WO2017221790A1 - 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 - Google Patents

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WO2017221790A1
WO2017221790A1 PCT/JP2017/021999 JP2017021999W WO2017221790A1 WO 2017221790 A1 WO2017221790 A1 WO 2017221790A1 JP 2017021999 W JP2017021999 W JP 2017021999W WO 2017221790 A1 WO2017221790 A1 WO 2017221790A1
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flow path
gas
gas flow
fuel cell
cell module
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PCT/JP2017/021999
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達也 神林
健太郎 田中
貴之 丸山
明憲 福田
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京セラ株式会社
ダイニチ工業株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a fuel cell module and a fuel cell device.
  • the fuel cell module has a structure in which a cell stack device is housed in a storage container, and all of the flow channel for supplying oxygen-containing gas to the cell stack device and the flow channel for discharging exhaust gas to the outside are provided. It is formed in the storage container in advance (see, for example, Patent Document 1).
  • the fuel cell module includes a storage container and a cell stack.
  • the storage container is composed of a box having an opening on one side and a lid for closing the opening.
  • the cell stack is stored in a storage chamber provided in the storage container.
  • the cell stack is formed by arranging a plurality of fuel cells that generate power using fuel gas and oxygen-containing gas, and are electrically connected to each other.
  • the lid includes a first gas flow path through which one of the oxygen-containing gas and the exhaust gas discharged from the storage chamber flows.
  • a fuel cell device includes the above fuel cell module, an auxiliary device for operating the fuel cell module, and an outer case that houses the fuel cell module and the auxiliary device.
  • FIG. 14 is a side view of a viewpoint different from FIG. 13B, showing still another example of a part of the fuel cell module according to another embodiment. It is a permeation
  • the fuel cell module of the present embodiment is configured by storing a cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power with fuel gas and oxygen-containing gas are electrically connected to each other in a storage chamber inside the storage container. Has been.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1 showing an example of the present embodiment
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the fuel cell module 1.
  • the cell stack apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 is arranged in a row with hollow plate-type columnar fuel cells 3 having gas passages through which fuel gas flows from one end to the other.
  • the fuel cells 3 adjacent in the arrangement direction are electrically connected in series via the conductive member.
  • a lower end of the fuel cell 3 is provided with a row of cell stacks 4 fixed to the manifold 9 with an insulating adhesive.
  • the fuel cell 3 may be any columnar one, and can be applied to, for example, a cylindrical type or a horizontal stripe type.
  • a reformer 18 for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell 3 is disposed to form a cell stack device 10, which is stored in the storage container 2.
  • the reformer 18 reforms raw fuel such as natural gas or kerosene supplied via the raw fuel supply pipe to generate fuel gas.
  • the reformer 18 may have a structure capable of performing steam reforming, which is a reforming reaction with high reforming efficiency.
  • the reformer 18 includes a vaporization unit 18a for vaporizing water and a reforming unit 18b in which a reforming catalyst for reforming raw fuel into fuel gas is disposed.
  • the storage container 2 is composed of a box body 21 whose one surface is open and a lid body 22 that closes the opening 21 a of the box body 21.
  • the box body 21 has a rectangular parallelepiped shape, and one of a pair of surfaces having the largest area among the six surfaces of the rectangular parallelepiped is opened.
  • the other surface 21 b facing the opening 21 a is a bottom surface 21 b of the box body 21, and the other four surfaces are side surfaces of the box body 21.
  • the manifold 9 is positioned below the cell stack 4 and the reformer 18 is positioned above the cell stack 4 as shown in FIG. 2.
  • the opening 21 a and the bottom surface 21 b of the box body 21 are respectively positioned in the left-right direction, that is, the side.
  • the lid body 22 closes the opening 21a, the lid body 22 and the bottom surface 21b are positioned laterally during operation.
  • a combustion unit 20 is provided between the reformer 18 and the cell stack 4 (fuel cell 3). By burning the fuel gas that has not been used for power generation in the fuel cell 3 in the combustion unit 20, the temperature of the reformer 18 and the temperature in the storage container 2 can be increased efficiently.
  • the oxygen-containing gas is air existing outside the fuel cell module 1.
  • a tubular introduction portion 23 for supplying this air from the outside into the fuel cell module is provided on the outer surface of the lid body 22.
  • the lid body 22 includes a first gas flow path 24 through which one of oxygen-containing gas and exhaust gas discharged from the storage chamber 11 flows. Further, in the present embodiment, a second gas passage 25 that is disposed adjacent to the first gas passage 24 and through which one of the oxygen-containing gas and the exhaust gas flows is provided. In addition, by disposing a second heat insulating material 41, which will be described later, with a gap from the first gas flow path 24, the second gas flow path 25 is replaced with the gap between the oxygen-containing gas and the exhaust gas. A fifth gas flow path through which the gas flows can also be used. In the present embodiment, the gas flow path provided on the outer side is the first gas flow path 24, and air that is an oxygen-containing gas flows through the first gas flow path 24.
  • a gas flow path provided on the inner side, that is, the box body 21 side is a second gas flow path 25, and exhaust gas flows through the second gas flow path 25.
  • the first gas flow path 24 is provided on the outer side (outer surface side) of the lid body 22 and the second gas flow path 25 is provided on the inner side (box body 21 side) is shown.
  • the path and the second gas flow path may be provided on the outer side (outer surface side) of the lid body 22 or on the inner side of the lid body 22 (box body 21 side).
  • the lid body 22 is provided on the outer surface side facing the outside of the flat lid body 22a for closing the opening 21a of the box 21 and the lid body 22a.
  • Each of the first flow path member 24a and the second flow path member 25a is a substantially rectangular plate-shaped member, and on the four sides, the first surface (one main surface) 24aa side and the first flow path member 24a side.
  • a portion of the two flow path members 25a is provided upright by the width of the flow path on the first surface (one main surface) 25aa side.
  • the lid body 22 a is a flow path partitioning section that partitions the first gas flow path 24 and the second gas flow path 25.
  • the first flow path member 24a and the second flow path member 25a are overlapped and joined to the flat lid body 22a so as to provide a gap. And an exhaust gas flow path can be formed. Further, by providing the cover 22 with the gas flow path, the number of gas flow paths provided in the box 21 can be reduced, and the configuration of the box 21 can be simplified.
  • the introduction portion 23 for introducing air is communicated with the first gas flow path 24.
  • the introduction part 23 is provided, for example, at the lower end of the lid body 22, and the air introduced from the introduction part 23 flows through the first gas flow path 24 from below to above.
  • the first gas channel 24 can be a meandering channel.
  • the upper end of the lid body 22 a has a thickness direction ( Inflow ports 22b such as holes and slits penetrating in the left-right direction) are provided.
  • a plurality of through holes arranged in parallel along the arrangement direction of the fuel cells 3 of the cell stack 4 are provided as the inlet 22b.
  • the air that has flowed into the storage container 2 from the inlet 22b passes through the third gas flow path 26 formed in the box 21 above the reformer 18, and passes through the reformer 18 and the cell stack 4. It flows over to the bottom side of the box 21.
  • the third gas channel 26 is a third channel made of a plate-like member parallel to the inner surface facing the reformer 18 among the inner surfaces of the box 21, that is, the inner surface located at the top during operation. Defined by member 26a.
  • the third gas flow path 26 is connected to the oxygen-containing gas introduction plate 27 at a position downstream of the reformer 18 and the cell stack 4 and the bottom surface 21b on the downstream side in the flow direction.
  • the oxygen-containing gas introduction plate 27 is, for example, two plate-like members joined at the outer periphery with a gap therebetween, and the oxygen-containing gas with respect to the portion communicating with the third gas flow path 26 and the cell stack 4. Only the oxygen-containing gas inlet 27a for supplying air is opened, and the others are closed.
  • the third gas flow path 26 is provided on the upper side, which is one end side in the longitudinal direction of the fuel cell 3, and the introduction part 23 and the oxygen-containing gas introduction port 27 a are on the other end side in the longitudinal direction of the fuel cell 3. It is provided on a certain lower side.
  • the oxygen-containing gas introduction plate 27 is connected to the third gas flow path 26 in the communication hole 26b provided in the third flow path member 26a, and the air flowing through the third gas flow path 26 passes through the communication hole 26b. It flows into the oxygen-containing gas introduction plate 27.
  • the third gas passage 26 is connected to the main passage portion 26c that connects the first gas passage 24 to the oxygen-containing gas introduction plate 27, and the oxygen-containing gas introduction plate 27 and the main passage portion 26c are connected. And an extending portion 26d extending from the position to the bottom surface 21b side of the box body 21. Note that the third gas flow path 26 may be configured by only the main flow path portion 26c without providing the extended portion 26d.
  • the air flowing into the oxygen-containing gas introduction plate 27 flows downward along the bottom surface 21b of the box body 21 and is discharged from the oxygen-containing gas introduction port 27a provided at the downstream end in the flow direction. Supplied between the fuel cells 3.
  • the lower end of the oxygen-containing gas introduction plate 27 extends to the manifold 9, and the air discharged from the oxygen-containing gas introduction port 27 a is supplied to the vicinity of the lower end of the cell stack 4 fixed to the manifold 9. Is done. Since the lower end of the oxygen-containing gas introduction plate 27 extends to the manifold 9, even if the oxygen-containing gas introduction plate 27 is deformed due to heat, the oxygen-containing gas introduction plate 27 is brought into contact with the manifold 9 to suppress further deformation. Can do.
  • the lower end of the oxygen-containing gas introduction plate 27 may be configured to contact the edge of the manifold 9 in advance. Therefore, the deformation and movement of the oxygen-containing gas introduction plate 27 due to heat and the like can be further suppressed, and the position of the abutting manifold 9 can be more reliably fixed. Therefore, even when the fuel cell module 1 of the present embodiment is transported or the like, the cell stack device 10 is firmly fixed, and movement due to vibration or shaking is prevented.
  • the air supplied between the fuel cells 3 is subjected to a power generation reaction in the fuel cells 3 together with the fuel gas supplied from the reformer 18 via the manifold 9, and is generated in each fuel cell 3.
  • the fuel gas and air that have not been used in the power generation reaction are ignited and combusted by an ignition device such as an ignition heater in the combustion section 20 between the cell stack 4 and the reformer 18 to generate high-temperature exhaust gas.
  • an ignition device such as an ignition heater in the combustion section 20 between the cell stack 4 and the reformer 18 to generate high-temperature exhaust gas.
  • the exhaust gas flows into the second gas flow path 25 through the communication hole 25b provided above the second flow path member 25a, and flows downward along the lid body 22a.
  • the air flowing in from the outside flows upward in the first gas flow path 24, and the exhaust gas flows downward in the second gas flow path 25 adjacent to the first gas flow path 24, During this time, heat is exchanged between the relatively low temperature air and the relatively high temperature exhaust gas across the lid body 22a, so that the air is warmed and the exhaust gas is cooled.
