WO2013061575A1 - 燃料電池発電装置、燃料電池システムおよび支持構造 - Google Patents

燃料電池発電装置、燃料電池システムおよび支持構造 Download PDF

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WO2013061575A1
WO2013061575A1 PCT/JP2012/006773 JP2012006773W WO2013061575A1 WO 2013061575 A1 WO2013061575 A1 WO 2013061575A1 JP 2012006773 W JP2012006773 W JP 2012006773W WO 2013061575 A1 WO2013061575 A1 WO 2013061575A1
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hole
housing
fuel cell
guide
support member
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PCT/JP2012/006773
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門脇　正天
茂 浅井
Original Assignee
Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社
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    • 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
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell power generation device that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, a fuel cell system including the fuel cell power generation device, and a support structure.
  • a solid oxide fuel cell that operates at a high temperature of 600 ° C. or higher is known.
  • the fuel cell of the solid oxide fuel cell has various cross-sectional structures such as a cylindrical shape, an elliptical shape, and a rectangular shape as described in Patent Document 1, for example.
  • a layer structure of a fuel cell a structure having an anode electrode inside and a cathode electrode outside, and a structure having a cathode electrode inside and an anode electrode outside are generally known.
  • Patent Document 2 a structure disclosed in Patent Document 2 is known as a solid oxide fuel cell.
  • a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged with a current collecting member interposed therebetween, and a reformer for performing a reforming reaction are arranged in a box for generating power internally.
  • a pipe for supplying raw fuel or reformed water to the reformer is inserted through a through hole provided in the box.
  • the combustion heat of the burner for raising the temperature of the cell stack to the operating temperature and the combustion heat of the off gas of the cell stack are used.
  • the exhaust gas and unused off gas are filled in the box. Therefore, it is necessary to suppress the combustion exhaust gas and off-gas from leaking out from the gap between the box and the pipe in the through hole provided in the box.
  • Patent Document 3 includes a cover plate that covers the outer through hole from the outside, the cover plate has a mounting hole for inserting the insertion tube, and the cover plate and the insertion tube are fixed by welding. The technology to do is described.
  • the present invention has been made in view of such problems, and in a fuel cell power generator in which a reformer and a cell stack are arranged inside a box, and a fuel cell system including the fuel cell power generator, It aims at providing the technique which suppresses that a combustion exhaust gas and off-gas leak.
  • a fuel cell power generator includes a cell stack in which a plurality of fuel cells are arranged, a reformer for generating fuel gas to be supplied to the cell stack, and a cell.
  • a box that contains the stack and the reformer and has at least one box through-hole, and a member that heats up during power generation of the cell stack by passing through the box through the box through-hole.
  • a guide having a substantially columnar support member to be supported, and an insertion through hole that is at least partially fixed to the outer side surface of the box body in the box body through hole and slidably inserts the support member that has penetrated the box body through hole.
  • the guide portion includes a first housing having a first guide through hole through which the support member is inserted, a second housing having a second guide through hole through which the support member is inserted, and the first housing. And the second housing are fastened, and a space formed between the first housing and the second housing in a state where the support member is inserted into the first guide through hole and the second guide through hole. And a sealing member that is inserted or press-fitted so as to be buried and has heat resistance.
  • the support member when the member whose temperature is increased during the power generation of the cell stack thermally expands, the support member slides with respect to the guide portion while ensuring airtightness between the support member and the guide portion.
  • the stress which arises between a supporting member and a guide part can be reduced, and it is suppressed that damage arises between a supporting member and a guide part.
  • the airtightness between the support member and the guide portion is sufficiently ensured, so that combustion exhaust gas and the like are prevented from leaking from between the support member and the guide portion.
  • the reformer contracts as the temperature of the reformer decreases, the support member slides in the opposite direction with respect to the guide portion while ensuring airtightness.
  • leakage of combustion exhaust gas and off gas from the box can be suppressed.
  • FIG. 1A is a schematic diagram schematically showing a fuel cell system according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic view schematically showing a fuel cell system having a water vaporization section in the reformer.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the fuel cell power generator according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a three-sided view schematically showing the fuel cell power generator according to the embodiment.
  • 3A is a side view of the fuel cell power generation device of FIG. 2 as viewed in the positive direction of arrow X.
  • FIG. FIG. 3B is a side view of the fuel cell power generator of FIG. 2 as viewed in the positive direction of the arrow Y.
  • 3C is a plan view of the fuel cell power generation device of FIG.
  • FIG. 4 is a side view showing a state in which the guide portion and the support member are attached to the fuel cell power generator according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a side view of the fuel cell power generator of FIG. 2 as viewed from the second side face in the negative direction of the arrow y.
  • FIG. 4B is a side view of the fuel cell power generation device of FIG. 2 as viewed from the first side face in the positive direction of the arrow y.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing each member of the guide portion and the support member.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a state before the guide portion and the support member are assembled.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a state before the guide portion and the support member are assembled.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view illustrating a state after the guide portion and the support member are assembled to the box.
  • FIG. 7A is a plan view showing, as a reference example, a case where a guide portion is attached to the first side surface of the box and a guide portion is attached to the third side surface of the box perpendicular to the box.
  • FIG. 7 (B) is a plan view showing a case where a guide portion is attached to the first side surface of the box body and a guide portion is attached to the second side surface of the box body opposite thereto as the plan view of FIG. is there.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the fastening means.
  • FIG. 1A is a schematic diagram schematically showing a fuel cell system 1 according to an embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic view schematically showing the fuel cell system 1 having the water vaporization unit 39 in the reformer 30.
  • the fuel cell system 1 includes a fuel cell power generator 10 and a hot water tank unit 11.
  • the fuel cell power generation device 10 indicates a structure other than the hot water tank unit 11 in the fuel cell system 1, but may further include at least a part of the hot water tank unit 11, and other than the hot water tank unit 11. The structure may be further included.
  • the fuel cell power generation apparatus 10 supplies fuel gas (reformed gas) obtained by steam reforming a hydrogen-containing fuel such as a hydrocarbon fuel that is a raw fuel and air that is an oxidant. It is a solid oxide fuel cell that receives and generates electricity.
  • the fuel cell power generation apparatus 10 includes an anode 63, an electrolyte 62, a cell stack 60 having a cathode 64, an off-gas combustion unit 14, a reformer 30, and a water vaporization unit 39.
  • a reformer 30 illustrated in FIG. 1A includes a reforming unit 40.
  • As the cell stack 60 at least one known solid oxide fuel cell stack can be used.
  • the anode 63 is supplied with hydrogen-rich reformed gas generated by reforming the raw fuel by the reforming unit 40.
  • the cathode 64 is supplied with an oxidizing agent such as air.
  • the off gas combustion unit 14 burns off gas that has not been used for the reaction of the cell stack 60.
  • the heat generated by the combustion of the off gas is used for the reforming reaction by the reforming unit 40 (arrow B). Further, this heat may be used for water vaporization by the water vaporization unit 39 (arrow B) or for heating the temperature of the cell stack 60 to the power generation start temperature (arrow A).
  • the reformer 30 may be heated using a known method such as separately providing a heater or utilizing an autothermal reforming reaction. Further, as shown in FIG. 1B, the reformer 30 may further include a water vaporization unit 39 in addition to the reforming unit 40. Or in the form which performs partial oxidation reforming instead of steam reforming in reforming part 40, water vaporization part 39 can be omitted.
  • a fuel containing sulfur such as LPG, city gas, or kerosene is used as the raw fuel for the reformed gas
  • the desulfurization unit 38 may be heated using heat generated by off-gas combustion (arrow B).
  • the hot water tank unit 11 includes a hot water tank 13.
  • the hot water tank 13 is supplied with water used as a heat medium and stored.
  • the pump 12 disposed in the fuel cell power generation apparatus 10 circulates water between the heat exchanger 15 disposed in the fuel cell power generation apparatus 10 and the hot water storage tank 13 in the hot water storage tank unit 11.
  • the heat of the high-temperature exhaust gas generated by the off-gas combustion or the exhaust gas heated by the heat generation of the cell stack 60 is heat-exchanged between the heat exchanger 15 and the heat medium (arrow C), and the hot water is stored in the hot water storage tank 13 as hot water. Heat is stored and hot water is supplied as needed.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the fuel cell power generation device 10 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a three-view diagram illustrating an outline of the fuel cell power generation device 10 according to the embodiment.
  • FIG. 3A is a side view of the fuel cell power generation device 10 of FIG.
  • FIG. 3B is a side view of the fuel cell power generation device 10 of FIG. 2 as viewed in the positive direction of the arrow Y.
  • FIG. 3C is a plan view of the fuel cell power generation device 10 of FIG. 2 as viewed in the negative direction of the arrow Z.
  • FIG. 3A is a side view of the fuel cell power generation device 10 of FIG.
  • FIG. 3B is a side view of the fuel cell power generation device 10 of FIG. 2 as viewed in the positive direction of the arrow Y.
  • FIG. 3C is a plan view of the fuel cell power generation device 10 of FIG. 2 as viewed in the negative direction of the arrow Z.
  • FIG. 3A is a side view
  • FIG. 4 is a side view showing a state in which guide portions 71, 72, 73, 74, 75, and support members 41, 42, 43, 44, 45, and 46 are attached to the fuel cell power generation device 10 according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a side view of the fuel cell power generation device 10 of FIG. 2 as viewed from the second side surface 17 in the negative direction of the arrow y.
  • FIG. 4B is a side view of the fuel cell power generation device 10 of FIG. 2 as viewed from the first side face 16 in the positive direction of the arrow y.
