特許 5946730 燃料電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5946730

(24)【登録日】2016年6月10日

(45)【発行日】2016年7月6日

(54)【発明の名称】燃料電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20160623BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20160623BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/12

   H01M8/04 J

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-201294(P2012-201294)

(22)【出願日】2012年9月13日

(65)【公開番号】特開2014-56737(P2014-56737A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2015年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000109026

【氏名又は名称】ダイニチ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078330

【弁理士】

【氏名又は名称】笹島 富二雄

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100167025

【弁理士】

【氏名又は名称】池本 理絵

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100136227

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 玲子

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100154298

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 恭子

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100161001

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 篤司

(74)【代理人】

【識別番号】100179154

【弁理士】

【氏名又は名称】児玉 真衣

(72)【発明者】

【氏名】川路 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】山本 暁

(72)【発明者】

【氏名】横山 翔

(72)【発明者】

【氏名】金子 佳亮

(72)【発明者】

【氏名】岸田 遼

(72)【発明者】

【氏名】水野 康

(72)【発明者】

【氏名】横尾 直樹

(72)【発明者】

【氏名】柴崎 則久

(72)【発明者】

【氏名】小黒 裕希

【審査官】 清水 康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１１０６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１３２３４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０１−０９８３９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２４８２０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１４２１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１２８３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１４１３０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−０８４５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８０２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８９５１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料の化学反応により発電する発電部を筐体に内包して構成された燃料電池モジュールであって、
燃料電池モジュールの内側と外側との間に流体を流通させる通路を、前記筐体の外側に配設される第１通路と、該第１通路に連通して前記筐体の内側に配設される第２通路とを含んで構成し、前記第１通路を構成する外側部材と前記第２通路を構成する内側部材とを、該第１通路及び第２通路の内側空間でシール部材を介して締結し、
前記第１通路及び第２通路の内側空間と、前記筐体の内側で前記第２通路外側の空間と、前記第１通路外側の空間と、を気密に分離したこと
を特徴とする燃料電池モジュール。

【請求項2】

前記第１通路を構成する外側部材と前記第２通路を構成する内側部材は、それぞれ前記筐体側の端部を内側に屈曲させたフランジ部と、前記筐体に開口した通気孔の外側周縁部とが、前記各フランジ部と前記通気孔の外側周縁部との間にそれぞれシール部材を挟んでネジ締結される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。

【請求項3】

前記第１通路を構成する外側部材と前記第２通路を構成する内側部材は、それぞれ前記筐体側の端部を内側に屈曲させたフランジ部相互がシール部材を挟んでネジ締結されると共に、前記第１通路を構成する外側部材の外周を前記筐体に開口した通気孔の周縁部に接合し、該接合部が溶接される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。

【請求項4】

前記第２通路を構成する内側部材の前記筐体側の端部を内側に屈曲させたフランジ部と前記筐体に開口した通気孔の外側周縁部とが、これらの間にシール部材を間に挟んでネジ締結されると共に、該締結部より外側で前記第１通路を構成する外側部材の前記筐体側の端部を該筐体の外壁に接合し、該接合部が溶接される、請求項１に記載の燃料電池モジュール。

【請求項5】

前記第２通路は、前記筐体より内側で前記発電部を内包する第２の筐体または該第２の筐体への連結体に連結され、
前記第１通路及び第２通路の内側空間を流れる流体は、前記発電部における余剰燃料の燃焼排ガスであり、前記筐体の内側において前記筐体の内側で前記第２通路外側の空間を流れる流体は、酸化剤である、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項6】

前記第２通路は、前記筐体より内側で前記発電部と燃料を改質する改質器とを内包する第２の筐体または該第２の筐体への連結体に連結され、
前記第１通路及び第２通路の内側空間を流れる流体は、前記発電部における余剰燃料の燃焼排ガスであり、前記第２通路外側の空間を流れる流体は、前記改質器によって改質される改質ガスである、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項7】