  • the exhaust gas 31 that has undergone heat exchange crosses the first gas flow path 24 at a lower end that is the downstream end of the second gas flow path 25 so as to be orthogonal to the flow direction of the first gas flow path 24. Is discharged to the outside of the first gas flow path 24.
  • the exhaust gas discharged from the discharge unit 31 is supplied to the heat exchanger.
  • heat is exchanged with water supplied from the outside, and the heated hot water is used in, for example, a hot water supply apparatus, and the condensed water generated by heat exchange of the exhaust gas is subsequently converted into steam in the reformer 18. Reused for reforming.
  • the fourth gas flow path 32 is provided further outside the first gas flow path 24, and the exhaust gas discharged from the discharge unit 31 flows into the fourth gas flow path 32, It flows upward along the fourth gas flow path 32.
  • a combustion catalyst for burning unburned gas that has not been burned in the combustion unit 20 is disposed in the fourth gas flow path 32 so that the unburned gas is not discharged from the fuel cell module 1 to the outside.
  • the fourth gas channel 32 is defined by the fourth channel member 32 a in the same manner as the first gas channel 24 and the second gas channel 25.
  • the exhaust gas flowing upward along the fourth gas flow path 32 communicates with the connection pipe 33 with the heat exchanger at the upper end, which is the downstream end of the fourth gas flow path 32, and the connection pipe 33. To be supplied to the heat exchanger.
  • the temperature in the fuel cell module 1 is maintained at a high temperature so that the heat in the fuel cell module 1 is extremely dissipated in the storage container 2 and the temperature of the fuel cell 3 is lowered to reduce the amount of power generation. Therefore, a heat insulating material is appropriately provided.
  • the first heat insulating material 40 is provided between the bottom surface 21b of the box body 21 and the oxygen-containing gas introduction plate 27 so as to cover the entire bottom surface 21b.
  • the second heat insulating material 41 is provided between the cell stack 4 and the second flow path member 25 a of the second gas flow path 25.
  • the third heat insulating material 42 is provided at a position on the lower side of the manifold 9 during operation. As shown in FIG. 1, the cell stack 4 is surrounded on three sides by a first heat insulating material 40, a second heat insulating material 41, and a third heat insulating material 42 provided at positions on the left and right sides and the lower side during operation. Since the combustion part 20 is provided above, the temperature fall of the fuel cell 3 by heat dissipation is suppressed.
  • two strip-shaped fourth heat insulating materials 43 a extending along the arrangement direction of the cell stack 4 are arranged in parallel with a space in the vertical direction.
  • a heat insulating material fixing member 27b for fixing the fourth heat insulating material 43a is attached to the surface of the oxygen-containing gas introduction plate 27 facing the cell stack 4, and the fourth heat insulating material 43a is the heat insulating material fixing member 27b.
  • the height position is positioned.
  • two strip-shaped fourth heat insulating materials 43 b are arranged in parallel with a space in the vertical direction.
  • the fourth heat insulating material 43b is fitted into the groove-shaped recess 41a, and the height position is positioned. .
  • the 4th heat insulating materials 43a and 43b can support the cell stack apparatus 10 in an appropriate position in a transport state or an operation state.
  • the box body 21 has an outer flange portion 21c that extends outward in the opening 21a.
  • the outer flange portion 21c may extend outward from all four sides of the rectangular opening 21a, may extend outwardly from two opposite sides, or may be extended outwardly from one side, or 3 Each may extend outward from one side.
  • the outer shape of the lid body 22a is substantially the same as or larger than the opening 21a and is the same as the outer flange 21c including the opening 21a or smaller than the outer flange 21c.
  • the box body 21 and the lid body 22 can be easily and firmly fixed by welding.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1A according to another embodiment.
  • the air that has flowed into the oxygen-containing gas introduction plate 27 is discharged only from the oxygen-containing gas introduction port 27 a provided at the downstream end in the flow direction, and is supplied between the fuel cells 3 of the cell stack 4.
  • a flow dividing portion 34 that divides the air that flows to the oxygen-containing gas introduction plate 27 is provided, and oxygen is not supplied through the oxygen-containing gas introduction plate 27. It is configured to supply air between the fuel cells 3 of the cell stack 4 from other than the contained gas inlet 27a.
  • the configuration other than the flow dividing section 34 is the same as that of the embodiment shown in FIG.
  • the flow dividing section 34 is provided so as to penetrate the second gas flow path 25 and the second heat insulating material 41 in the left-right direction. Further, the height position where the flow dividing section 34 is provided may be a position higher than a position that is 1 ⁇ 2 of the height of the fuel cell 3. By setting it at such a height position, air having a temperature lower than that of air discharged from the oxygen-containing gas inlet 27a is supplied to the upper side of the cell stack 4. Thereby, the temperature from the upper part to the middle part of the relatively high temperature fuel cell 3 can be lowered, and the temperature distribution in the fuel cell 3 and the cell stack 4 can be made uniform in the vertical direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1B according to still another embodiment.
  • the fuel cell module 1 is provided with a heat insulating material inside the storage container 2, but in this embodiment, a heat insulating material is further provided on the outer surface of the storage container 2.
  • a heat insulating material is further provided on the outer surface of the storage container 2.
  • the heat insulating material provided on the outer surface of the storage container 2 includes an outer heat insulating material that covers the outer surface of the box body 21 along the outer flange portion 21c.
  • the outer heat insulating material includes a box outer heat insulating material 44 provided along the outer flange portion 21 c of the box body 21 and a lid outer heat insulating material 45 provided along the outer periphery of the lid body 22.
  • the outer flange portion 21c of the box body 21 is sandwiched from both sides by the box outer heat insulating material 44 and the lid outer heat insulating material 45, and no heat insulating material is provided at the tip of the outer flange portion 21c.
  • the inside of the storage container 2 is about 500 to 800 ° C., and the storage container 2 is also heated to cause thermal expansion. Since the outer flange portion 21c is thermally expanded so as to extend further outward, for example, if a heat insulating material is provided at the tip of the outer flange portion 21c, the heat insulating material is provided by the thermally expanded outer flange portion 21c. It will be damaged.
  • the box outer heat insulating material 44 and the lid outer heat insulating material 45 are arranged so as to sandwich the outer flange portion 21c from both sides, so that the heat insulating material is damaged even if the outer flange portion 21c is thermally expanded. This can be suppressed.
  • the thickness thereof may be thicker than the height direction of the outer flange portion 21c.
  • the outer heat insulating material may further include a bottom outer heat insulating material 46 provided so as to cover the bottom surface of the box body 21 in addition to the one arranged along the outer flange portion 21c.
  • the fuel cell module 1 ⁇ / b> B may further include a secondary heat insulating material between the outer heat insulating material and the box body 21.
  • the auxiliary heat insulating material is made of a material having higher heat resistance than that of the outer heat insulating material.
  • a material having a relatively low heat resistant temperature can be used for the outer heat insulating material.
  • the outer heat insulating material may be made of, for example, glass wool or rock wool, and the auxiliary heat insulating material may be made of, for example, ceramic fibers mainly composed of alumina / silica.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1C of still another embodiment.
  • the second gas channel 25 is provided on the inner side of the lid body 22a, that is, the box 21 side of the lid body 22a, and the first gas channel 24 is provided on the outer side.
  • both the first gas flow path 24 and the second gas flow path 25 are provided on the inner side of the lid body 22a, that is, on the box body 21 side.
  • the first flow path member 24a is a flow path partition section.
  • the configuration other than the first gas channel 24 and the second gas channel 25 is the same as that of the embodiment shown in FIG.
  • the first gas channel 24 and the second gas channel 25 are welded to the lid body 22a from the same side. Therefore, workability can be improved.
  • both the first gas channel 24 and the second gas channel 25 are provided on the outer side of the lid body 22a, that is, on the fourth gas channel 32 side, the same effect can be obtained.
  • the oxygen-containing gas flowing through the first gas channel 24 is contained in the storage container 2. Since the heat exchange is performed at, heat radiation to the outside of the storage container 2 can be suppressed, so that the temperature of the air supplied to the cell stack 4 can be further increased.
  • FIG. 6 is an enlarged top sectional view of a fuel cell module 1D of still another embodiment.
  • the present embodiment is different from the above-described embodiment in the configuration of the third gas flow path 26.
  • the third gas flow path 26 will be described, and description of other portions will be omitted.
  • the inlet 22 b is a first through hole 22 c provided at the upper end of the lid body 22 a that defines the first gas flow path 24, and the first of the third flow path members 26 a.
  • a second through hole 26g provided in a portion facing the through hole.
  • the upper end of the lid body 22a and the third flow path member 26a come into contact with each other, so that the space between the first gas flow path 24 and the third gas flow path 26, that is, the lid body 22 and the box body 21 This guarantees the sealing performance.
  • the third gas flow channel 26 in particular, at the upstream end 26 e of the main flow channel portion 26 c, that is, at the end connected to the first gas flow channel 24, the flow channel is more than the downstream end. The cross-sectional area is increased. With this configuration, a large area where the lid body 22a and the third flow path member 26a abut around the inflow port 22b, and in the vertical direction of the inflow port 22b in this embodiment, can be secured, so that the sealing performance can be improved. it can.
  • the cover body 22a, the first flow path member 24a, and the third flow path member 26a are formed by using some through holes as insertion holes through which the rivets are inserted. Etc. can be fixed with a large contact force, and the sealing performance can be further improved.
  • the upper side surface 21d which is a plurality of third gas flow path walls constituting the main flow path portion 26c of the third gas flow path 26, and the third flow path member 26a are in contact with each other in a convex manner toward the inside of the flow path.
  • a portion 26f may be provided.
  • the abutting portion 26 f may be displaced with respect to a surface that passes through the central axis S of the reformer 18 and extends vertically toward the third gas flow path 26.
  • a plurality of abutting portions 26f may be provided side by side along a direction orthogonal to the paper surface.
  • a plurality of contact portions 26f may be provided side by side in a direction parallel to the paper surface (left-right direction).
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1E according to still another embodiment.
  • the present embodiment is different from the above-described embodiment in that it includes a fifth gas flow channel in which exhaust gas flows between the second heat insulating material 41 and the lid body 22a instead of the second flow channel member 25a.
  • the 2nd heat insulating material 41 differs in the point provided with the rectification
  • the same referential mark as said embodiment is attached
  • a space surrounded by the rectifying unit 41b, the lid main body 22a, and the second heat insulating material 41 by providing the rectifying unit 41b in contact with the lid main body 22a in the second heat insulating material 41 is the fifth gas. It becomes a flow path.
  • straightening part 41b may be the convex-shaped part which protruded from the 2nd heat insulating material 41 to the cover part main body side.
  • an assembly process for joining the second flow path member 25a to the lid body 22a is required.
  • the process itself for arranging the second heat insulating material 41 does not change, and therefore flows from above to below.
  • the assembly process of the exhaust gas flow path can be reduced, and the fuel cell module 1E can be easily assembled and manufactured.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1F of still another embodiment.
  • the present embodiment is different from the above-described embodiment in the shapes of the first flow path member 24a and the second flow path member 25a, and the other parts are denoted by the same reference numerals as in the above-described embodiment. Description is omitted.
