JP6941998B2 - 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギとして、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを備えるセルスタックを収納装置内に収納してなる燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールを動作させるための各種補機とを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。

燃料電池セルは、中空平板型の支持体の表面に燃料極層と、固体電解質層と、酸素極層とが順に設けられてなる。燃料電池モジュールは、収納装置内に収納されるセルスタック、およびセルスタックに酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス導入部材を備えてなり、セルスタックと酸素含有ガス導入部材との間には、収納装置内の温度を高温に維持するため、または燃料電池セルの外部を流れるガスが燃料電池セルを通過せずに上方に流れることを抑制するための断熱部材が配置されている（特許文献１参照）。

特許第５１６４９８５号公報

燃料電池装置は、出荷判定用の試運転を行った後に出荷するが、この場合に、輸送等の振動に伴って、セルスタックと酸素含有ガス導入部材との間の断熱部材が所定位置からずれるおそれがあった。

本開示の燃料電池モジュールは、収納容器と、
前記収納容器内に収納され、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行う複数の燃料電池セルが配列されてなるセルスタックと、
前記セルスタックの、前記燃料電池セルの配列方向に沿った第１の側方側に配設され、酸素含有ガスを吐出する吐出口を有し、酸素含有ガスを前記複数の燃料電池セルに供給する酸素含有ガス導入板と、
前記セルスタックと前記酸素含有ガス導入板との間に配置される単数または複数の断熱部材と、を備え、
前記断熱部材は少なくとも１つが、８００℃の環境下で２１４３Ｐａの力を１２時間にわたって加えた後、前記力を加えていない状態の厚みが、前記力を加える前の状態の厚みの７５％以上であることを特徴とする。

また、本開示の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールの運転を行なうための補機と、
前記燃料電池モジュールと前記補機とを収納する外装ケースと、
を備える。

本開示の燃料電池モジュールによれば、出荷判定用の試運転後における出荷による輸送等による振動が加えられた場合であっても、断熱部材がずれることを抑制することができ、ひいては、信頼性の向上した燃料電池モジュールを提供することができる。

また、本開示の燃料電池装置によれば、上記の燃料電池モジュールを備えることにより、信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。

本実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 本実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す分解斜視図である。 他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 図３の切断面線Ａ−Ａで切断した断面図である。 他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す拡大断面図である。 他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す拡大断面図である。 他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す拡大断面図である。 本実施形態の燃料電池装置の一例を示す透過斜視図である。

以下図面を参考にして本開示の燃料電池モジュールについて説明する。なお、同一の構成については同一の符号を用いて説明する。

図１は、本実施形態の燃料電池モジュール１の一例を示す断面図であり、図２は、本実施形態の燃料電池モジュール１の一例を示す分解斜視図である。

燃料電池モジュール１は、収納容器２、セルスタック４、酸素含有ガス導入板２７および断熱部材４３ａ，４３ｂを備えている。

収納容器２は、図２に示すように、一面が開口した箱体２１と、箱体２１の開口２１ａを塞ぐ蓋体２２とからなる。本実施形態では、箱体２１は、直方体形状であり、直方体の６面のうち、最も面積の大きな一対の面の一方の面が開口している。開口２１ａに対向する他方の面２１ｂが、箱体２１の底面２１ｂであり、その他の４つの面が箱体２１の側面である。

セルスタック４は、内部を燃料ガスが一端から他端に流通するガス流路を有する中空平板型の柱状の燃料電池セル３を立設させた状態で一列に配列し、配列方向に隣接する燃料電池セル３間が導電部材を介して電気的に直列に接続されている。燃料電池セル３の下端は絶縁性接着材でマニホールド９に固定されている。なお、燃料電池セル３としては、柱状のものであればよく、例えば円筒型や横縞型にも適用できる。

セルスタック４の上方には、燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成するための改質器１８が配置されてセルスタック装置１０とされ、収納容器２内に収納されている。

改質器１８は、原燃料供給管を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。なお、改質器１８は、改質効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造であってもよい。改質器１８は、水を気化させるための気化部１８ａと、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒が配置された改質部１８ｂとを備えている。

燃料電池モジュール１は、その運転時において、図２に示すように、セルスタック４の下方にマニホールド９が位置し、セルスタック４の上方に改質器１８が位置する。セルスタック４の燃料電池セル３の配列方向側から視たとき、箱体２１の開口２１ａと底面２１ｂとは、それぞれ左右方向、すなわち側方に位置する。また、蓋体２２は、開口２１ａを塞ぐので、燃料電池モジュール１の運転時には、蓋体２２と底面２１ｂとが、それぞれ側方に位置することになる。