前記第１通路の下流に熱回収部を更に備えることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項8】

前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池のモジュールである、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料の化学反応により発電する発電部を内包する燃料電池モジュールに関し、特に、燃料モジュール内外に流体を気密に流通させる通路構造に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムとして、例えば固体酸化物形燃料電池システム（ＳＯＦＣシステム）では、水素含有燃料と酸化剤（空気）とを反応させて発電する燃料電池セルスタックを含む発電部と該発電部を筐体で取り囲み、内部で余剰の水素含有燃料（オフガス）を燃焼させ、その燃焼排ガスを、触媒部で浄化した後、熱媒体によって排ガスの熱を回収し、燃料電池システムの外部に放出している。

【0003】

燃料電池システムにおける配管接続構造としては、特許文献１に示すように、接続される２本の配管内を流れるガスの配管外（大気側）への漏洩防止を図ったものがある。
一方、ＳＯＦＣシステムとして、特許文献２では、モジュール最外側の筐体を構成する第１ケースと、その内側の発電部を取り囲む第２ケースとの間に空間を形成し、該環状空間に酸化剤（空気）を取り入れて第２ケース内側の発電部（カソード電極）に供給すると共に、第２ケースの内側で発生したオフガスの燃焼排ガスを、環状空間を貫通してモジュール外側に突出する配管を介して排出するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１９７８４４号

【特許文献2】特開２０１１−２２２１３６号

【特許文献3】特開２０１０−１９２２７２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献２のような構造の場合、配管内を流れる排ガス及び酸化剤の大気への漏洩、及び排ガスと環状空間内を流れる酸化剤との混入を回避する必要があるが、特許文献１の方式では、２流体間の気密に対応できるが３流体間の気密には対応できない。

【0006】

第１ケースと第２ケース（の配管）とを溶接等で固定すれば、シール性は確保されるが、第２ケースを第１ケースに対して着脱できない構造となるため、メンテナンス面で不利であり、製造コストも増加する。

【0007】

また、特許文献３のように、モジュール外側の通路部材の端部に径方向外側に延びるフランジ部を形成し、これらフランジ部相互をシール部材を介して締結することが考えられる。

【0008】

しかし、この方式では、モジュール内の排ガスや酸化剤がフランジ部を貫通するネジ孔を介して大気中に漏洩することを回避できず、良好なシール性を確保できない。
モジュールを構成する壁面をネジ孔が貫通しない程度の厚さにすることによりシール性は確保できるが、モジュールの大型化、重量化を招く。さらに、各ネジ締結部に袋ナットを溶接してネジ孔を閉塞することも考えられ、このようにしても、シール性は確保できるが、高価な袋ナットが複数個必要となり、その複数箇所の溶接にも時間を要すると共に、袋ナット溶接箇所の気密検査が必要となりコスト高となる。

【0009】

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃料モジュールの内側と外側の間に流体を流通させる通路を、該通路に隣接する２空間との気密を確保すると共に、メンテナンス性を確保でき、かつ、簡易で低コストに製造できる構成とした燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池モジュールは、
燃料の化学反応により発電する発電部を筐体に内包して構成された燃料電池モジュールであって、燃料電池モジュールの内側と外側との間に流体を流通させる通路を、前記筐体の外側に配設される第１通路と、該第１通路に連通して前記筐体の内側に配設される第２通路とを含んで構成し、前記第１通路を構成する外側部材と前記第２通路を構成する内側部材とを、該第１通路及び第２通路の内側空間でシール部材を介して締結し、前記第１通路及び第２通路の内側空間と、前記筐体の内側で前記第２通路外側の空間と、前記第１通路外側の空間と、を気密に分離したことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

第１通路と第２通路とは、これらを構成する外側部材と内側部材とが通路の内側でシール部材を介して締結されるため、該通路内の流体が通路締結用のネジ孔を通過しても通路外に漏洩することがない。また、これら通路内空間と、モジュール内側で通路外側の空間、及びモジュール外側で通路外側の空間（大気）とは、通路内側のシール部材を介した締結によって気密に分離され、これら各空間にある３流体相互のシール機能が確保される。