  • the fuel cell power generator 10 has a box 20 for generating power internally. Inside the box 20, a reformer 30, a cell stack 60, and a manifold 52 are arranged in this order toward the negative direction of the Z-axis.
  • the reformer 30 shown in FIG. 1 (A) is used.
  • the box body 20 is viewed as transparent for explanation. 2 and 3
  • the water vaporization section 39 and the desulfurization section 38 shown in FIG. 1 (A) are used
  • FIG. 2 and FIG. 4 the air inlet 27 and the exhaust gas outlet 28 shown in FIG.
  • the box through holes 21, 22, 23, 24, 25, and 26 and the guide portions 71, 72, 73, 74, 75, and 76 shown in FIG. 4 are omitted.
  • the fuel cell power generator 10 has at least one cell stack 60.
  • the cell stack 60 for example, a fuel cell disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-021195 can be used.
  • the cell stack 60 has a structure in which a plurality of fuel cells are regularly arranged. Each fuel cell includes an anode 63, an electrolyte 62, and a cathode 64 as shown in FIG. A reformed gas is supplied to the anode 63, and an oxidant is supplied to the cathode 64.
  • a current collecting member (not shown) is disposed between adjacent fuel cells. Adjacent fuel cells are continuously arranged so as to be in contact with each other through a current collecting member. Thereby, adjacent fuel cells are electrically connected in series.
  • the fuel cell is provided with a positive current wiring 55 and a negative current wiring 56 extending from the current collecting member and penetrating through support members 45 and 46 described later.
  • the positive current wiring 55 and the negative current wiring 56 are wiring through which an aggregated current flows. The current generated by the fuel battery cell is taken out through the positive current wiring 55 and the negative current wiring 56.
  • the reformer 30 shown in FIGS. 2 and 3 reforms the raw fuel supplied from the outside, and generates reformed gas supplied to the cell stack 60.
  • the reformer 30 is horizontally disposed above the cell stack 60 (in the positive direction of the Z axis) with a predetermined distance from the cell stack 60. This interval corresponds to the off-gas combustion unit 14 in FIG.
  • the reformer 30 of the present embodiment is a steam reformer.
  • the steam reforming catalyst include a ruthenium catalyst and a nickel catalyst.
  • the reformer 30 is connected to a manifold 52 via a reformed gas supply pipe 51.
  • the reformed gas generated by the reformer 30 is supplied to each fuel cell included in the cell stack 60 via the reformed gas supply pipe 51 and the manifold 52.
  • Support members 41 and 42 are fixed to the reformer first side surface 36.
  • the support members 41 and 42 have a function of supporting the reformer 30 inside the box body 20.
  • the support members 41 and 42 are metal cylindrical members having desired strength.
  • the support member 41 can also serve as a raw fuel
  • the support member 42 can also serve as piping (raw fuel introduction part 31 and reformed water introduction part 32) for introducing reformed water into the reformer 30, respectively.
  • the reformed water is vaporized in the water vaporization unit 39, then flows through the support member 41 and is introduced into the reforming unit 40.
  • FIG. 1B in the case of the structure in which the reforming unit 40 and the water vaporization unit 39 are integrated, the reforming water remains in a liquid state on the support member 41 as the raw fuel introduction unit 31. It may be distributed.
  • LPG gas liquefied petroleum gas
  • hydrocarbon fuels such as methane, propane, butane, kerosene, and naphtha
  • hydrogen-containing fuels such as methanol, ethanol, and dimethyl ether
  • the support members 43 and 44 are fixed to the reformer second side surface 37 facing the reformer first side surface 36.
  • the support members 43 and 44 have a function of supporting the reformer 30 inside the box body 20.
  • the support members 43 and 44 are metal cylindrical members having a desired strength, and the temperatures inside the reformer 30 are monitored at the tips of the support members 43 and 44.
  • a pair of thermocouples 33 and 34 are provided, and thermocouple wiring is laid inside the support members 43 and 44.
  • the example in which the support members 41, 42, 43, 44 have other functions in addition to the function of supporting the reformer 30 has been shown, but only the function of supporting the reformer 30 is shown. You may have. In that case, for example, the raw fuel introduction part 31 and / or the reforming water introduction part 32 may be provided separately from the support members 41 and 42 which are rod-like members that are not hollow. Further, in the reformer 30 in which the support members 43 and 44 do not include the thermocouples 33 and 34, the support members 43 and 44 that are rod-shaped members that are not hollow may be used.
  • the box-type reformer 30 is exemplified, but the reformer 30 is a cylindrical reformer or a cylindrical double-tube reformer as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-007371. May be.
  • one surface is the reformer first side surface 36 and the other surface is the reformer second side surface 37.
  • the box 20 has a box first side 16 and a box second side 17 facing the box first side 16.
  • the box body first side surface 16 faces the reformer first side surface 36
  • the box body second side surface 17 faces the reformer second side surface 37.
  • Each of the box body first side surface 16 and the box body second side surface 17 is provided with at least one box body through hole.
  • the box first side surface 16 is provided with box through holes 21 and 22 that are through holes for inserting support members 41 and 42 that support the reformer 30.
  • the box body second side surface 17 is provided with box body through holes 23 and 24 which are through holes for inserting support members 43 and 44 that support the reformer 30.
  • the support member 41 is inserted through a guide portion 71 fixed to the box through hole 21.
  • the support member 42 is in the guide part 72 fixed to the box body through hole 22
  • the support member 43 is in the guide part 73 fixed in the box body through hole 23
  • the support member 44 is in the box body through hole.
  • the guide portions 74 are fixed to the guide portions 74.
  • the support members 41, 42, 43, and 44 support the reformer 30 that raises the temperature inside the box body 20.
  • the structure of the guide portions 71, 72, 73 and 74 will be described later with reference to FIGS. 5 and 6 taking the guide portion 71 as an example.
  • box through holes 25 and 26 for inserting support members 45 and 46 are provided in the box second side face 17, respectively.
  • the support members 45 and 46 are slidably inserted into guide portions 75 and 76 fixed to the box through holes 25 and 26, respectively.
  • the support members 45 and 46 are made of an insulating member, and are, for example, ceramic insulators having a glaze treatment on the surface.
  • a positive current wiring 55 is laid inside the support member 45, and a negative current wiring 56 is laid inside the support member 46.
  • the positive electrode current wiring 55 and the negative electrode current wiring 56 are laid inside the support members 45 and 46. In order to prevent leakage of off-gas, combustion exhaust gas, etc.
  • the inside of the support members 45 and 46 is sealed by a sealing member (not shown) having heat resistance and airtightness.
  • a sealing member (not shown) having heat resistance and airtightness.
  • the positive current wiring 55 and the negative current wiring 56 penetrate the sealing member, so that the airtightness inside the support members 45 and 46 is maintained.
  • the positive electrode current wiring 55 and the negative electrode current wiring 56 protrude from the box through holes 25 and 26 provided in the box second side surface 17.
  • the positive electrode current wiring 55 and the negative electrode current wiring 56 may protrude from the first side surface 16 by providing the box through holes 25 and 26 on the first side surface 16.
  • any one of the box through holes 25 and 26 is provided on the box first side face 16 so that either the positive current wiring 55 or the negative current wiring 56 is projected from the box first side face 16. May be.
  • the support members 45 and 46 may have a function of supporting at least a part of the power generation unit 50.
  • the power generation unit 50 refers to an assembly of the reformed gas supply pipe 51, the manifold 52 and the cell stack 60.
  • the LPG gas supplied from the support member 41 (raw fuel introduction section 31), which is a pipe for supplying raw fuel, is heated in the reforming section 40 by off-gas combustion described later. As a result, the LPG gas is heated to a temperature suitable for the reforming reaction.
  • the reformed water supplied from the support member 42 (reformed water introduction unit 32), which is a reforming water supply pipe, is heated in the water vaporization unit 39 shown in FIG. 1 to become steam. Water vapor is supplied from the water vaporization unit 39 to the reforming unit 40 and becomes a fuel gas in which LPG gas and water vapor are mixed.
  • the fuel gas flows downstream in the reformer 30, and is supplied to the anode 63 of each fuel cell through the reformed gas supply pipe 51 and the manifold 52 (FIGS. 3A and 3B). Arrow D). Air is supplied to the cathode 64 of each fuel cell from an air inlet 27 provided at the bottom of the box 20. Thereby, a power generation reaction occurs in the fuel cell.
  • An unreacted reformed gas (hereinafter referred to as anode off gas) that has not been used in power generation of the fuel battery cell is discharged toward the reformer 30 from the upper part of the fuel battery cell.
  • the anode off gas and the air (cathode off gas) which has not been subjected to the reaction among the air introduced from the air introduction port 27 is burned in the off gas combustion unit 14 between the cell stack 60 and the reformer 30.
  • the reformer 30 is heated to about 600 to about 750 ° C. in a steady state. Since the reforming reaction is promoted by heating the reformer 30, the generation efficiency of the reformed gas is improved.
  • the combustion exhaust gas is discharged from an exhaust gas outlet 28 provided in the ceiling portion of the box body 20 (arrow E in FIGS. 3A and 3B).
  • the air inlet 27 is provided at the bottom of the box 20 and the exhaust gas outlet 28 is provided at the ceiling of the box 20, but the air inlet 27 and the exhaust gas are provided.
  • the position of the outlet 28 is not limited to these.
  • a gas flow path may be formed inside the box 20.
  • a guide part is a member which inserts the support member which protrudes from a box body through-hole so that sliding is possible, is connected to a box body through-hole, and is fixed to a box outer surface.
  • the guide portion 71 and the support member 41 shown in FIGS. 3C and 4B will be described.
