WO2012141305A1 - 燃料電池モジュール - Google Patents

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WO2012141305A1
WO2012141305A1 PCT/JP2012/060165 JP2012060165W WO2012141305A1 WO 2012141305 A1 WO2012141305 A1 WO 2012141305A1 JP 2012060165 W JP2012060165 W JP 2012060165W WO 2012141305 A1 WO2012141305 A1 WO 2012141305A1
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WO
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lid
fuel cell
cell module
cell stack
oxidant
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PCT/JP2012/060165
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English (en)
French (fr)
Inventor
暁 山本
水野　康
幸弘 川路
翔 横山
直樹 横尾
治 山崎
則久 柴崎
Original Assignee
Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
ダイニチ工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell module.
  • a conventional fuel cell module in which a reformer and a cell stack are housed in a fuel cell casing shown in Patent Document 1.
  • the fuel cell housing includes a storage chamber for storing the reformer and the cell stack, an exhaust gas channel formed outside the storage chamber, an oxidant channel formed outside the exhaust gas channel, And an oxidant supply member extending downward from the upper oxidant flow path toward the storage chamber.
  • the exhaust gas flow path has a portion that allows the exhaust gas generated from the combustion portion at the upper end of the cell stack to pass downward on the side of the storage chamber, and a portion that collects the exhaust gas and discharges it outside the system below the storage chamber. ing.
  • the oxidant supply member is disposed so as to enter a gap between the cell stacks arranged in a direction orthogonal to the cell stacking direction in the horizontal direction, and supplies the oxidant to each cell stack from the gap.
  • the tip has a through hole.
  • a plurality of wall portions are assembled by welding or the like to constitute a main body portion, and then an opening formed in the main body portion is covered and fixed.
  • This lid is configured by forming a through hole for bolt fastening on a simple flat plate that is entirely flat.
  • a lid receiving portion for receiving the lid is formed around the opening of the main body, and a nut is welded to the inner surface side of the lid receiving portion at a position corresponding to the through hole of the lid.
  • the cover body is being fixed to the said cover body receiving part by fastening of a volt
  • a seal member for maintaining airtightness between the main body and the lid is disposed between the lid receiver and the lid.
  • the screwing portion 180 includes a cap nut 181 formed in the lid receiving portion 52A and a through hole 182 formed in the peripheral portion 161 of the lid 160A. And a bolt 183 screwed into the cap nut 181 through the through-hole 182.
  • One end of the cap nut 181 is disposed in a through hole 184 formed in the lid receiving portion 52A, and the other end of the cap nut 181 protrudes to the inner surface side of the lid receiving portion 52A.
  • the sealing member 170 is formed in a wide rectangular frame shape that covers substantially the entire surface of the lid receiving portions 52A, 52B, and 52C.
  • the seal member 170 has a plurality of circular through holes 170 a at positions corresponding to the cap nut 181 and the through holes 182.
  • the bolt 183 is inserted into the through hole 182 and screwed with the cap nut 181 to press the lid 160A toward the main body 50 side.
  • a folded portion 164 extending in the thickness direction of the lid body is formed on the outer edge of the lid bodies 160A, 160B, and 160C (see also FIG. 6). The folded portion 164 is folded 90 degrees toward the inside (the main body portion 50 side).
  • the casing 106 of the fuel cell module 100 is required to have high airtightness, it is necessary to prevent leakage between the through hole 184 and one end of the cap nut 181.
  • a welded portion 187 is formed at the edge of one end of the cap nut 181 with the lid receiving portion 52A over the entire circumference.
  • the cap nut 181 which is a cutting component requires a process, material cost will become high.
  • the material cost, the welding processing cost, and the inspection cost tend to increase.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell module capable of realizing a reduction in manufacturing cost.
  • a fuel cell module according to the present invention is a fuel cell module comprising a cell stack that generates power using a hydrogen-containing fuel and an oxidant, and a housing that houses the cell stack, the housing having a rectangular parallelepiped shape. At least one surface has an opening, and includes a main body that stores the cell stack therein, and a lid that covers the opening of the main body, and the main body is bent from the edge of the opening and extends outward.
  • the lid body receiving portion is opposed to the peripheral edge portion of the lid body, and the lid body is fixed to the lid body receiving portion.
  • the lid receiving portion is bent from the edge of the opening and extends outward, and the lid is fixed to the lid receiving portion.
  • the member for fixing a cover body can be provided in the outer side of the wall part of a housing
  • the lid receiving portion is formed with a cylindrical portion protruding from the opposite side of the lid by burring, and a screw portion is formed on the inner wall surface of the cylindrical portion. Through the hole, and the lid is fixed by screwing the screw member inserted into the through hole with the screw portion, so that the lid can be fixed securely. Thus, the above action can be realized more reliably and easily.
  • a seal member is arranged between the lid and the lid receiving portion and between the opening and the through hole, so that the gap between the main body and the lid is provided. Airtightness is increased.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell module according to an embodiment of the present invention.
  • II-II sectional view of FIG. 1 is a perspective view of the fuel cell module of FIG. IV-IV sectional view of FIG. Sectional view taken along line VV in FIG.
  • a perspective view of a conventional fuel cell module It is sectional drawing of the conventional fuel cell module, Comprising: The figure corresponding to FIG. It is sectional drawing of the conventional fuel cell module, Comprising: The figure corresponding to FIG.
  • the fuel cell module 1 generates power using the reformer 2 that generates the reformed gas RG using the hydrogen-containing fuel, and the reformed gas RG and the oxidizing agent OX.
  • a cell stack 3 a water vaporization unit 4 that generates water vapor supplied to the reformer 2 by vaporizing water, and a housing 6 that houses the reformer 2, the cell stack 3, and the water vaporization unit 4 .
  • a housing for storing auxiliary equipment such as a pump and control equipment is provided below the fuel cell module 1.
  • hydrocarbon fuel a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used.
  • hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. Those derived from fuel and those derived from biomass can be used as appropriate. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.
  • oxygen-enriched air for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removal method), or oxygen-enriched air is used.
  • the reformer 2 generates the reformed gas RG using the supplied hydrogen-containing fuel.
  • the reformer 2 reforms the hydrogen-containing fuel by the reforming reaction using the reforming catalyst to generate the reformed gas RG.
  • the reforming method in the reformer 2 is not particularly limited, and for example, steam reforming, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and other reforming methods can be employed.
  • the reformer 2 is disposed on the upper side of the cell stack 3 so as to be heated by combustion heat described later. That is, the off gas (unreacted reformed gas) of the reformed gas RG introduced to the fuel electrode side of the cell stack 3 is unreacted among oxidants such as air introduced to the oxidant electrode side such as the air electrode. Combusted together with oxygen (unreacted oxidant gas), the reformer 2 is heated by this combustion heat.
  • the reformer 2 supplies the reformed gas RG to the fuel electrode of the cell stack 3.
  • the cell stack 3 has a plurality of cells called SOFC (Solid Oxide Fuel Cells) that are regularly arranged and connected. Each cell is configured by disposing an electrolyte that is a solid oxide between a fuel electrode and an oxidant electrode.
  • the electrolyte is made of, for example, yttria stabilized zirconia (YSZ) or the like, and conducts oxide ions at a high temperature.