【0012】

また、モジュールを構成する最外側の筐体と、第２通路及びこれに連結される部材とは着脱自由であり、メンテナンス性を確保できる。
さらに、高価な袋ナット及びその複数箇所の溶接および気密検査も不要であり、製造コストも削減できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明に係る通路構造が適用される燃料電池モジュールの一例の概略を示す図。

【図2】本発明に係る通路構造が適用される燃料電池モジュールの別の例の概略を示す図。

【図3】図１または図２の燃料電池モジュールに適用される第１の実施形態に係る通路構造を拡大して示す図。

【図4】図１または図２の燃料電池モジュールに適用される第２の実施形態に係る通路構造を拡大して示す図。

【図5】図１または図２の燃料電池モジュールに適用される第３の実施形態に係る通路構造を拡大して示す図。

【図6】本発明に係る通路構造が適用される燃料電池モジュールのさらに別の例の概略を示す図。

【図7】図６の燃料電池モジュールに適用される第４の実施形態に係る通路構造を拡大して示す図。

【図8】図６の燃料電池モジュールに適用される第５の実施形態に係る通路構造を拡大して示す図。

【図9】図６の燃料電池モジュールに適用される第６の実施形態に係る通路構造を拡大して示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して、詳細に説明する。
先ず燃料電池モジュールの概略構成について説明する。
図１および図２は、本発明に係る通路構造が適用される固体酸化物形燃料電池モジュールの一例の概略を示す。

【0015】

筐体１は、筐体１の最外側を構成する直方体状の第１ケース（外殻部材）２と、第１ケース２内に第１の空隙４を隔てて収納される直方体状の第２ケース（内殻部材）３と、を含んで構成される。これらのケース２、３は金属製である。但し、第２ケースは、長手方向の両端側面の少なくとも一方を開放端とし、該開放端部を第１ケース２の内壁面に着脱自由に気密に連結する構成としてもよい。

【0016】

第２ケース３内には、水素含有燃料と酸化剤（空気）との化学反応によって発電する複数のセルと、セルの一端部（反応ガスの流れ方向における下流端部）側で余剰の水素含有燃料（オフガス）を燃焼させてセルスタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部とを含んで構成される発電部１１が収納される。

【0017】

図１に示す燃料電池モジュールは、第２ケース３内にはまた、発電部１１のオフガス燃焼部近傍に、燃料供給管１４から供給される水素含有燃料を改質する改質器１２が収納される。該改質器１２で生成された改質ガスは改質ガス通路１３を介してセルスタックのアノード（燃料極）に供給される。
水素含有燃料（原燃料）としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられ、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。

【0018】

改質器１２での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。水蒸気改質を用いる場合は、改質器１２内（又は改質器１２とは別）に水気化部を設け、筐体１外部から供給される水を加熱し気化させることによって水蒸気を生成する。

【0019】

なお、図２に示すように、改質器は筐体１内部に備えなくてもよい。例えば、筐体１外部に改質器を備え、改質済みの燃料を燃料供給管１４から発電部１１に供給する形態がある。または、改質を必要としない水素リッチガスを燃料供給管１４から発電部１１に供給する形態がある。あるいは、燃料供給管１４と発電部１１の間に、脱水素反応部および脱水素反応部から脱水素化物を排出する脱水素化排出管を更に追加し、燃料供給管１４から有機ハイドライドを供給し、脱水素反応によって生成した水素リッチガスを発電部に１１に供給する形態がある。

【0020】

第１ケース２と第２ケース３との間の空隙４には、第１ケース２の底壁を開口して接続された酸化剤導入管２ａから、酸化剤（空気）が取り入れられる。空隙４内の酸化剤は、第２ケース３の頂壁を開口して形成された酸化剤取入口３ａから第２ケース２内に導入され、発電部１１内のセルスタックのカソード（酸化剤極）に供給される。