酸素含有ガス導入板２７は、セルスタック４の、燃料電池セル３の配列方向に沿った第１の側方側（図１における右方側）に配設されている。酸素含有ガス導入板２７は、酸素含有ガスを吐出する吐出口２７ａを有しており、酸素含有ガスを、吐出口２７ａを介して、複数の燃料電池セル３に供給する。

酸素含有ガス導入板２７は、例えば、２つの板状部材を、隙間を空けて外周を接合したものであって、吐出口２７ａ、および後述する第３ガス流路２６と連通している部分のみが開放され、それ以外は閉塞されている。

断熱部材４３ａ，４３ｂは、セルスタック４と酸素含有ガス導入板２７との間に単数または複数配置されている。収納容器２内における、セルスタック４に近接する位置に、断熱部材４３ａ，４３ｂを設けることにより、燃料電池セル３の温度が極端に低下し、燃料電池モジュール１による発電量が低減することを抑制できる。

断熱部材４３ａ，４３ｂは、燃料電池セル３の配列方向に沿って延びている。断熱部材４３ａ，４３ｂは、セルスタック４の側面における燃料電池セル３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有していてもよい。これにより、酸素含有ガス導入板２７により供給される酸素含有ガスが、セルスタック４の側面側より排出されることを抑制し、セルスタック４を構成する燃料電池セル３間の酸素含有ガスの流れを促進することができるので、セルスタック４の発電量の低減を抑制できる。

なお、図１，２では、２つの断熱部材４３ａ，４３ｂが、上下に互いに間隔をあけて配置した例を示しているが、断熱部材４３ａ，４３ｂは、断熱効果を有する少なくとも１つの部材が、セルスタック４と酸素含有ガス導入板２７との間に介在配置されている構成であればよく、１つだけの断熱部材がセルスタック４の上端の側方に配置されていてもよく、３つ以上の断熱部材が配置されていてもよい。

ところで、燃料電池装置は、出荷前に正常に発電を行えるかの検査のための試運転（出荷判定用の試運転）を行う。なお試運転には、還元処理を含むものとする。ここで、出荷前の試運転による温度変化により酸素含有ガス導入板が熱変形を繰り返す場合がある。この場合に、酸素含有ガス導入板の変形に伴って、断熱材にも変形が生じる場合があり、断熱材が大きく変形した状態では、輸送等の振動に伴って、セルスタックと酸素含有ガス導入部材との間の断熱部材が所定位置からずれるおそれがあった。

それゆえ、本実施形態においては、断熱部材は少なくとも１つが、８００℃の環境下で２１４３Ｐａの力を１２時間にわたって加えた後、力を加えていない状態の厚みが、力を加える前の状態の厚みの７５％以上であることを特徴とする。

ここで、８００℃とは、試運転時における燃料電池モジュール１の最高温度、特に収納容器２内の最高温度を想定した温度である。また、２１４３Ｐａの力は、試運転時に、酸素含有ガス導入板２７がセルスタック４側に凸に熱変形し、断熱部材４３ａ，４３ｂに及ぼす、断熱部材４３ａ，４３ｂの厚み方向（図１における左右方向）の応力を想定している。また、１２時間の時間は、出荷前の試運転時間を想定している。

この構成によれば、出荷前の試運転時の温度変化により酸素含有ガス導入板２７が熱変形した場合であっても、断熱材４３ａ、４３ｂの変形を抑制することができるため、輸送等による振動が加わったときでも、断熱部材４３ａ，４３ｂが図１に示す所定位置からずれることを抑制できる。ひいては燃料電池モジュール１の信頼性を向上できる。

なお、断熱部材４３ａ、４３ｂとしては、６０〜８５％Ａｌ_２Ｏ_３及び２５〜４０％のＳｉＯ_２を材料としてなるものを用いることができる。

また、８００℃の環境下で２１４３Ｐａの力を１２時間にわたって加えた後、力を加えていない状態の厚みが、力を加える前の状態の厚みの７５％以上であるとは、燃料電池装置がどの状態であってもこの要件を満たすことがよい。すなわち、例えば上述した試運転時の他、運転開始時や、所定の運転時間経過後等の各種の状況においても、上記要件を満たすことがよい。