  • the first flow path member 24 a that is the flow path partition section has a convex portion (first convex portion 24 c) that is convex toward the inside of the first gas flow path 24.
  • first convex portion 24 c convex toward the inside of the first gas flow path 24.
  • the first convex portion 24c may be in contact with the lid body 22a.
  • the second flow path member 25a has a convex part (second convex part 25c) that is convex toward the inside of the second gas flow path 25.
  • the first gas flow path 24 and the second gas flow path 25 are formed in the box body 21 of the lid body 22 a along the convex portions (the first convex portion 24 c and the second convex portion 25 c). It is possible to provide a meandering flow path that meanders in the left-right direction.
  • the first flow path member 24a is formed with a meandering first convex portion 24c so that the first gas flow path 24 becomes a meandering flow path.
  • the second flow path member 25a is formed with a meandering second convex portion 25c so that the second gas flow path 25 becomes a meandering flow path.
  • the 1st convex part 24c is convex toward the cover body 22a of the 1st gas flow path 24 internal direction
  • the 2nd convex part 25c is the 1st flow path member of the 2nd gas flow path 25 internal direction. Convex toward 24a.
  • the 1st convex part 24c and the 2nd convex part 25c are not formed in the same position, but are formed in the position which mutually shifted
  • the first convex portion 24c abuts on the lid body 22a
  • the first gas channel 24 and the second gas channel 25 can be divided into an upper channel and a lower channel, respectively.
  • the channel cross-sectional area of the upper channel is Su and the channel cross-sectional area of the lower channel is Sd
  • the magnitude relationship is Sd> Su. That is, the flow path cross-sectional area Sd in the flow path 25 on the lowermost side and the downstream side of the second gas flow path 25 is larger than the flow path cross-sectional area Su in the upper flow path 25.
  • the flow path cross-sectional area Sd in the flow path 24 on the lowermost side and the upstream side of the first gas flow path 24 is larger than the flow path cross-sectional area Su in the upper flow path 24.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1G according to still another embodiment.
  • This embodiment is different from the above embodiment in the shape of the flange portion of the box body 21, and the other parts are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment and description thereof is omitted.
  • the box 21 has an inner flange portion 21e extending inward at the opening 21a, and the lid 22 is fixed to the inner flange portion 21e with a fixing member such as a screw, a bolt-nut, or a rivet. If the size of the inner flange portion 21e blocks the third gas flow path 26, the inner flange portion 21e may be provided with the inlet 22b.
  • the outer flange portion 21c expands and contracts due to thermal expansion, so that the box outer heat insulating material 44 and the lid outer heat insulating material 45 are arranged so as to be sandwiched from both sides. In this case, it is difficult to effectively suppress heat dissipation from the outer flange portion 21c.
  • the inner flange portion 21e as in the present embodiment, it is possible to suppress heat dissipation from the flange portion and suppress a temperature drop of the fuel cell module 1G.
  • a water storage unit 24d for storing condensed water may be provided on the upstream side of the first gas flow path 24.
  • a water reservoir 24d having a bag path shape can be provided at the upstream end portion.
  • the reservoir 24d is located at the lower end in the vertical direction in the first gas flow path 24, and the generated condensed water flows into the reservoir 24d by its own weight, and the condensed water is against the gravity and the reservoir 24d. Since the 1st gas flow path 24 does not flow backward from this, it can suppress that dew condensation water approachs to an external device.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a fuel cell module 1H according to still another embodiment.
  • FIG. 11 is a side view showing a part of a fuel cell module 1H according to still another embodiment.
  • the fourth gas flow path 32 is an exhaust gas treatment chamber in which a combustion catalyst 35 for combusting unburned components in the exhaust gas is disposed. Different. Below, the 4th gas flow path 32 is demonstrated and description is abbreviate
  • the fourth gas flow path 32 is provided on the outer surface facing the outside of the first flow path member 24a, and is configured by a fourth flow path member 32a that defines the fourth gas flow path 32.
  • the fourth flow path member 32a is a substantially rectangular member, and on four sides, a portion that stands up by the flow path width of the fourth gas flow path 32 is provided on the first surface (one main surface) 32aa side. It has been.
  • the 4th flow path member 32a joins the 4 side parts to stand to the outer surface which faces the outer side of the 1st flow path member 24a.
  • the fourth flow path member 32a covers the opening on the outer side of the fuel cell module 1H.
  • the gap between the first flow path member 24 a and the fourth flow path member 32 a becomes the fourth gas flow path 32. That is, since the first gas passage 24 through which the oxygen-containing gas flows is provided between the fourth gas passage 32 and the second gas passage 25 through which the exhaust gas having a relatively high temperature flows, the oxygen-containing gas And the exhaust gas can be efficiently exchanged. Further, the opening on the outer side of the fuel cell module 1H of the discharge unit 31 becomes an exhaust gas inlet 36 of the fourth gas flow path 32 that is an exhaust gas processing chamber.
  • a combustion catalyst for burning unburned components in the exhaust gas is disposed inside the fourth gas flow path 32.
  • the combustion catalyst 35 for example, a catalyst in which a catalyst such as platinum or palladium is supported on a porous carrier such as ⁇ -alumina, ⁇ -alumina or cordierite can be used.
  • the exhaust gas that has flowed into the fourth gas flow path 32 is purified by burning the unburned components by the combustion catalyst 35.
  • the exhaust gas is combusted by the combustion catalyst 35 and then discharged to the outside of the fourth gas channel 32 through the connecting pipe 33 provided at the downstream end of the fourth gas channel 32.
  • An opening of the connecting pipe 33 on the inner side of the fuel cell module 1H serves as an exhaust gas outlet 37 of the fourth gas passage 32 which is an exhaust gas processing chamber.
  • the fourth gas flow path 32 includes a heater 38 disposed on the upstream side in the flow direction of the exhaust gas in the fourth gas flow path 32.
  • the combustion catalyst 35 is disposed downstream of the heater 38 in the exhaust gas flow direction in the fourth gas flow path 32. According to such a configuration, since the exhaust gas heated by the heater 38 passes through the combustion catalyst 35, the combustion catalyst 35 can be heated uniformly. Thereby, the activity of the combustion catalyst 35 can be increased. As a result, the heat exchange efficiency between the exhaust gas and the oxygen-containing gas can be further improved. Further, since the heater 38 is not in direct contact with the combustion catalyst 35, overheating of the combustion catalyst can be suppressed, and deterioration and breakage of the combustion catalyst 35 can be suppressed. Note that the heater 38 may be omitted.
  • a partition member 39 is provided between the first surface 24aa of the first flow path member 24a and the first surface 32aa of the fourth flow path member 32a facing each other. Yes.
  • the partition member 39 divides the fourth gas flow path 32 into a first flow path portion 32 b including the exhaust gas inlet 36 and a second flow path portion 32 c including the exhaust gas outlet 37.
  • the partition member 39 is provided with an exhaust gas circulation part 39a.
  • the 1st flow path part 32b and the 2nd flow path part 32c are connected only via the waste gas distribution part 39a.
  • the fourth gas flow path 32 has a structure in which the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37 extend in the height direction of the fuel cell module 1H when viewed from the side.
  • the exhaust gas circulation part 39a is located on the same side with respect to the first center line (AA line in FIG. 11, hereinafter abbreviated as A), and the exhaust gas inlet 36 is located with respect to the first center line A. And it is located on a different side from the exhaust gas outlet 37. Accordingly, the exhaust gas flow from the exhaust gas inlet 36 to the exhaust gas outlet 37 through the exhaust gas circulation part 39a can be caused to meander and the length of the exhaust gas flow can be increased. The region in which heat exchange between the exhaust gas and the oxygen-containing gas flowing through the first gas passage 24 can be increased.
  • the vaporization unit 18a vaporizes water so that the temperature around the vaporization unit 18a, particularly, below the vaporization unit 18a is located. There is a possibility that the temperature of the fuel cell 3 is lowered. Along with this, the temperature distribution of the cell stack 4 in the arrangement direction of the fuel cells 3 becomes non-uniform, and as a result, the power generation amount of the cell stack 4 may decrease, or the cell stack 4 may be damaged.
  • the exhaust gas circulation part 39a and the heater 38 are reformed with respect to the first center line A rather than the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37. It is provided at a position close to the vaporizing section 18 a of the vessel 18.
  • the combustion of the exhaust gas by the combustion catalyst 35 actively proceeds in the region of the second flow path portion 32c located in the vicinity of the exhaust gas circulation portion 39a, the temperature becomes high. Therefore, by arranging the exhaust gas circulation part 39a close to the vaporization part 18a, the periphery of the vaporization part 18a can be warmed. Thereby, the temperature distribution of the cell stack 4 in the arrangement direction of the fuel cells 3 can be made closer to the uniform.
  • the heater 38 disposed in the vicinity of the vaporization unit 18a can warm the periphery of the vaporization unit 18a, the temperature distribution of the cell stack 4 in the arrangement direction of the fuel cells 3 can be made to be uniform.
  • the combustion catalyst 35 is preferably arranged so that all of the exhaust gas that has passed through the exhaust gas circulation portion 39a flows through the combustion catalyst 35.
  • the configuration of the partition member 39 is perpendicular to the outer surface facing the outside of the first flow path member 24a and the inner surface of the fourth flow path member 32a facing the first flow path member 24a shown in FIGS. It is not limited to the structure to stand.
  • the partition member 39 may be configured to be inclined with respect to at least one of an outer surface facing the outer side of the first flow path member 24a and an inner surface facing the inner side of the fourth flow path member 32a.
  • the heater 38 is disposed in the first flow path portion 32 b, but the heater 38 is a combustion catalyst in the exhaust gas flow direction in the fourth gas flow path 32. It is only necessary to be disposed upstream of 35 and closer to the vaporization portion 18a than the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37 with respect to the first center line A.
  • the heater 38 may be disposed in the second flow path portion 32c, or may be disposed across the first flow path portion 32b and the second flow path portion 32c.
  • the opening area of the exhaust gas outlet 37 is larger than the opening area of the exhaust gas inlet 36.
  • the pressure loss in the 4th gas flow path 32 can be reduced, and the waste gas flow rate in the 4th gas flow path 32 can be increased.
  • the heat exchange efficiency between the exhaust gas flowing through the fourth gas passage 32 and the oxygen-containing gas flowing through the first gas passage 24 can be improved.
  • the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37 need only have an opening area of the exhaust gas outlet 37 larger than the opening area of the exhaust gas inlet 36.
  • the opening shapes of the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37 are shown in FIG. It is not limited to a square shape.
  • the opening shapes of the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37 may be, for example, a circular shape, a rectangular shape, or other shapes.
  • the opening area of the exhaust gas circulation part 39a is preferably at least larger than the opening area of the exhaust gas inlet 36.
  • FIG. 12 is a side view showing a part of a modification of the present embodiment.
  • the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37 are orthogonal to the first center line A and extend in the arrangement direction of the fuel cells 3.
