特許 6960456 燃料電池モジュールおよび燃料電池装置

(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】6960456

(24)【登録日】2021年10月13日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】燃料電池モジュールおよび燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20211025BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20211025BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/04 N

   H01M8/04 J

   !H01M8/12 101

   !H01M8/12 102C

   !H01M8/12 102B

   !H01M8/12 102A

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-526967(P2019-526967)

(86)(22)【出願日】2018年6月27日

(86)【国際出願番号】JP2018024322

(87)【国際公開番号】WO2019004267

(87)【国際公開日】20190103

【審査請求日】2019年12月18日

(31)【優先権主張番号】特願2017-129131(P2017-129131)

(32)【優先日】2017年6月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健吾

(72)【発明者】

【氏名】中間 英徳

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 雅人

(72)【発明者】

【氏名】柳本 幸弘

【審査官】 今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１５７７３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−３１５１３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸素含有ガスと燃料ガスとを用いて発電を行なうセルスタック装置と、
前記セルスタック装置が載置される載置面を有し、変形可能な第１断熱材と、
前記第１断熱材内に配設され、前記セルスタック装置を支持可能な支持部材と、を備える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断熱材には、前記載置面から前記載置面と反対側の面まで貫通する貫通孔が設けられており、
前記支持部材は、前記貫通孔内に配設されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池モジュール。

【請求項3】

前記支持部材の高さは、前記第１断熱材の厚さと同じかまたは前記第１断熱材の厚さより小さいことを特徴とする請求項２記載の燃料電池モジュール。

【請求項4】

前記支持部材を複数有するとともに、複数の前記支持部材は、高さが全て同じであることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。

【請求項5】

前記第１断熱材の下方に配設された第２断熱材と、
前記第２断熱材の下方に配設された金属板であって、前記酸素含有ガスまたは前記セルスタック装置より排出される排ガスが流れる流路の一部を規定する金属板と、を備え、
前記第２断熱材は、前記金属板に臨む側の中央部分に切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項6】

前記第１断熱材の下方に配設された第２断熱材と、
前記第２断熱材の下方に配設された金属板であって、前記酸素含有ガスまたは前記セルスタック装置より排出される排ガスが流れる流路の一部を規定する金属板と、を備え、
前記第２断熱材は、前記金属板に臨む側の中央部分の硬さが、前記金属板に臨む側の他の部分の硬さよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項7】

前記第１断熱材と前記第２断熱材との間に、前記第１断熱材を保持する板状部材を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池モジュール。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

近年、次世代エネルギーとして、セルの１種である燃料電池セルを複数個配列したセルスタックを備えるセルスタック装置を収納容器内に収納した燃料電池モジュールが種々提案されている。

【0003】

燃料電池モジュールは、高温状態で運転し、発電効率を低下させないために、収納容器内において、セルスタック装置の周囲を断熱材で覆っている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−５１５１０号公報

【発明の概要】

【0005】

本開示の燃料電池モジュールは、酸素含有ガスと燃料ガスとを用いて発電を行なうセルスタック装置と、前記セルスタック装置が載置される載置面を有する第１断熱材と、前記第１断熱材内に配設され、前記セルスタック装置を支持可能な支持部材と、を備える。

【0006】

また本開示の燃料電池装置は、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。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。

【図1】本実施形態のモジュールに収納されるセルスタック装置の一例を示す斜視図である。

【図2A】図１に示すセルスタック装置を示す側面図である。

【図2B】図２Ａの点線枠Ａで囲った部分の一部拡大平面図である。

【図3】本実施形態のモジュールの一例を示す外観斜視図である。

【図4】図３に示すモジュールの断面図である。

【図5】下方断熱材周辺の拡大断面図である。

【図6】下方断熱材を上方から見たときの平面図である。

【図7】下方断熱材周辺の拡大断面図である。

【図8】下方断熱材周辺の拡大断面図である。

【図9】本実施形態のモジュールの他の一例を示す断面図である。

【図10】本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を用いて本実施形態モジュールおよびモジュール収容装置について説明する。なお、異なる図中の共通の構成要素については、同一の符号を付与するものとする。

【0009】

図１は、本実施形態のモジュールを構成するセルスタック装置の一例を示す外観斜視図であり、図２Ａは、図１に示すセルスタック装置を示す側面図であり、図２Ｂは、図２Ａの点線枠Ａで囲った部分の一部を拡大して示す平面図である。また、以降の図において、セルとして主に固体酸化物形の燃料電池セルを用いて説明する。