次に、燃料電池モジュール１における酸素含有ガスおよび排ガスの流れについて、図１を参照して、それぞれの流路の構成とともに説明する。本実施形態では、酸素含有ガスは、燃料電池モジュール１の外部に存在する空気である。この空気を外部から燃料電池モジュール内へと供給するための管状の導入部２３が蓋体２２の外表面に設けられている。なお、以下では、セルスタック４の第１の側方側に酸素含有ガス導入板２７が配設され、第１の側方側とは反対側の第２の側方側に、外部から流入した酸素含有ガスが流れる流路と排ガスが流れる流路とが配設される例について説明するが、本実施形態は、外部から流入した酸素含有ガスが流れる流路および排ガスが流れる流路の配置に依らず、第１の側方側および第２の側方側の少なくとも一方に酸素含有ガス導入板が配設されている燃料電池モジュールに適用可能である。

蓋体２２は、酸素含有ガスおよび排ガスのうちいずれか一方のガスが流れる第１ガス流路２４を備えている。また本実施形態においては、さらに第１ガス流路２４と隣接して配設され、酸素含有ガスおよび排ガスのうちいずれか他方のガスが流れる第２ガス流路２５を備えている。なお、後述する第２側部断熱部材４１を第１ガス流路２４と隙間を空けて配置することで、第２ガス流路２５に代えて該隙間を酸素含有ガスおよび排ガスのうちいずれか他方のガスが流れる第５ガス流路とすることもできる。なお、本実施形態においては、外方側に設けられるガス流路を第１ガス流路２４とし、第１ガス流路２４には、酸素含有ガスである空気が流れる。また、内方側、すなわち箱体２１側に設けられるガス流路を第２ガス流路２５とし、第２ガス流路２５には、排ガスが流れる。なお、図において、蓋体２２の外側（外面側）に第１ガス流路２４、内側（箱体２１側）に第２ガス流路２５を設けた例を示しているが、第１ガス流路と第２ガス流路とを蓋体２２の外側（外面側）または、蓋体２２の内側（箱体２１側）に設けた構成とすることもできる。

本実施形態において、蓋体２２は、箱体２１の開口２１ａを塞ぐための平板状の蓋体本体２２ａと、蓋体本体２２ａの、外方に臨む外面側に設けられ、第１ガス流路２４を規定する第１流路部材２４ａと、箱体２１に臨む内面側に設けられ、第２ガス流路２５を規定する第２流路部材２５ａと、によって構成されている。第１流路部材２４ａおよび第２流路部材２５ａは、いずれも略矩形板状の部材であり、４辺において、第１流路部材２４ａの第１面（一方主面）２４ａａ側および第２流路部材２５ａの第１面（一方主面）２５ａａ側に流路幅分だけ立設する部分が設けられている。立設する４辺部分を蓋体本体２２ａの内面または外面に接合することにより、蓋体本体２２ａと第１流路部材２４ａとの間隙が第１ガス流路２４となり、蓋体本体２２ａと第２流路部材２５ａとの間隙が第２ガス流路２５となる。すなわち、蓋体本体２２ａは、第１ガス流路２４と第２ガス流路２５とを区画している。

本実施形態では、空気を導入するための導入部２３は、第１ガス流路２４に連通されている。導入部２３は、例えば、蓋体２２の下方端部に設けられ、導入部２３から導入された空気は、第１ガス流路２４を下方から上方に向かって流れる。なお、第１ガス流路２４を蛇行流路にすることもできる。そして、第１ガス流路２４の上方端部において、収納容器２の内部、すなわち蓋体２２よりも内方に空気を流入させるために、蓋体本体２２ａの上方端部には、厚み方向（左右方向）に貫通する孔、スリットなどの流入口２２ｂが設けられる。本実施形態においては、流入口２２ｂとして、セルスタック４の燃料電池セル３の配列方向に沿って並列に配置された複数の貫通孔が設けられている。複数の貫通孔を設けた構成とすることによって、機械的強度の低下を抑制し、十分な量の空気を蓋体２２よりも内方に流入させることができる。

流入口２２ｂから収納容器２の内部に流入した空気は、改質器１８の上方において、箱体２１内に形成された第３ガス流路２６を介して、改質器１８、セルスタック４を越えて箱体２１の底面側へと流れる。なお、第３ガス流路２６は、箱体２１の内側面のうち、改質器１８に対向する内側面、すなわち運転時に上部に位置する内側面に平行な板状部材からなる第３流路部材２６ａによって規定される。