  • the exhaust gas circulation part 39a is located on the same side of the second center line (BB line of FIG. 12, hereinafter abbreviated as B), and the exhaust gas inlet 39a is connected to the exhaust gas inlet with respect to the second center line B.
  • 36 and the exhaust gas outlet 37 may be located on a different side. Even in such a configuration, the length of the exhaust gas flow can be increased by meandering the exhaust gas flow from the exhaust gas inlet 36 to the exhaust gas outlet 37 via the exhaust gas circulation part 39a.
  • connection pipe 33 connected to the exhaust gas outlet 37 extends to a side different from the exhaust gas inlet 36 and the exhaust gas outlet 37 with respect to the second center line B and is connected to the heat exchanger. It may be.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing a part of another modification of this embodiment.
  • FIG. 13B is a side view illustrating a part of another modification of the present embodiment.
  • FIG. 13C is a side view of a different viewpoint from FIG. 13B, showing a part of another modification of the present embodiment.
  • a granular combustion catalyst 35, a first mesh member 47, and a second mesh member 48 are provided inside the fourth gas flow path 32.
  • FIG. 13B is a side view of a part of the fuel cell module 1H as viewed from the outside.
  • FIG. 13C is a side view of the fourth flow path member 32a, the combustion catalyst 35, the first mesh member 47, and the second mesh member 48 viewed from the inner side of the fuel cell module 1H.
  • the fourth flow path member 32a is a vertically long, substantially rectangular member, and on four sides, there are portions erected on the first surface 32aa side by the flow width of the fourth gas flow path 32. Is provided. An outer peripheral flange portion 32ab extending outward is provided in the standing portion. The gap between the first flow path member 24a and the fourth flow path member 32a becomes the fourth gas flow path 32 by joining the outer peripheral flange portion 32ab to the outer surface facing the outside of the first flow path member 24a.
  • the outer peripheral flange portion 32ab and the first flow path member 24a may be joined by welding, for example.
  • a mesh-like first mesh member 47 is disposed inside the fourth gas flow path 32.
  • the fourth gas flow path 32 includes a first flow path portion 32b including an exhaust gas inlet 36 and an exhaust gas outlet 37 by a first mesh member 47, and is positioned above the first flow path portion 32b. It is divided into two flow path portions 32c.
  • the first mesh member 47 includes a first portion 47a extending along the first surface 32aa of the fourth flow path member 32a, and the first flow path member 24a and the fourth flow path member 32a. And a second portion 47b extending therebetween.
  • the first portion 47a is joined to the first surface 32aa of the fourth flow path member 32a by welding or the like, for example.
  • the end of the second portion 47b on the first flow path member 24a side is in contact with the first flow path member 24a.
  • the second flow path portion 32c may be filled with a granular combustion catalyst 35 up to a height position above the upper end of the exhaust gas outlet 37, as shown in FIG. 13A.
  • the mesh of the first mesh member 47 has such a diameter that the granular combustion catalyst 35 filled in the second flow path portion 32c does not pass through the first mesh member 47 and drop toward the first flow path portion 32b. I just need it.
  • a material constituting the first mesh member 47 for example, a metal material such as stainless steel having heat resistance can be used.
  • a mesh-like second mesh member 48 is disposed on the first surface 32aa of the fourth flow path member 32a so as to cover the exhaust gas outlet 37. Thereby, it is possible to suppress the granular combustion catalyst 35 from moving from the exhaust gas outlet 37 toward the outside.
  • the second mesh member 48 may be welded to the inner surface of the fourth flow path member 32a.
  • the mesh of the second mesh member 48 may have a diameter that does not allow the particulate combustion catalyst 35 filled in the second flow path portion 32 c to pass through the second mesh member 48.
  • a material constituting the second mesh member 48 for example, a metal material such as stainless steel having heat resistance can be used.
  • the exhaust gas flowing into the fourth flow path 32 from the exhaust gas inlet 36 flows uniformly in the fourth flow path 32 toward the exhaust gas outlet 37. Since the exhaust gas passes through the entire granular combustion catalyst 35 filled in the second flow path portion 32c, the entire combustion catalyst 35 can be used efficiently. In addition, since the combustion catalyst 35 is held and positioned by the first mesh member 47, it is not necessary to provide a catalyst case for housing the combustion catalyst 35 in the fourth gas flow path 32. Thereby, the structure of the 4th gas flow path 32 is simplified, and the assembly property of the fuel cell module 1H improves.
  • FIG. 14 is a transparent perspective view showing an example of the fuel cell device of this embodiment in which a fuel cell module and an auxiliary machine for operating the fuel cell module are housed in an outer case. In FIG. 14, a part of the configuration is omitted.
  • the fuel cell device 53 divides the inside of an exterior case composed of a column 54 and an exterior plate 55 vertically by a partition plate 56, and the upper side thereof is the above-described fuel cell module 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F. , 1G, 1H is a module storage chamber 57, and the lower side is an auxiliary device storage chamber for storing auxiliary devices for operating the fuel cell modules 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H. 58. In addition, the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 58 is omitted.
