）に例えばハニカム触媒や粒状触媒等で構成された改質触媒層７０を容易に形作ることができる。これにより、改質部６０の組立が容易になるので、燃料電池モジュールＭ２の製造コストをより低減することができる。

また、気化部４０の酸化剤ガス流路４８を形成する内側の筒状壁４３が形成された管材２４の上部２４Ｂは、低温側構造体２２２に設けられ、改質部６０の酸化剤ガス流路６８を形成する内側の筒状壁６３が形成された管材２４の下部２４Ａは、高温側構造体２２１に設けられている。これにより、管材２４の下部２４Ａと上部２４Ｂとで材質を異ならせることができ、例えば、管材２４の下部２４Ａは、クロム揮発防止のための高価なステンレス鋼（例えば、SUH21）に、管材２４の上部２４Ｂは、ロウ付け可能で安価なステンレス鋼（例えば、SUS430）にすることができる。

また、燃料電池モジュールＭ２は、酸化剤ガスと燃焼排ガスとの間で熱交換する熱交換部１１０を備えるので、燃料電池セルスタック１０に供給される酸化剤ガスを燃焼排ガスの熱を利用して予熱することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。

また、低温側構造体２２２に形成された燃焼排ガス流路１１８（図１１参照）についても、螺旋部材１２１により螺旋状に形成されるので、低温側構造体２２２を小型化しつつ、燃焼排ガス流路１２１の長さを長くすることができる。これにより、熱交換効率を向上させることができる。

また、螺旋部材１２１は、燃焼排ガス流路１１８を形成する一対の管材２３，２４（管材２４の上部２４Ｂ）のそれぞれにロウ付けされているので、一対の管材２３，２４の剛性、ひいては、容器２０の剛性を向上させることができる。

さらに、一対の管材２３，２４の間に設けられた螺旋部材１２１を通じて一対の管材２３，２４間で熱伝達されるので、一対の管材２３，２４の温度差、ひいては、熱膨張差を低減できる。さらに、螺旋部材１２１によって連結されることで一対の管材２３，２４の剛性が増すことにより、一対の管材２３，２４が熱膨張差による熱応力に十分に耐えられるようになる。この結果、必要な強度に応じた板厚まで一対の管材２３，２４を薄くできるので、軽量化及びコストダウンを実現することができる。

また、燃料電池セルスタック１０の周囲には、燃料電池セルスタック１０に供給される酸化剤ガスを燃料電池セルスタック１０の排熱で予熱する予熱部１００が設けられているので、燃料電池セルスタック１０に供給される酸化剤ガスを燃料電池セルスタック１０の排熱を利用して予熱することができる。これにより、熱効率を向上させることができる。

また、図１０に示されるように、予熱部１００は、二重の筒状壁１１１，１１２によって構成されているので、予熱部１００における構造を簡素化できると共に、予熱部１００の組立が容易になる。これにより、燃料電池モジュールＭ２の製造コストをより低減することができる。

また、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうちの一の部材Ａには、折曲片２０３（図８参照）が形成され、この折曲片２０３は、低温側構造体２０２を構成する複数の部材のうちの他の部材Ｂに重ね合わされた状態でロウ付けされる。従って、この折曲片２０３によって、ロウ付けによる接合面積を確保することができるので、一の部材Ａと他の部材Ｂとの接合強度を増加させることができる。

また、第一実施形態と同様に、ロウ材２０４の表面には、フィレット（曲面）が形成されるので、ロウ材２０４による接合部に切欠き等などの鋭い角部が形成されることを抑制できる。これにより、接合部に応力が集中することを抑制することができる。

また、低温側構造体２２２には、原燃料供給管５０、連通管１９７、及び、ガス排出管１２３などの配管が含まれる。これらの配管は、従来、溶接作業の自動化が難しく手作業での溶接となるが、手作業での溶接の場合、配管の接合部の品質にばらつきが生じやすい。この点、本実施形態では、ロウ付けによる接合であり、ロウ材が隙間に入り込むので、配管の接合部の品質を高めることができる。

また、溶接の場合、接合面積を大きくできないが、ロウ付けの場合、接合面積を大きくすることができるので、接合部の強度を高めることができると共に、熱伝導度も高めることができる。この結果、燃料電池モジュールＭ２の効率及び耐久性を向上させることができる。

また、溶接の場合、部材の板厚が薄いと溶接の入熱が周囲に拡散できず一箇所に集中して容易に穴が開いてしまうため、部材の板厚を薄くできないが、本実施形態では、ロウ付けであるため、部材に穴が開くことが無い。従って、必要な強度に応じた板厚まで部材を薄くできるので、軽量化及びコストダウンを実現することができる。

また、固体酸化物形燃料電池セルスタックのカソード極は、一般にクロム金属の蒸気により大きく性能が低下する。そのため、従来は、クロム金属が揮発しないように、燃料電池セルスタック周辺の高温部には一般のステンレス材を使用できなかった。しかしながら、本実施形態では、ロウ材にニッケルロウを用いることにより、ロウ付けの際にステンレス材の表面にロウ材が流れ、このステンレス材の表面をニッケルでコーティングすることができる。これにより、クロム金属の揮発を防ぐことができる。