  • the fuel electrode is made of, for example, a mixture of nickel and YSZ, and reacts oxide ions with hydrogen in the reformed gas RG to generate electrons and water.
  • the oxidant electrode is made of, for example, lanthanum strontium manganite and reacts oxygen and electrons in the oxidant OX to generate oxide ions.
  • a cell stack in which a plurality of cells stand on the base 7 and are aligned and connected in a line in the same direction will be described as an example.
  • the direction in which a plurality of cells stand on the pedestal 7 and are aligned and extended in a row in the same direction is referred to as a “cell stacking direction” and will be described below.
  • the cell stacks 3 are arranged in two rows on the upper surface of the base 7 so as to face each other in a direction orthogonal to the cell stacking direction. However, the cell stacks 3 may be arranged in a line. Similar to the reformer 2, the cell stack 3 is heated by the combustion heat of off-gas, and is maintained in a high temperature state capable of generating power.
  • the base 7 and the reformer 2 are connected by a pipe 8.
  • the reformed gas RG supplied from the reformer 2 is supplied to each cell of the cell stack 3 via the base 7.
  • the reformed gas RG and the oxidant OX that have not reacted in the cell stack 3 are burned in the combustion section 9 at the top of the cell stack 3.
  • the reformer 2 and the cell stack 3 are heated and the exhaust gas EG is generated by the combustion of the off gas in the combustion unit 9.
  • the water vaporization unit 4 generates water vapor supplied to the reformer 2 by heating and vaporizing the supplied water.
  • the water vapor generated in the water vaporization unit 4 passes through the first bottom wall 18 and uses a pipe (not shown) connecting the water vaporization unit 4 and the reformer 2 to the reformer 2. Supplied to.
  • heat generated in the fuel cell module 1 such as recovering heat of the reformer 2, heat of the combustion unit 9, or heat of the exhaust gas EG may be used.
  • the water vaporization part 4 is arrange
  • the housing 6 is a rectangular parallelepiped metal box having an internal space for housing the reformer 2, the cell stack 3, and the water vaporization unit 4.
  • the housing 6 is formed outside the storage chamber 11 that stores the cell stack 3, the exhaust chamber 12 that passes the exhaust gas EG due to the combustion of off-gas from the cell stack 3, and the oxidant OX.
  • the direction along the cell stacking direction (longitudinal direction of the cell stack 3) of the cell stack 3 is defined as the “length direction D1” of the housing 6 and is orthogonal to the cell stacking direction in the horizontal direction.
  • the direction to be performed is the “width direction D2” of the housing 6 and the vertical direction is the “vertical direction D3” of the housing 6.
  • the storage chamber 11 is formed inside the first side wall portions 16 and 17 facing each other in the width direction D2 and the first bottom wall portion 18 connected to the respective lower end portions of the first side wall portions 16 and 17.
  • the pedestal 7 is disposed on the first bottom wall portion 18.
  • a heat insulating material may be disposed between the first bottom wall portion 18 and the pedestal 7. In order to allow the exhaust gas EG generated in the combustion unit 9 to pass through, the upper end of the storage chamber 11 is open.
  • the exhaust gas flow path 12 is above the second side wall parts 21 and 22 disposed on the outside of the first side wall parts 16 and 17 and the upper end parts of the first side wall parts 16 and 17 in the width direction D2.
  • the first upper wall portion 23 is disposed, and the second bottom wall portion 24 is disposed below the first bottom wall portion 18.
  • the first upper wall portion 23 is connected to the upper end portions of the second side wall portions 21 and 22, and the second bottom wall portion 24 is connected to the lower end portions of the second side wall portions 21 and 22.
  • the second side wall parts 21 and 22 are arranged so as to be spaced apart from the first side wall parts 16 and 17.
  • the first upper wall portion 23 is disposed so as to be opposed to and spaced from the upper end portion of the storage chamber 11.
  • the second bottom wall portion 24 is disposed so as to be spaced apart from the first bottom wall portion 18.
  • the exhaust gas passage 12 includes exhaust gas passages 12A and 12B formed between the upper opening of the storage chamber 11 and the first upper wall portion 23, the second side wall portions 21 and 22, and the first side wall. Exhaust gas passages 12C and 12D formed between the portions 16 and 17, and exhaust gas passages 12E and 12F formed between the second bottom wall portion 24 and the first bottom wall portion 18, respectively. Have.
  • the exhaust gas passages 12A and 12B guide the exhaust gas EG from the combustion unit 9 to the exhaust gas passages 12C and 12D.
  • the exhaust gas channels 12C and 12D pass the exhaust gas EG downward, and supply the heat of the exhaust gas EG to the oxidant OX flowing through the outer oxidant channels 13C and 13D.
  • the exhaust gas passages 12 ⁇ / b> E and 12 ⁇ / b> F pass the exhaust gas EG in the horizontal direction toward the exhaust pipe 32 and supply the heat of the exhaust gas EG to the water vaporization unit 4.
  • the oxidant flow path 13 is disposed above the first side wall parts 23 and the third side wall parts 26 and 27 that are respectively arranged outside the second side wall parts 21 and 22 in the width direction D2.
  • the second upper wall portion 28 and the third bottom wall portion 29 arranged below the second bottom wall portion 24 are formed.
  • the second upper wall portion 28 is connected to the upper end portions of the third side wall portions 26 and 27, and the third bottom wall portion 29 is connected to the lower end portions of the third side wall portions 26 and 27.
  • the third side wall portions 26 and 27 are disposed so as to be opposed to and spaced apart from the second side wall portions 21 and 22.
  • the second upper wall portion 28 is arranged so as to be spaced apart from the first upper wall portion 23.
  • the third bottom wall portion 29 is disposed so as to be spaced apart from the second bottom wall portion 24.
  • a slit 39 extending in the length direction D1 is formed at the center of the first upper wall portion 23, and an oxidant supply member 36 is inserted into the slit 39.
  • the oxidant supply member 36 supplies the oxidant OX to the cell stack 3.
  • the oxidant supply member 36 extends so as to enter a gap between the pair of cell stacks 3, and has an oxidant flow path 13 ⁇ / b> K inside and has through holes 37 and 38 at the tip.
  • the oxidant flow path 13 includes the oxidant flow paths 13A and 13B formed between the second upper wall portion 28 and the first upper wall portion 23, the third side wall portions 26 and 27, and the second Oxidant channels 13C, 13D formed between the side walls 21, 22 and oxidant channels 13G, 13H formed between the third bottom wall 29 and the second bottom wall 24. And having.
  • the oxidant flow paths 13G and 13H pass the oxidant OX from the air supply pipe 31 so as to spread in the horizontal direction and guide the oxidant flow paths 13C and 13D.
  • the oxidant channels 13C and 13D allow the oxidant OX to pass upward, and heat the oxidant OX by the heat of the exhaust gas EG flowing through the inner exhaust gas channels 12C and 12D.
  • the oxidant flow paths 13A and 13B allow the oxidant OX to pass from the outside toward the inside in the width direction D2, flow into the oxidant flow path 13K of the oxidant supply member 36, and guide it to the through holes 37 and 38.
  • the third bottom wall 29 is provided with an air supply pipe 31 for allowing an oxidant to flow into the oxidant flow path 13 from an oxidant supply section (not shown). Further, the second bottom wall portion 24 is provided with an exhaust pipe 32 for exhausting the exhaust gas from the exhaust gas passage 12.