  • the guide portions 72, 73, 74, and 46 of the support members 42, 43, 44, 45, and 46 are described. The same applies to attachment to 75 and 76.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing each member of the guide portion 71 and the support member 41.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing a state before the guide portion 71 and the support member 41 are assembled.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view illustrating a state after the guide portion 71 and the support member 41 are assembled to the box body 20.
  • the guide portion 71 includes a first housing 80 that is a housing case, a sealing member 100, a spacer 110, a second housing 90 that is a housing lid, and a bolt 120.
  • the first housing 80 is a bottomed container in which a flange portion 86 is provided at the end of the opening 85.
  • the first housing 80 includes a first guide through hole 81 through which the support member 41 is inserted at the center of the bottom.
  • the opening 85 has a larger cross-sectional area than the first guide through hole 81.
  • a plurality of fastening holes 82 are provided in the flange portion 86 formed at the flange of the opening 85.
  • the first housing 80 having a cylindrical cross section is illustrated, but the cross section of the inside 87 of the first housing 80 is not limited thereto, and may be, for example, a square shape.
  • the second housing 90 includes a fitting portion 93 inserted inside the first housing 80 and a flange portion 96.
  • the length l 3 of the fitting portion 93 of the second housing 90 is shorter than the depth l 1 of the first housing 80.
  • the second housing 90 includes a second guide through hole 91 into which the support member 41 is inserted in a state where the fitting portion 93 is inserted into the first housing 80.
  • the second housing 90 in which the fitting portion 93 has a cylindrical shape is illustrated, but the cross section of the fitting portion 93 of the second housing 90 has the same shape as the cross section of the interior 87 of the first housing 80. If it is.
  • the cross-sectional shape of the inside 87 of the first housing 80 is a hexagon
  • the cross-sectional shape of the fitting portion 93 is also a hexagon.
  • the flange portion 96 of the second housing 90 has a fastening hole 92 at a position where it can be fastened to the fastening hole 82 of the first housing 80 in a state where the fitting portion 93 is inserted into the inside 87 of the first housing 80. Is provided.
  • the first housing 80 and the second housing 90 are fastened by the bolts 120 in the fastening holes 82 and 92.
  • the first housing 80 and the second housing 90 are preferably made of metal having heat resistance and desired strength.
  • the spacer 110 is a member inserted into the inside 87 of the first housing 80.
  • the spacer 110 is formed with a through hole 111 that can penetrate the support member 41. Since the spacer 110 hardly shrinks in the thickness direction, the axial length l 5 of the space 112 described later can be adjusted according to the thickness l 4 (length in the central axis direction) of the spacer 110.
  • the spacer 110 having a circular plate shape in cross section is illustrated, but the cross section of the spacer 110 may be the same shape as the cross section of the inside 87 of the first housing 80. For example, if the cross-sectional shape of the inside 87 of the first housing 80 is a hexagon, the spacer 110 is also a hexagonal flat plate.
  • the sealing member 100 is a member for filling and sealing the space 112 by being inserted or press-fitted into the space 112 formed by the support member 41, the first housing 80 and the second housing 90. And flexibility.
  • a through hole 101 is formed in the sealing member 100 at least after the guide portion 71 is assembled. Since the sealing member 100 only needs to seal the space 112, the shape before being inserted or press-fitted into the space 112 is not particularly limited.
  • the sealing member 100 has an outer diameter that can be fitted into the inner portion 87 of the first housing 80, for example, and a through hole 101 into which the support member 41 can be slidably inserted is formed concentrically with the outer diameter. It is a cylindrical body. Considering the deformability of the sealing member 100, the axial length l 2 of the cylindrical sealing member 100 is a length that can maintain a length 15 described later in a state where the guide portion 71 is assembled. That's fine.
  • the sealing member 100 before filling is in the form of a sheet
  • a substantially cylindrical shape is formed by winding the sheet-like sealing member 100 so as to form a through hole 101 through which the support member 41 is slidably inserted.
  • the interior of the space 112 can be easily filled and sealed.
  • the sealing member 100 before filling is string-shaped
  • the string-shaped sealing member 100 is wound in a coil shape so as to form a through hole 101 through which the support member 41 is slidably inserted.
  • a shape can be formed, and the space 112 can be easily filled and sealed. It is also possible to easily fill and seal the interior of the space 112 by winding the sheet-like or string-like sealing member 100 directly around the support member 41 and then inserting or press-fitting the sealing member 100 into the first housing 80. it can.
  • an expanded graphite-containing member containing expanded graphite is preferable from the viewpoints of heat resistance, flexibility, self-lubricating property, durability, airtightness, and cost.
  • the expanded graphite-containing member Graseal packing TOMBO series (Nichias Co., Ltd.) in which a metallic wire is sandwiched between expanded graphite materials can be suitably used.
  • the expanded graphite-containing member has flexibility and also has a self-lubricating property inherent to graphite. Therefore, the space 112 can be easily sealed by press-fitting the expanded graphite-containing member, and the support member 41 can be allowed to slide while maintaining airtightness.
  • a ceramic fiber blanket can also be used. It is desirable to determine the lengths l 1 to l 4 and the length l 5 described later according to the type of these sealing members.
  • the sealing member 100, the spacer 110, and the fitting portion 93 of the second housing 140 are inserted into the interior 87 of the first housing 80 so that the support member 41 can penetrate. .
  • the flange portion 86 of the first housing 80 and the flange portion 96 of the second housing 90 are fixed by the bolts 120 as fastening means, whereby the insertion through hole 122 is formed.
  • the insertion through hole 122 is a through hole of the guide part 71 in a state where the guide part 71 is assembled.
  • a support member 41 protruding from the box 20 is inserted into the insertion through hole 122.
  • a space 112 is formed by the first housing 80 and the spacer 110.
  • the sealing member 100 is filled in the space 112 so that the axial center of the through hole 101 provided in the sealing member 100 is substantially coaxial with the central axis L of the space 112.
  • the length l 2 in the axial direction of the sealing member 100 before assembly is longer than the length l 5 in the direction of the central axis L of the space 112. Therefore, when the second housing 90 is fixed to the first housing 80 by tightening the bolts 120, the sealing member 100 is press-fitted in the direction of the arrow P and contracts. If the support member 41 is not inserted, the through hole 101 may not be a straight hole due to the deformation of the sealing member 100. Therefore, it is sufficient that the axis of the through hole 101 is substantially parallel to the central axis L so that at least the support member 41 can be inserted into the through hole 101.
  • the spacer 110 is used for the guide portion 71 , but the spacer 110 may not be used.
  • the total stress generated between the support member and the sealing member due to the thermal expansion of the reformer 30 is about, for example, about both the box first side surface 16 and the box second side surface 17. 3.4 kN.
  • the proof stress of the support member 41 at high temperature is, for example, about 3.8 kN or more. Therefore, the support member 41 can withstand the stress received from the reformer 30 and the stress received from the sealing member 100 (arrow Q in FIG. 6B) even at high temperatures.
  • the total of the reciprocating resistance (the force required when the two members are slid back and forth) with respect to the support member of the sealing member 100 is about 766 N on the box first side surface 16, for example, and the box body second. In the side surface 17, it is about 383N. This value is smaller than the total load applied to the support member due to the thermal expansion of the reformer 30, and smaller than the load at which the support member breaks due to the tensile strength. Therefore, by using the above-described material as the sealing member 100, the support member 41 can slide without breaking with respect to the sealing member 100.
  • the container-shaped first housing 80 and the lid-shaped second housing 90 are used as the housing of the guide portion 71.
  • the first housing 80 and the second housing 90 are not limited to these shapes.
  • the space 112 may be formed by combining two container-like housings. Further, the number of parts of the housing is not limited to two.
  • each insertion hole (the first guide through hole 81, the second guide through hole 91, the through hole 101, the through hole 111, and the insertion through hole 122 formed from these) and the support member 41 are not necessarily coaxial. Need not be. Further, each insertion hole can allow clearance so that the inserted or press-fitted sealing member 100 does not overflow outside due to the sliding of the support member.
  • the axial shift and clearance between the support members 41, 42, 43, and 44 and the members included in the guide portions 71, 72, 73, and 74 are improved by improving the processing accuracy and assembly accuracy of each member. It is preferable to make it as small as possible.
  • the space between the support members 41, 42, 43, and 44 and the guide portions 71, 72, 73, and 74 is increased.
  • the support members 41, 42, 43, 44 slide with respect to the guide portions 71, 72, 73, 74 while ensuring airtightness.
  • the stress generated between the support members 41, 42, 43, 44 and the guide portions 71, 72, 73, 74 can be reduced, and the support members 41, 42, 43, 44 and the guide portions 71, 72 can be reduced.
  • 73 and 74 are prevented from being damaged.
  • the airtightness between the support members 41, 42, 43, 44 and the guide portions 71, 72, 73, 74 is sufficiently secured, so that the support members 41, 42, 43, 44 and the guide portions 71, Leakage of off-gas, combustion exhaust gas, etc. in the box 20 from between 72, 73, 74 is suppressed.
  • the support members 41, 42, 43, and 44 support the guide portions 71, 72, 73, and 74 while ensuring airtightness. It slides in the opposite direction. Thereby, the energy utilization factor can be improved by reducing leakage of off-gas and combustion exhaust gas in the box 20.
  • the support members 41, 42, 43, and 44 and the guide portions 71, 72, 73, and 74 have a simple structure, it is possible to achieve both slidability and airtightness efficiently in a small space and at a low cost. it can.
  • the guide portions 75 and 76 may be attached to the support members 45 and 46 in which the positive current wiring 55 and the negative current wiring 56 are laid.