【0010】

図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すセルスタック装置１においては、セルスタック２を２つ備えている。セルスタック２は、内部を燃料ガスが一端から他端に流通するガス流路１５を有する燃料電池セル３を立設させた状態で配列方向（図１で示すＸ方向）に沿って一列に配列し、隣接する燃料電池セル３間が導電部材６を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル３の下端を絶縁性接着材９でマニホールド４に固定してなる。

【0011】

図１、図２Ａおよび図２Ｂにおいては、燃料電池セル３として、内部を燃料ガスが長手方向に流通するガス流路を複数有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル３を例示している。燃料電池セル３の間に酸素含有ガスが流通する。燃料電池セル３の構成については後述する。本実施形態の燃料電池装置においては、燃料電池セル３は、例えば平板型や円筒型、さらには横縞型とすることもでき、あわせてセルスタック装置１の形状も適宜変更することができる。

【0012】

また、セルスタック２の最も外側に位置する燃料電池セル３に導電部材６を介して電気的に接続されたセルスタック支持部材７（以下、スタック支持部材７と略することがある。）が存在する。スタック支持部材７の外側には保護カバーを設けることもできる。保護カバーは、セルスタック２の周囲に配置された断熱材との接触や外部からの衝撃に対して、スタック支持部材７およびセルスタック２を保護する。また、スタック支持部材７にはセルスタック２の外側に突出する導電部８が接続されている。

【0013】

なお、図１、図２Ａおよび図２Ｂにおいては、セルスタック装置１が２つのセルスタック２を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック２を１つだけ備えていてもよい。また、セルスタック装置１を、後述する改質器を含むものとすることもできる。

【0014】

また、マニホールド４は燃料電池セル３に供給する燃料ガスを貯留し、開口部を上面に有するガスケースと、内側に燃料電池セル３を固定するとともに、ガスケースに固定される枠体とを備えている。

【0015】

燃料電池セル３の一端部（図２Ａの下端部）は枠体で囲まれており、枠体の内側に充填された絶縁性接着材９で燃料電池セル３の下端部の外周が固定されている。つまり、セルスタック２は、枠体の内側に複数の燃料電池セル３を並べて収容し、絶縁性接着材９で枠体に接着されている。なお、絶縁性接着材９は、ガラス等の材料からなり、熱膨張係数を加味して所定のフィラーを添加したものを用いることができる。

【0016】

また、マニホールド４の上面には、後述する改質器にて生成された燃料ガスが流通するガス流通管５が接続されている。燃料ガスは、ガス流通管５を介してマニホールド４に供給され、マニホールド４より燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路１５に供給される。

【0017】

ここで、燃料電池セル３は、図２Ｂに示すように、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板１４（以下、支持基板１４と略す場合がある）の一方の平坦面上に燃料側電極層１０、固体電解質層１１及び空気側電極層１２を順次積層してなる柱状（中空平板状等）からなる。また、燃料電池セル３の他方の平坦面上にはインターコネクタ１３が設けられており、インターコネクタ１３の外面（上面）にはＰ型半導体層１６が設けられている。Ｐ型半導体層１６を介して、導電部材６ａをインターコネクタ１３に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。なお、図１では導電部材６、スタック支持部材７の記載を省略している。また、支持基板は燃料側電極層を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層および空気側電極層を順次積層してセルを構成することもできる。なお燃料電池セルを構成する各部材は、公知の材料を用いて作製することができる。

【0018】

図３は、本実施形態のセルスタック装置を備えてなるモジュール（燃料電池モジュール）の一例を示す外観斜視図であり、図４は、図３に示すモジュールの断面図である。

【0019】

図３に示すモジュール１７においては、収納容器１９の内部に、本実施形態のセルスタック装置１８が収納されている。なお、セルスタック装置１８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２０が配置されている。

【0020】

また、図３に示す改質器２０においては、原燃料供給管２３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２０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とすることができる。改質器２０は、水を気化させるための気化部２１と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２２とを備えている。

【0021】

また図３においては、収納容器１９の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置１８を後方に取り出した状態を示している。ここで、図３に示したモジュール１７においては、セルスタック装置１８を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。

【0022】

なお、収納容器１９の内部には、マニホールド４に並置されたセルスタック２の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル３間を下端部から上端部に向けて流れるように、第１ガス供給部である酸素含有ガス供給部材２４が配置されている。

【0023】

図４に示すように、モジュール１７を構成する収納容器１９は、内壁２５と外壁２６とを有する二重構造で、外壁２６により収納容器１９の外枠が形成されるとともに、内壁２５によりセルスタック装置１８を収納する収納室２７が形成されている。