  • the side wall portions 16, 17, 21, 22, 26, 27, the upper wall portions 23, 28, and the bottom wall portions 18, 24, 29 extend to the vicinity of the end portions 6a, 6b of the housing 6 in the length direction D1.
  • End wall portions 33 and 34 are respectively provided at both ends of the casing 6 in the length direction D1.
  • the third side wall portions 26 and 27, the second upper wall portion 28, the third bottom wall portion 29, and the end wall portions 33 and 34 constitute an outer shell of the fuel cell module 1, and are connected to each other at the connection portion. The sealing property is ensured, and the airtightness in the housing 6 is ensured.
  • the reformed gas RG generated in the reformer 2 using the hydrogen-containing fuel supplied from the outside and the water vapor from the water vaporization unit 4 flows into the pedestal 7 through the pipe 8, and from the pedestal 7 to the cell stack 3. Supplied to each cell.
  • the reformed gas RG flows through the cell stack 3 from below to above, and a part of the reformed gas RG is used as an off-gas for combustion in the combustion unit 9.
  • the oxidant OX is supplied from the outside through the air supply pipe 31, spreads in the horizontal direction in the oxidant flow paths 13G and 13H, and moves upward in the oxidant flow paths 13C and 13D while being heated by the exhaust gas EG flowing inside. Pass through.
  • the oxidant OX passes through the oxidant flow paths 13A and 13B, flows through the oxidant flow path 13K of the oxidant supply member 36, passes through the through holes 37 and 38, and is supplied to the cell stack 3, and a part thereof Used for combustion in the combustion section 9.
  • the exhaust gas EG generated in the combustion unit 9 is guided to the exhaust gas channels 12C and 12D by the exhaust gas channels 12A and 12B, and flows downward through the exhaust gas channels 12C and 12D while supplying heat to the oxidant OX flowing outside. pass.
  • the exhaust gas EG reaches the bottom, it flows into the exhaust gas channels 12E and 12F, and passes through the exhaust gas channels 12E and 12F while supplying heat to the water vaporization unit 4.
  • the exhaust gas EG that has passed through the exhaust gas flow paths 12E and 12F is exhausted from the exhaust pipe 32.
  • openings 51A, 51B, and 51C are formed on surfaces corresponding to the end wall portions 33 and 34 and the second upper wall portion 28, respectively.
  • the openings 51A and 51B are surrounded by both end edges in the length direction D1 of the side wall parts 26 and 27, the upper wall part 28, and the bottom wall part 29 (for example, the end edge 26a of the side wall part 26 shown in FIG. 4). It is formed in a rectangular shape.
  • the opening 51C is surrounded by the upper edges of the side walls 26 and 27.
  • the main body 50 constitutes the side walls 16, 17, 21, 22, 26, 27, the upper walls 23, 28, and the bottom walls 18, 24, 29 among the walls described above.
  • the lid 60A constitutes the end wall 33
  • the lid 60B constitutes the end wall 34
  • the lid 60C constitutes the second upper wall 28.
  • the “thickness direction” of the lid 60A and the lid 60B is equal to the length direction D1
  • the “thickness direction” of the lid 60C is equal to the vertical direction D3.
  • the main body 50 has a lid receiving portion 52A for attaching the lid 60A to the surface corresponding to the end wall portion 33, that is, the surface on the end 6a side of the housing 6.
  • the lid body receiving portion 52A is an outward flange portion having a rectangular frame shape facing the peripheral edge portion 61 (see FIG. 4) of the lid body 60A.
  • the lid receiving portion 52A is formed so as to extend from the respective end edges of the side wall portions 26, 27, the upper wall portion 28, and the bottom wall portion 29 toward the outside of the wall portions 26-29. Accordingly, the lid receiving portion 52A is configured to surround the opening 51A over the entire circumference when viewed from the length direction (the thickness direction of the lid 60A) D1.
  • the main body 50 has a lid receiving portion 52B for attaching the lid 60B to a surface corresponding to the end wall portion 34, that is, a surface on the end 6b side of the housing 6.
  • the lid receiving portion 52B is a rectangular frame-shaped outward flange portion facing the peripheral edge of the lid 60B.
  • the lid receiving portion 52B is formed so as to extend from the respective edges of the side wall portions 26, 27, the upper wall portion 28, and the bottom wall portion 29 toward the outside of these wall portions 26-29. Accordingly, the lid receiving portion 52B is configured to surround the opening 51B over the entire circumference when viewed from the length direction (thickness direction of the lid 60B) D1.
  • the main body 50 has a lid receiving portion 52C for attaching the lid 60C to a surface corresponding to the second upper wall portion 28, that is, a surface on the upper end side of the housing 6.
  • the lid body receiving portion 52C is an outward flange portion having a rectangular frame shape facing the peripheral edge portion of the lid body 60C.
  • the lid receiving portion 52C is formed so as to extend from the respective end edges of the side wall portions 26, 27 toward the inside and outside of the wall portions 26, 27. As a result, the lid receiving portion 52C is configured to surround the opening 51C over the entire circumference when viewed from the vertical direction (thickness direction of the lid 60C) D3.
  • the lid body receiving portion 52A is connected to the third side wall portions 26 and 27, the third bottom wall portion 29, and the lid body receiving portion 52C without a gap, that is, in a state where airtightness is ensured.
  • the lid body receiving portion 52B is connected to the third side wall portions 26 and 27, the third bottom wall portion 29, and the lid body receiving portion 52C without any gap, that is, in a state where airtightness is ensured.
  • the lid body receiving part 52C is connected to the third side wall parts 26 and 27 and the lid body receiving parts 52A and 52B without a gap, that is, in a state where airtightness is ensured.
  • Each lid receiving part 52A, 52B, 52C may be fixed by welding, or may be formed by bending a metal plate.
  • a folded portion 54 extending in the length direction D1 is formed on the outer edge 53 (see FIG. 4) of each lid receiving portion 52A, 52B.
  • the folded portion 54 is folded 90 ° toward the inner side (the opposite side of the lid bodies 60A and 60B).
  • the folded portion 54 is formed on all four sides of the outer edge 53 and is continuously formed so as to surround the entire periphery of the lid receiving portions 52A and 52B. Thereby, the strength of the lid receiving portions 52A and 52B is improved.
  • the folded portion 54 may be formed by bending the outer edge 53 of the lid receiving portions 52A and 52B, or may be configured by welding another member to the outer edge 53.
  • FIG. 4 shows a structure in which the lid 60A seals the opening 51A, but a structure in which the lid 60B seals the opening 51B, and a structure in which the lid 60C seals the opening 51C. Is the same.
  • a plurality of cylindrical portions 81 are formed on the lid receiving portion 52A by burring.
  • the cylindrical portion 81 protrudes on the side opposite to the lid body 60A.
  • a female screw portion 81a is formed on the inner wall surface of the cylindrical portion 81, and a male screw portion of a bolt 83 is screwed into the female screw portion 81a.
  • a through hole 82 is formed in the lid 60A at a position facing the cylindrical portion 81 of the lid receiving portion 52A.