  • the supporting members 45 and 46 slide with respect to the guide parts 75 and 76, and the airtightness between them is sufficiently ensured. Therefore, as with the reformer 30, even if the positive current wiring 55 and the negative current wiring 56 themselves and the power generation unit 50 provided with them expand at a high temperature, they are fixed to the bottom surface of the box 20.
  • the stress generated between the power generation unit 50 and the current wiring fixed to the box second side surface 17 is alleviated, and leakage of combustion exhaust gas or the like is suppressed.
  • a fuel cell power generator in which airtightness between the support member and the guide portion is sufficiently ensured and combustion exhaust gas or the like is suppressed from leaking between the support member and the guide portion, a fuel cell is obtained.
  • the thermal efficiency of the system can be improved.
  • FIG. 7A shows, as a reference example, a case where guide parts 71 and 72 are attached to the box first side face 16 and guide parts 73 and 74 are attached to the box third side face 18 perpendicular thereto. It is a top view.
  • FIG. 7B is a plan view of FIG. 2, in which guide parts 71 and 72 are attached to the box first side face 16, and guide parts 73 and 74 are attached to the box second side face 17 opposite thereto. It is a top view which shows the case where it was done.
  • the support member 45 and the support member 46 in FIG. 2 are omitted.
  • guide portions 73 and 74 are attached to the box second side surface 17 facing the box first side surface 16.
  • the supporting members 41 and 42 and the supporting members 43 and 44 are fixed to the opposing box first side 16 and box second side 17 respectively.
  • the support members 41, 42 and the support member 43 , 44 are smoothly displaced in opposite directions. Therefore, sufficient airtightness is ensured between the support members 41, 42, 43, and 44 and the guide portions 71, 72, 73, and 74.
  • FIG. 7B when the box 20 is viewed in a plan view from the direction perpendicular to the box first side face 16 and the box second side face 17, that is, from the Y-axis direction in FIG. A part of the cross section of the support member 41 attached to the side face 16 and a part of the cross section of the support member 44 attached to the box second side face 17 are overlapped. Similarly, the cross section of the support member 42 attached to the box first side surface 16 and the cross section of the support member 43 attached to the box second side surface 17 also overlap. This further reduces the stress acting near the box through hole and the guide through hole of the guide part, and the contact position between the support members 41, 42, 43, 44 and the guide parts 71, 72, 73, 74 is further improved. It can be made to shift smoothly.
  • the support structure containing the above-mentioned support member and guide part with respect to the structure of the fuel cell power generator 10 other than the reformer 30 and the power generation part 50.
  • the solid oxide fuel cell is shown as an example, but the above-described support member and guide portion may be used for fuel cell power generators other than the solid oxide fuel cell.
  • a fuel cell power generator other than the solid oxide type for example, a phosphoric acid fuel cell or a molten carbonate fuel cell power generator can be used.
  • a support structure including the above-described support member and guide portion may be used for structures other than the fuel cell power generator.
  • the support structure in this case supports the temperature raising member whose temperature rises by heat by the support member.
  • the temperature raising member is housed in the temperature raising member storage container, and the support member is slidably inserted into a guide provided in the temperature raising member storage container. Accordingly, when the temperature raising member is thermally expanded, the support member slides with respect to the insertion member while ensuring airtightness between the support member and the insertion member. Thereby, the stress which arises between a supporting member and an insertion member can be reduced, and it is suppressed that damage arises between a supporting member and an insertion member.
  • the temperature raising member whose temperature rises by heat can be stably held in the temperature raising member storage container.
  • the support member and the guide portion have a simple structure, both slidability and airtightness can be achieved efficiently with a small space and at a low cost.
  • the temperature raising member may itself be a member that generates heat.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modified example of the fastening means.
  • FIG. 8A shows that the first housing 80 and the second housing 90 do not include the flange portions 86 and 96, and a caulking portion 88 is formed by caulking the second housing 90 at the opening 85 of the first housing. It is sectional drawing of the structure made to fix.
  • a female screw part 89 is formed on the inner wall near the opening 85 of the first housing 80