次に、上述の第一及び第二実施形態の変形例について説明する。

第一及び第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２において、予熱部１００を構成する二重の筒状壁１０１，１０２は、楕円筒状に形成されているが、他の筒状壁と同様に円筒状に形成されても良い。また、予熱部１００、燃焼部９０の周壁部９１、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０を構成する複数の筒状壁は、いずれも楕円筒状に形成されていても良い。

また、予熱部１００、燃焼部９０の周壁部９１、改質部６０、気化部４０、及び、熱交換部１１０等を構成する複数の筒状壁は、円筒状に形成されたものと、楕円筒状に形成されたものの両方を含んでいても良い。

また、第一及び第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２において、気化部４０は、四重の筒状壁４１〜４４の内側から外側に順に、断熱空間４５、気化流路４６、燃焼排ガス流路４７、及び、酸化剤ガス流路４８を有するが、四重の筒状壁４１〜４４の内側から外側に順に、断熱空間４５、燃焼排ガス流路４７、気化流路４６、及び、酸化剤ガス流路４８を有しても良い。

また、第一実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１において、熱交換部１１０は、内側の筒状壁１１１と中央の筒状壁１１２との間に酸化剤ガス流路１１７を有し、外側の筒状壁１１３と中央の筒状壁１１２との間に燃焼排ガス流路１１８を有する。しかしながら、熱交換部１１０は、内側の筒状壁１１１と中央の筒状壁１１２との間に燃焼排ガス流路１１８を有し、外側の筒状壁１１３と中央の筒状壁１１２との間に酸化剤ガス流路１１７を有するように構造が変更されても良い。

また、第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２において、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路は、熱交換部１１０、気化部４０、及び、改質部６０に亘って形成されている。しかしながら、熱交換部１１０、気化部４０、及び、改質部６０から酸化剤ガス流路が省かれても良い。また、この場合に、気化部４０及び改質部６０は、三重の筒状壁によってそれぞれ構成されても良く、また、酸化剤ガス供給管１２２は、予熱流路１０５の上端部に接続されても良い。

また、第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ２において、熱交換部１１０は、三重の筒状壁１１１〜１１３によって構成されているが、四重の筒状壁によって構成されても良い。また、この場合に、熱交換部１１０を構成する四重の筒状壁の間には、原燃料供給管５０と接続され原燃料が流れる原燃料流路、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路、及び、燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路が形成されても良い。

また、この四重の筒状壁によって構成された熱交換部１１０において、原燃料流路、酸化剤ガス流路、及び、燃焼排ガス流路の少なくともいずれかには、螺旋部材が設けられても良い。また、この螺旋部材が設けられた流路を形成する複数の管材は、螺旋部材とそれぞれロウ付けにより接合されていても良い。

また、第一及び第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２において、気化流路４６、予熱流路１０５、酸化剤ガス流路１１７、及び、燃焼排ガス流路１１８は、螺旋部材によって螺旋状に形成されているが、各々の流路を形成する一対の管材の少なくとも一方にコルゲート加工により螺旋状のコルゲート部が形成されることによって各流路が螺旋状に形成されても良い。

また、第一及び第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２において、熱交換部１１０は、省かれても良い。

また、第一及び第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２において、予熱部１００は、二重の筒状壁１０１，１０２によって構成されているが、三重の筒状壁によって構成されても良い。また、この場合に、予熱部１００を構成する三重の筒状壁の間には、酸化剤ガスが流れる予熱流路１０５と、改質流路６７と連通し燃料ガスが流れる燃料ガス流路とが形成されても良い。

また、第一及び第二実施形態に係る燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２において、燃料電池セルスタック１０には、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が適用されているが、その他の形式の燃料電池が適用されても良い。

また、原燃料に含まれる炭化水素系燃料として、都市ガスが用いられているが、都市ガスの代わりにメタンガスなど水素を主成分とするガスが用いられても良い。また、炭化水素系燃料は、炭化水素系液体でも良い。

また、上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜、組み合わされて実施されても良い。

以上、本発明の第一及び第二実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

Ｍ１，Ｍ２…燃料電池モジュール、１０…燃料電池セルスタック、２０…容器、２１〜２９…管材、４０…気化部、４１〜４４…筒状壁、４５…断熱空間、４６…気化流路、４７…燃焼排ガス流路、４８…酸化剤ガス流路、５０…原燃料供給管、５１…螺旋部材、６０…改質部、６１〜６４…筒状壁、６５…断熱空間、６６…燃焼排ガス流路、６７…改質流路、６８…酸化剤ガス流路、７０…改質触媒層、９０…燃焼部、９４…燃焼室、１００…予熱部、１０１，１０２…筒状壁、１０５…予熱流路、１０６…螺旋部材、１０７…燃料ガス配管、１１０…熱交換部、１１１〜１１３…筒状壁、１１５…断熱空間、１１７…酸化剤ガス流路、１１８…燃焼排ガス流路、１２０，１２１…螺旋部材、１２２…酸化剤ガス供給管、１２３…ガス排出管、１６１…原燃料、１６２…原燃料ガス、１６３…燃料ガス、１６４…酸化剤ガス、１６５…スタック排ガス、１６６…燃焼排ガス、２０１，２２１…高温側構造体（第一構造体）、２０２，２２２…低温側構造体（第二構造体）、２０３…折曲片