  • the diameter of the through hole 82 is set to be larger than the diameter of the male screw portion of the bolt 83 and smaller than the diameter of the screw head, and the screw head of the bolt 83 is caught on the edge portion of the through hole 82 when fixed.
  • the bolt 83 is inserted into the through hole 82 and is screwed into the female screw portion 81a of the cylindrical portion 81, thereby pressing the lid body 60A toward the main body portion 50 side. Thereby, the lid 60A is fixed to the lid receiver 52A.
  • a seal member 70 for ensuring airtightness between the main body 50 and the lid 60A is disposed between the peripheral edge 61 of the lid 60A and the lid receiver 52A.
  • the seal member 70 is formed in a wide rectangular frame shape that covers substantially the entire surface of the lid receiving portion 52A.
  • the width per side of the seal member 70 is larger than the diameter of the cylindrical portion 81 and the through hole 82. That is, the seal member 70 is disposed in a region between the opening 51 ⁇ / b> A and the through hole 82.
  • the seal member 70 has a plurality of circular through holes 70 a at positions corresponding to the cylindrical portion 81 and the through holes 82.
  • the seal member may have a rectangular frame shape that does not have a through hole and is disposed so as to be surrounded by the plurality of through holes 82 around the opening 51A.
  • the cylindrical portion 81, the through hole 82, and the nut 83 constitute a screwing portion 80 for fixing the lid 60A to the lid receiving portion 52A.
  • a folded portion 64 extending in the thickness direction of the lid body is formed on the outer edge 63 of the lid bodies 60A and 60B.
  • the folded portion 64 is folded 90 degrees toward the outside (opposite the main body portion 50).
  • the folded portion 64 is formed on all four sides of the outer edge 63 and is continuously formed so as to surround the entire circumference of the lid bodies 60A and 60B. Thereby, the strength of the lids 60A and 60B is improved.
  • the folded portion 64 may be formed by bending the outer edge 63 of the lids 60 ⁇ / b> A and 60 ⁇ / b> B, or may be configured by welding another member to the outer edge 63.
  • a heat insulating material 88 is disposed along the inner surface side of the first side wall portions 16 and 17.
  • the heat insulating material 88 is disposed between the reformer 2 and the cell stack 3 and the first side wall portions 16 and 17 and extends to the inner surfaces of the lid body 60A and the lid body 60B (see FIG. 3). is doing. With this heat insulating material 88, the heat insulating property in the vertical direction D3 on the inner surface side of the lids 60A and 60B is substantially uniform.
  • the lid receiving portions 52A and 52B are formed from the edges of the side wall portions 26 and 27, the upper wall portion 28, and the bottom wall portion 29 surrounding the openings 51A and 51B.
  • the lids 60A and 60B are fixed to the lid receiving parts 52A and 52B. Accordingly, members (specifically, the cylindrical portion 81 and the bolt 83) for fixing the lids 60A and 60B can be provided outside the side wall portions 26, 27, the upper wall portion 28, and the bottom wall portion 29. . Therefore, as in the conventional fuel cell module shown in FIG. 7, a through-hole 184 is formed in the lid receiving portion 52A, and a cutting part such as a cap nut 181 is disposed in the through-hole 184 to perform all-around welding.
  • a cylindrical part 81 protruding to the opposite side of the lids 60A and 60B is formed on the lid body receiving parts 52A and 52B by burring, and an internal thread part 81a is formed on the inner wall surface of the cylindrical part 81.
  • the lids 60A and 60B are formed with through holes 82 at positions facing the cylindrical part 81, and the lids 60A and 60B are fixed by screwing the bolt 83 and the female threaded part 81a of the cylindrical part 81. Therefore, the lids 60A and 60B can be securely fixed, and the above action can be realized more reliably and easily.
  • the seal member 70 is disposed between the lids 60A and 60B and the lid receiving parts 52A and 52B and between the openings 51A and 51B and the through hole 82, the main body part The airtightness between 50 and the lids 60A and 60B is enhanced.
  • the sealing structure in the portion where the lid 60C is provided is similar to the sealing structure in the lids 60A and 60B, the airtightness between the main body 50 and the lid 60C is improved, and welding inspection and airtightness are also achieved. Inspection is no longer necessary.
  • the heat insulating material 188 is disposed along the inner surface side of the first side wall portions 16 and 17. Since the above-described cap nut 181 protrudes toward the inner surface side of the lid receiving portion 52A, the heat insulating material 188 is notched at the position where the cap nut 181 is provided so as to avoid interference with the cap nut 181. Therefore, the thickness of the heat insulating material 188 differs between the portion where the cap nut 181 is provided and the portion where the cap nut 181 is not provided (the portion between the adjacent cap nuts 181 and 181). Therefore, there has been a problem that uniform heat insulation cannot be obtained in the portions where the lids 160A and 160B are provided.
  • the lid receiving portions 52A and 52B are formed from the end portions of the side wall portions 26 and 27, the upper wall portion 28, and the bottom wall portion 29 surrounding the openings 51A and 51B.
  • the lids 60A and 60B are fixed to the lid receiving parts 52A and 52B. Accordingly, members (specifically, the cylindrical portion 81 and the bolt 83) for fixing the lids 60A and 60B can be provided outside the side wall portions 26 and 27, the upper wall portion 28, and the bottom wall portion 29. Such a member is prevented from protruding into the housing 6. Therefore, the thickness of the heat insulating material 88 arranged in the housing 6 is uniform. Therefore, the heat insulating material 88 is uniform in the portion where the lids 60A and 60B are provided.
  • this invention is not limited to the said embodiment.
  • the case where the bolt 83 is screwed to the female screw portion 81a of the cylindrical portion 81 has been described.
  • the nut is screwed to the bolt standing on the lid receiving portions 52A, 52B, 52C.
  • the lids 60A, 60B, and 60C may be fixed.
  • the lid receiving portions 52A and 52B and the lids 60A and 60B do not need to be provided with the folding portion 54 or the folding portion 64.
  • cover body 60A, 60B, 60C was fixed by the screwing of the volt
  • a hydrocarbon-based fuel is used as the hydrogen-containing fuel
  • the reformer 2 reforms the hydrogen-rich reformed gas, and supplies the reformed gas to the fuel electrode of the cell stack 3.
  • pure hydrogen can also be used as the hydrogen-containing fuel.
  • the reformer 2 can be omitted, and the hydrogen-containing fuel can be directly supplied to the fuel electrode of the cell stack 3 from a hydrogen tank or the like outside the housing 6.