第３ガス流路２６は、流れ方向下流側であって、改質器１８およびセルスタック４と底面２１ｂとの間の位置において、酸素含有ガス導入板２７に接続される。

第３ガス流路２６は、燃料電池セル３の長手方向一端側である上方側に設けられており、導入部２３および吐出口２７ａは、燃料電池セル３の長手方向他端側である下方側に設けられている。

酸素含有ガス導入板２７は、第３流路部材２６ａに設けられた連通孔２６ｂにおいて、第３ガス流路２６と接続され、第３ガス流路２６を流れる空気が連通孔２６ｂを通って、酸素含有ガス導入板２７内に流入する。

本実施形態では、第３ガス流路２６は、第１ガス流路２４から酸素含有ガス導入板２７までを接続する主流路部分２６ｃと、酸素含有ガス導入板２７と主流路部分２６ｃとが接続する位置からさらに箱体２１の底面２１ｂ側へと延びる延設部分２６ｄとを有している。なお、延設部分２６ｄを設けずに、第３ガス流路２６が、主流路部分２６ｃのみで構成されるようにしてもよい。

酸素含有ガス導入板２７に流入した空気は、箱体２１の底面２１ｂに沿って下方に向かって流れ、流れ方向下流端部に設けられた吐出口２７ａから吐出され、セルスタック４の燃料電池セル３間に供給される。酸素含有ガス導入板２７の下端は、マニホールド９にまで延設されており、吐出口２７ａから吐出された空気は、セルスタック４の、マニホールド９に固定された下方端部付近に供給される。酸素含有ガス導入板２７の下端が、マニホールド９にまで延設されていることで、酸素含有ガス導入板２７が熱により変形したとしても、マニホールド９に当接するためそれ以上の変形を抑制することができる。さらに、酸素含有ガス導入板２７の下端は、あらかじめマニホールド９の縁部に当接させるように構成してもよい。これにより、熱等に起因する酸素含有ガス導入板２７の変形や移動をより抑制できるとともに、当接するマニホールド９の位置を、より確実に固定することができるようになる。したがって、本実施形態の燃料電池モジュール１は、輸送等を行っても、セルスタック装置１０がしっかり固定され、振動や揺れ等による移動が防止されている。

燃料電池セル３間に供給された空気は、燃料電池セル３において、改質器１８からマニホールド９を介して供給される燃料ガスとともに発電反応に供され、各燃料電池セル３において発電される。

発電反応で使用されなかった燃料ガスと空気とは、セルスタック４と改質器１８との間の燃焼部２０において、例えば、着火ヒータなどの着火装置によって着火して燃焼され、高温の排ガスを生じる。排ガスは、第２流路部材２５ａの上方に設けられた連通孔２５ｂを介して第２ガス流路２５に流入し、蓋体本体２２ａに沿って下方に流れる。前述のように、外部から流入した空気は、第１ガス流路２４を上方に向かって流れ、排ガスは、第１ガス流路２４に隣接する第２ガス流路２５を下方に向かって流れ、この間に蓋体本体２２ａを挟んで比較的低温の空気と比較的高温の排ガスとの間で熱交換され、空気が暖められるとともに排ガスが冷却される。

熱交換された排ガスは、第２ガス流路２５の下流端部である下方側端部において、第１ガス流路２４の流れ方向に直交するように第１ガス流路２４を横切る排出部３１を介して第１ガス流路２４の外方へと排出される。

排出部３１から排出された排ガスは、熱交換器に供給される。熱交換器では、外部より供給される水とで熱交換を行い、加熱された湯水は例えば給湯装置に利用され、排ガスを熱交換することにより生じる凝縮水は、改質器１８での水蒸気改質に再利用される。なお、本実施形態では、第１ガス流路２４のさらに外方に第４ガス流路３２が設けられており、排出部３１から排出された排ガスは、第４ガス流路３２に流入し、第４ガス流路３２に沿って上方に流れる。第４ガス流路３２には、例えば、燃焼部２０でも燃焼されなかった未燃焼ガスを燃焼させるための燃焼触媒を配置し、未燃焼ガスが燃料電池モジュール１から外部へと排出されないようにすることもできる。第４ガス流路３２は、第１ガス流路２４、第２ガス流路２５と同様に、第４流路部材３２ａによって規定される。