【0021】

また、図１に示すように、第２ケース３の底壁には、排ガスを筐体１外部に排出するための通路が形成される。
また、図２に示すように、第２ケース３の底壁に代えて、第２ケースの下端に設けられた排ガスボックス１５に、排ガスを筐体１外部に排出するための通路が形成されてもよい。具体的には、第２ケース３の下端部が開放されており、該第２ケース３の下端部に排ガスボックス１５が連結されている。排ガスボックス１５は、上壁に第２ケースの下端と連通する排ガス導入口１５ａが開口され、底壁に排ガスを筐体１外部に排出するための通路が形成されている。なお、後述の説明において、第２ケース３の底壁は、排ガスボックス１５の底壁に読み替えることができる。

【0022】

以上示した筐体構造を有した燃料電池モジュールにおいて、第２ケース３内に発生する排ガスを、第１ケース２の外側に導き、第１ケース２の外側に導かれた排ガスを大気と分離した状態で、燃料電池システム内の排ガス利用プロセスに導くための流体通路を以下のように形成する。

【0023】

図１または図２で点線Ｘ部内に示すように、排ガスを第２ケース３の底壁または排ガスボックス１５の底壁から空隙４を貫通する通路を介して第１ケース２外に排出する構成とする。

【0024】

この場合、通路内を流れる排ガス及び空隙４内を流れる酸化剤の大気中への漏洩、排ガスと酸化剤との相互間の漏洩による混合を防止することが要求される。
また、図１では、第２ケース３（及び内部に収納される発電部、改質器）また図２では第２ケース（及び内部に収納される発電部）とこれに連結された排ガスボックス１５を第１ケース２に対して着脱自由な構成としてメンテナンス性を確保することが要求される。

【0025】

図３は、上記の各条件を満たすように構成された、第１の実施形態に係る通路構造を拡大して示す。
第１ケース２の底壁に通気孔２ｂを開口し、該通気孔２ｂに第１ケース２の外側で第１通気管５の上端部を接続する。

【0026】

一方、第２ケース３または排ガスボックス１５の底壁に開口した排ガス取出口に上端を連結した第２通気管６を配設し、該第２通気管６の下端部を第１ケース２の内側で通気孔２ｂに接続する。

【0027】

ここで、第１通気管５の上端部及び第２通気管６の下端部は、それぞれ径方向内方に屈曲されてフランジ部５ａ，６ａが形成される。
そして、第１通気管５及び第２通気管６のフランジ部５ａ，６ａを、第１ケース２底壁の通気孔２ｂ外周縁部との間にそれぞれ第１シール部材７、第２シール部材８を挟み、これらの周方向に形成した複数個のネジ孔にネジ９を通して締結する。

【0028】

かかる通路構造とすれば、第２ケース３内で発生した排ガスは、第２通気管６及び第１通気管５を通って第１ケース２の外側に排出され、第１通気管５又はその下流側に接続される通路内に介装される図示しない触媒部によって浄化された後、大気中に放出される。

【0029】

そして、第１通気管５と第２通気管６との締結部を、これら通気管５，６の内側に設け、第１シール部材７及び第２シール部材８によってシールしたことにより、第１通気管５及び第２通気管６内側空間と、空隙４との間が気密に分離されると共に、これら両空間と第１通気管５の外側空間（大気）との間も、気密に分離される。

【0030】

したがって、第１通気管５及び第２通気管６の内側空間を流れる排ガスは、締結部のネジ孔内を漏洩しても通気管の外側、つまり大気中への漏洩を防止できる。また、空隙４を流れる酸化剤の大気中への漏洩も防止でき、排ガスと酸化剤と相互間の漏洩も防止できる。

【0031】

これにより、酸化剤の漏洩及び、排ガスと酸化剤相互の漏洩に伴う混合による燃料電池モジュールの発電性能の低下を抑制できる。また、第１ケース２と第１通気管５との接合部分から排ガスを漏出させずに、設計によって定められる任意の箇所に排ガスを導くことができる。設計によって定められる任意の箇所とは、例えば、換気口、煙道管が挙げられる。また、第１通気管５の下流に熱交換部１７を備える場合、高温の排ガスが第１ケース２と第１通気管５との接続部から大気に漏洩することを抑制できるため、熱回収部１７における排ガスからの熱回収効率を高めることができる。