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Abstract

　製造コストの削減を実現することができる燃料電池モジュールを提供する。　開口部５１Ａ，５１Ｂを形成する側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の外側に蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂを延出させ、この蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに蓋体６０Ａ，６０Ｂを固定する。これにより、蓋体６０Ａ，６０Ｂを固定するための部材を側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の外側に設けるようにし、従来のように、蓋体受け部５２Ａに形成した貫通孔１８４内に袋ナット１８１のような切削部品を配置して全周溶接する必要をなくし、切削部品を用いない分、材料費を低減すると共に、溶接検査や気密検査を不要とする。その結果として、製造コストの削減を実現することができる。

Description

燃料電池モジュール
　本発明は、燃料電池モジュールに関する。
　従来の燃料電池モジュールとして、特許文献１に示す燃料電池用筐体に、改質器とセルスタックとを収納して構成したものが知られている。この燃料電池用筐体は、改質器とセルスタックとを収納する収納室と、収納室の外側に形成された排ガス流路と、排ガス流路の外側に形成された酸化剤流路と、上方の酸化剤流路から収納室へ向かって下方へ延びる酸化剤供給部材と、を備えている。排ガス流路は、収納室の側方においてセルスタック上端部の燃焼部から発生する排ガスを下方へ通過させる部分と、収納室の下方において排ガスを集めて系外へ排出する部分と、を有している。また、酸化剤供給部材は、水平方向においてセルの積層方向と直交する方向に並べられたセルスタックの間の隙間に入り込むように配置され、当該隙間から各セルスタックに対して酸化剤を供給するように、先端部に貫通孔を有している。
日本国公開特許公報：特開２０１０－０４４９９０
　ここで、従来の燃料電池モジュールの筐体では、溶接等によって複数の壁部を組み立てて本体部を構成した後、本体部に形成されている開口部を蓋体で覆って固定している。この蓋体は、全体的に平板状をなしている単純平板に、ボルト締めのための貫通孔を形成することによって構成されている。本体部の開口部周りには、蓋体を受ける蓋体受け部を形成し、当該蓋体受け部の内面側には、蓋体の貫通孔に対応する位置にナットが溶接されている。そして、ボルト及びナットの締結によって蓋体を当該蓋体受け部に固定している。また、当該蓋体受け部と蓋体との間には、本体部と蓋体との間の気密性を保つためのシール部材を配置している。
　図６～図８は、従来の燃料電池モジュールの構造を示す図である。図７及び図８に示すように、燃料電池モジュール１００において、螺合部１８０は、蓋体受け部５２Ａに形成された袋ナット１８１と、蓋体１６０Ａの周縁部１６１に形成された貫通孔１８２と、貫通孔１８２を介して袋ナット１８１に螺合されるボルト１８３と、を備えている。袋ナット１８１は、蓋体受け部５２Ａに形成された貫通孔１８４内に一端が配置されると共に、袋ナット１８１の他端は蓋体受け部５２Ａの内面側に突出している。
　シール部材１７０は、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの略全面を覆うような幅広の矩形枠状に形成されている。シール部材１７０は、袋ナット１８１及び貫通孔１８２に対応する位置に円形状の複数の貫通孔１７０ａを有している。ボルト１８３は、貫通孔１８２に挿入されると共に袋ナット１８１と螺合することにより、蓋体１６０Ａを本体部５０側へ押圧する。なお、筐体１０６において、蓋体１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃの外縁には、当該蓋体の厚さ方向へ延びる折り返し部１６４が形成される（図６も参照）。折り返し部１６４は、内側（本体部５０側）へ向かって９０°折り返されている。
　ここで、燃料電池モジュール１００の筐体１０６には高い気密性が求められるため、貫通孔１８４と袋ナット１８１の一端との間でリークが発生することを防止する必要がある。図７に示すように、リークを防止するため、袋ナット１８１の一端の縁部には全周にわたって蓋体受け部５２Ａとの間で溶接部１８７が形成されている。この場合、溶接箇所を１つ１つ検査したり、気密検査を行ったりする必要があった。また、切削部品である袋ナット１８１は、加工を要するため材料費が高くなってしまう。このように、従来の燃料電池モジュールでは、材料費、溶接加工費、及び検査費が増大する傾向にあった。
　本発明は、製造コストの削減を実現することができる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
　本発明に係る燃料電池モジュールは、水素含有燃料及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックと、セルスタックを収納する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、筐体は、直方体状で少なくとも１つの面が開口部をなし、内部にセルスタックを収納する本体部と、本体部の開口部を覆う蓋体と、を備え、本体部は、開口部の縁部から折れ曲がって外側に延出すると共に、蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部を有し、蓋体は、蓋体受け部に対して固定されることを特徴とする。
　本発明に係る燃料電池モジュールによれば、蓋体受け部は、開口部の縁部から折れ曲がって外側に延出しており、この蓋体受け部に蓋体が固定される。これにより、蓋体を固定するための部材を筐体の壁部の外側に設けることができる。そのため、従来のように、蓋体受け部に貫通孔を形成し、その貫通孔内に袋ナットのような切削部品を配置して全周溶接する必要がない。よって、切削部品を用いない分、材料費を低減できると共に、溶接検査や気密検査が不要になる。その結果として、製造コストの削減を実現することができる。
　ここで、蓋体受け部には、蓋体とは反対側に突出する円筒部がバーリング加工によって形成されると共に、円筒部の内壁面にはネジ部が形成され、蓋体には、円筒部と対向する位置に貫通孔が形成され、蓋体は、貫通孔に挿入されるネジ部材とネジ部との螺合によって固定される構成とすることで、蓋体を確実に固定することができ、上記作用をより確実かつ容易に実現することができる。
　また、蓋体と蓋体受け部との間であって、開口部と貫通孔との間の領域には、シール部材が配置される構成とすることで、本体部と蓋体との間の気密性が高められる。
　本発明によれば、製造コストの削減を実現することができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成図 図１のＩＩ－ＩＩ線断面図 図１の燃料電池モジュールの斜視図 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図 図３のＶ－Ｖ線断面図 従来の燃料電池モジュールの斜視図 従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図４に対応する図 従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図５に対応する図
　以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１及び図２に示されるように、燃料電池モジュール１は、水素含有燃料を用いて改質ガスＲＧを発生させる改質器２と、改質ガスＲＧ及び酸化剤ＯＸを用いて発電を行うセルスタック３と、水を気化させることによって改質器２へ供給される水蒸気を生成する水気化部４と、改質器２、セルスタック３、及び水気化部４を収納する筐体６と、を備える。図１及び図２では図示されていないが、燃料電池モジュール１の下方には、ポンプ等の補機や制御機器等を収納する筐体が設けられる。
　水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
　酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
　改質器２は、供給される水素含有燃料を用いて改質ガスＲＧを発生させる。改質器２は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して改質ガスＲＧを発生させる。改質器２での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。改質器２は、後述する燃焼熱によって加熱され得るようにセルスタック３の上側に配置されている。すなわち、セルスタック３の燃料極側に導入された改質ガスＲＧのオフガス（未反応改質ガス）は、空気極等の酸化剤極側に導入された空気等の酸化剤のうちの未反応酸素（未反応酸化剤ガス）と共に燃焼させられ、改質器２は、この燃焼熱によって加熱される。改質器２は、改質ガスＲＧをセルスタック３の燃料極へ供給する。
