WO2012141309A1 - 燃料電池モジュール - Google Patents

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WO2012141309A1
WO2012141309A1 PCT/JP2012/060175 JP2012060175W WO2012141309A1 WO 2012141309 A1 WO2012141309 A1 WO 2012141309A1 JP 2012060175 W JP2012060175 W JP 2012060175W WO 2012141309 A1 WO2012141309 A1 WO 2012141309A1
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WO
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lid
fuel cell
receiving portion
cell module
oxidant
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/060175
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English (en)
French (fr)
Inventor
暁 山本
水野　康
幸弘 川路
翔 横山
尚志 栗栖
Original Assignee
Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
三恵技研工業株式会社
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
Application filed by Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社, 三恵技研工業株式会社 filed Critical Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
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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
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • 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
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    • 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
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    • 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, An oxidant supply member extending downward from the upper oxidant flow path toward the storage chamber is provided.
  • 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 is a fuel cell module including a casing that stores a cell stack that generates power using a hydrogen-containing gas and an oxidant, and the casing stores the cell stack, A main body having an opening, and a lid that covers the opening of the main body, the main body being formed around the opening and facing the peripheral edge of the lid, and a lid A first screw member which is erected on the receiving portion and extends in the thickness direction of the lid, and a through hole into which the first screw member is inserted is formed in the peripheral portion of the lid. The body is fixed to the lid receiving portion by screwing the first screw member and the second screw member.
  • a first screw member extending in the thickness direction of the lid body is erected on the lid body receiving portion, and the first screw member and the second screw member. And the lid is fixed to the lid receiving portion. Therefore, unlike the prior art, it is not necessary to form a through hole in the lid receiving portion and arrange a cutting part such as a cap nut in the through hole and weld all around. Therefore, the material cost can be reduced by not using cutting parts, and welding inspection and airtight inspection are not required. As a result, a reduction in manufacturing cost can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell module according to an embodiment of the present invention. It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. It is a perspective view of the fuel cell module of FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 3.
  • It is a perspective view of the conventional fuel cell module. It is sectional drawing of the conventional fuel cell module, Comprising: It is a figure corresponding to FIG. It is sectional drawing of the conventional fuel cell module, Comprising: It is a figure corresponding to FIG.
  • the fuel cell module 1 includes a reformer 2 that generates a reformed gas (hydrogen-containing gas) RG using a hydrogen-containing fuel, a reformed gas RG, and an oxidant OX.
  • the cell stack 3 that generates electricity using the water
  • the water vaporizer 4 that generates water vapor that is supplied to the reformer 2 by vaporizing water
  • the reformer 2, the cell stack 3, and the water vaporizer 4 are accommodated.
  • a housing 6 to be provided.
  • 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 3 in which a plurality of cells are erected on a pedestal 7 and aligned and connected in a line in the same direction will be described as an example.
  • a direction in which a plurality of cells stand on the pedestal 7 and are aligned and extended in a row facing the same direction will be referred to as a “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 stacking direction of the cells. However, the cell stacks 3 may be arranged in a line.
  • 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. Due to the combustion of off-gas in the combustion section 9, the reformer 2 is heated and exhaust gas EG is generated.
  • 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.
  • 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 stacking direction of the cells of the cell stack 3 is referred to as the “length direction D1” of the casing 6, and the direction orthogonal to the stacking direction of the cells in the horizontal direction is the casing 6.
  • 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 main body 50 comprises the side wall parts 16, 17, 21, 22, 26, 27, the first upper wall part 23, and the bottom wall parts 18, 24, 29 among the wall parts described above. Yes.
  • the lid 60A constitutes the end wall 33, the lid 60B constitutes the end wall 34, and 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 a rectangular frame-shaped flange portion facing the peripheral edge portion 61 (see FIG. 4) of the lid body 60A.
  • the lid receiving portion 52A is formed to extend inward of the housing 6 when viewed from the length direction (thickness direction of the lid 60A) D1.