  • a male screw part 99 is formed on the fitting part of the second housing part, and they are screwed together.
  • FIG. 8C is a cross-sectional view of a structure in which the first housing 80 and the second housing 90 are fixed by forming the welded portion 124 by welding.
  • the second housing 90 may have a shape including the fitting portion 93 or may be a flat plate not including the fitting portion 93.
  • the spacer 110 can be omitted.
  • the present invention can be used in a field related to a fuel cell power generation device that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, a fuel cell system including the fuel cell power generation device, and a support structure.

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Abstract

　燃料電池発電装置１０は、少なくとも一部分が箱体貫通孔２１において箱体２０の外側面に固定され、箱体貫通孔２１を貫通した支持部材４１を摺動可能に挿通させる挿通用貫通孔１２２を有するガイド部７１とを備える。ガイド部７１は、支持部材４１を挿通させる第１のガイド貫通孔８１が形成された第１のハウジング８０と、支持部材４１を挿通させる第２のガイド貫通孔９１が形成された第２のハウジング９０と、第１のハウジング８０と第２のハウジング９０とが締結され、第１のガイド貫通孔８１および第２のガイド貫通孔９１に支持部材４１が挿通された状態で第１のハウジング８０と第２のハウジング９０との間に形成された空間が埋まるように挿入または圧入され、耐熱性を有する密閉用部材１００とを備える。支持部材４１は、ガイド部７１に対して摺動可能に挿通される。

Description

燃料電池発電装置、燃料電池システムおよび支持構造
　本発明は、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池発電装置、燃料電池発電装置を含む燃料電池システム、および支持構造に関する。
　近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、環境負荷が小さい燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、６００℃以上の高温で作動する固体酸化物形燃料電池が知られている。固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルは、たとえば、特許文献１に記載されているように、円筒型、楕円型、角型など様々な断面構造を持つ。燃料電池セルの層構造としては、内部にアノード極、外部にカソード極を備える構造や、逆に内部にカソード極、外部にアノード極を備える構造などが一般的に知られている。
　固体酸化物形燃料電池として、たとえば、特許文献２に開示された構造が知られている。これらの構造では、複数の燃料電池セルが集電部材を間に介して配列されたセルスタックと、改質反応を行うための改質器とが、内部で発電を行うための箱体内に配置されている。一般的にこれらの構造では、原燃料あるいは改質水を改質器に供給するための配管が、箱体に設けられた貫通孔に挿通されている。また、この構造では、改質器を加熱するために、セルスタックを動作温度まで昇温させるためのバーナの燃焼熱やセルスタックのオフガスの燃焼熱が利用されている。この構造では、燃焼排ガスや未使用のオフガスが箱体内に充満している。そのため、箱体に設けられた貫通孔部分における箱体と配管との隙間から、燃焼排ガスやオフガスが漏出することを抑制する必要がある。
　これに対し、たとえば、特許文献３には、外側貫通孔を外側より覆う蓋板を備え、蓋板が挿入管を挿入するための装着孔を有し、蓋板と挿入管とを溶接により固定する技術が記載されている。
特開２００９－０２１１９５号公報 特開２００６－２６９３３２号公報 特開２０１０－０４４９９２号公報
　しかし、上述した従来の構造では、改質器の熱膨張により、改質器に接続された配管と箱体との接続部に応力が発生し、この応力によって接続部が破損して、箱体内の燃焼排ガスやオフガスが漏出してしまうおそれがあった。この場合、漏出した燃焼排ガスやオフガスが持つ熱エネルギーを改質器などの加熱に利用できなくなるため、燃料電池全体のエネルギー効率が低下してしまう。
　本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、改質器とセルスタックとが箱体の内部に配置された燃料電池発電装置およびこの燃料電池発電装置を含む燃料電池システムにおいて、箱体から燃焼排ガスやオフガスが漏出することを抑制する技術を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様の燃料電池発電装置は、複数の燃料電池セルを配列したセルスタックと、セルスタックに供給する燃料ガスを生成するための改質器と、セルスタックおよび改質器を収容するとともに、箱体貫通孔を少なくとも１つ有する箱体と、箱体貫通孔を通じて箱体を貫通することにより、セルスタックの発電中に昇温する部材を箱体内で支持する略柱状の支持部材と、少なくとも一部分が、箱体貫通孔において箱体の外側面に固定され、箱体貫通孔を貫通した支持部材を摺動可能に挿通させる挿通用貫通孔を有するガイド部と、を備える。ガイド部は、支持部材を挿通させる第１のガイド貫通孔が形成された第１のハウジングと、支持部材を挿通させる第２のガイド貫通孔が形成された第２のハウジングと、第１のハウジングと第２のハウジングとが締結され、第１のガイド貫通孔および第２のガイド貫通孔に支持部材が挿通された状態で第１のハウジングと第２のハウジングとの間に形成された空間が埋まるように挿入または圧入され、耐熱性を有する密閉用部材と、を備えることを特徴とする。
　この態様によると、セルスタックの発電中に昇温する部材が熱膨張したときに、支持部材は支持部材とガイド部との間の気密性を確保しつつ、ガイド部に対して摺動する。これにより、支持部材とガイド部との間に生じる応力を低減することができ、支持部材とガイド部との間に損傷が生じることが抑制される。その結果、支持部材とガイド部との間の気密性が十分に確保されるため、支持部材とガイド部との間から燃焼排ガス等が漏出することが抑制される。同様に、改質器の温度の低下に伴い改質器が収縮した場合にも、気密性を確保しつつ支持部材がガイド部に対して反対方向に摺動する。これにより、箱体の外部へのオフガスや燃焼排ガスの漏出を低減させることにより、エネルギー利用率を向上させることができる。また、支持部材およびガイド部が簡易な構造であるため、省スペースかつ低コストで効率的に摺動性と気密性とを両立させることができる。
　本発明によれば、箱体からの燃焼排ガスやオフガスの漏出を抑制することができる。
図１（Ａ）は、実施の形態に係る燃料電池システムを模式的に示す概略図である。図１（Ｂ）は、改質器に水気化部を有する燃料電池システムを模式的に示す概略図である。 図２は、実施の形態に係る燃料電池発電装置の構造を示す斜視図である。 図３は、実施の形態に係る燃料電池発電装置の概略を示す三面図である。図３（Ａ）は、図２の燃料電池発電装置を矢印Ｘの正方向に向けて見た側面図である。図３（Ｂ）は、図２の燃料電池発電装置を矢印Ｙの正方向に向けて見た側面図である。図３（Ｃ）は、図２の燃料電池発電装置を矢印Ｚの負方向に向けて見た平面図である。 図４は、実施の形態に係る燃料電池発電装置にガイド部および支持部材が取り付けられた状態を示す側面図である。図４（Ａ）は、図２の燃料電池発電装置において第２の側面を矢印ｙの負方向に向けて見た側面図である。図４（Ｂ）は、図２の燃料電池発電装置において第１の側面を矢印ｙの正方向に向けて見た側面図である。 図５は、ガイド部と支持部材の各部材を模式的に示す斜視図である。 図６（Ａ）は、ガイド部と支持部材の組み付け前の状態を示す断面図である。図６（Ｂ）は、ガイド部と支持部材との箱体への組み付け後の状態を示す断面図である。 図７（Ａ）は、参考例として、箱体第１側面にガイド部が取り付けられ、これに垂直な箱体第３側面にガイド部が取り付けられた場合を示す平面図である。一方、図７（Ｂ）は、図２の平面図として、箱体第１側面にガイド部が取り付けられ、これに対向する箱体第２側面にガイド部が取り付けられた場合を示す平面図である。 図８は、締結手段の変形例を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
　（実施の形態）
　図１（Ａ）は、実施の形態に係る燃料電池システム１を模式的に示す概略図である。図１（Ｂ）は、改質器３０に水気化部３９を有する燃料電池システム１を模式的に示す概略図である。
　燃料電池システム１は、燃料電池発電装置１０と、貯湯槽ユニット１１とを含む。本実施の形態では、燃料電池発電装置１０は、燃料電池システム１のうち貯湯槽ユニット１１以外の構造を指すが、貯湯槽ユニット１１の少なくとも一部をさらに含んでもよいし、貯湯槽ユニット１１以外の構造をさらに含んでもよい。
　本実施の形態では、燃料電池発電装置１０は、原燃料である炭化水素燃料などの水素含有燃料を水蒸気改質して得られる燃料ガス（改質ガス）と酸化剤である空気との供給を受けて発電する固体酸化物形燃料電池である。燃料電池発電装置１０は、アノード６３と、電解質６２と、カソード６４を有するセルスタック６０と、オフガス燃焼部１４と、改質器３０と、水気化部３９とを含む。図１（Ａ）に示す改質器３０は、改質部４０を含む。セルスタック６０として、少なくとも１つ以上の公知の固体酸化物形燃料電池スタックを用いることができる。アノード６３には、原燃料を改質部４０により改質して生成された水素リッチな改質ガスが供給される。ここでは、水気化部３９により改質水を気化した水蒸気を用いて、改質器３０で水蒸気改質を行う形態を例示する。カソード６４には、空気などの酸化剤が供給される。オフガス燃焼部１４は、セルスタック６０の反応に使用されなかったオフガスを燃焼する。オフガスの燃焼により発生した熱は、改質部４０による改質反応に用いられる（矢印Ｂ）。また、この熱は、水気化部３９による水気化（矢印Ｂ）やセルスタック６０の温度を発電開始温度にまで加熱するために用いられてもよい（矢印Ａ）。なお、燃料電池システム１の起動時は、ヒータを別途設けたり自己熱改質反応を利用したりするなどの公知の手法を用いて、改質器３０を加熱してもよい。また、図１（Ｂ）に示すように、改質器３０は改質部４０に加えて水気化部３９をさらに有してもよい。あるいは、改質部４０において水蒸気改質にかえて部分酸化改質を行う形態においては、水気化部３９は省略することができる。
　また、改質ガスの原燃料として、ＬＰＧや都市ガス、灯油等の硫黄を含有する燃料を用いる場合には、改質部４０の上流にさらに脱硫部３８を設けることが好ましい。脱硫部３８に充填する脱硫剤として、常温より高い温度で脱硫処理を行う脱硫剤を用いる場合は、オフガスの燃焼により発生した熱を用いて脱硫部３８を加熱してもよい（矢印Ｂ）。