　セルスタック３は、規則的に配列し連結されたＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cells）と称される複数のセルを有している。各セルは、固体酸化物である電解質が燃料極と酸化剤極との間に配置されることで構成されている。電解質は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等からなり、高温下で酸化物イオンを伝導する。燃料極は、例えばニッケルとＹＳＺとの混合物からなり、酸化物イオンと改質ガスＲＧ中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。酸化剤極は、例えばランタンストロンチウムマンガナイトからなり、酸化剤ＯＸ中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。本実施形態では、複数のセルが台座７に立設し、同一方向を向いて一列に整列して連結しているセルスタックを例に説明する。なお、ここでは、複数のセルが台座７に立設し、同一方向を向いて一列に整列して伸延する方向を「セルの積層方向」と称して、以下の説明を行う。セルスタック３は、台座７の上面において、セルの積層方向と直交する方向に向かい合うように二列に配置される。ただし、セルスタック３は一列に配置されてもよい。セルスタック３は、改質器２と同様、オフガスの燃焼熱によって加熱され、発電可能な高温状態に保持される。
　台座７と改質器２とは、パイプ８で接続されている。改質器２から供給された改質ガスＲＧは、台座７を介してセルスタック３の各セルに供給される。セルスタック３で反応しなかった改質ガスＲＧ及び酸化剤ＯＸは、セルスタック３の上部の燃焼部９で燃焼する。燃焼部９でのオフガスの燃焼により、改質器２及びセルスタック３が加熱されると共に排ガスＥＧが発生する。
　水気化部４は、供給される水を加熱し気化させることによって、改質器２に供給される水蒸気を生成する。水気化部４で生成された水蒸気は、例えば、第１の底壁部１８を貫通して水気化部４と改質器２とを接続する配管（不図示）を用いて、改質器２へ供給される。水気化部４における水の加熱は、例えば、改質器２の熱、燃焼部９の熱、あるいは排ガスＥＧの熱を回収する等、燃料電池モジュール１内で発生した熱を用いてもよい。本実施形態では、水気化部４は、底部の排ガス流路に配置され、排ガスＥＧの熱を回収する構成となっている。
　筐体６は、改質器２、セルスタック３、及び水気化部４を収納するための内部空間を有する、直方体状の金属製の箱体である。筐体６は、セルスタック３を収納する収納室１１と、収納室１１よりも外側に形成され、セルスタック３からのオフガスの燃焼による排ガスＥＧを通過させる排ガス流路１２、酸化剤ＯＸを通過させる酸化剤流路１３と、収納室１１や排ガス流路１２や酸化剤流路１３を形成する各壁部と、を備える。なお、以下の説明においては、セルスタック３のセルの積層方向（セルスタック３の長手方向）に沿った方向を筐体６の「長さ方向Ｄ１」とし、水平方向においてセルの積層方向と直交する方向を筐体６の「幅方向Ｄ２」とし、鉛直方向を筐体６の「上下方向Ｄ３」として以下の説明を行う。
　収納室１１は、幅方向Ｄ２に互いに対向する第１の側壁部１６，１７、及び第１の側壁部１６，１７の各下端部に連結される第１の底壁部１８の内側に形成される。収納室１１では、台座７が第１の底壁部１８に配置される。なお、第１の底壁部１８と台座７との間に断熱材が配置されていてもよい。燃焼部９で発生した排ガスＥＧを通過させるため、収納室１１の上端部は開口している。
　排ガス流路１２は、幅方向Ｄ２において第１の側壁部１６，１７の外側にそれぞれ配置される第２の側壁部２１，２２と、第１の側壁部１６，１７の上端部よりも上側に配置される第１の上壁部２３と、第１の底壁部１８よりも下側に配置される第２の底壁部２４と、によって形成される。
　第１の上壁部２３は第２の側壁部２１，２２の上端部に連結され、第２の底壁部２４は第２の側壁部２１，２２の下端部に連結される。第２の側壁部２１，２２は、第１の側壁部１６，１７から離間して対向するように配置される。第１の上壁部２３は、収納室１１の上端部から離間して対向するように配置される。第２の底壁部２４は、第１の底壁部１８から離間して対向するように配置される。
　排ガス流路１２は、収納室１１の上側の開口部と第１の上壁部２３との間に形成される排ガス流路１２Ａ，１２Ｂと、第２の側壁部２１，２２と第１の側壁部１６，１７との間に形成される排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄと、第２の底壁部２４と第１の底壁部１８との間に形成される排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆと、を有する。排ガス流路１２Ａ，１２Ｂは、燃焼部９からの排ガスＥＧを排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄへ導く。排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄは、排ガスＥＧを下方へ通過させ、当該排ガスＥＧの熱を外側の酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを流れる酸化剤ＯＸに供給する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆは、排ガスＥＧを排気管３２へ向かって水平方向に通過させ、当該排ガスＥＧの熱を水気化部４に供給する。
　酸化剤流路１３は、幅方向Ｄ２において第２の側壁部２１，２２の外側にそれぞれ配置される第３の側壁部２６，２７と、第１の上壁部２３よりも上側に配置される第２の上壁部２８と、第２の底壁部２４よりも下側に配置される第３の底壁部２９と、によって形成される。
　第２の上壁部２８は第３の側壁部２６，２７の上端部に連結され、第３の底壁部２９は第３の側壁部２６，２７の下端部に連結される。第３の側壁部２６，２７は、第２の側壁部２１，２２から離間して対向するように配置される。第２の上壁部２８は、第１の上壁部２３から離間して対向するように配置される。第３の底壁部２９は、第２の底壁部２４から離間して対向するように配置される。
　第１の上壁部２３には中央部に長さ方向Ｄ１へ延びるスリット３９が形成されており、当該スリット３９には、酸化剤供給部材３６が挿入される。酸化剤供給部材３６は、セルスタック３に酸化剤ＯＸを供給する。酸化剤供給部材３６は、一対のセルスタック３の間の隙間に入り込むように延びており、内部に酸化剤流路１３Ｋを有すると共に、先端部に貫通孔３７，３８を有している。
　酸化剤流路１３は、第２の上壁部２８と第１の上壁部２３との間に形成される酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂと、第３の側壁部２６，２７と第２の側壁部２１，２２との間に形成される酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄと、第３の底壁部２９と第２の底壁部２４との間に形成される酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈと、を有する。酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈは、給気管３１からの酸化剤ＯＸを水平方向に広がるように通過させ、酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄへ導く。酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄは、酸化剤ＯＸを上方へ通過させ、当該酸化剤ＯＸを内側の排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを流れる排ガスＥＧの熱によって加熱する。酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂは、酸化剤ＯＸを幅方向Ｄ２における外側から内側へ向かって通過させ、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋへ流して貫通孔３７，３８へ導く。
　第３の底壁部２９には、図示されない酸化剤供給部から酸化剤流路１３に酸化剤を流入させるための給気管３１が設けられている。また、第２の底壁部２４には、排ガス流路１２からの排ガスを排気する排気管３２が設けられている。
　側壁部１６，１７，２１，２２，２６，２７、上壁部２３，２８、及び底壁部１８，２４，２９は、長さ方向Ｄ１における筐体６の端部６ａ，６ｂ付近にまで延びている。筐体６の長さ方向Ｄ１の両端部には、それぞれ端壁部３３，３４が設けられている。第３の側壁部２６，２７、第２の上壁部２８、第３の底壁部２９、及び端壁部３３，３４は、燃料電池モジュール１の外殻を構成し、互いの接続部におけるシール性が確保されており、筐体６内の気密性が確保されている。
　次に、改質ガスＲＧ、酸化剤ＯＸ、及び排ガスＥＧの流れについて説明する。