【0024】

ここで、収納容器１９は、外部より導入される酸素含有ガスを収納室２７に導入するための第１ガス導入部である酸素含有ガス導入部２８を備えている。酸素含有ガス導入部２８に導入された酸素含有ガスは、収納室２７の側方における内壁２５と外壁２６とにより設けられ、酸素含有ガス導入部２８とつながる第１ガス流通部である酸素含有ガス流通部２９を上方に向けて流れる。続いて収納室２７の上方における内壁２５と外壁２６とにより設けられ、酸素含有ガス流通部２９とつながる第１ガス分配部である酸素含有ガス分配部３０を流れる。そして、酸素含有ガス分配部３０には、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口（図示せず）とフランジ部３１とを備え、下端部に燃料電池セル３の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス流出口３２が設けられてなるガス供給部である酸素含有ガス供給部材２４が、内壁２５を貫通して挿入されて固定されている。それにより、酸素含有ガス分配部３０と酸素含有ガス供給部材２４とがつながっている。なお、フランジ部３１と内壁２５との間には断熱材３３が配置されている。

【0025】

なお、図４においては、酸素含有ガス供給部材２４が、収納容器１９の内部に並置された２つのセルスタック２間に位置するように配置されているが、セルスタック２の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器１９内にセルスタック２を１つだけ収納する場合には、酸素含有ガス供給部材２４を２つ設け、セルスタック２を両側面側から挟み込むように配置することができる。

【0026】

また収納室２７内には、モジュール１７内の熱が放散され、燃料電池セル３（セルスタック２）の温度が低下して発電効率が低下しないよう、モジュール１７内の温度を高温に維持するための断熱材３３が複数の箇所に設けられている。

【0027】

断熱材３３は、セルスタック２の近傍に配置することができる。例えば、燃料電池セル３の配列方向に沿ってセルスタック２の側面側に配置するとともに、セルスタック２の側面における燃料電池セル３の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する側方断熱材３３ａを配置する。なお、セルスタック２の両側面側に側方断熱材３３ａを配置することができる。それにより、セルスタック２の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス供給部材２４より導入される酸素含有ガスが、セルスタック２の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック２を構成する燃料電池セル３間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック２の両側面側に配置された側方断熱材３３ａにおいては、燃料電池セル３に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック２の長手方向および燃料電池セル３の積層方向における温度分布を低減するための開口部３４が設けられている。

【0028】

また、セルスタック装置１の下方には、セルスタック装置１が載置される載置面３３ｂ１を有する下方断熱材３３ｂ（第１断熱材）が配置される。本実施形態では、下方断熱材３３ｂの載置面３３ｂ１にマニホールド４の下面が直接接触するように、セルスタック装置１が載置される。下方断熱材３３ｂは、セルスタック装置１のマニホールド４下面からの放熱を抑制するとともに、セルスタック装置１を支持する支持部材として機能している。

【0029】

また、燃料電池セル３の配列方向に沿った内壁２５の内側には、排ガス用内壁３５が設けられており、収納室２７の側方における内壁２５と排ガス用内壁３５との間が、収納室２７内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流通部３６とされている。

【0030】

また、収納室２７の下方であって、酸素含有ガス導入部２８の上方には、排ガス流通部３６とつながる排ガス収集部３７が設けられている。排ガス収集部３７は、収納容器１９の底部に設けられた排気孔３８と通じている。

【0031】

それにより、モジュール１７の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスは、排ガス流通部３６、排ガス収集部３７を流れた後、排気孔３８より排気される構成となっている。なお、排気孔３８は収納容器１９の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。

【0032】

また、酸素含有ガス供給部材２４の内部には、セルスタック２近傍の温度を測定するための熱電対３９が、その測温部４０が燃料電池セル３の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル３の配列方向における中央部に位置するように配置されている。

【0033】

また、上述の構成のモジュール１７においては、燃料電池セル３におけるガス流路１５より排出される、発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル３の上端と改質器２０との間で燃焼させることにより、燃料電池セル３の温度を上昇・維持させることができる。あわせて、燃料電池セル３（セルスタック２）の上方に配置された改質器２０を温めることができ、改質器２０で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル３の発電に伴い、モジュール１７内の温度は５００〜８００℃程度となる。

【0034】

図５は、下方断熱材周辺の拡大断面図である。セルスタック装置の下方に位置する断熱材は、セルスタック装置の自重によって変形したり、圧縮されるので、セルスタック装置の傾きや収納容器内での高さ位置の変動が生じる。セルスタック装置が傾くことで、燃料ガスや酸素含有ガスの供給に偏りが生じたり、高さ位置の変動によって、接続されている配管への外力の付加などが生じてしまう。