  • the partition plate 56 is provided with an air circulation port 59 for allowing the air in the auxiliary machine storage chamber 58 to flow toward the module storage chamber 57, and the module is stored in a part of the exterior plate 55 constituting the module storage chamber 57.
  • An exhaust port 60 for exhausting the air in the chamber 57 is provided.
  • Fuel cell module 2 Storage container 3
  • Fuel cell 4 Cell stack 21 Box body 22 Lid body 22a Lid body 24 First gas flow path 25 Second gas Flow path 26 Third gas flow path 32
  • Fuel cell device 54 Support column 55 Exterior plate 56 Partition plate 57
  • Module storage room 58 Auxiliary machine storage room 59
  • Air circulation port 60 Exhaust port

Landscapes

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Abstract

本開示の実施形態に係る燃料電池モジュール１によれば、セルスタック４が、箱体２１と蓋体２２とからなる収納容器２に収納され、蓋体２２に、酸素含有ガスおよび排ガスのうちいずれか一方のガスが流れる第１ガス流路２４が設けられるので、収納容器２の構成を簡単な構成とすることができる。蓋体２２にガス流路が設けられている分、箱体２１の収納空間を広くすることができ、開口２１ａからセルスタック４を箱体２１内に容易に収納することができ、燃料電池モジュール１を容易に組み立てることができる。

Description

燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
　本開示は、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。
　近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを備えるセルスタック装置が収納装置内に収納してなる燃料電池モジュールや燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。
　燃料電池モジュールは、収納容器内にセルスタック装置が収納された構成であり、セルスタック装置に酸素含有ガスを供給するための流路および外部へと排気ガスを排出するための流路のすべてが、予め収納容器内に形成されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２０１２－２８０９９号公報
　本開示の一つの態様の燃料電池モジュールは、収納容器と、セルスタックとを備える。前記収納容器は、一面が開口した箱体と該開口を塞ぐ蓋体とからなる。前記セルスタックは、前記収納容器内に設けられた収納室に収納される。前記セルスタックは、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう複数の燃料電池セルが配列され、互いに電気的に接続されてなる。前記蓋体は、前記酸素含有ガスおよび前記収納室より排出される排ガスのうちいずれか一方のガスが流れる第１ガス流路を備える。
　また、本開示の一つの態様の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを作動させるための補機と、前記燃料電池モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースとを備える。
本実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 本実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す分解斜視図である。 他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す上部拡大断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一部を抜粋した一例を示す側面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一部を抜粋した他の一例を示す側面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一部を抜粋したさらに他の一例を示す断面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一部を抜粋したさらに他の一例を示す側面図である。 さらに他の実施形態の燃料電池モジュールの一部を抜粋したさらに他の一例を示す、図１３Ｂとは異なる視点の側面図である。 本実施形態の燃料電池装置の一例を示す透過斜視図である。
　本実施形態の燃料電池モジュールは、収納容器内部の収納室内に、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう複数の燃料電池セルが、互いに電気的に接続されてなるセルスタックを収納して構成されている。
　図１は、本実施形態の一例を示す燃料電池モジュール１の断面図であり、図２は、燃料電池モジュール１の分解斜視図である。
　図１，２に示すセルスタック装置１０は、内部を燃料ガスが一端から他端に流通するガス流路を有する中空平板型の柱状の燃料電池セル３を立設させた状態で一列に配列し、配列方向に隣接する燃料電池セル３間が導電部材を介して電気的に直列に接続されている。燃料電池セル３の下端は絶縁性接着材でマニホールド９に固定してなる一列のセルスタック４が配設されている。なお、燃料電池セル３としては、柱状のものであればよく、例えば円筒型や横縞型にも適用できる。
　セルスタック４の上方には、燃料電池セル３に供給する燃料ガスを生成するための改質器１８が配置されてセルスタック装置１０とされ、収納容器２内に収納されている。
　改質器１８は、原燃料供給管を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。なお、改質器１８は、改質効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造であってもよい。改質器１８は、水を気化させるための気化部１８ａと、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒が配置された改質部１８ｂとを備えている。
　収納容器２は、一面が開口した箱体２１と、箱体２１の開口２１ａを塞ぐ蓋体２２とからなる。本実施形態では、箱体２１は、直方体形状であり、直方体の６面のうち、最も面積の大きな一対の面の一方の面が開口している。開口２１ａに対向する他方の面２１ｂが、箱体２１の底面２１ｂであり、その他の４つの面が箱体２１の側面である。
　燃料電池モジュール１は、その動作時において、図２に示すように、セルスタック４の下方にマニホールド９が位置し、セルスタック４の上方に改質器１８が位置する。セルスタック４の燃料電池セル３の配列方向側から見たとき、箱体２１の開口２１ａと底面２１ｂとは、それぞれ左右方向、すなわち側方に位置する。また、蓋体２２は、開口２１ａを塞ぐので、動作時には、蓋体２２と底面２１ｂとが、それぞれ側方に位置することになる。
　本実施形態の燃料電池モジュール１においては、改質器１８とセルスタック４（燃料電池セル３）との間に燃焼部２０が設けられている。燃料電池セル３において発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼部２０で燃焼させることにより、改質器１８の温度、収納容器２内の温度を効率よく上昇させることができる。
　燃料電池モジュール１における酸素含有ガスおよび排ガスの流れについて、それぞれの流路の構成とともに説明する。本実施形態では、酸素含有ガスは、燃料電池モジュール１の外部に存在する空気である。この空気を外部から燃料電池モジュール内へと供給するための管状の導入部２３が蓋体２２の外表面に設けられている。
　蓋体２２は、酸素含有ガスおよび収納室１１より排出される排ガスのうちいずれか一方のガスが流れる第１ガス流路２４を備えている。また本実施形態においては、さらに第１ガス流路２４と隣接して配設され、酸素含有ガスおよび排ガスのうちいずれか他方のガスが流れる第２ガス流路２５を備えている。なお、後述する第２断熱材４１を第１ガス流路２４と隙間を空けて配置することで、第２ガス流路２５に代えて該隙間を酸素含有ガスおよび排ガスのうちいずれか他方のガスが流れる第５ガス流路とすることもできる。なお、本実施形態においては、外方側に設けられるガス流路を第１ガス流路２４とし、第１ガス流路２４には、酸素含有ガスである空気が流れる。また、内方側、すなわち箱体２１側に設けられるガス流路を第２ガス流路２５とし、第２ガス流路２５には、排ガスが流れる。なお、図において、蓋体２２の外側（外面側）に第１ガス流路２４、内側（箱体２１側）に第２ガス流路２５を設けた例を示しているが、第１ガス流路と第２ガス流路とを蓋体２２の外側（外面側）または、蓋体２２の内側（箱体２１側）に設けた構成とすることもできる。
　本実施形態において、蓋体２２は、箱体２１の開口２１ａを塞ぐための平板状の蓋体本体２２ａと、蓋体本体２２ａの、外方に臨む外面側に設けられ、第１ガス流路２４を規定する第１流路部材２４ａと、箱体２１に臨む内面側に設けられ、第２ガス流路２５を規定する第２流路部材２５ａと、によって構成されている。第１流路部材２４ａおよび第２流路部材２５ａは、いずれも略矩形板状の部材であり、４辺において、第１流路部材２４ａの第１面（一方の主面）２４ａａ側および第２流路部材２５ａの第１面（一方の主面）２５ａａ側に流路幅分だけ立設する部分が設けられている。立設する４辺部分を蓋体本体２２ａの内面または外面に接合することにより、蓋体本体２２ａと第１流路部材２４ａとの間隙が第１ガス流路２４となり、蓋体本体２２ａと第２流路部材２５ａとの間隙が第２ガス流路２５となる。つまり本実施形態において、蓋体本体２２ａが第１ガス流路２４と第２ガス流路２５とを区画する流路区画部である。
　本実施形態の燃料電池モジュール１では、平板状の蓋体本体２２ａに、第１流路部材２４ａと第２流路部材２５ａを、間隙を設けるように重ね合わせて接合することにより、容易に空気の流路と排ガスの流路とを形成することができる。また、蓋体２２に、ガス流路を設けたことにより、箱体２１に設けられるガス流路を少なくすることができ、箱体２１の構成を簡単な構成とすることができる。
　本実施形態では、空気を導入するための導入部２３は、第１ガス流路２４に連通されている。導入部２３は、例えば、蓋体２２の下方端部に設けられ、導入部２３から導入された空気は、第１ガス流路２４を下方から上方に向かって流れる。なお、第１ガス流路２４を蛇行流路にすることもできる。そして、第１ガス流路２４の上方端部において、収納容器２の内部、すなわち蓋体２２よりも内方に空気を流入させるために、蓋体本体２２ａの上方端部には、厚み方向（左右方向）に貫通する孔、スリットなどの流入口２２ｂが設けられる。本実施形態においては、流入口２２ｂとして、セルスタック４の燃料電池セル３の配列方向に沿って並列に配置された複数の貫通孔が設けられている。複数の貫通孔を設けた構成とすることによって、機械的強度の低下を抑制し、十分な量の空気を蓋体２２よりも内方に流入させることができる。
　流入口２２ｂから収納容器２の内部に流入した空気は、改質器１８の上方において、箱体２１内に形成された第３ガス流路２６を介して、改質器１８、セルスタック４を越えて箱体２１の底面側へと流れる。なお、第３ガス流路２６は、箱体２１の内側面のうち、改質器１８に対向する内側面、すなわち動作時に上部に位置する内側面に平行な板状部材からなる第３流路部材２６ａによって規定される。
　第３ガス流路２６は、流れ方向下流側であって、改質器１８およびセルスタック４と底面２１ｂとの間の位置において、酸素含有ガス導入板２７に接続される。酸素含有ガス導入板２７は、例えば、２つの板状部材を、隙間を空けて外周を接合したものであって、第３ガス流路２６と連通する部分とセルスタック４に対して酸素含有ガスである空気を供給するための酸素含有ガス導入口２７ａのみが開放され、それ以外は閉塞されている。
　第３ガス流路２６は、燃料電池セル３の長手方向一端側である上方側に設けられており、導入部２３および酸素含有ガス導入口２７ａは、燃料電池セル３の長手方向他端側である下方側に設けられている。
　酸素含有ガス導入板２７は、第３流路部材２６ａに設けられた連通孔２６ｂにおいて、第３ガス流路２６と接続され、第３ガス流路２６を流れる空気が連通孔２６ｂを通って、酸素含有ガス導入板２７内に流入する。
　本実施形態では、第３ガス流路２６は、第１ガス流路２４から酸素含有ガス導入板２７までを接続する主流路部分２６ｃと、酸素含有ガス導入板２７と主流路部分２６ｃとが接続する位置からさらに箱体２１の底面２１ｂ側へと延びる延設部分２６ｄとを有している。なお、延設部分２６ｄを設けずに、第３ガス流路２６が、主流路部分２６ｃのみで構成されるようにしてもよい。