　外部から供給される水素含有燃料及び水気化部４からの水蒸気を用いて改質器２で発生した改質ガスＲＧは、パイプ８を通過して台座７に流れ込み、台座７からセルスタック３の各セルに供給される。改質ガスＲＧは、セルスタック３を下方から上方へ向かって流れ、一部はオフガスとして燃焼部９での燃焼に用いられる。酸化剤ＯＸは、外部から給気管３１を介して供給され、酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈにて水平方向に広がり、内側を流れる排ガスＥＧで加熱されながら酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを上方へ向かって通過する。酸化剤ＯＸは、酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂを通過し、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋを流れて、貫通孔３７，３８を通過してセルスタック３へ供給され、一部は燃焼部９での燃焼に用いられる。燃焼部９で発生した排ガスＥＧは、排ガス流路１２Ａ，１２Ｂで排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄに導かれ、外側を流れる酸化剤ＯＸに熱を供給しながら排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを下方へ向かって通過する。排ガスＥＧは、底部まで達すると排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆへ流れ込み、水気化部４に熱を供給しながら排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過した排ガスＥＧは、排気管３２から排気される。
　図１～図４に示すように、本実施形態に係る燃料電池モジュール１は、端壁部３３，３４及び第２の上壁部２８に対応する面に開口部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃがそれぞれ形成された本体部５０と、本体部５０の開口部５１Ａを覆う蓋体６０Ａと、本体部５０の開口部５１Ｂを覆う蓋体６０Ｂと、本体部５０の開口部５１Ｃを覆う蓋体６０Ｃと、を備えている。開口部５１Ａ,５１Ｂは、側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の長さ方向Ｄ１における両端縁（例えば、図４に示す側壁部２６の端縁２６ａ）によって囲まれ、長方形状に形成されている。開口部５１Ｃは、側壁部２６，２７の上端縁によって囲まれている。本体部５０は、上述で説明した各壁部のうち、側壁部１６，１７，２１，２２，２６，２７、上壁部２３，２８、及び底壁部１８，２４，２９を構成している。蓋体６０Ａは端壁部３３を構成し、蓋体６０Ｂは端壁部３４を構成し、蓋体６０Ｃは第２の上壁部２８を構成している。なお、蓋体６０Ａ及び蓋体６０Ｂの「厚さ方向」は、長さ方向Ｄ１に等しく、蓋体６０Ｃの「厚さ方向」は、上下方向Ｄ３に等しい。
　本体部５０は、端壁部３３に対応する面、すなわち筐体６の端部６ａ側の面に、蓋体６０Ａを取り付けるための蓋体受け部５２Ａを有する。蓋体受け部５２Ａは、蓋体６０Ａの周縁部６１（図４参照）と対向する矩形枠状の外向きフランジ部である。蓋体受け部５２Ａは、側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の各端縁からこれらの壁部２６～２９の外側へ向かって延出するように形成される。これによって、蓋体受け部５２Ａは、長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１から見て、開口部５１Ａを全周にわたって取り囲む構成となる。本体部５０は、端壁部３４に対応する面、すなわち筐体６の端部６ｂ側の面に、蓋体６０Ｂを取り付けるための蓋体受け部５２Ｂを有する。蓋体受け部５２Ｂは、蓋体６０Ｂの周縁部と対向する矩形枠状の外向きフランジ部である。蓋体受け部５２Ｂは、側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の各端縁からこれらの壁部２６～２９の外側へ向かって延出するように形成される。これによって、蓋体受け部５２Ｂは、長さ方向（蓋体６０Ｂの厚さ方向）Ｄ１から見て、開口部５１Ｂを全周にわたって取り囲む構成となる。本体部５０は、第２の上壁部２８に対応する面、すなわち筐体６の上端部側の面に、蓋体６０Ｃを取り付けるための蓋体受け部５２Ｃを有する。蓋体受け部５２Ｃは、蓋体６０Ｃの周縁部と対向する矩形枠状の外向きフランジ部である。蓋体受け部５２Ｃは側壁部２６，２７の各端縁からこれらの壁部２６，２７の内側及び外側へ向かって延出するように形成される。これによって、蓋体受け部５２Ｃは、上下方向（蓋体６０Ｃの厚さ方向）Ｄ３から見て、開口部５１Ｃを全周にわたって取り囲む構成となる。
　蓋体受け部５２Ａは、第３の側壁部２６，２７、第３の底壁部２９、及び蓋体受け部５２Ｃと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。蓋体受け部５２Ｂは、第３の側壁部２６，２７、第３の底壁部２９、及び蓋体受け部５２Ｃと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。蓋体受け部５２Ｃは、第３の側壁部２６，２７、及び蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。各蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは、溶接によって固定されていてもよく、あるいは金属板の折り曲げによって形成されていてもよい。
　各蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂの外縁５３（図４参照）には、長さ方向Ｄ１へ延びる折り返し部５４が形成される。折り返し部５４は、内側（蓋体６０Ａ，６０Ｂの反対側）へ向かって９０°折り返されている。折り返し部５４は、外縁５３の四辺全てに形成されていると共に、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂの全周を取り囲むように連続的に形成されている。これによって、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂの強度が向上する。折り返し部５４は、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂの外縁５３を折り曲げ加工することによって形成されてもよく、別部材を外縁５３に溶接することによって構成してもよい。
　ここで、図４及び図５を参照して、本体部５０の開口部を蓋体で封止する構造について、より詳細に説明する。なお、図４では、蓋体６０Ａが開口部５１Ａを封止する構造が示されているが、蓋体６０Ｂが開口部５１Ｂを封止する構造、蓋体６０Ｃが開口部５１Ｃを封止する構造も同様である。
　蓋体受け部５２Ａには、複数の円筒部８１がバーリング加工によって形成されている。円筒部８１は、蓋体６０Ａとは反対側に突出している。円筒部８１の内壁面には雌ネジ部８１ａが形成されており、この雌ネジ部８１ａにボルト８３の雄ネジ部が螺合される。
　蓋体６０Ａには、蓋体受け部５２Ａの円筒部８１と対向する位置に貫通孔８２が形成されている。貫通孔８２の径は、ボルト８３の雄ネジ部の径より大きくネジ頭の径よりも小さく設定されており、固定時において貫通孔８２の縁部にはボルト８３のネジ頭が引っ掛かる。ボルト８３は、貫通孔８２に挿入されると共に円筒部８１の雌ネジ部８１ａに螺合されることにより、蓋体６０Ａを本体部５０側へ押圧する。これによって、蓋体６０Ａは蓋体受け部５２Ａに対して固定される。
　また、蓋体６０Ａの周縁部６１と蓋体受け部５２Ａとの間には、本体部５０と蓋体６０Ａとの間の気密性を確保するためのシール部材７０が配置されている。シール部材７０は、蓋体受け部５２Ａの略全面を覆うような幅広の矩形枠状に形成されている。シール部材７０の一辺あたりの幅は、円筒部８１及び貫通孔８２の直径よりも大きくなっている。すなわち、シール部材７０は、開口部５１Ａと貫通孔８２との間の領域に配置されている。シール部材７０は、円筒部８１及び貫通孔８２に対応する位置に円形状の複数の貫通孔７０ａを有している。なお、シール部材は、開口部５１Ａの周囲で複数の貫通孔８２によって囲まれるように配置された、貫通孔を有さない矩形枠状であってもよい。
　上記の円筒部８１、貫通孔８２、及びナット８３によって、蓋体６０Ａを蓋体受け部５２Ａに固定するための螺合部８０が構成されている。
　蓋体６０Ａ，６０Ｂの外縁６３には、当該蓋体の厚さ方向へ延びる折り返し部６４が形成される。本実施形態においては、折り返し部６４は、外側（本体部５０の反対側）へ向かって９０°折り返されている。折り返し部６４は、外縁６３の四辺全てに形成されていると共に、蓋体６０Ａ，６０Ｂの全周を取り囲むように連続的に形成されている。これによって、蓋体６０Ａ，６０Ｂの強度が向上する。折り返し部６４は、蓋体６０Ａ，６０Ｂの外縁６３を折り曲げ加工することによって形成されてもよく、別部材を外縁６３に溶接することによって構成してもよい。