  • a rectangular opening 51A is formed at the center of the lid receiving portion 52A. 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 body receiving portion 52B is a rectangular frame-shaped flange portion facing the peripheral edge portion of the lid body 60B.
  • the lid receiving part 52B is formed to extend inward of the housing 6 when viewed from the length direction (thickness direction of the lid 60B) D1.
  • a rectangular opening 51B is formed at the center of the lid receiving portion 52B. 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 a rectangular frame-shaped flange portion facing the peripheral edge portion of the lid body 60C.
  • the lid receiving portion 52C is formed to extend inward of the housing 6 when viewed from the vertical direction (thickness direction of the lid 60C) D3.
  • a rectangular opening 51C is formed at the center of the lid receiving portion 52C.
  • 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.
  • FIG. 4 shows a structure in which the lid 60A seals the opening 51A.
  • the lid 60B seals the opening 51B
  • the lid 60C seals the opening 51C.
  • the structure is the same.
  • a plurality of stud bolts 81 are erected on the lid receiving portion 52A.
  • the stud bolt 81 is arranged to extend in the length direction (thickness direction of the lid 60A) D1 toward the outside of the housing 6. These stud bolts 81 are formed with male threads.
  • the stud bolt 81 is fixed to the lid receiving portion 52A by so-called projection welding, in which a projection provided in advance on the base end portion 84 is pressed against the surface of the lid receiving portion 52A to perform welding. When welding the stud bolt 81, a hole penetrating the lid receiving portion 52A is not formed. In this projection welding, a concave portion for positioning can be provided in advance on the surface of the lid receiving portion 52A.
  • a plurality of through holes 82 into which stud bolts 81 are inserted are formed in the peripheral edge 61 of the lid 60A facing the lid receiver 52A. These through holes 82 are formed at positions facing the stud bolts 81. The diameter of each through hole 82 is larger than the outer diameter of each stud bolt 81.
  • a nut 83 is screwed into a stud bolt 81 that extends from the lid 60 ⁇ / b> A through the through hole 82.
  • 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 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 stud bolts 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 lid 60 ⁇ / b> A is pressed toward the main body 50 side by screwing the stud bolt 81 and the nut 83.
  • the stud bolt 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 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 the inner surface side of the lid body receiving portion 52 ⁇ / b> A and the lid body receiving portion 52 ⁇ / b> B (see FIG. 3). It extends to.
  • the heat insulating property in the vertical direction D3 on the inner surface side of the lid receiving portions 52A and 52B is substantially uniform.
  • the stud receivers 52A and 52B are provided with the stud bolts 81 extending in the thickness direction of the lids 60A and 60B.
  • the lid bodies 60A and 60B are fixed to the lid body receiving portions 52A and 52B. 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. There is no need to do. Therefore, material costs are reduced by not using cutting parts, and welding inspection and airtight inspection are not required. As a result, a reduction in manufacturing cost is realized. Furthermore, since the number of welds in the internal space requiring airtightness is reduced, the airtightness is reliably increased and the defective product rate is reduced.
  • 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 52A 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 member for fixing the lids 60A, 60B, 60C does not protrude on the inner surface side of the portion where the lids 60A, 60B, 60C are provided, the internal space of the housing 6 can be widened. In other words, it is possible to reduce the size when forming an internal space having a predetermined volume.
  • 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 stud bolts 81 extending in the thickness direction D ⁇ b> 1 are erected on the lid receiving portions 52 ⁇ / b> A and 52 ⁇ / b> B. It is fixed to the lid receiving parts 52A and 52B.
  • the member for fixing the lid bodies 60A and 60B does not protrude, and the thickness of the heat insulating material 88 disposed on the inner surface side of the lid bodies 60A and 60B. Is uniform. Therefore, the heat insulation is uniform in the portion where the lids 60A and 60B are provided.
  • the casing 6 of the fuel cell module 1 is required to have high airtightness and heat insulation. In the fuel cell module 1, uniform and high airtightness and heat insulation are realized.
  • this invention is not limited to the said embodiment.