【0035】

本実施形態のモジュール１７は、下方断熱材３３ｂ内に配設される支持部材３３０を備えている。支持部材３３０は、下方断熱材３３ｂ内において、セルスタック装置１を支持可能に構成されている。セルスタック装置１の自重によって、または運転時の振動や地震などによって、下方断熱材３３ｂが、圧縮されるなどして変形してしまうおそれがある。下方断熱材３３ｂが変形すると、例えば、セルスタック装置１が傾き、供給された燃料ガスおよび酸素含有ガスがセルスタック２内で偏って、発電効率が低下してしまうおそれがある。また、セルスタック装置１が傾いたり、収納容器１９内での高さ位置が変化すると、原燃料供給管２３などの配管に外力が付加され、配管の折れ曲がり、破断などが生じてしまうおそれがある。

【0036】

本実施形態のように、下方断熱材３３ｂ内に支持部材３３０を配設しておくことで、下方断熱材３３ｂが変形した場合に、支持部材３３０が下方断熱材３３ｂの代わりにセルスタック装置１を支持する。これにより、セルスタック装置１のさらなる傾きおよび高さ位置の変化を低減することができる。

【0037】

本実施形態では、例えば、下方断熱材３３ｂの載置面３３ｂ１から載置面３３ｂ１と反対側の面まで厚み方向に貫通する貫通孔３３ｂ２が設けられており、支持部材３３０は、貫通孔３３ｂ２内に配設されている。支持部材３３０は、下方の排ガス用内壁３５上に載置され支持されている。なお、後述するが、下方断熱材３３ｂを保持する板状の棚板を設け、その棚板の上に下方断熱材３３ｂとセルスタック装置１とを載置してもよい。この場合、支持部材３３０は棚板に載置することもできる。

【0038】

なお、支持部材３３０は、貫通孔３３ｂ２ではなく、下方断熱材３３ｂに設けられた凹部内に配設されていてもよい。

【0039】

図６は、下方断熱材３３ｂを上方から見たときの平面図である。セルスタック装置１と支持部材３３０との平面視における位置関係がわかるように、セルスタック２およびマニホールド４を透過した図を示している。本例では、支持部材３３０を５つ配設しており、下方断熱材３３ｂの四隅に対応する位置と中心位置（重心位置）とに配設している。これに限らず支持部材３３０の数および配置位置は、これに限らず、１〜４つでああってもよく、６つ以上であってもよく、セルスタック２に沿って列状に配置してもよい。

【0040】

本実施形態では、支持部材３３０は、例えば円柱状であるが、これに限らず角柱状などであってもよく、円錐台および角錐台などの錐台形状などであってもよい。また、支持部材３３０は、中実の柱状に限らず、中空の筒状などであってもよい。

【0041】

支持部材３３０の高さＨ２は、下方断熱材３３ｂの厚さＨ１と同じかまたは下方断熱材３３ｂの厚さＨ１より小さい。すなわち、Ｈ２≦Ｈ１であればよく、支持部材３３０による熱伝導を考慮すると、下方断熱材３３ｂが変形していない状態では、マニホールド４と支持部材３３０とが接触しないようにＨ２＜Ｈ１とすることができる。このとき、Ｈ２がＨ１よりも小さ過ぎると、下方断熱材３３ｂが変形しても、支持部材３３０とマニホールド４とが接触せず、セルスタック装置１の傾きなどを低減することができないおそれがある。それゆえ、例えば、Ｈ２／Ｈ１は０．９〜１とすることができる。

【0042】

支持部材３３０を複数配設する場合は、全て同じ高さとしてもよく、配設する場所によって支持部材３３０の高さを変えてもよい。

【0043】

支持部材３３０を構成する材料は、厚み方向の強度を下方断熱材３３ｂと同程度以上とすることができるものであればよく、熱伝導性は、下方断熱材３３ｂと同程度以下とすることができる。支持部材３３０を構成する材料の強度が低すぎると、支持部材３３０自体が変形してしまい、セルスタック装置１の傾きなどを抑制する効果が低減する。また、熱伝導性が高すぎると、支持部材３３０とセルスタック装置１のマニホールド４とが接触したときに、支持部材３３０が伝熱経路となって、下方断熱材３３ｂによる放熱を抑制する効果が低減する。支持部材３３０を構成する材料としては、たとえば、高温耐熱性を有するセラミック材料、ステンレス鋼、その他、耐高温酸化材料などを用いることもできる。