　筐体６の内部には、第１の側壁部１６，１７の内面側に沿うようにして、断熱材８８が配置されている。断熱材８８は、改質器２及びセルスタック３と第１の側壁部１６，１７との間に配置されると共に、蓋体６０Ａ及び蓋体６０Ｂ（図３参照）の内面側にまで延在している。この断熱材８８によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂの内面側の上下方向Ｄ３における断熱性は、略均一になっている。
　本実施形態に係る燃料電池モジュール１によれば、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂは、開口部５１Ａ，５１Ｂを囲む側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の端縁からこれらの壁部２６～２９の外側に延出しており、この蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに蓋体６０Ａ，６０Ｂが固定される。これにより、蓋体６０Ａ，６０Ｂを固定するための部材（具体的には円筒部８１及びボルト８３）を側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の外側に設けることができる。そのため、図７に示す従来の燃料電池モジュールのように、蓋体受け部５２Ａに貫通孔１８４を形成し、その貫通孔１８４内に袋ナット１８１のような切削部品を配置して全周溶接をする必要がない。よって、切削部品を用いない分、材料費が低減されると共に、溶接検査や気密検査が不要になる。その結果として、製造コストの削減が実現される。さらには、気密性を要する内部空間における溶接箇所が減るため、気密性が確実に高められると共に、不良品率が低減されている。
　また、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂには、蓋体６０Ａ，６０Ｂとは反対側に突出する円筒部８１がバーリング加工によって形成されると共に、円筒部８１の内壁面に雌ネジ部８１ａが形成され、蓋体６０Ａ，６０Ｂには、円筒部８１と対向する位置に貫通孔８２が形成され、蓋体６０Ａ，６０Ｂが、ボルト８３と円筒部８１の雌ネジ部８１ａとの螺合によって固定されているため、蓋体６０Ａ，６０Ｂを確実に固定することができ、上記作用をより確実かつ容易に実現することができる。
　また、蓋体６０Ａ，６０Ｂと蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂとの間であって、開口部５１Ａ，５１Ｂと貫通孔８２との間の領域にはシール部材７０が配置されているため、本体部５０と蓋体６０Ａ，６０Ｂとの間の気密性が高められる。
　また、蓋体６０Ｃが設けられる部分における封止構造も蓋体６０Ａ，６０Ｂにおける封止構造と同様のため、本体部５０と蓋体６０Ｃとの間の気密性が高められると共に、溶接検査や気密検査が不要になっている。
　また、図６～図８に示す従来の燃料電池モジュール１００では、第１の側壁部１６，１７の内面側に沿うようにして、断熱材１８８が配置される。前述した袋ナット１８１は、蓋体受け部５２Ａの内面側に突出するため、断熱材１８８は、袋ナット１８１との干渉を避けるよう、袋ナット１８１が設けられた位置において切り欠かれる。よって、袋ナット１８１が設けられた部分と、袋ナット１８１が設けられない部分（隣接する袋ナット１８１，１８１同士間の部分）とでは、断熱材１８８の厚みが異なっている。そのため、蓋体１６０Ａ，１６０Ｂが設けられる部分において均一な断熱性が得られないといった問題があった。
　燃料電池モジュール１によれば、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂは、開口部５１Ａ，５１Ｂを囲む側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の端縁からこれらの壁部２６～２９の外側に延出しており、この蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに蓋体６０Ａ，６０Ｂが固定される。これにより、蓋体６０Ａ，６０Ｂを固定するための部材（具体的には円筒部８１及びボルト８３）を側壁部２６，２７、上壁部２８、及び底壁部２９の外側に設けることができ、筐体６内にそのような部材が突出することが回避されている。よって、筐体６内に配置される断熱材８８の厚みは均一になっている。したがって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが設けられる部分において断熱材８８が均一になっている。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、円筒部８１の雌ネジ部８１ａにボルト８３が螺合される場合について説明したが、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃに立設されたボルトにナットを螺合させることにより蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを固定してもよい。蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂや蓋体６０Ａ，６０Ｂには、折り返し部５４や折り返し部６４を設けなくてもよい。
　また、上記実施形態では、ボルト８３と雌ネジ部８１ａとの螺合によって蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが固定される場合について説明したが、これに限られず、例えばクランプ等によって蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが固定されてもよい。
　また、上記の実施形態では、水素含有燃料として、例えば炭化水素系燃料を用い、改質器２により、水素リッチな改質ガスに改質して、セルスタック３の燃料極に供給する構成としたが、水素含有燃料として、純水素を用いることも可能である。この場合には、改質器２を省略し、筐体６外の水素タンクなどからセルスタック３の燃料極に水素含有燃料を直接供給することができる。
　以上からわかるように、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
　１…燃料電池モジュール、２…改質器、３…セルスタック、４…水気化部、６…筐体、１１…収納室、１２…排ガス流路、１３…酸化剤流路、２６，２７…側壁部（壁部）、２８…上壁部（壁部）、２９…底壁部（壁部）、２６ａ…端縁、５０…本体部、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ…開口部、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ…蓋体受け部、６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…蓋体、６１…周縁部、７０…シール部材、８０…螺合部、８１…円筒部、８１ａ…雌ネ
ジ部（ネジ部）、８２…貫通孔、８３…ボルト（ネジ部材）。

Claims (4)

  1. 　水素含有燃料及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックと、
    　前記セルスタックを収納する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、
    　前記筐体は、
    　　直方体状で少なくとも１つの面が開口部をなし、内部に前記セルスタックを収納する本体部と、
    　　前記本体部の前記開口部を覆う蓋体と、を備え、
    　前記本体部は、前記開口部の縁部から折れ曲がって外側に延出すると共に、前記蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部を有し、
    　前記蓋体は、前記蓋体受け部に対して固定されることを特徴とする燃料電池モジュール。
  2. 　前記蓋体受け部には、前記蓋体とは反対側に突出する円筒部がバーリング加工によって形成されると共に、前記円筒部の内壁面にはネジ部が形成され、
    　前記蓋体には、前記円筒部と対向する位置に貫通孔が形成され、
    　前記蓋体は、前記貫通孔に挿入されるネジ部材と前記ネジ部との螺合によって固定されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池モジュール。
  3. 　前記蓋体と前記蓋体受け部との間であって、前記開口部と前記貫通孔との間の領域には、シール部材が配置されることを特徴とする請求項２記載の燃料電池モジュール。
  4. 　前記水素含有燃料を改質して前記セルスタックに供給する改質器を更に備え、
    　前記改質器は、前記セルスタックの上方に配置されて、前記セルスタックと共に前記筐体内に収納されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池モジュール。
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