第４ガス流路３２に沿って上方に流れた排ガスは、第４ガス流路３２の下流側端部である上方側端部において、熱交換器との接続管３３と連通し、接続管３３を介して熱交換器に供給される。

収納容器２内には、断熱部材４３ａ，４３ｂ以外にも、燃料電池モジュール１内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３の温度が低下して発電量が低減しないよう、燃料電池モジュール１内の温度を高温に維持するための断熱部材が設けられている。

第１側部断熱部材４０は、箱体２１の底面２１ｂと酸素含有ガス導入板２７との間に、底面２１ｂ全体を覆うように設けられる。第２側部断熱部材４１は、セルスタック４と第２ガス流路２５の第２流路部材２５ａとの間に設けられる。底部断熱部材４２は、運転時にマニホールド９の下方側となる位置に設けられる。図１に示すように、セルスタック４は、運転時に左右側および下方側となる位置に設けられた第１側部断熱部材４０、第２側部断熱部材４１および底部断熱部材４２によって三方を囲まれ、さらに、上方には、燃焼部２０が設けられるので、熱の放散による燃料電池セル３の温度低下が抑制される。

第２側部断熱部材４１とセルスタック４との間には、燃料電池セル３の配列方向に延びる蓋体側断熱部材４３ｃが配置されている。第２側部断熱部材４１のセルスタック４に対向する面には、溝状凹部４１ａが設けられており、蓋体側断熱部材４３ｃは、この溝状凹部４１ａに嵌入されて、その高さ位置が位置決めされている。なお、図１では、蓋体側断熱部材４３ｃを上下に間隔を空けて２本平行に配置した例を示したが、蓋体側断熱部材４３ｃは、単数または複数配置されていてもよい。

なお、燃料電池モジュール１では、箱体２１が、開口２１ａにおいて外方に延びる外フランジ部２１ｃを有している。外フランジ部２１ｃは、矩形状の開口２１ａの四辺全体から外方に延びていてもよく、対向する２つの辺から互いに逆方向に外方に延びていてもよく、１つの辺から、または３つの辺から外方にそれぞれ延びていてもよい。

蓋体本体２２ａの外形は、開口２１ａとほぼ同じか、開口２１ａよりも大きく、かつ開口２１ａを含んで外フランジ部２１ｃの外形と同じか、外フランジ部２１ｃの外形よりも小さい。外フランジ部２１ｃと蓋体本体２２ａの外周部とを例えば、ボルトなどによって締結させる他、溶接することで容易にかつ強固に箱体２１と蓋体２２とを固定することができる。

次に、他の実施形態の実施形態の燃料電池モジュールについて説明する。

図３は、他の実施形態の燃料電池モジュール１Ａの一例を示す断面図であり、図４は、図３の切断面線Ａ−Ａで切断した断面図である。なお、図４においては一部構成を省略して示している。

セルスタック４は、酸素含有ガス導入板２７が配設されている第１の側方側を臨む側部、上方側を臨む上部、ならびに燃料電池セル３の配列方向外方側を臨む前部および後部を有している。本実施形態の燃料電池モジュール１Ａでは、単数または複数の断熱部材４３ａ，４３ｂのうちの少なくとも１つが、セルスタック４の側部と、セルスタック４の上部、前部および後部のうちの少なくとも１つとに接触している。

断熱部材４３ａ，４３ｂの少なくとも１つが、セルスタック４の２つ以上の面に接触していることにより、断熱部材４３ａ，４３ｂがセルスタック４の側部だけに接触している場合と比較して、断熱部材４３ａ，４３ｂとセルスタック４との間に生じる摩擦力を増大させることができるため、断熱部材４３ａ，４３ｂがずれにくくなる。ひいては、燃料電池モジュール１の信頼性を向上できる。特に、たとえば図３に示すように、セルスタック４の、断熱部材４３ａ，４３ｂに接触している面が、鉛直方向に垂直な面である場合には、輸送等による振動が燃料電池装置に加わった場合に、断熱部材４３ａ，４３ｂがずれることを効果的に抑制でき、ひいては燃料電池モジュール１Ａの信頼性を向上できる。

図５は、他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｂの一例を示す拡大断面図である。燃料電池モジュール１Ｂでは、単数または複数の断熱部材４３ａ，４３ｂが、繊維状体である。また、繊維状体は、繊維方向が燃料電池セル３の配列方向と平行に配向されている。