　酸素含有ガス導入板２７に流入した空気は、箱体２１の底面２１ｂに沿って下方に向かって流れ、流れ方向下流端部に設けられた酸素含有ガス導入口２７ａから吐出され、セルスタック４の燃料電池セル３間に供給される。酸素含有ガス導入板２７の下端は、マニホールド９にまで延設されており、酸素含有ガス導入口２７ａから吐出された空気は、セルスタック４の、マニホールド９に固定された下方端部付近に供給される。酸素含有ガス導入板２７の下端が、マニホールド９にまで延設されていることで、酸素含有ガス導入板２７が熱により変形したとしても、マニホールド９に当接するためそれ以上の変形を抑制することができる。さらに、酸素含有ガス導入板２７の下端は、あらかじめマニホールド９の縁部に当接させるように構成してもよい。これにより、熱等に起因する酸素含有ガス導入板２７の変形や移動をより抑制できるとともに、当接するマニホールド９の位置を、より確実に固定することができるようになる。したがって、本実施形態の燃料電池モジュール１は、輸送等を行っても、セルスタック装置１０がしっかり固定され、振動や揺れ等による移動が防止されている。
　燃料電池セル３間に供給された空気は、燃料電池セル３において、改質器１８からマニホールド９を介して供給される燃料ガスとともに発電反応に供され、各燃料電池セル３において発電される。
　発電反応で使用されなかった燃料ガスと空気とは、セルスタック４と改質器１８との間の燃焼部２０において、例えば、着火ヒータなどの着火装置によって着火して燃焼され、高温の排ガスを生じる。排ガスは、第２流路部材２５ａの上方に設けられた連通孔２５ｂを介して第２ガス流路２５に流入し、蓋体本体２２ａに沿って下方に流れる。前述のように、外部から流入した空気は、第１ガス流路２４を上方に向かって流れ、排ガスは、第１ガス流路２４に隣接する第２ガス流路２５を下方に向かって流れ、この間に蓋体本体２２ａを挟んで比較的低温の空気と比較的高温の排ガスとの間で熱交換され、空気が暖められるとともに排ガスが冷却される。
　熱交換された排ガスは、第２ガス流路２５の下流端部である下方側端部において、第１ガス流路２４の流れ方向に直交するように第１ガス流路２４を横切る排出部３１を介して第１ガス流路２４の外方へと排出される。
　排出部３１から排出された排ガスは、熱交換器に供給される。熱交換器では、外部より供給される水とで熱交換を行い、加熱された湯水は例えば給湯装置に利用され、排ガスを熱交換することにより生じる凝縮水は、その後改質器１８での水蒸気改質に再利用される。なお、本実施形態では、第１ガス流路２４のさらに外方に第４ガス流路３２が設けられており、排出部３１から排出された排ガスは、第４ガス流路３２に流入し、第４ガス流路３２に沿って上方に流れる。第４ガス流路３２には、例えば、燃焼部２０でも燃焼されなかった未燃焼ガスを燃焼させるための燃焼触媒を配置し、未燃焼ガスが燃料電池モジュール１から外部へと排出されないようにすることもできる。第４ガス流路３２は、第１ガス流路２４、第２ガス流路２５と同様に、第４流路部材３２ａによって規定される。
　第４ガス流路３２に沿って上方に流れた排ガスは、第４ガス流路３２の下流側端部である上方側端部において、熱交換器との接続管３３と連通し、接続管３３を介して熱交換器に供給される。
　また収納容器２内には、燃料電池モジュール１内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３の温度が低下して発電量が低減しないよう、燃料電池モジュール１内の温度を高温に維持するための断熱材が適宜設けられている。
　第１断熱材４０は、箱体２１の底面２１ｂと酸素含有ガス導入板２７との間に、底面２１ｂ全体を覆うように設けられる。第２断熱材４１は、セルスタック４と第２ガス流路２５の第２流路部材２５ａとの間に設けられる。第３断熱材４２は、動作時にマニホールド９の下方側となる位置に設けられる。図１に示すように、セルスタック４は、動作時に左右側および下方側となる位置に設けられた第１断熱材４０、第２断熱材４１および第３断熱材４２によって三方を囲まれ、さらに、上方には、燃焼部２０が設けられるので、熱の放散による燃料電池セル３の温度低下が抑制される。
　さらに、酸素含有ガス導入板２７とセルスタック４との間には、セルスタック４の配列方向に沿って延びる帯状の第４断熱材４３ａが、上下に間隔を空けて２本平行に配置されている。酸素含有ガス導入板２７のセルスタック４に対向する面には、第４断熱材４３ａを固定するための断熱材固定部材２７ｂが取り付けられており、第４断熱材４３ａはこの断熱材固定部材２７ｂにより、高さ位置が位置決めされている。また、第２断熱材４１とセルスタック４との間にも、帯状の第４断熱材４３ｂが、上下に間隔を空けて２本平行に配置されている。第２断熱材４１のセルスタック４に対向する面には、溝状凹部４１ａが設けられており、第４断熱材４３ｂはこの溝状凹部４１ａに嵌入されて、高さ位置が位置決めされている。これにより、第４断熱材４３ａ，４３ｂは、輸送状態もしくは稼動状態において、セルスタック装置１０を、適切な位置で支持できるようになっている。
　本実施形態では、箱体２１は、開口２１ａにおいて外方に延びる外フランジ部２１ｃを有している。外フランジ部２１ｃは、矩形状の開口２１ａの四辺全体から外方に延びていてもよく、対向する２つの辺から互いに逆方向に外方に延びていてもよく、１つの辺から、または３つの辺から外方にそれぞれ延びていてもよい。
　蓋体本体２２ａの外形は、開口２１ａとほぼ同じか、開口２１ａよりも大きく、かつ開口２１ａを含んで外フランジ部２１ｃの外形と同じか、外フランジ部２１ｃの外形よりも小さい。外フランジ部２１ｃと蓋体本体２２ａの外周部とを例えば、ボルトなどによって締結させる他、溶接することで容易にかつ強固に箱体２１と蓋体２２とを固定することができる。
　図３は、他の実施形態の燃料電池モジュール１Ａの断面図である。上記では、酸素含有ガス導入板２７に流入した空気は、流れ方向下流端部に設けられた酸素含有ガス導入口２７ａのみから吐出され、セルスタック４の燃料電池セル３間に供給される構成であるが、本実施形態では、たとえば、第１ガス流路２４の途中において、酸素含有ガス導入板２７に流れる空気を分流する分流部３４を設け、酸素含有ガス導入板２７を介さずに、酸素含有ガス導入口２７ａ以外からもセルスタック４の燃料電池セル３間に空気を供給するように構成される。分流部３４以外の構成については、図１に示した実施形態と同様であるので、説明は省略する。
　分流部３４は、第２ガス流路２５および第２断熱材４１を左右方向に貫通するように設けられる。また、分流部３４が設けられる高さ位置は、燃料電池セル３の高さの１／２となる位置よりも高い位置であってもよい。このような高さ位置とすることで、セルスタック４の上部側に、酸素含有ガス導入口２７ａから吐出される空気よりも相対的に低温の空気が供給される。それにより、比較的高温の燃料電池セル３の上部から中間部にかけての温度を低下させることができ、燃料電池セル３およびセルスタック４において、上下方向に温度分布を均一化することができる。
　図４は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｂの断面図である。上記のように燃料電池モジュール１は、収納容器２の内部に断熱材を設けているが、本実施形態では、さらに収納容器２の外表面に断熱材を設ける。外表面に断熱材を設けることで、収納容器２の外表面からの熱の放散が抑制される。外表面に設けた断熱材以外の構成については、図１に示した実施形態と同様であるので、説明は省略する。
　収納容器２の外表面に設けられる断熱材は、外フランジ部２１ｃに沿って箱体２１の外側面を覆う外側断熱材を含む。外側断熱材には、箱体２１の外フランジ部２１ｃに沿って設けられる箱外側断熱材４４と、蓋体２２の外周に沿って設けられる蓋外側断熱材４５とが含まれる。箱体２１の外フランジ部２１ｃは箱外側断熱材４４と蓋外側断熱材４５とによって両側から挟まれており、外フランジ部２１ｃの先端には、断熱材を設けていない。
　燃料電池モジュール１Ｂの動作時には、収納容器２の内部は、５００～８００℃程度となり、収納容器２についても加熱され、熱膨張が生じる。外フランジ部２１ｃは、外方に向かってさらに延びるように熱膨張することになるので、例えば外フランジ部２１ｃの先端に断熱材を設けていると、熱膨張した外フランジ部２１ｃによって断熱材が破損してしまう。
　本実施形態では、箱外側断熱材４４と蓋外側断熱材４５とが、外フランジ部２１ｃを両側から挟み込むように配置しているので、外フランジ部２１ｃが熱膨張しても断熱材が破損することを抑制することができる。なお、箱外側断熱材４４と蓋外側断熱材４５とは、外フランジ部２１ｃが熱膨張できる空間を有していれば、その厚みは外フランジ部２１ｃの高さ方向よりも厚くてもよい。
　外側断熱材は、外フランジ部２１ｃに沿って配置されるもの以外に、箱体２１の底面を覆うように設けられる底面外側断熱材４６をさらに含んでいてもよい。
　また、本実施形態の変形例として、燃料電池モジュール１Ｂは、外側断熱材と箱体２１との間にさらに副断熱材を備えていてもよい。副断熱材は、外側断熱材よりも耐熱性に優れた材料で構成されており、このように副断熱材を用いることで外側断熱材には比較的耐熱温度の低い材料を用いることができる。外側断熱材は、例えば、グラスウールやロックウールなどで構成されていてもよく、副断熱材は、例えば、アルミナ・シリカを主成分としたセラミックファイバーなどで構成されていてもよい。
　図５は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｃの断面図である。上記の実施形態では、第２ガス流路２５は、蓋体本体２２ａの内方側、すなわち蓋体本体２２ａの箱体２１側に設けられ、第１ガス流路２４は、外方側に設けられる構成であるが、本実施形態では、第１ガス流路２４および第２ガス流路２５のいずれも蓋体本体２２ａの内方側、すなわち箱体２１側に設けられている。なお、本実施形態においては、第１流路部材２４ａが流路区画部である。第１ガス流路２４および第２ガス流路２５以外の構成については、図１に示した実施形態と同様であるので、説明は省略する。
　第１ガス流路２４および第２ガス流路２５をこのような構成とすることで、第１ガス流路２４と第２ガス流路２５とは、蓋体本体２２ａに対して同じ側から溶接されることになるので、作業性を向上させることができる。ここで、第１ガス流路２４および第２ガス流路２５の双方を、蓋体本体２２ａの外方側、すなわち第４ガス流路３２側に設けても同様の効果を得ることができるが、本実施形態のように第１ガス流路２４および第２ガス流路２５を蓋体本体２２ａの内方側に設けた場合、第１ガス流路２４を流れる酸素含有ガスは収納容器２内にて熱交換されることになるので、収納容器２外部への放熱を抑えることができるため、セルスタック４へ供給する空気の温度をより上昇させることができる。
　図６は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｄの上部拡大断面図である。本実施形態は、上記の実施形態とは、第３ガス流路２６の構成が異なっており、以下では第３ガス流路２６について説明し、その他の部分については、説明を省略する。図６における実施形態では、流入口２２ｂは、第１ガス流路２４を規定する蓋体本体２２ａの上方端部に設けられた第１貫通孔２２ｃと、第３流路部材２６ａのうち第１貫通孔と対向する部分に設けられた第２貫通孔２６ｇとを含む。また、蓋体本体２２ａの上方端部と第３流路部材２６ａとが当接することで、第１ガス流路２４と第３ガス流路２６との間、すなわち蓋体２２と箱体２１とのシール性を担保している。そして、第３ガス流路２６のうち、特に主流路部分２６ｃの上流側の端部２６ｅ、すなわち、第１ガス流路２４と接続する側の端部において、下流側の端部よりも流路断面積を大きくしている。この構成により、流入口２２ｂの周囲、本実施形態では流入口２２ｂの上下方向において、蓋体本体２２ａと第３流路部材２６ａとが当接する領域を大きく確保できるためシール性を向上することができる。さらに、流入口２２ｂが、複数の貫通孔である場合、いくつかの貫通孔をリベットが挿通する挿通孔とすることにより、蓋体本体２２ａと第１流路部材２４ａ、第３流路部材２６ａ等とを大きな当接力で固定することができ、シール性をさらに向上させることができる。
　第３ガス流路２６の主流路部分２６ｃを構成する複数の第３ガス流路壁である上部側面２１ｄ及び第３流路部材２６ａが、流路内に向かって其々凸となり当接する当接部２６ｆが設けられていてもよい。この構成により、第３ガス流路の剛性が上がり、第３ガス流路２６が変形することを抑制できる。
　さらに、当接部２６ｆは、改質器１８の中心軸Ｓを通り前記第３ガス流路２６に向かって垂直に延びる面に対しずれていてもよい。この構成により、高温の改質器１８と最も近接し改質器が持つ熱の影響を受けやすい位置である中心軸Ｓを通り前記第３ガス流路２６に向かって垂直に延びる面に対しずれているので、当接部２６ｆが熱変形するリスクを減らし、第３ガス流路２６の耐久性をさらに向上できる。すなわち、当接部２６ｆが熱変形し、流路幅が狭くなることを抑制できる。
　当接部２６ｆは、紙面に直交する方向に沿って、複数が並んで設けられていてもよい。また、当接部２６ｆは、紙面に平行な方向（左右方向）に複数が並んで設けられていてもよい。
　図７は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｅの断面図である。本実施形態は、上記の実施形態とは、第２流路部材２５ａの代わりに、第２断熱材４１と蓋体本体２２ａとの間に排ガスが流れる第５ガス流路を備えており、さらに第２断熱材４１は、第５ガス流路を流れる排ガスの流れを蛇行させる整流部を備えている点で異なる。なお、他の部位については、上記の実施形態と同じ参照符号を付して説明は省略する。例えば、第２断熱材４１に、蓋体本体２２ａに当接する整流部４１ｂを設けることにより整流部４１ｂと、蓋体本体２２ａと、第２断熱材４１とで囲まれた空間が、第５ガス流路となる。なお、図７で示すように、整流部４１ｂは第２断熱材４１から蓋部本体側に突出した凸形状の部分であってもよい。