  • the lid body receiving portions 52A, 52B, and 52C are formed to extend toward the inside of the housing 6 has been described. It may be formed so as to extend outward.
  • the screwing part 80 will be arrange
  • the case where the stud bolt 81 is fixed to the lid receiving portion 52A by projection welding has been described, but the stud bolt 81 may be fixed by other welding methods.
  • the case where the stud bolt 81 and the nut 83 are used as the screw member has been described.
  • a cylindrical female screw member having a female screw formed therein is used as the first screw member, and the female screw member is used.
  • a screw member may be erected on the lid receiving portion 52A, and a bolt screwed into the female screw member may be used as the second screw member.
  • a fuel cell system that supplies, as a hydrogen-containing gas, a fuel that does not require a reforming treatment, such as pure hydrogen introduced from outside the fuel cell system, a hydrogen-enriched gas, instead of the reformed gas, to the fuel electrode of the cell stack. Also good.
  • the reformer 2 and the water vaporizer 4 can be omitted.

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Abstract

　本発明の一側面の燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、改質ガス及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックと、改質器及び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、改質器及びセルスタックを収納すると共に、開口部を有する本体部と、本体部の開口部を覆う蓋体と、を備え、本体部は、開口部の周囲に形成されて蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部と、蓋体受け部に立設されて蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材と、を有し、蓋体の周縁部には、第１のネジ部材が挿入される貫通孔が形成され、蓋体は、第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって蓋体受け部に固定される。

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。
特開２０１０－０４４９９０号公報
　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。
　本発明の一側面の燃料電池モジュールは、水素含有ガス及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックを収納する筐体を備える燃料電池モジュールであって、筐体は、セルスタックを収納すると共に、開口部を有する本体部と、本体部の開口部を覆う蓋体と、を備え、本体部は、開口部の周囲に形成されて蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部と、蓋体受け部に立設されて蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材と、を有し、蓋体の周縁部には、第１のネジ部材が挿入される貫通孔が形成され、蓋体は、第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって蓋体受け部に固定されることを特徴とする。
　本発明の一側面の燃料電池モジュールによれば、蓋体受け部には、蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材が立設され、この第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって、蓋体が蓋体受け部に固定される。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。
　本発明の一側面によれば、製造コストの削減を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線断面図である。 図１の燃料電池モジュールの斜視図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図３のＶ－Ｖ線断面図である。 従来の燃料電池モジュールの斜視図である。 従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図４に対応する図である。 従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図５に対応する図である。
　以下、本発明の一実施形態について、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（水素含有ガス）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３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「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、各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。
　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。また、改質器２内において生じる改質反応が水蒸気改質反応を伴わない場合は、水気化器４を省略することができる。
　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の各セルの積層方向に沿った方向を筐体６の「長さ方向Ｄ１」とし、水平方向において各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。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、第１の上壁部２３、及び底壁部１８，２４，２９を構成している。また、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フランジ部である。蓋体受け部５２Ａは、長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ａの中央位置に矩形状の開口部５１Ａが形成されている。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フランジ部である。蓋体受け部５２Ｂは、長さ方向（蓋体６０Ｂの厚さ方向）Ｄ１からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ｂの中央位置に矩形状の開口部５１Ｂが形成されている。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フランジ部である。蓋体受け部５２Ｃは、上下方向（蓋体６０Ｃの厚さ方向）Ｄ３からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ｃの中央位置に矩形状の開口部５１Ｃが形成されている。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。