断熱部材４３ａ，４３ｂが繊維状体であり、繊維状体の繊維方向が燃料電池セル３の配列方向と平行に配向されていることにより、出荷前の試運転時に、酸素含有ガス導入板２７がセルスタック４側に凸に熱変形したとしても、繊維状体を構成する繊維が折れにくい。そのため、出荷前の試運転終了後も断熱部材４３ａ，４３ｂの変形を抑制でき、言い換えれば断熱部材４３ａ，４３ｂの形状を維持することができ、輸送等による振動が燃料電池装置に加わった場合に、断熱部材４３ａ，４３ｂがずれることを効果的に抑制できる。

また、断熱部材４３ａ，４３ｂは、酸素含有ガス導入板２７の熱変形による応力が加わる部分、すなわち、側面視して、セルスタック４に重なる部分の繊維方向が燃料電池セル３の配列方向と平行に配向されていればよい。断熱部材４３ａ，４３ｂが、例えば図３，４に示すように、セルスタック４の上部、前部、または後部に接触する部分を有している場合、この部分の繊維方向は、燃料電池セル３の配列方向と平行に配向されていてもよく、燃料電池セル３の配列方向と平行に配向されていなくてもよい。

なお、本明細書において、繊維状体の繊維方向が、燃料電池セル３の配列方向と平行であるとは、繊維状体の繊維の配向方向が、燃料電池セル３の配列方向に完全に一致する場合だけを意味しておらず、繊維状体の繊維の配向方向と燃料電池セル３の配列方向との間の角度が、０度以上４５度未満である場合を意味するものとする。また、言い換えれば、繊維状体の繊維方向が燃料電池セル３の配列方向と平行であるとは、断熱部材４３ａ，４３ｂにおける半数以上の繊維状体の繊維方向が、酸素含有ガス導入板２７とセルスタック４とが対向する方向に延びていないことを意味する。

図６は、他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｃの一例を示す拡大断面図である。燃料電池モジュール１Ｃは、酸素含有ガス導入板２７におけるセルスタック４に対向する面２７ｂに配設される、複数の突出部２７ｃを備えている。また、燃料電池モジュール１Ｃでは、断熱部材４３ａ，４３ｂは、セルスタック４と酸素含有ガス導入板２７との間に配置され、燃料電池セル３の配列方向に延びる第１断熱部材４３ａ、および第１断熱部材４３ａよりも下方に位置する第２断熱部材４３ｂを含んでいる。

突出部２７ｃは、セルスタック４側に突出しているとともに、燃料電池セル３の配列方向に延びている。これにより、酸素含有ガス導入板２７の機械的強度を向上させることができ、酸素含有ガス導入板２７の熱変形を抑制できる。突出部２７ｃは、酸素含有ガス導入板２７の面２７ｂにおける燃料電池セル３の配列方向に沿った幅の一部に設けられていてもよく、全部に設けられていてもよい。突出部２７ｃを、酸素含有ガス導入板２７の面２７ｂにおける燃料電池セル３の配列方向に沿った幅の全部に設ける場合には、酸素含有ガス導入板２７の熱変形を効果的に抑制できる。

突出部２７ｃは、第１断熱部材４３ａの上方および下方、ならびに第２断熱部材４３ｂの下方に設けられている。なお、図６に示すように、第１断熱部材４３ａの下方に設けられている突出部２７ｃは、第２断熱部材４３ｂよりも上方に位置している。

上記構成の突出部２７ｃによれば、第１断熱部材４３ａおよび第２断熱部材４３ｂのずれ落ちを抑制できるとともに、第１断熱部材４３ａのずれ上がりを抑制できる。また、酸素含有ガス導入板２７の上方に、下方よりも多くの突出部２７ｃを設けることにより、比較的温度が高い酸素含有ガス導入板２７の上方の強度を向上できる。また、第２断熱部材４３ｂの上方に突出部２７ｃを設けないことにより、低コストに優れた燃料電池モジュール１Ｃとすることができる。