　貯湯槽ユニット１１は、貯湯槽１３を含む。貯湯槽１３には、熱媒体として用いる水が給水されて貯留される。燃料電池発電装置１０内に配置されたポンプ１２は、燃料電池発電装置１０内に配置された熱交換器１５と貯湯槽ユニット１１内の貯湯槽１３との間で水を循環させる。オフガスの燃焼により発生した高温の排ガスや、セルスタック６０の発熱により温められた排ガスの熱は、熱交換器１５と熱媒体との間で熱交換され（矢印Ｃ）、貯湯槽１３に温水として蓄熱され、必要に応じて給湯される。
　次に、本実施の形態の燃料電池発電装置１０の構造を、図１～図５を用いてさらに詳細に説明する。図２は、実施の形態に係る燃料電池発電装置１０の構造を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係る燃料電池発電装置１０の概略を示す三面図である。図３（Ａ）は、図２の燃料電池発電装置１０を矢印Ｘの正方向に向けて見た側面図である。図３（Ｂ）は、図２の燃料電池発電装置１０を矢印Ｙの正方向に向けて見た側面図である。図３（Ｃ）は、図２の燃料電池発電装置１０を矢印Ｚの負方向に向けて見た平面図である。図４は、実施の形態に係る燃料電池発電装置１０にガイド部７１，７２，７３，７４，７５，７６および支持部材４１，４２，４３，４４，４５，４６が取り付けられた状態を示す側面図である。図４（Ａ）は、図２の燃料電池発電装置１０において第２側面１７を矢印ｙの負方向に向けて見た側面図である。図４（Ｂ）は、図２の燃料電池発電装置１０において第１側面１６を矢印ｙの正方向に向けて見た側面図である。
　燃料電池発電装置１０は、内部で発電を行うための箱体２０を有する。箱体２０の内部には、Ｚ軸の負方向に向けて順に、改質器３０、セルスタック６０およびマニホールド５２が配置されている。本実施の形態では、図１（Ａ）に示した改質器３０が使用されている。なお、図２では説明のために箱体２０が透明視されている。また、図２および図３では図１（Ａ）に示した水気化部３９および脱硫部３８が、図２および図４では図３に示した空気導入口２７および排ガス導出口２８が、図２では図４に示した箱体貫通孔２１，２２，２３，２４，２５，２６およびガイド部７１，７２，７３，７４，７５，７６が、それぞれ省略されている。
　燃料電池発電装置１０は、少なくとも１つ以上のセルスタック６０を有する。セルスタック６０として、たとえば特開２００９－０２１１９５号公報に開示された燃料電池を使用することができる。セルスタック６０は、複数の燃料電池セルが規則的に配列された構造を有する。各燃料電池セルは、図１に示したように、アノード６３、電解質６２およびカソード６４を有する。アノード６３には改質ガスが供給され、カソード６４には酸化剤が供給される。隣接する燃料電池セルの間には、図示しない集電部材が配置されている。隣接する燃料電池セルが集電部材を介して接するように連続的に配置されている。これにより、隣接する燃料電池セル同士が電気的に直列に接続されている。燃料電池セルには、集電部材から伸延し、後述する支持部材４５および４６の内部を貫通する正極電流配線５５および負極電流配線５６が設けられている。正極電流配線５５および負極電流配線５６は、集約された電流が流れる配線である。燃料電池セルで発電された電流は、正極電流配線５５および負極電流配線５６を介して取り出される。
　図２および図３に示す改質器３０は、外部から供給された原燃料を改質し、セルスタック６０に供給される改質ガスを生成する。改質器３０は、セルスタック６０の上方（Ｚ軸の正方向）において、セルスタック６０と所定の間隔を空けて水平に配置されている。この間隔が図１のオフガス燃焼部１４に相当する。本実施の形態の改質器３０は、水蒸気改質器である。水蒸気改質用の触媒としては、たとえばルテニウム系触媒やニッケル系触媒などが挙げられる。
　改質器３０は、改質ガス供給管５１を介してマニホールド５２と接続されている。改質器３０で生成された改質ガスは、改質ガス供給管５１およびマニホールド５２を介して、セルスタック６０に含まれる各燃料電池セルに供給される。
　改質器第１側面３６には、支持部材４１および４２が固定されている。支持部材４１および４２は、改質器３０を箱体２０の内部で支持する機能を有する。本実施の形態では、支持部材４１および４２は所望の強度を有する金属製の筒状部材である。支持部材４１は原燃料を、支持部材４２は改質水をそれぞれ改質器３０に導入するための配管（原燃料導入部３１および改質水導入部３２）を兼ねることができる。本実施の形態では、図１（Ａ）に示したように、改質水は水気化部３９において気化された後、支持部材４１を流通して改質部４０に導入される。一方、図１（Ｂ）に示したように、改質部４０と水気化部３９が一体となった構造の場合は、改質水を液体のまま原燃料導入部３１である支持部材４１に流通させてもよい。
　本実施例の燃料電池発電装置１０では、原燃料としてＬＰＧガス（液化石油ガス）が用いられる。その他の原燃料として、メタン、プロパン、ブタン、灯油、ナフサ等の炭化水素燃料や、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル等の含水素燃料を用いることもできる。
　また、改質器第１側面３６と対向する改質器第２側面３７には、支持部材４３および４４の一部が固定されている。支持部材４３および４４は、改質器３０を箱体２０の内部で支持する機能を有する。また、本実施の形態では、支持部材４３および４４は所望の強度を有する金属製の筒状部材であり、支持部材４３および４４の先端には、改質器３０の内部の温度をモニタするための１対の熱電対３３，３４が設けられ、支持部材４３および４４の内部には熱電対用の配線が敷設されている。
　本実施の形態では、支持部材４１，４２，４３，４４が改質器３０を支持する機能に加え、それ以外の機能も有する例を示したが、これらが改質器３０を支持する機能のみを有してもよい。その場合には、たとえば中空でない棒状の部材である支持部材４１および４２とは別に、原燃料導入部３１および／または改質水導入部３２を設けてもよい。また、支持部材４３および４４が熱電対３３，３４を備えない改質器３０においては、中空でない棒状の部材である支持部材４３および４４を用いてもよい。
　なお、本実施形態では箱型の改質器３０を例示したが、改質器３０は特開２００８－００７３７１号公報に示すような円筒型改質器または円筒二重管型改質器であってもよい。この場合、一方の面を改質器第１側面３６、他方の面を改質器第２側面３７とする。
　箱体２０は、箱体第１側面１６と、箱体第１側面１６に対向する箱体第２側面１７とを有する。図３（Ｃ）に示すように、箱体第１側面１６は改質器第１側面３６と面し、箱体第２側面１７は改質器第２側面３７と面する。箱体第１側面１６および箱体第２側面１７には、それぞれ少なくとも１つの箱体貫通孔が設けられている。本実施の形態では、箱体第１側面１６には、改質器３０を支持する支持部材４１および４２を挿通するための貫通孔である箱体貫通孔２１および２２が設けられている。また、箱体第２側面１７には、改質器３０を支持する支持部材４３および４４を挿通するための貫通孔である箱体貫通孔２３および２４が設けられている。支持部材４１は、箱体貫通孔２１に固定されたガイド部７１に挿通されている。同様に、支持部材４２は、箱体貫通孔２２に固定されたガイド部７２に、支持部材４３は、箱体貫通孔２３に固定されたガイド部７３に、支持部材４４は、箱体貫通孔２４に固定されたガイド部７４に、それぞれ挿通されている。これにより、支持部材４１，４２，４３および４４は、昇温する改質器３０を箱体２０の内部で支持する。ガイド部７１，７２，７３および７４の構造については、ガイド部７１を例にして図５および６を用いて後述する。
　また、図３（Ｃ）に示すように、箱体第２側面１７には、支持部材４５および４６を挿入するための箱体貫通孔２５および２６が、それぞれ設けられている。支持部材４５および４６は、それぞれ箱体貫通孔２５および２６に固定されたガイド部７５および７６に対して、摺動可能に挿通されている。支持部材４５および４６は絶縁部材からなり、例えば、表面に釉薬処理を施したセラミック碍子体である。支持部材４５の内部には正極電流配線５５、支持部材４６の内部には負極電流配線５６が敷設されている。本実施の形態では、正極電流配線５５および負極電流配線５６は、支持部材４５および４６の内部に敷設されている。箱体２０内からオフガスおよび燃焼排ガスなどが漏出することを防ぐために、支持部材４５および４６の内部の少なくとも一部は耐熱性および気密性を有する図示しない封止部材により封止されている。その上で、正極電流配線５５および負極電流配線５６が封止部材を貫通することにより、支持部材４５および４６の内部の気密性が保たれている。
　本実施の形態では、箱体第２側面１７に設けられた箱体貫通孔２５および２６から正極電流配線５５、負極電流配線５６が突出している。正極電流配線５５および負極電流配線５６は、箱体貫通孔２５および２６を第１側面１６に設けることにより第１側面１６から突出させてもよい。また、箱体貫通孔２５および２６のうちのいずれか一方を箱体第１側面１６に設けることにより、正極電流配線５５または負極電流配線５６のいずれか一方を箱体第１側面１６から突出させてもよい。なお、支持部材４５および４６は、発電部５０の少なくとも一部を支持する機能を有してもよい。本実施の形態では、発電部５０とは、改質ガス供給管５１、マニホールド５２およびセルスタック６０のアセンブリをいう。
　次に、燃料電池発電装置１０の箱体２０における燃料ガスとオフガスの流路について、図１、図２、図３（Ａ）および（Ｂ）を用いて説明する。なお、図３（Ａ）および（Ｂ）の実線の矢印Ｄは原燃料および改質ガスの流れを示し、図３（Ａ）および（Ｂ）の点線の矢印Ｅはオフガスおよび燃焼排ガスの流れを示す。本実施形態においては、原燃料としてＬＰＧを用いる場合を例に説明する。
　原燃料供給用の配管である支持部材４１（原燃料導入部３１）から供給されたＬＰＧガスは、後述するオフガスの燃焼により、改質部４０において加熱される。その結果、ＬＰＧガスが改質反応に適した温度にまで昇温される。同様に、改質水供給用の配管である支持部材４２（改質水導入部３２）から供給された改質水は、図１に示した水気化部３９において加熱され、水蒸気となる。水蒸気が水気化部３９から改質部４０に供給され、ＬＰＧガスと水蒸気とが混合した燃料ガスとなる。燃料ガスは、改質器３０の内部を下流側へと流れ、改質ガス供給管５１、マニホールド５２を経て、各燃料電池セルのアノード６３に供給される（図３（Ａ）および（Ｂ）の矢印Ｄ）。また、箱体２０の底部に設けられた空気導入口２７から各燃料電池セルのカソード６４に空気が供給される。これにより、燃料電池セルにおいて発電反応が起きる。
　燃料電池セルの発電で使用されなかった未反応な改質ガス（以下、アノードオフガスという）は、燃料電池セルの上部から改質器３０に向けて放出される。このアノードオフガスと、空気導入口２７から導入された空気のうち反応に供されなかった空気（カソードオフガス）を、セルスタック６０と改質器３０との間のオフガス燃焼部１４にて燃焼させることにより、改質器３０を定常時で約６００～約７５０℃にまで加熱する。改質器３０が加熱されることにより、改質反応が促進されるため、改質ガスの生成効率が向上する。燃焼排ガスは、箱体２０の天井部に設けられた排ガス導出口２８から排出される（図３（Ａ）および（Ｂ）の矢印Ｅ）。
　なお、本実施の形態では、説明を容易にするために、空気導入口２７を箱体２０の底部、排ガス導出口２８を箱体２０の天井部にそれぞれ設けたが、空気導入口２７および排ガス導出口２８の位置は、これらに限定されない。また、カソード６４への酸化剤の供給やセルスタック６０からの燃焼排ガスの導出をより効率化するために、箱体２０の内部にガス流路を形成してもよい。