【0032】

また、第１ケース２と第２ケース３とは、ネジ９によって着脱自由に締結されるので、上記発電効率および熱回収効率の向上と同時にメンテナンス性を確保できる。例えば、直方体状の第１ケース２のいずれかの側壁または上壁の少なくとも一面を、着脱自由な蓋部材とし、第２ケース３を第１ケース２に対して該蓋部材の開口方向に引出し／挿入可能な構成とすればよい。

【0033】

また、高価な袋ナット、その複数箇所の溶接および気密検査も不要であり、製造コストも削減できる。
なお、第１ケース２の内側で、排ガスと酸化材との混合を抑制するための第２シール部材８は、比較的気密レベルの低い安価なセラミックファイバー等を用いればよい。一方、排ガス及び酸化材の第１ケース２外側への漏洩はより確実に阻止する必要があるため、第１シール部材７として、気密レベルの高い比較的高価なセラミックファイバー等を用いるのがよい。

【0034】

図４は、第２の実施形態に係る通路構造を拡大して示す。
本実施形態では、第１ケース２に、第１通気管５の外径より大きめの通気孔２ｂをバーリング加工により形成する。そして、第１の実施形態と同様に形成された第１通気管５のフランジ部５ａを、通気孔２ｂの内側面に接合し、第１通気管５の外側（大気側）で接合部周縁を溶接する。なお、通気孔２ｂは、バーリング加工に限定されず、単純な抜き加工により形成してもよい。

【0035】

一方、第１通気管５のフランジ部５ａと第２通気管６のフランジ部６ａとを第２シール部材８を間に挟み、これらの周方向に形成した複数個のネジ孔にネジ９を通して締結する。

【0036】

本実施形態においては、第１通気管５と第１ケース２とを溶接して一体化した上で、第１通気管５と第２通気管６との締結部を、これら通気管５，６の内側に設け、第２シール部材８よってシールした通路構造としたことにより、第１通気管２及び第２通気管の内側空間と、空隙４との間が気密に分離されると共に、これら両空間と第１通気管５の外側空間（大気）との間も、気密に分離される。

【0037】

したがって、第１の実施形態と同様、第１通気管５及び第２通気管６の内側空間を流れる排ガスと、空隙４を流れる酸化剤と、第１通気管５外側の大気との相互間の漏洩を防止でき、酸化剤の漏洩ないし排ガスとの混合による燃料電池モジュールの発電性能低下を抑制し、排ガスからの熱回収効率を向上させることができる。

【0038】

本実施形態では、溶接工程を要するが、一箇所の溶接で済み、また、第１ケース２の通気孔２ｂ外周縁部と第１通気管５のフランジ部５ａとの間をシールする比較的高価な第１シール部材７を省略できるので、製造コストを削減できる。

【0039】

また、第１ケース２と第２ケース３とは、ネジ９によって着脱自由に締結されるので、メンテナンス性を確保でき、また、高価な袋ナット、その複数箇所の溶接および気密検査も不要であり、製造コストも削減できることも同様である。

【0040】

図５は、第３の実施形態に係る通路構造を拡大して示す。
本実施形態では、第１の実施形態と同様、通気孔２ｂを形成した第１ケース２の底壁に、第１通気管５の端面を突き当てて接合し、該接合部の外周縁部を溶接する。なお、端面は、図５のような第１通気管５の切断面に限定されず、径方向外側に延びるフランジ面であってもよい。

【0041】

そして、第１通気管５と一体化された第１ケース２底壁の通気孔２ｂ外周縁部と第２通気管６のフランジ部６ａとを第２シール部材８を間に挟み、これらの周方向に形成した複数個のネジ孔にネジ９を通して締結する。