突出部２７ｃは、酸素含有ガス導入板２７と別材料によって別途設けられていてもよく、酸素含有ガス導入板２７の一部を突出させて設けられていてもよい。

図７は、他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｄの一例を示す拡大断面図である。燃料電池モジュール１Ｄは、酸素含有ガス導入板２７におけるセルスタックに対向する面２７ｂに複数の差し込み部２７ｄが配設されている。差し込み部２７ｄは、断熱部材４３ａ，４３ｂに埋設されている。差し込み部２７ｄは、第２部分２７ｄｂが断熱部材４３ａ，４３ｂに差し込まれることによって、断熱部材４３ａ，４３ｂに埋設されている。これにより、断熱部材４３ａ，４３ｂが変形することを抑制できる。また、輸送等による振動が燃料電池装置に加わった場合でも断熱部材４３ａ，４３ｂがずれることを抑制できる。すなわち、燃料電池モジュール１Ｃの信頼性を向上できる。

燃料電池モジュール１Ｄでは、図７に示すように、差し込み部２７ｄは、燃料電池セル３の配列方向に垂直な断面がＴ字形状であり、酸素含有ガス導入板２７の面２７ｂに平行な第１部分２７ｄａと、第１部分２７ｄａと垂直な第２部分２７ｄｂとを有している。差し込み部２７ｄの断面は、Ｔ字形状以外に、Ｌ字形状であってもよく、その他の形状であってもよい。さらに、酸素含有ガス導入板２７の面２７ｂに垂直な方向（図７における左右方向）において、差し込み部２７ｄの寸法は、圧縮時の断熱部材４３ａ，４３ｂの寸法よりも小さくされていてもよい。これにより、出荷前の試運転時に、酸素含有ガス導入板２７がセルスタック４側に凸に熱変形したとしても、セルスタック４と差し込み部２７ｄとの間に断熱部材４３ａ，４３ｂがあるため、差し込み部２７ｄがセルスタック４に接触し、セルスタック４が損傷したり、短絡したりすることを抑制できる。

差し込み部２７ｄは、燃料電池セル３の配列方向に延びている。これにより、酸素含有ガス導入板２７の機械的強度を向上させることができ、酸素含有ガス導入板２７の熱変形を抑制できる。差し込み部２７ｄは、酸素含有ガス導入板２７の面２７ｂにおける燃料電池セル３の配列方向に沿った幅の一部に設けられていてもよく、全部に設けられていてもよい。差し込み部２７ｄを、酸素含有ガス導入板２７の面２７ｂにおける燃料電池セル３の配列方向に沿った幅の全部に設ける場合には、断熱部材４３ａ，４３ｂの変形をより効果的に抑制できる。

図８は、本実施形態の燃料電池装置５３の一例を示す透過斜視図である。燃料電池装置５３は、上記の燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと、燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを動作させるための補機と、燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄおよび補機を収納する外装ケースとを備えている。なお、図８においては一部構成を省略して示している。

燃料電池装置５３は、図８に示すように、各支柱５４と外装板（図示省略）から構成される外装ケース内に、上記実施形態の燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを収容したものである。この外装ケース内には、図示した燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの他、蓄熱用のタンク、発電した電力を外部に供給するためのパワーコンディショナ、ポンプやコントローラ等の補機類が配設される。

本実施形態の燃料電池装置５３によれば、燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄを備えることにより、信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。

また、セルスタック４と第２側部断熱部材４１との間に配置された蓋体側断熱部材４３ｃは、輸送等による振動等によりセルスタック４と第２側部断熱材４１とで圧縮されて形状が変形するおそれがある。それ故、セルスタック４と第２側部断熱部材４１との間に配置された蓋体側断熱部材４３ｃは、断熱部材４３ａ，４３ｂと同様に、８００℃の環境下で２１４３Ｐａの力を１２時間にわたって加えた後、力を加えていない状態の厚みが、力を加える前の状態の厚みの７５％以上となるように構成されていてもよい。これにより、輸送等による振動が燃料電池装置５３に加わった場合に、蓋体側断熱部材４３ｃがずれることを抑制できる。

また、蓋体側断熱部材４３ｃは、例えば図３，４に示したように、セルスタック４の側部と、セルスタック４の上部、前部および後部のうちの少なくとも１つとに接触していてもよい。これにより、輸送等による振動が燃料電池装置５３に加わった場合に、蓋体側断熱部材４３ｃがずれることを効果的に抑制できる。

さらに、図５に示した燃料電池モジュール１Ｂの断熱部材４３ａと同様に、蓋体側断熱部材４３ｃは、繊維状体であるとともに、繊維状体の繊維方向が燃料電池セル３の配列方向と平行に配向されていてもよい。これにより、蓋体側断熱部材４３ｃとセルスタック４とが密着し易くなるので、蓋体側断熱部材４３ｃがずれにくくなる。