Claims (15)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池セルスタックと、
   前記燃料電池セルスタックを収容する収容部を構成する部材を含み溶接により接合された複数の第一部材を有する第一構造体と、
   前記燃料電池セルスタックから排出され燃焼された燃焼排ガスの熱を利用して原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化部と、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスから前記燃料ガスを生成する改質部とを構成する部材を含みロウ付けにより接合された複数の第二部材を有すると共に、前記第一構造体を組み付けて前記第一構造体と共に容器を構成する第二構造体と、
   を備える燃料電池モジュール。
2. 前記複数の第二部材は、前記気化部及び前記改質部を構成する部材として、前記気化部及び前記改質部の流路を形成し、同心状に配置された複数の管材を含む、
   請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記気化部は、原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化流路を有し、
   前記複数の第二部材は、前記気化部を構成する部材として、前記複数の管材のうち前記気化流路を形成する一対の管材の間に設けられて前記気化流路を螺旋状に形成する螺旋部材を含む、
   請求項２に記載の燃料電池モジュール。
4. 前記螺旋部材は、前記一対の管材のそれぞれにロウ付けされている、
   請求項３に記載の燃料電池モジュール。
5. 前記螺旋部材は、全長に亘って前記一対の管材のそれぞれにロウ付けされている、
   請求項４に記載の燃料電池モジュール。
6. 前記気化部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、原燃料を気化して原燃料ガスを生成する気化流路、及び、前記原燃料に対して気化熱を与える前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路をそれぞれ有する、
   請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
7. 前記改質部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路、及び、前記燃焼排ガスの熱を利用して前記原燃料ガスから前記燃料ガスを生成するための改質触媒層が設けられた改質流路をそれぞれ有する、
   請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
8. 前記改質部は、前記収容部の上方に設けられ、
   前記複数の第二部材は、前記改質部を構成する部材として、前記改質部を構成する前記三重の筒状壁のうち前記改質流路を形成する一対の筒状壁が形成された一対の管材を含み、
   前記第一構造体と前記第二構造体とは、前記改質流路の下端部の位置にて分割されている、
   請求項７に記載の燃料電池モジュール。
9. 前記複数の第一部材は、前記改質部を構成する前記三重の筒状壁において前記改質流路を形成する一対の筒状壁のうち外側の筒状壁が形成された管材を含み、
   前記複数の第二部材は、前記改質部を構成する部材として、前記改質流路を形成する前記一対の筒状壁のうち内側の筒状壁が形成された管材を含む、
   請求項７に記載の燃料電池モジュール。
10. 前記複数の第二部材は、前記酸化剤ガス又は前記原燃料と前記燃焼排ガスとの間で熱交換する熱交換部を構成する部材を含む、
    請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
11. 前記熱交換部は、互いの間に隙間を有する少なくとも三重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該三重の筒状壁における内側及び筒状壁の間に、断熱空間、前記酸化剤ガス又は前記原燃料が流れる流路、及び、前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路をそれぞれ有する、
    請求項１０に記載の燃料電池モジュール。
12. 前記複数の第二部材は、前記熱交換部を構成する部材として、前記熱交換部を構成する前記三重の筒状壁のうち前記流路及び前記燃焼排ガス流路の少なくとも一方を形成する複数の筒状壁が形成された複数の管材と、該複数の管材の間に設けられて該複数の管材のそれぞれにロウ付けされると共に前記流路及び前記燃焼排ガス流路の少なくとも一方を螺旋状に形成する螺旋部材とを含む、
    請求項１１に記載の燃料電池モジュール。
13. 前記収容部は、前記燃料電池セルスタックの周囲に設けられた少なくとも二重の円筒状又は楕円筒状の筒状壁によって構成されると共に、該二重の筒状壁の間に前記燃料電池セルスタックの排熱で予熱される前記酸化剤ガスが流れる予熱流路を有する予熱部である、
    請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
14. 前記複数の第二部材のうちの一の部材には、折曲片が形成され、
    前記折曲片は、前記複数の第二部材のうちの他の部材に重ね合わされた状態でロウ付けされている、
    請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の燃料電池モジュール。
15. 請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載の燃料電池モジュールを組み立てるための燃料電池モジュールの製造方法であって、
    前記複数の第二部材をロウ付けにより接合して前記第二構造体を組み立てる工程と、
    前記複数の第一部材を前記第二構造体に溶接により接合すると共に前記複数の第一部材を溶接により接合して前記第一構造体を組み立てると共に、前記燃料電池セルスタックを前記収容部に収容する工程と、
    を備える燃料電池モジュールの製造方法。