　上記の実施形態では、第２流路部材２５ａを蓋体本体２２ａに接合するための組み立て工程が必要となる。これに対して、本実施形態では、予め整流部４１ｂが形成された第２断熱材４１を準備しておけば、第２断熱材４１を配置する工程自体は変わらないので、上方から下方に流れる排ガス流路の組み立て工程を削減することができ、燃料電池モジュール１Ｅを容易に組み立て、製造することができる。
　図８は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｆの断面図である。本実施形態は、上記の実施形態とは、第１流路部材２４ａおよび第２流路部材２５ａの形状が異なっており、他の部位については、上記の実施形態と同じ参照符号を付して説明は省略する。
　図８で示すように、流路区画部である第１流路部材２４ａが第１ガス流路２４内部に向かって凸となる凸部（第１凸部２４ｃ）を有する。この構成により、例えば本実施形態のように、第１ガス流路２４と第２ガス流路２５を隔てる流路区画部の表面積を大きくできるため、熱伝導による排ガスと酸素含有ガスの熱交換をより効率良く行うことができる。なお、流路区画部が第２流路部材２５ａに向かって凸となっていてもよい。
　さらに、第１凸部２４ｃが蓋体本体２２ａに当接していてもよい。この構成により、蓋体本体２２ａと流路区画部である第１流路部材２４ａとが接触することで熱伝導により排ガスと酸素含有ガスの熱交換をより効率良く行うことができる。
　また、本実施形態では、第２流路部材２５ａが第２ガス流路２５内部に向かって凸となる凸部（第２凸部２５ｃ）を有する。
　さらに、図８で示すように、第１ガス流路２４および第２ガス流路２５は、凸部（第１凸部２４ｃ、第２凸部２５ｃ）に沿って蓋体本体２２ａの箱体２１に臨む面を左右方向に蛇行する蛇行流路とすることができる。具体的には、第１流路部材２４ａには、第１ガス流路２４が蛇行流路となるように、蛇行する第１凸部２４ｃが形成されている。第２流路部材２５ａには、第２ガス流路２５が蛇行流路となるように、蛇行する第２凸部２５ｃが形成されている。なお、第１凸部２４ｃは、第１ガス流路２４内部方向の蓋体本体２２ａに向かって凸であり、第２凸部２５ｃは、第２ガス流路２５内部方向の第１流路部材２４ａに向かって凸である。また、第１凸部２４ｃと第２凸部２５ｃとは、同じ位置には形成されておらず互いに上下方向にずれた位置に形成されている。具体的には、第１凸部２４ｃは、蓋体本体２２ａに当接し、第２凸部２５ｃは、第１流路部材２４ａの第１凸部２４ｃが形成されていない平坦部分に当接する。言い換えれば、第１ガス流路２４と第２ガス流路２５のうち対向している部分の流路の上下方向がずれている。
　第１ガス流路２４および第２ガス流路２５は、それぞれ、上方側流路と下方側流路とに分けることもできる。上方側流路の流路断面積をＳｕとし、下方側流路の流路断面積をＳｄとすると、その大小関係は、Ｓｄ＞Ｓｕとなっている。すなわち、第２ガス流路２５の最も下方側であり下流側の流路２５における流路断面積Ｓｄが、上方側流路２５における流路断面積Ｓｕより大きい。この構成により、排ガスが流れる第２ガス流路２５の最も下流の流路断面積を大きくすることができるため、排ガスの滞留を抑制できる。さらに、第１ガス流路２４の最も下方側であり上流側の流路２４における流路断面積Ｓｄが、上方側流路２４における流路断面積Ｓｕより大きい。この構成により、第１ガス流路２４内部に酸素含有ガスが滞留しやすくなり、効率的に排ガスと酸素含有ガスとで熱交換を行うことができる。
　図９は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｇの断面図である。本実施形態は、上記の実施形態とは、箱体２１のフランジ部の形状が異なっており、他の部位については、上記の実施形態と同じ参照符号を付して説明は省略する。箱体２１は、開口２１ａにおいて内方に延びる内フランジ部２１ｅを有しており、蓋体２２は、内フランジ部２１ｅに、ねじ、ボルト－ナット、リベットなどの固定部材で固定される。なお、内フランジ部２１ｅの大きさが、第３ガス流路２６を塞いでしまうような場合は、内フランジ部２１ｅにも、流入口２２ｂを設ければよい。
　上記のように外フランジ部２１ｃは、熱膨張によって伸縮してしまうので箱外側断熱材４４と蓋外側断熱材４５とを両側から挟み込むように配置している。この場合、外フランジ部２１ｃからの放熱を効果的に抑制することが難しい。本実施形態のように、内フランジ部２１ｅとすることで、フランジ部からの放熱を抑制して燃料電池モジュール１Ｇの温度低下を抑制することができる。
　上記各実施形態の変形例として、第１ガス流路２４の上流側に、結露水を貯める貯水部２４ｄが設けられていてもよい。導入部２３を第１ガス流路２４の上流側端部でなく、上流側端部よりも少し下流側に接続することにより、上流側端部において、袋小路状の貯水部２４ｄを設けることができる。燃料電池モジュールのシャットダウン等の停止時において、収納容器内のガスが第１ガス流路２４を逆流するおそれがある。この場合に、収納容器内のガスには水分が含まれており、収納容器内のガスが第１ガス流路２４を逆流する間に、このガスの温度が低下し、結露が生じる可能性がある。結露水が導入部２３をさらに逆流すると、その上流側にある空気ブロワやセンサ類等の外部装置の故障の原因となる。貯水部２４ｄは、第１ガス流路２４において、鉛直方向下方端部に位置しており、生じた結露水が、自重によって貯水部２４ｄに流れ込み、さらに重力に反して結露水が、貯水部２４ｄから第１ガス流路２４を逆流することもないので、結露水が外部装置へと進入することを抑制することができる。
　図１０は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｈの断面図である。図１１は、さらに他の実施形態の燃料電池モジュール１Ｈの一部を抜粋して示す側面図である。本実施形態は、上記の実施形態とは、第４ガス流路３２が、内部に排ガス中の未燃焼成分を燃焼させるための燃焼触媒３５が配置された、排ガス処理室とされている点で異なる。以下では第４ガス流路３２について説明し、その他の部分については、説明を省略する。
　本実施形態では、第４ガス流路３２は、第１流路部材２４ａの外方に臨む外面に設けられ、第４ガス流路３２を規定する第４流路部材３２ａによって構成されている。第４流路部材３２ａは、略矩形形状の部材であり、４辺において、第１面（一方の主面）３２ａａ側に第４ガス流路３２の流路幅分だけ立設する部分が設けられている。第４流路部材３２ａは、立設する４辺部分を第１流路部材２４ａの外方に臨む外面に接合する。第４流路部材３２ａは、燃料電池モジュール１Ｈの外方側の開口を覆っている。これにより、第１流路部材２４ａと第４流路部材３２ａとの間隙が第４ガス流路３２となる。すなわち、酸素含有ガスが流れる第１ガス流路２４は、比較的温度の高い排ガスが流れる第４ガス流路３２と第２ガス流路２５との間に設けられていることから、酸素含有ガスと排ガスとで効率良く熱交換を行うことができる。また、排出部３１の、燃料電池モジュール１Ｈの外方側の開口が、排ガス処理室である第４ガス流路３２の排ガス流入口３６となる。
　第４ガス流路３２の内部には、排ガス中の未燃焼成分を燃焼させるための燃焼触媒が配置されている。燃焼触媒３５としては、たとえばγ－アルミナやα－アルミナやコージェライト等の多孔質担体に白金やパラジウム等の貴金属類等の触媒を担持させたものを使用することができる。第４ガス流路３２内に流入した排ガスは、燃焼触媒３５によって未燃焼成分が燃焼されて浄化される。排ガスは、燃焼触媒３５によって燃焼された後、第４ガス流路３２の下流側端部に設けられた接続管３３を介して、第４ガス流路３２の外部に排出される。接続管３３の、燃料電池モジュール１Ｈの内方側の開口が、排ガス処理室である第４ガス流路３２の排ガス流出口３７となる。
　本実施形態の燃料電池モジュール１Ｈでは、第４ガス流路３２は、第４ガス流路３２における排ガスの流れ方向の上流側に配設されるヒータ３８を備える。燃焼触媒３５は、ヒータ３８よりも、第４ガス流路３２における排ガスの流れ方向の下流側に配設されている。このような構成によれば、ヒータ３８によって昇温された排ガスが燃焼触媒３５を通過するので、燃焼触媒３５を均一に加熱することができる。これにより、燃焼触媒３５の活性を高めることができる。ひいては、排ガスと酸素含有ガスとの熱交換効率をさらに向上させることができる。また、ヒータ３８が燃焼触媒３５に直接に接触していないので、燃焼触媒の過加熱を抑制し、燃焼触媒３５の劣化や破損を抑制することができる。なお、ヒータ３８は設けない構成とすることもできる。
　図１０に示すように、燃料電池モジュール１Ｈでは、対向する第１流路部材２４ａの第１面２４ａａと第４流路部材３２ａの第１面３２ａａとの間に、仕切部材３９が設けられている。仕切部材３９は、第４ガス流路３２を、排ガス流入口３６を含む第１流路部分３２ｂと、排ガス流出口３７を含む第２流路部分３２ｃとに分割している。仕切部材３９には、排ガス流通部３９ａが設けられている。第１流路部分３２ｂと第２流路部分３２ｃとは、排ガス流通部３９ａを介してのみ連通している。
　図１１に示すように、第４ガス流路３２は、側面視したときに、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７が、燃料電池モジュール１Ｈの高さ方向に延びる、第４ガス流路３２の第１の中心線（図１１のＡ－Ａ線、以下Ａと略す。）に対して、同じ側に位置し、排ガス流通部３９ａが、第１の中心線Ａに対して、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７とは異なる側に位置している。これにより、排ガス流入口３６から、排ガス流通部３９ａを介して、排ガス流出口３７に至る排ガス流を蛇行させ、排ガス流の長さを長くすることができるので、第４ガス流路３２を流れる排ガスと第１ガス流路２４を流れる酸素含有ガスとの熱交換を行うことが可能な領域を増やすことができる。
　ここで、改質器１８の気化部１８ａにおける水の気化は吸熱反応であるので、気化部１８ａで水を気化させることにより、気化部１８ａの周囲の温度、特に気化部１８ａの下方に位置する燃料電池セル３の温度が低下するおそれがある。それに伴い、燃料電池セル３の配列方向におけるセルスタック４の温度分布が不均一になり、ひいてはセルスタック４の発電量が低下する、あるいはセルスタック４が破損するおそれがある。
　本実施形態の燃料電池モジュール１Ｈでは、図１１に示すように、排ガス流通部３９ａおよびヒータ３８は、第１の中心線Ａに対して、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７よりも、改質器１８の気化部１８ａに近接する位置に設けられている。ここで、第２流路部分３２ｃの、排ガス流通部３９ａの近傍に位置する領域は、燃焼触媒３５による排ガスの燃焼が活発に進行するため、温度が高くなる。それゆえ、排ガス流通部３９ａを気化部１８ａに近接して配設することにより、気化部１８ａの周囲を温めることができる。それによって、燃料電池セル３の配列方向におけるセルスタック４の温度分布を均一に近づけることができる。さらに、気化部１８ａに近接して配設されたヒータ３８によって、気化部１８ａの周囲を温めることができるので、燃料電池セル３の配列方向におけるセルスタック４の温度分布を均一に近づけることができる。なお、燃焼触媒３５の配置は、排ガス流通部３９ａを通過した排ガスのすべてが燃焼触媒３５を流過するように配置することがよい。
　仕切部材３９の構成は、図１０，１１に示した、第１流路部材２４ａの外方に臨む外面、および第４流路部材３２ａの第１流路部材２４ａに臨む内面に対して垂直に立設する構成に限定されるものではない。仕切部材３９は、第１流路部材２４ａの外方に臨む外面、および第４流路部材３２ａの内方に臨む内面の少なくとも一方に対して傾斜している構成であってもよい。
　図１１に示した第４ガス流路３２では、ヒータ３８は、第１流路部分３２ｂに配設されているが、ヒータ３８は、第４ガス流路３２における排ガスの流れ方向において、燃焼触媒３５よりも上流に配設され、かつ第１の中心線Ａに対して、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７よりも気化部１８ａに近接して配設されてさえいればよい。ヒータ３８は、たとえば第２流路部分３２ｃに配設されていてもよく、第１流路部分３２ｂと第２流路部分３２ｃとにわたって配設されていてもよい。
　また、燃料電池モジュール１Ｈでは、図１１に示すように、排ガス流出口３７の開口面積を、排ガス流入口３６の開口面積よりも大きくしている。これにより、第４ガス流路３２における圧力損失を低減し、第４ガス流路３２における排ガス流量を増大させることができる。ひいては、第４ガス流路３２を流れる排ガスと第１ガス流路２４を流れる酸素含有ガスとの熱交換効率を向上させることができる。排ガス流入口３６および排ガス流出口３７は、排ガス流出口３７の開口面積が排ガス流入口３６の開口面積よりも大きければよく、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７の開口形状は、図１１に示した正方形状に限定されるものではない。排ガス流入口３６および排ガス流出口３７の開口形状は、たとえば、円形状、矩形状であってもよく、その他の形状であってもよい。なお、排ガス流通部３９ａの開口面積は、少なくとも排ガス流入口３６の開口面積よりも大きいことがよい。