【0042】

第３の実施形態は、第２の実施形態において、第１通気管５のフランジ部５ａが第１ケース２底壁の通気孔２ｂ外周縁部に置き換えられた構造であるから、機能・効果は第２の実施形態と同様である。

【0043】

図６は、図１，図２とは内部構造が異なる燃料電池モジュールの概要を示す。
第２ケース２内に発電部１１及び改質器１２が収納されることは図１と同様であるが、第１ケース２の底壁及び第２ケース３の底壁を貫通して配設された酸化剤導入管１６を介して酸化剤が発電部１１内のセルスタックのカソード極に供給される。また、改質器１２によって改質された改質ガスが改質ガス導出通路１８を介して、第１ケース２と第２ケース３との間の空隙４に導出される。改質ガスは、次いで、第２ケース３底壁に開口された複数の改質ガス導入孔３ｂを介して第２ケース３内の底部から発電部１１のセルスタックのアノード極に導かれる。

【0044】

かかる構造の燃料電池モジュールにおいて、発電部１１の上部で発生するオフガスの排ガスを、第１ケース２の外側に導き、図示しない触媒部で浄化した後、大気中に放出する流体通路を以下のように形成する。

【0045】

本実施形態では、図６で点線Ｙ部内に示すように、排ガスを第２ケース３の頂壁から空隙４を貫通する通路を介して第１ケース２外に排出する構成とする。
この場合、第１〜第３の実施形態と同様、排ガス及び排ガスと隣接する空隙４内を流れる改質ガスの大気中への漏洩、排ガスと改質ガスとの相互間の漏洩による混合を防止することが要求される。

【0046】

同じく、第２ケース３（及び内部に収納される発電部、改質器）を第１ケース２に対して着脱自由な構成としてメンテナンス性を確保することが要求される。
図７は、上記の各条件を満たすように構成された、第４の実施形態に係る通路構造を拡大して示す。

【0047】

第４の実施形態の構造は、第１の実施形態の構造と対応しており、第１ケース２の頂壁に通気孔２ｃを開口し、該通気孔２ｃに第１ケース２の外側で第１通気管５の下端部を接続する。

【0048】

一方、第２ケース３の頂壁に開口した排ガス取出口に下端を連結した第２通気管６を配設し、該第２通気管６の上端部を第１ケース２の内側で通気孔２ｃに接続する。
ここで、第１通気管５の下端部及び第２通気管６の上端部は、それぞれ径方向内方に屈曲されてフランジ部５ｂ，６ｂが形成される。

【0049】

そして、第１通気管５及び第２通気管６のフランジ部５ｂ，６ｂを、第１ケース２の通気孔２ｃ外周縁部との間にそれぞれ第１シール部材７、第２シール部材８を挟み、これらの周方向に形成した複数個のネジ孔にネジ９を通して締結する。

【0050】

かかる通路構造とすれば、第２ケース３内で発生した排ガスは、第２通気管６及び第１通気管５を通って第１ケース２の外側に排出され、第１通気管５又はその下流側に接続される通路内に介装される図示しない触媒部によって浄化された後、大気中に放出される。

【0051】

そして、第１通気管５と第２通気管６との締結部を、これら通気管５，６の内側に設け、第１シール部材７及び第２シール部材８によってシールした構造としたことにより、第１通気管２及び第２通気管の内側空間と、空隙４との間が気密に分離されると共に、これら両空間と第１通気管５の外側空間（大気）との間も、気密に分離される。

【0052】

したがって、第１通気管５及び第２通気管６の内側空間を流れる排ガスは、締結部のネジ孔内を漏洩しても通気管の外側、つまり大気中への漏洩を防止できる。また、第１通気管５及び第２通気管６の内側空間を流れる排ガスと、空隙４を流れる改質ガスと、第１通気管５外側の大気との相互間の漏洩を防止でき、改質ガスの漏洩ないし排ガスとの混合による燃料電池モジュールの発電性能低下を抑制できる。また、第１通気管５の下流に熱交換部１７を備える場合、高温の排ガスが第１ケース２と第１通気管５との接続部から大気に漏洩することを抑制できるため、熱回収部１７における排ガスからの熱回収効率を高めることができる。