　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、及び蓋体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、複数のスタッドボルト８１が立設されている。スタッドボルト８１は、筐体６の外方に向けて長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１に延びるように配置される。これらのスタッドボルト８１には、雄ネジが形成されている。スタッドボルト８１は、その基端部８４に予め設けられた突起を蓋体受け部５２Ａの表面に圧接して溶接を行う、いわゆるプロジェクション溶接によって蓋体受け部５２Ａに固定されている。スタッドボルト８１を溶接する際、蓋体受け部５２Ａを貫通する孔は形成されない。このプロジェクション溶接では、蓋体受け部５２Ａの表面に位置決めのための凹部を予め設けることもできる。
　蓋体受け部５２Ａに対向する蓋体６０Ａの周縁部６１には、スタッドボルト８１が挿入される複数の貫通孔８２が形成されている。これらの貫通孔８２は、スタッドボルト８１に対向する位置に形成される。各貫通孔８２の直径は、各スタッドボルト８１の外径よりも大きくなっている。貫通孔８２を通って蓋体６０Ａから延出したスタッドボルト８１には、ナット８３が螺合されている。
　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、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、スタッドボルト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。
　スタッドボルト８１とナット８３との螺合により、蓋体６０Ａは本体部５０側へ押圧される。上記のスタッドボルト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。
　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、蓋体受け部５２Ａ及び蓋体受け部５２Ｂ（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、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ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には、蓋体６０Ａ，６０Ｂの厚さ方向に延びるスタッドボルト８１が立設され、このスタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定される。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６０Ａ，６０Ｂと蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂとの間であって、開口部５１Ａ，５２Ａ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、蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが設けられる部分の内面側において蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを固定するための部材が突出することがないため、筐体６の内部空間を広くできる。言い換えれば、所定の容積を有する内部空間を形成する場合に、小型化を図ることができる。
　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には、厚さ方向Ｄ１に延びるスタッドボルト８１が立設され、スタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定される。蓋体６０Ａ，６０Ｂが設けられる部分の内面側においては、蓋体６０Ａ，６０Ｂを固定するための部材が突出することがなく、蓋体６０Ａ，６０Ｂの内面側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性が均一になっている。特に、改質器２やセルスタック３は非常に高温条件下で稼動するため、燃料電池モジュール１の筐体６には高い気密性および断熱性が求められる。燃料電池モジュール１では、均一でしかも高い気密性および断熱性が実現される。
　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、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが筐体６の内側へ向かって延びるように形成される場合について説明したが、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂは、筐体６の外側へ向かって延びるように形成されてもよい。この場合、螺合部８０は長さ方向Ｄ１から見て筐体６の外側に配置されることとなる。
　また、上記実施形態では、スタッドボルト８１がプロジェクション溶接によって蓋体受け部５２Ａに固定される場合について説明したが、スタッドボルト８１は、他の溶接方法によって固定されてもよい。また、上記実施形態では、ネジ部材としてスタッドボルト８１とナット８３とを用いる場合について説明したが、内部に雌ネジが形成された円筒状の雌ネジ部材を第１のネジ部材として用い、その雌ネジ部材を蓋体受け部５２Ａに立設し、その雌ネジ部材に螺合するボルトを第２のネジ部材として用いてもよい。
　また、セルスタックの燃料極に、改質ガスではなく燃料電池システム外部から導入する純水素、水素富化ガスなど改質処理を必要としない燃料を水素含有ガスとして供給する燃料電池システムであってもよい。この燃料電池システムにおいては、改質器２、水気化器４を省略することができる。
　本発明の一側面によれば、製造コストの削減を実現することができる。
　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、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…スタッドボルト（第１のネジ部材）、８２…貫通孔、８３…ナット（第２のネジ部材）。

Claims (3)

  1. 　水素含有ガス及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックを収納する筐体を備える燃料電池モジュールであって、
    　前記筐体は、
    　　前記セルスタックを収納すると共に、開口部を有する本体部と、
    　　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、前記開口部の周囲に形成されて前記蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部と、前記蓋体受け部に立設されて前記蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材と、を有し、
    　前記蓋体の前記周縁部には、前記第１のネジ部材が挿入される貫通孔が形成され、前記蓋体は、前記第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって前記蓋体受け部に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１記載の燃料電池モジュール。
  3. 　前記筐体は、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器を収納し、
    　前記セルスタックは、前記水素含有ガスとして前記改質器が発生する改質ガスを用いて発電を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池モジュール。
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