　次に、ガイド部と支持部材の構造を、図５および図６を用いて説明する。ガイド部は、箱体貫通孔から突出する支持部材を摺動可能に挿通させる部材であり、箱体貫通孔と連通して箱体外側面に固定される。ここでは図３（Ｃ）および図４（Ｂ）に示したガイド部７１および支持部材４１を用いて説明するが、支持部材４２，４３，４４，４５，４６のガイド部７２，７３，７４，７５，７６への取り付けについても同様である。
　図５は、ガイド部７１と支持部材４１の各部材を模式的に示す斜視図である。図６（Ａ）は、ガイド部７１と支持部材４１の組み付け前の状態を示す断面図である。図６（Ｂ）は、ガイド部７１と支持部材４１との箱体２０への組み付け後の状態を示す断面図である。
　まず、図５および図６（Ａ）に基づいて、ガイド部７１に含まれる各部材を説明する。ガイド部７１は、ハウジングケースである第１のハウジング８０と、密閉用部材１００と、スペーサ１１０と、ハウジング蓋である第２のハウジング９０と、ボルト１２０とを含む。第１のハウジング８０は、開口部８５の淵にフランジ部８６が設けられた有底の容器である。第１のハウジング８０は、底部の中央に支持部材４１が挿通される第１のガイド貫通孔８１を備える。開口部８５は第１のガイド貫通孔８１より断面積が大きい。開口部８５の淵に形成されたフランジ部８６には、複数の締結孔８２が設けられている。なお、本実施形態では断面が円筒形状の第１のハウジング８０を例示するが、第１のハウジング８０の内部８７の断面はこれには限られず、たとえば角型であってもよい。
　第２のハウジング９０は、第１のハウジング８０の内側に挿通される嵌合部９３と、フランジ部９６を備える。第２のハウジング９０の嵌合部９３の長さｌ３は、第１のハウジング８０の深さｌ１より短い。第２のハウジング９０は、第１のハウジング８０に嵌合部９３を挿通した状態において支持部材４１が挿通される、第２のガイド貫通孔９１を備える。本実施形態では嵌合部９３が円筒形状である第２のハウジング９０を例示するが、第２のハウジング９０の嵌合部９３の断面は、第１のハウジング８０の内部８７の断面と同形状であればよい。たとえば、第１のハウジング８０の内部８７の断面形状が六角形であれば、嵌合部９３の断面形状も六角形とする。
　第２のハウジング９０のフランジ部９６は、嵌合部９３が第１のハウジング８０の内部８７に挿通された状態で、第１のハウジング８０の締結孔８２と互いに締結可能な位置に締結孔９２を備える。第１のハウジング８０と第２のハウジング９０は、締結孔８２，９２においてボルト１２０により締結される。第１のハウジング８０と第２のハウジング９０は、耐熱性と所望の強度を有する金属製であることが好ましい。
　スペーサ１１０は、第１のハウジング８０の内部８７に挿入される部材である。スペーサ１１０には、支持部材４１を貫通可能な貫通孔１１１が形成されている。スペーサ１１０は厚み方向にはほとんど収縮しないため、スペーサ１１０の厚みｌ４（中心軸方向の長さ）に応じて、後述する空間１１２の軸方向の長さｌ５を調整することができる。本実施形態では断面が円形平板状のスペーサ１１０を例示するが、スペーサ１１０の断面は、第１のハウジング８０の内部８７の断面と同形状であればよい。たとえば、第１のハウジング８０の内部８７の断面形状が六角形であればスペーサ１１０も六角形の平板状とする。
　密閉用部材１００は、支持部材４１、第１のハウジング８０および第２のハウジング９０によって形成される空間１１２に挿入または圧入されることにより、空間１１２を充填し密閉するための部材であり、耐熱性および可撓性を有する。密閉用部材１００には、少なくともガイド部７１の組み付け後に、貫通孔１０１が形成される。密閉用部材１００は、空間１１２を密閉できればよいため、空間１１２に挿入または圧入される前の形状は特に限定されない。
　密閉用部材１００は、たとえば第１のハウジング８０の内部８７に嵌合可能な外径を有し、支持部材４１が摺動可能に挿通可能な貫通孔１０１が外径と同心円状に形成された円筒体である。密閉用部材１００の変形性を考慮して、円筒体である密閉用部材１００の軸方向の長さｌ２は、ガイド部７１が組み付けられた状態で、後述する長さｌ５を維持できる長さであればよい。
　また、充填前の密閉用部材１００がシート状の場合、支持部材４１が摺動可能に挿通する貫通孔１０１を形成するようにシート状の密閉用部材１００を巻くことにより、略円筒形を形成することができ、容易に空間１１２の内部を充填し密閉することができる。また、充填前の密閉用部材１００が紐状の場合、支持部材４１が摺動可能に挿通する貫通孔１０１を形成するように紐状の密閉用部材１００をコイル状に巻くことにより、略円筒形状を形成することができ、容易に空間１１２の内部を充填し密閉することができる。なお、シート状または紐状の密閉用部材１００を支持部材４１に直接巻き付けてから第１のハウジング８０の内部に挿入または圧入することによっても、容易に空間１１２の内部を充填し密閉することができる。
　このような密閉用部材１００の材料としては、耐熱性、可撓性、自己潤滑性、耐久性、気密性およびコストの観点から、膨張黒鉛を含有する膨張黒鉛含有部材が好ましい。膨張黒鉛含有部材としては、金属性のワイヤーを膨張黒鉛材料で挟持したグラシールパッキンＴＯＭＢＯシリーズ（ニチアス株式会社）を好適に使用することができる。膨張黒鉛含有部材は、可撓性を有し、かつ黒鉛固有の自己潤滑性も備える。そのため、膨張黒鉛含有部材の圧入により、空間１１２を容易に密閉することができ、気密性を保持しつつ支持部材４１の摺動を許容することができる。また、膨張黒鉛含有部材の他、セラミックファイバーブランケットを用いることもできる。これら密閉性部材の種類に応じて、長さｌ１～ｌ４および後述する長さｌ５を決定することが望ましい。
　図６（Ｂ）のように、密閉用部材１００、スペーサ１１０および第２のハウジング１４０の嵌合部９３が、支持部材４１が貫通可能となるよう第１のハウジング８０の内部８７に挿入される。そして、第１のハウジング８０のフランジ部８６と第２のハウジング９０のフランジ部９６とが締結手段であるボルト１２０により固定されことにより、挿通用貫通孔１２２が形成される。挿通用貫通孔１２２は、ガイド部７１を組み立てた状態におけるガイド部７１の貫通孔をいう。箱体２０から突出する支持部材４１がこの挿通用貫通孔１２２に挿入される。この場合、第１のハウジング８０とスペーサ１１０とにより空間１１２が形成されている。空間１１２の中心軸Ｌ方向の長さは、ｌ５（＝ｌ１－ｌ３－ｌ４）である。
　密閉用部材１００は、密閉用部材１００に設けられた貫通孔１０１の軸心が空間１１２の中心軸Ｌと略同軸となるように、空間１１２の内部に充填されている。組み付け前の密閉用部材１００の軸方向の長さｌ２は、空間１１２の中心軸Ｌ方向の長さｌ５よりも長い。そのため、ボルト１２０の締め付けによって第２のハウジング９０が第１のハウジング８０に固定された場合、密閉用部材１００は矢印Ｐの方向に圧入され収縮する。支持部材４１を挿通させていない状態では、密閉用部材１００の変形によって、貫通孔１０１が真っ直ぐな孔とならない可能性がある。そのため、少なくとも支持部材４１を貫通孔１０１に挿通可能な程度に、貫通孔１０１の軸心が中心軸Ｌと略平行であればよい。
　なお、本実施の形態ではガイド部７１にスペーサ１１０が使用される例を示したが、スペーサ１１０は使用されなくてもよい。この場合でも、組み付け前の密閉用部材１００の軸方向の長さｌ２は、第１のハウジング８０と第２のハウジング９０との間に形成される空間１１２の中心軸Ｌ方向の長さｌ５（＝ｌ１－ｌ３）よりも長くする。
　本実施の形態では、改質器３０の熱膨張により支持部材と密閉用部材の間に発生する応力の合計は、箱体第１側面１６および箱体第２側面１７のいずれにおいても、たとえば約３．４ｋＮである。これに対し、高温下における支持部材４１の耐力はたとえば約３．８ｋＮ以上である。そのため、支持部材４１は、高温下においても改質器３０から受ける応力および密閉用部材１００から受ける応力（図６（Ｂ）の矢印Ｑ）に耐えることができる。
　また、密閉用部材１００の支持部材に対する往復動抵抗（２つの部材を往復して摺動させる際に必要となる力）の合計は、たとえば箱体第１側面１６では約７６６Ｎ、箱体第２側面１７では約３８３Ｎである。この値は、いずれも改質器３０の熱膨張により支持部材にかかる荷重の合計よりも小さく、かつ引っ張り強度で支持部材が破断する荷重よりも小さい。したがって、密閉用部材１００として上述の材料を使用することにより、支持部材４１は密閉用部材１００に対して破断することなく摺動することができる。
　なお、本実施の形態では、ガイド部７１のハウジングとして容器状の第１のハウジング８０と蓋状の第２のハウジング９０とを用いたが、組み付けられた状態で空間１１２を形成できるのであれば、第１のハウジング８０と第２のハウジング９０はこれらの形状には限られない。たとえば、容器状のハウジングを２つ組み合わせることにより、空間１１２を形成してもよい。また、ハウジングの部品は２つには限られない。
　また、本実施の形態では、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との間の気密性を確保した状態で密閉用部材１００が弾性変形する。そのため、各挿通孔（第１のガイド貫通孔８１、第２のガイド貫通孔９１、貫通孔１０１、貫通孔１１１、およびこれらから形成された挿通用貫通孔１２２）と支持部材４１とは必ずしも同軸である必要はない。また、各挿通孔は、挿入または圧入された密閉用部材１００が支持部材の摺動によって外に溢れない程度にクリアランスを許容できる。ただし、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４に含まれる各部材との軸心のずれやクリアランスは、各部材の加工精度や組み立て精度を向上させることにより、できるだけ小さくすることが好ましい。
　以上、本実施の形態によると、セルスタック６０の発電中に改質器３０が熱膨張したときに、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との間の気密性を確保しつつ、支持部材４１，４２，４３，４４がガイド部７１，７２，７３，７４に対して摺動する。これにより、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との間に生じる応力を低減することができ、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との間に損傷が生じることが抑制される。その結果、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との間の気密性が十分に確保されるため、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との間から箱体２０内のオフガスや燃焼排ガスなどが漏出することが抑制される。同様に、改質器３０の温度の低下に伴い改質器３０が収縮した場合にも、気密性を確保しつつ支持部材４１，４２，４３，４４がガイド部７１，７２，７３，７４に対して反対方向に摺動する。これにより、箱体２０内のオフガスおよび燃焼排ガスなどの漏出を低減させることにより、エネルギー利用率を向上させることができる。また、支持部材４１，４２，４３，４４およびガイド部７１，７２，７３，７４が簡易な構造であるため、省スペースかつ低コストで効率的に摺動性と気密性とを両立させることができる。
　同様に、内部に正極電流配線５５および負極電流配線５６を敷設する支持部材４５および４６にガイド部７５および７６を取り付けてもよい。これにより、支持部材４５および４６がガイド部７５および７６に対して摺動し、かつこれらの間の気密性が十分に確保される。そのため、改質器３０と同様に、正極電流配線５５および負極電流配線５６自体や、それらが設けられている発電部５０が高温になって膨張したとしても、箱体２０の底面に固定されている発電部５０と、箱体第２側面１７に固定されている電流配線との間に生じる応力が緩和され、また燃焼排ガス等の漏出が抑制される。