【0053】

また、第１ケース２と第２ケース３とは、ネジ９によって着脱自由に締結されるので、上記発電効率および熱回収効率の向上と同時にメンテナンス性を確保できる。
図８は、第２の実施形態に対応する第５の実施形態、図９は、第３の実施形態に対応する第６の実施形態を示す。

【0054】

これら第５、第６の実施形態においては、上記第４の実施形態と同様のシール機能が得られ、該シール機能により、改質ガスの漏洩ないし排ガスとの混合による燃料電池モジュールの発電性能低下を抑制し、排ガスからの熱回収効率を向上させることができる。

【0055】

また、第１ケース２と第２ケース３とは、ネジ９によって着脱自由に締結されるので、メンテナンス性を確保でき確保でき、また、高価な袋ナット、その複数箇所の溶接および気密検査も不要であり、製造コストも削減できることも同様である。

【0056】

一方、第２及び第３の実施形態同様、第４の実施形態に比較して、溶接工程を要するが、第１ケース２の通気孔２ｃ外周縁部と第１通気管５のフランジ部５ｂとの間をシールする比較的高価な第１シール部材７を省略できる。

【0057】

以上のように、図１〜図５に示した実施形態では、気密に分離する３流体は、排ガス、酸化剤、大気であるのに対し、図６〜図９に示した実施形態では、気密に分離する３流体は、排ガス、改質ガス（水素リッチガス）、大気となって相違する。また、この他の３流体を分離する通路に適用してもよい。さらに、以上の実施形態では、燃料電池モジュールの外部に排ガス等の流体を流出させる流体通路に適用したものを示したが、本発明は、燃料電池モジュールの内部にガス燃料等の流体を流入させる通路に適用することもできる。

【0058】

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

【0059】

例えば、図１、図２および図６においては第１ケース２および第２ケース３を簡易な構成として図示したが、筐体１内部に仕切り板を配置して酸化剤流路および排ガス流路を任意に形成することができる。その流路構造に応じて、酸化剤導入管２ａ、１６は筐体１の下方壁面以外の壁面に接続してもよい。また、図１および図２は、第１および第２ケース２、３の底壁において第１および第２通気管を連結させる形態を示すが、筐体１内部の流路構造に応じて、上部または側部において連結させてもよい。同様に、図６は第１および第２ケース２、３の上壁において第１および第２通気管を連結させる形態を示すが、筐体１内部の流路構造に応じて、底部または側部において連結させてもよい。

【0060】

また、図２において改質器を内包しない燃料電池モジュールにおいて第２ケース３の下端部に排ガスボックス１５を連結する実施形態を示したが、図１のように改質器を内包する燃料電池モジュールにおいて第２ケース３の下端部に排ガスボックス１５を連結してもよい。

【0061】

また、図６において、空隙４に改質ガスが流通する形態を示したが、改質器を筐体１内部に備えない場合には、改質器以外の手段によって発電部１１に供給される水素リッチガスを流通させてもよい。

【0062】

なお、排ガスを浄化する触媒部は特に図示していないが、例えば、第１通気管５の内部、第１通気管５の下流、第２通気管６の内部、または第２通気管の上流に備えることができる。

【符号の説明】

【0063】

１…筐体
２…第１ケース
２ｂ，２ｃ…通気孔
３…第２ケース
３ａ…酸化剤取入口
４…空隙
５…第１通気管
５ａ，５ｂ…フランジ部
６…第２通気管
６ａ，６ｂ…フランジ部
７…第１シール部材
８…第２シール部材
１１…発電部
１２…改質器
１３…改質ガス通路
１４…燃料供給管
１５…排ガスボックス
１５ａ…排ガス導入口
１６…酸化剤導入管
１７…熱回収部
１８…改質ガス導出通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】