（断熱部材圧縮試験）
断熱部材として、表１に記載の厚み（ｍｍ）の試料１及び２を準備した。なお試料１の材料はＡｌ_２Ｏ_３（６０〜８５％）−ＳｉＯ_２（２５〜４０％）系であり、試料２の材料は、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−ＣａＯ系であった。次に、８００℃の環境下で、断熱部材の各々に対して、一方側面を固定し、他方側面に２１４３Ｐａを、１２時間にわたって加えた。その後、力を加えていない状態における断熱部材の厚み（ｍｍ）を測定した。

試験結果を表１に示す。試料１では、圧縮率が７８．５％となった。また試料２では、圧縮率が５０．８％となった。なお、本実施例では、圧縮率は、試験前の断熱部材の厚みに対する試験後の断熱部材の厚みの比であるとする。

（燃料電池モジュール振動試験）
表１で示す試料１及び試料２の断熱部材を用いて、セルスタックと酸素含有ガス導入板との間に配置される断熱部材を其々作製した。寸法は、縦方向（図１における上下方向）の大きさが２０ｍｍであり、横方向（図１における左右方向）の大きさが１２ｍｍであり、高さ方向（燃料電池セル３の配列方向）の大きさが２６０ｍｍとした。図１及び図２で示すように上下に二つの試料１又は試料２の断熱部材を配置させた燃料電池モジュールを其々用意した。次に其々の燃料電池モジュールを１２時間にわたって８００℃の環境となる試運転を行った後、包装貨物−振動試験（ＪＩＳ Ｚ ０２３２）を行った。

試験結果を表１に示す。試料１の断熱材は、何れもずれていなかった。なお表１においては当該結果を○印で示す。また試料２は、何れもずれていた。なお表１においては当該結果を×印で示す。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 燃料電池モジュール
２ 収納容器
３ 燃料電池セル
４ セルスタック
２７ 酸素含有ガス導入板
２７ａ 吐出口
４３ａ，４３ｂ 断熱部材

Claims (6)

1. 収納容器と、
   前記収納容器内に収納され、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行う複数の燃料電池セルが配列されてなるセルスタックと、
   前記セルスタックの、前記燃料電池セルの配列方向に沿った第１の側方側に配設され、酸素含有ガスを吐出する吐出口を有し、酸素含有ガスを前記複数の燃料電池セルに供給する酸素含有ガス導入板と、
   前記セルスタックと前記酸素含有ガス導入板との間に配置される単数または複数の断熱部材と、を備え、
   前記断熱部材は少なくとも１つが、８００℃の環境下で２１４３Ｐａの力を１２時間にわたって加えた後、前記力を加えていない状態の厚みが、前記力を加える前の状態の厚みの７５％以上であり、
   前記セルスタックは、前記第１の側方側を臨む側部の面と、前記セルスタックの上方側を臨む上部の面と、前記燃料電池セルの配列方向を臨む前部及び後部の面とを有し、
   前記断熱部材の少なくとも１つが、前記セルスタックの２つ以上の面に接触していることを特徴とする燃料電池モジュール。
2. 前記断熱部材は少なくとも１つが、前記セルスタックの前記側部の面と、前記上部、前記前部及び前記後部のうち少なくとも一つの面と、に接触している、請求項１に記載の燃料電池モジュール。
3. 前記断熱部材は、繊維状体であり、
   前記繊維状体の繊維方向が、前記配列方向と平行に配向されている、請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。
4. 前記酸素含有ガス導入板における前記セルスタックに対向する面に配設され、前記セルスタック側に突出し、前記配列方向に延びる複数の突出部をさらに備え、
   前記断熱部材は、前記セルスタックと前記酸素含有ガス導入板との間に配置され、前記配列方向に延びる第１断熱部材および第２断熱部材を含み、前記第２断熱部材は、前記第１断熱部材よりも下方に位置しており、
   前記複数の突出部は、前記第１断熱部材の上方および下方、ならびに前記第２断熱部材の下方に設けられている請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
5. 前記酸素含有ガス導入板における前記セルスタックに対向する面に配設され、前記セルスタック側に突出し、前記断熱部材に埋設される差し込み部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池モジュールと、
   前記燃料電池モジュールの運転を行なうための補機と、
   前記燃料電池モジュールと前記補機とを収納する外装ケースと、
   を備える燃料電池装置。

Images