　また、支持部材とガイド部との間の気密性が十分に確保され、燃焼排ガス等が支持部材とガイド部との間から漏出することが抑制された燃料電池発電装置を用いることにより、燃料電池システムの熱効率を向上させることができる。
　次に、支持部材の箱体２０における固定位置について説明する。図７（Ａ）は、参考例として、箱体第１側面１６にガイド部７１および７２が取り付けられ、これに垂直な箱体第３側面１８にガイド部７３および７４が取り付けられた場合を示す平面図である。一方、図７（Ｂ）は、図２の平面図として、箱体第１側面１６にガイド部７１および７２が取り付けられ、これに対向する箱体第２側面１７にガイド部７３および７４が取り付けられた場合を示す平面図である。なお、図７（Ｂ）では、図２の支持部材４５および支持部材４６は省略している。
　図７（Ａ）では、燃料電池発電装置１０が発電して箱体２０の内部が加熱された場合、改質器３０が膨張する。その結果、点線で示したように改質器３０および支持部材４１，４２，４３，４４が斜め方向にずれ、箱体貫通孔２１，２２，２３，２４およびガイド部７１，７２，７３，７４のガイド貫通孔付近に応力が働く場合がある。この場合、支持部材４１，４２，４３，４４、箱体２０、ガイド部７１，７２，７３，７４などが変形したり損傷したりすると、気密性が不十分となる。その結果、箱体２０内からオフガスや燃焼排ガスなどが漏出することにより、燃料電池発電装置１０のエネルギー利用率が低下する場合がある。
　一方、図７（Ｂ）では、ガイド部７３および７４が箱体第１側面１６と対向する箱体第２側面１７に取り付けられている。この場合、支持部材４１および４２と、支持部材４３および４４とが、それぞれ対向する箱体第１側面１６と箱体第２側面１７とに固定されている。この構造では、熱により改質器３０が膨張した場合でも、ガイド部７１，７２，７３，７４にはガイド貫通孔の軸と平行な力しか働かないので、支持部材４１，４２と支持部材４３，４４とが互いに反対方向にスムーズに変位する。そのため、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との間で気密性が十分に確保される。これにより、図７（Ａ）のような箱体貫通孔およびガイド部のガイド貫通孔付近に応力が働くことを軽減し、支持部材４１，４２，４３，４４、箱体２０、ガイド部７１，７２，７３，７４等の変形や損傷を抑制することができる。その結果、箱体２０内から外部へオフガスや燃焼排ガスなどが漏出することを低減させることにより、燃料電池発電装置１０におけるエネルギー利用率をさらに向上させることができる。
　また、図７（Ｂ）の場合、箱体２０を箱体第１側面１６および箱体第２側面１７に垂直な方向、つまり図２のＹ軸方向から平面視した場合に、箱体第１側面１６に取り付けられた支持部材４１の断面の一部と箱体第２側面１７に取り付けられた支持部材４４の断面の一部とが重畳している。同様に、箱体第１側面１６に取り付けられた支持部材４２の断面と箱体第２側面１７に取り付けられた支持部材４３の断面も重畳している。これにより、箱体貫通孔およびガイド部のガイド貫通孔付近に応力が働くことをさらに軽減し、支持部材４１，４２，４３，４４とガイド部７１，７２，７３，７４との接触位置がよりスムーズにずれるようにすることができる。
　なお、改質器３０および発電部５０以外の燃料電池発電装置１０の構造に対し、上述の支持部材およびガイド部を含む支持構造を用いてもよい。また、本実施の形態では固体酸化物形燃料電池を例に示したが、固体酸化物形以外の燃料電池発電装置に対し、上述の支持部材およびガイド部を用いてもよい。固体酸化物形以外の燃料電池発電装置としては、たとえばりん酸形燃料電池または溶融炭酸塩形燃料電池発電装置を用いることができる。
　さらに、燃料電池発電装置以外の構造に対し、上述の支持部材およびガイド部を含む支持構造を用いてもよい。この場合の支持構造は、熱によって温度が上昇する昇温部材を支持部材により支持する。昇温部材は昇温部材収納容器に収容され、支持部材は昇温部材収納容器に設けられたガイドに摺動可能に挿通されている。これにより、昇温部材が熱膨張したときに、支持部材と挿通部材との間の気密性を確保しつつ、支持部材が挿通部材に対して摺動する。これにより、支持部材と挿通部材との間に生じる応力を低減することができ、支持部材と挿通部材との間にダメージが生じることが抑制される。そのため、熱によって温度が上昇する昇温部材を昇温部材収納容器内で安定して保持することができる。また、支持部材およびガイド部が簡易な構造であるため、省スペースかつ低コストで効率的に摺動性と気密性とを両立させることができる。なお、昇温部材は、それ自体が熱を発生する部材であってもよい。
（変形例）
　締結手段として、図５および６で示したボルト１２０に代えて、図８（Ａ）～（Ｃ）の構造を用いることもできる。図８は、締結手段の変形例を示す断面図である。図８（Ａ）は、第１のハウジング８０および第２のハウジング９０がフランジ部８６および９６を備えず、第１のハウジングの開口部８５で第２のハウジング９０をかしめるかしめ部８８を形成させて固定する構造の断面図である。図８（Ｂ）は、第１のハウジング８０の開口部８５付近の内壁に雌ネジ部８９を形成し、第２のハウジング部の嵌合部に雄ネジ部９９を形成し、互いを螺合させる構造の断面図である。図８（Ｃ）は、溶接により溶接部１２４を形成させることにより、第１のハウジング８０と第２のハウジング９０とを固定させる構造の断面図である。図８（Ｃ）の場合、第２のハウジング９０は嵌合部９３を備える形状であってもよく、嵌合部９３を備えない平板であってもよい。なお、いずれの場合も、スペーサ１１０は省略可能である。
　本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
１０　燃料電池発電装置、２０　箱体、２１　箱体貫通孔、４１　支持部材、７１　ガイド部、８０　第１のハウジング、８１　第１のガイド貫通孔、９０　第２のハウジング、９１　第２のガイド貫通孔、１００　密閉用部材、１２２　挿通用貫通孔
　本発明は、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池発電装置、燃料電池発電装置を含む燃料電池システム、および支持構造に関連する分野で利用可能である。

Claims (12)

  1. 　複数の燃料電池セルを配列したセルスタックと、
    　前記セルスタックに供給する燃料ガスを生成するための改質器と、
    　前記セルスタックおよび前記改質器を収容するとともに、箱体貫通孔を少なくとも１つ有する箱体と、
    　前記箱体貫通孔を通じて前記箱体を貫通することにより、前記セルスタックの発電中に昇温する部材を前記箱体内で支持する略柱状の支持部材と、
    　少なくとも一部分が、前記箱体貫通孔において前記箱体の外側面に固定され、前記箱体貫通孔を貫通した前記支持部材を摺動可能に挿通させる挿通用貫通孔を有するガイド部と、を備え、
    　前記ガイド部は、前記支持部材を挿通させる第１のガイド貫通孔が形成された第１のハウジングと、前記支持部材を挿通させる第２のガイド貫通孔が形成された第２のハウジングと、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとが締結され、前記第１のガイド貫通孔および前記第２のガイド貫通孔に前記支持部材が挿通された状態で前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとの間に形成された空間が埋まるように挿入または圧入され、耐熱性を有する密閉用部材と、を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。
  2. 　前記箱体は、第１の側面と当該第１の側面に対向する第２の側面とを有し、
    　前記第１の側面および前記第２の側面には、それぞれ少なくとも１つの前記箱体貫通孔と前記ガイド部とが設けられ、
    　前記セルスタックの発電中に昇温する部材には、前記第１の側面および前記第２の側面に固定された前記ガイド部の前記ガイド貫通孔に挿通された前記支持部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
  3. 　前記箱体を前記第１の側面および前記第２の側面に垂直な方向から平面視した場合に、前記第１の側面に取り付けられた前記支持部材の断面と前記第２の側面に取り付けられた前記支持部材の断面の少なくとも一部が重畳することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
  4. 　前記第１の側面および前記第２の側面のいずれにおいても、各側面に挿通された１つ以上の前記支持部材における往復動抵抗の合計が、前記セルスタックの発電中に昇温する部材の熱膨張により生じる応力の合計よりも小さいことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池発電装置。
  5. 前記第２のハウジングは、前記第１のハウジングの内壁に嵌合する嵌合部を更に備え、前記嵌合部の長さは前記第１のハウジングの内部空間の深さより短いことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
  6. 　前記密閉用部材は、膨張黒鉛を含有する部材であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
  7. 　前記セルスタックの発電中に昇温する部材は前記改質器であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
  8. 　前記支持部材のうちの少なくとも１つは、前記箱体貫通孔を通じて前記改質器に原燃料を供給するための燃料供給用の配管であることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池発電装置。
  9. 　前記支持部材は、前記セルスタックを前記箱体内で支持することを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の燃料電池装置。
  10. 　前記セルスタックは前記燃料電池セルから生じる電流を取り出す複数の電流配線を更に含み、前記支持部材のうちの少なくとも１つは、前記電流配線が内部に設けられた絶縁部材であることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池発電装置。
  11. 　請求項１～１０の燃料電池発電装置を含む燃料電池システム。
  12. 　熱によって温度が上昇する昇温部材と、
    　前記昇温部材を収容するとともに、容器貫通孔を少なくとも１つ有する昇温部材収納容器と、
    　前記容器貫通孔を通じて前記昇温部材収納容器を貫通することにより、前記昇温部材を前記昇温部材収納容器内で支持する略柱状の支持部材と、
    少なくとも一部分が、前記容器貫通孔において前記昇温部材収納容器の外側面に固定され、前記容器貫通孔を貫通した前記支持部材を摺動可能に挿通させるガイド貫通孔を有するガイド部と、を備え、
    　前記ガイド部は、前記支持部材を挿通させる第１のガイド貫通孔が形成された第１のハウジングと、前記支持部材を挿通させる第２のガイド貫通孔が形成された第２のハウジングと、前記第１のハウジングおよび前記第２のハウジングが締結され、前記第１のガイド貫通孔および前記第２のガイド貫通孔に前記支持部材が挿通された状態で、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとの間に形成された空間が埋まるように挿入または圧入され、耐熱性を有する密閉用部材と、を備えることを特徴とする支持構造。
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