　図１２は、本実施形態の変形例の一部を抜粋して示す側面図である。燃料電池モジュール１Ｈは、図１２に示すように、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７が、第１の中心線Ａと直交し、燃料電池セル３の配列方向に延びる、第４ガス流路３２の第２の中心線（図１２のＢ－Ｂ線、以下Ｂと略す。）に対して、同じ側に位置し、排ガス流通部３９ａが、第２の中心線Ｂに対して、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７とは異なる側に位置している構成であってもよい。このような構成であっても、排ガス流入口３６から、排ガス流通部３９ａを介して、排ガス流出口３７に至る排ガス流を蛇行させ、排ガス流の長さを長くすることができるので、第４ガス流路３２を流れる排ガスと第１ガス流路２４を流れる酸素含有ガスとの熱交換を行うことが可能な領域を増やすことができる。また、気化部１８ａに近接して配置されたヒータ３８によって、気化部１８ａの周囲を温めることができるので、燃料電池セル３の配列方向におけるセルスタック４の温度分布を均一に近づけることができる。なお、本実施形態において排ガス流出口３７と接続する接続管３３は、第２の中心線Ｂに対して、排ガス流入口３６および排ガス流出口３７とは異なる側まで延びて熱交換器と接続していてもよい。
　図１３Ａは、本実施形態の他の変形例の一部を抜粋して示す断面図である。図１３Ｂは、本実施形態の他の変形例の一部を抜粋して示す側面図である。図１３Ｃは、本実施形態の他の変形例の一部を抜粋して示す、図１３Ｂとは異なる視点の側面図である。本変形例の燃料電池モジュール１Ｈでは、図１３Ａに示すように、第４ガス流路３２の内部に粒状の燃焼触媒３５、第１網状部材４７、および第２網状部材４８が設けられている。図１３Ｂは、燃料電池モジュール１Ｈの一部を外方側から見た側面図である。図１３Ｃは、燃料電池モジュール１Ｈの内方側から第４流路部材３２ａ、燃焼触媒３５、第１網状部材４７、および第２網状部材４８を見た側面図である。
　本変形例では、第４流路部材３２ａは、縦長の略矩形形状の部材であり、４辺において、第１面３２ａａ側に第４ガス流路３２の流路幅分だけ立設する部分が設けられている。この立設する部分には、外方に延びる外周フランジ部３２ａｂが設けられている。外周フランジ部３２ａｂを第１流路部材２４ａの外方に臨む外面に接合することにより、第１流路部材２４ａと第４流路部材３２ａとの間隙が第４ガス流路３２となる。外周フランジ部３２ａｂと第１流路部材２４ａとは、例えば溶接によって接合されていてもよい。
　第４ガス流路３２の内部には、網目状の第１網状部材４７が配設されている。第４ガス流路３２は、第１網状部材４７によって、排ガス流入口３６を含む第１流路部分３２ｂと、排ガス流出口３７を含み、第１流路部分３２ｂの上方に位置している第２流路部分３２ｃとに分割されている。
　第１網状部材４７は、図１３Ａに示すように、第４流路部材３２ａの第１面３２ａａに沿って延びる第１部分４７ａと、第１流路部材２４ａと第４流路部材３２ａとの間に延びる第２部分４７ｂとを有している。第１部分４７ａは、例えば溶接等によって第４流路部材３２ａの第１面３２ａａに接合されている。第２部分４７ｂは、第１流路部材２４ａ側の端部が第１流路部材２４ａに当接している。
　第２流路部分３２ｃには、図１３Ａに示すように、粒状の燃焼触媒３５が、排ガス流出口３７の上端よりも上方の高さ位置まで充填されていてもよい。第１網状部材４７の網目は、第２流路部分３２ｃに充填された粒状の燃焼触媒３５が、第１網状部材４７を通過し、第１流路部分３２ｂに向かって落下しない程度の径であればよい。第１網状部材４７を構成する材料としては、例えば、耐熱性を有するステンレス等の金属材料を用いることができる。
　第４流路部材３２ａの第１面３２ａａには、網目状の第２網状部材４８が、排ガス流出口３７を覆うように配設されている。これにより、粒状の燃焼触媒３５が、排ガス流出口３７から外部に向かって移動することを抑制することができる。第２網状部材４８は、第４流路部材３２ａの内面に溶接されていてもよい。また、第２網状部材４８の網目は、第２流路部分３２ｃに充填された粒状の燃焼触媒３５が、第２網状部材４８を通過しない程度の径であればよい。第２網状部材４８を構成する材料としては、例えば、耐熱性を有するステンレス等の金属材料を用いることができる。
　本変形例によれば、排ガス流入口３６から第４流路３２に流入した排ガスは、第４流路３２内を均等に流れ排ガス流出口３７へと向かう。排ガスは第２流路部分３２ｃに充填された、粒状の燃焼触媒３５の全体を通過するため、燃焼触媒３５全体を効率よく利用することができる。また、燃焼触媒３５は、第１網状部材４７によって保持、および位置決めされるので、第４ガス流路３２内に、燃焼触媒３５を収容する触媒ケースを設ける必要がない。これにより、第４ガス流路３２の構造が簡素化され、燃料電池モジュール１Ｈの組立性が向上する。
　図１４は、外装ケース内に燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを動作させるための補機とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す透過斜視図である。なお、図１４においては一部構成を省略して示している。
　燃料電池装置５３は、支柱５４と外装板５５から構成される外装ケース内を仕切板５６により上下に区画し、その上側を上述の燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈを収納するモジュール収納室５７とし、下側を燃料電池モジュール１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈを動作させるための補機を収納する補機収納室５８として構成されている。なお補機収納室５８に収納する補機を省略して示している。
　また、仕切板５６には補機収納室５８の空気をモジュール収納室５７側に流すための空気流通口５９が設けられており、モジュール収納室５７を構成する外装板５５の一部にモジュール収納室５７内の空気を排気するための排気口６０が設けられている。
　以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ　　　燃料電池モジュール
　２　　　収納容器
　３　　　燃料電池セル
　４　　　セルスタック
　２１　　箱体
　２２　　蓋体
　２２ａ　蓋体本体
　２４　　第１ガス流路
　２５　　第２ガス流路
　２６　　第３ガス流路
　３２　　第４ガス流路
　５３　　燃料電池装置
　５４　　支柱
　５５　　外装板
　５６　　仕切板
　５７　　モジュール収納室
　５８　　補機収納室
　５９　　空気流通口
　６０　　排気口　

Claims (20)

  1. 　一面が開口した箱体と該開口を塞ぐ蓋体とからなる収納容器と、
    　該収納容器内に設けられた収納室に収納され、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう複数の燃料電池セルが配列され、互いに電気的に接続されてなるセルスタックとを備え、
    　前記蓋体は、
    　前記酸素含有ガスおよび前記収納室より排出される排ガスのうちいずれか一方のガスが流れる第１ガス流路を備えることを特徴とする燃料電池モジュール。
  2. 　前記蓋体は、
    　該第１ガス流路と隣接して配設され、前記酸素含有ガスおよび前記排ガスのうちいずれか他方のガスが流れる第２ガス流路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
  3. 　前記第２ガス流路は前記第１ガス流路よりも前記セルスタック側に設けられており、前記第１ガス流路を流れるガスが、前記酸素含有ガスであり、前記第２ガス流路を流れるガスが、前記排ガスであることを特徴とする請求項２記載の燃料電池モジュール。
  4. 　前記第１ガス流路および前記第２ガス流路が、前記蓋体の前記箱体側に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料電池モジュール。
  5. 　前記蓋体には、前記酸素含有ガスを外部から導入するとともに、前記第１ガス流路と連通する導入部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池モジュール。
  6. 　前記蓋体は、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを区画する流路区画部を有し、
    　該流路区画部が前記第１ガス流路内部又は前記第２ガス流路内部に向かって凸となる凸部を有することを特徴とする請求項２～５のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  7. 　前記第１ガス流路および前記第２ガス流路は、前記蓋体の前記箱体に臨む面を左右方向に蛇行する蛇行流路であり、
    　前記第１ガス流路および前記第２ガス流路は、前記蛇行流路の下方側の流路断面積が上方側の流路断面積より大きいことを特徴とする請求項２～６のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  8. 　前記セルスタックよりも前記箱体の底面側に配設され、前記酸素含有ガスを前記底面に沿って流過させ、流過した前記酸素含有ガスを前記セルスタックに供給する酸素含有ガス導入口を有する酸素含有ガス導入板をさらに備えることを特徴とする請求項２～７のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  9. 　前記第１ガス流路と前記酸素含有ガス導入板とを接続する第３ガス流路をさらに備え、前記第１ガス流路を流過した前記酸素含有ガスが、前記第３ガス流路を流過して前記酸素導入板に流入することを特徴とする請求項８記載の燃料電池モジュール。
  10. 　前記第３ガス流路が、前記燃料電池セルの長手方向における一端側に設けられており、前記第３ガス流路が前記第１ガス流路の下流側の一端と、前記酸素含有ガス導入板の上流側の一端とを連通しており、前記導入部および前記酸素含有ガス導入口が、前記燃料電池セルの長手方向における他端側に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池モジュール。
  11. 　前記第１ガス流路と前記第３ガス流路とは、並列に配置された複数の流入口によって連通されており、
    　前記第３ガス流路は、前記第１ガス流路と接続する上流側の流路断面積が、下流側の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項９または１０に記載の燃料電池モジュール。
  12. 　前記第３ガス流路は、対向する複数の第３ガス流路壁によって規定され、
    　対向する其々の該第３ガス流路壁が前記第３ガス流路内部に向かって其々凸となり当接する当接部を有することを特徴とする請求項９～１１のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  13. 　前記第３ガス流路は、前記第１ガス流路から前記酸素含有ガス導入板までを接続する主流路部分と、前記酸素含有ガス導入板と前記主流路部分とが接続する位置よりも前記箱体の底面側に延びる延設部分とを有することを特徴とする請求項９～１２のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  14. 　前記第１ガス流路は、前記酸素含有ガス導入板へと流れる前記酸素含有ガスを、前記酸素含有ガス導入板を介さずに前記セルスタックに供給する分流部を有することを特徴とする請求項８～１３のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  15. 　前記箱体は、前記開口において外方に延びる外フランジ部を有し、
    　前記外フランジ部に沿って前記箱体の外面を覆う外側断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  16. 　前記第１ガス流路の上流側に、結露水を貯める貯水部が設けられていることを特徴とする請求項３～１５のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  17. 　前記蓋体は、前記第１ガス流路と隣接して配置され、前記第１ガス流路よりも外方に設けられている第４ガス流路をさらに備え、
    　前記第４ガス流路は、前記第２ガス流路と連通しており、前記第２ガス流路を流過した前記排ガスが、前記第４ガス流路を流れることを特徴とする請求項３または請求項３を引用する請求項４～１６のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。
  18. 　前記第４ガス流路の内部に、前記排ガスを処理するための燃焼触媒が配設されていることを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池モジュール。
  19. 　前記燃焼触媒は、前記第４ガス流路における前記排ガスの流れ方向の下流側に配設されていることを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池モジュール。
  20. 　請求項１～１９のうちいずれか１つに記載の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを作動させるための補機と、前記燃料電池モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースとを備える燃料電池装置。
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