【0044】

また、本実施形態の変形例としては、下方断熱材３３ｂのさらに下方に第２下方断熱材（第２断熱材）を設けてもよい。第２下方断熱材は、下方断熱材とは異なる厚み、異なる材料で構成されていてもよい。第２下方断熱材を設ける場合、下方断熱材３３ｂの貫通孔３３ｂ２内に配設される支持部材３３０は、排ガス用内壁３５の代わりに第２下方断熱材に支持される。

【0045】

さらに、本実施形態の変形例としては、図７の下方断熱材周辺の拡大断面図に示すように、下方断熱材３３ｂと第２下方断熱材３３ｃとの間に下方断熱材３３ｂを保持する板状部材からなる棚板７０を備えている。棚板７０は、排ガス用内壁３５などと同様の金属材料からなり、下方断熱材３３ｂの貫通孔３３ｂ２内に配設される支持部材３３０は、排ガス用内壁３５の代わりに棚板７０に支持される。

【0046】

ここで、第２下方断熱材３３ｃは、金属板である排ガス用内壁３５上に載置されて支持される。第２下方断熱材３３ｃの下方に配設された排ガス用内壁３５は、モジュール１７の組み立て時に加わる外力、燃料電池装置動作時の温度変化による熱収縮などによって変形する場合がある。この変形は、主に長手方向の中央部分、すなわち、セルスタック２の配列方向に平行な方向の中央部分が、第２下方断熱材３３ｃ側に盛り上がるような凸状の変形となることが多い。このような変形が生じると、第２下方断熱材３３ｃを下方から突き上げ、下方断熱材３３ｂの変形と同様にセルスタック装置１の傾きおよび高さ位置の変化が生じてしまう。

【0047】

第２下方断熱材３３ｃの下方の金属板、本例では排ガス用内壁３５の変形を吸収するために、例えば、第２下方断熱材３３ｃの排ガス用内壁３５に臨む側の中央部分に切り欠き部を設けることができる。第２下方断熱材３３ｃを厚み方向に一部を切り欠いた場合、図７に示すように切り欠き部３３ｃ１は、凹部状となる。

【0048】

排ガス用内壁３５が変形したとしても、凸状の変形部分が切り欠き部３３ｃ１内に収まれば、第２下方断熱材３３ｃが下方から突き上げられることを抑制することができる。

【0049】

さらに大きな排ガス用内壁３５の変形を吸収するためには、例えば、図８の下方断熱材周辺の拡大断面図に示すように、第２下方断熱材３３ｃを厚み方向に全部を切り欠くことで、切り欠き部３３ｃ２は、第２下方断熱材３３ｃを２つの部分に分割する分割溝状となる。

【0050】

排ガス用内壁３５がさらに大きく変形したとしても、凸状の変形部分が切り欠き部３３ｃ２内に収まれば、第２下方断熱材３３ｃが下方から突き上げられることを抑制することができる。

【0051】

また、排ガス用内壁３５の変形を吸収するための構成としては、切り欠き部を設ける以外に、第２下方断熱材３３ｃの中央部分の硬さを、他の部分の硬さよりも小さくする。

【0052】

このような構成とすれば、排ガス用内壁３５が変形したとしても、凸状の変形部分に追従して中央部分が凹むように変形し、他の部分は変形も変位もしないので、第２下方断熱材３３ｃが下方から突き上げられることを抑制することができる。

【0053】

図９は、本実施形態のモジュールの他の一例を示す断面図である。図９に示すモジュール４１は、図４に示すモジュール１７と比較して、収納室４２内に４つのセルスタック装置４３を備える点、４つのセルスタックの上方に１つの改質器４５が設けられている点、収納室４２の上方に、燃料電池セル３より排出される排ガスを回収する排ガス回収部６１を設けている点で異なっている。

【0054】

図４に示すモジュール１７に比べて、収納室４２内に複数のセルスタック装置４３を収納してなるモジュール４１においては、特に中央部側に位置するセルスタック装置４３における燃料電池セル３から、収納室４２の側方に位置する排ガス流通部３６までの距離が長くなってしまい、中央部側に位置するセルスタック装置４３における燃料電池セル３から排出される排ガスを、効率よく外部に排出することが難しい場合がある。

【0055】

それゆえ、図９に示す本実施形態の燃料電池モジュール４１においては、収納室４２の上方に、燃料電池セル３より排出される排ガスを回収する排ガス回収部６１を設け、排ガスを一旦排ガス回収部６１に回収したのちに排気する。それにより、効率よく排気ガスを排気することができる。

【0056】

また、図示していないが、改質器４５としては、Ｗ字状（ミアンダ形状）の改質器とすることができる。それ以外の構成については、図４に示すモジュール１７と同じであるため、各構成における説明は省略する。

【0057】

なお、図には示していないが、モジュール４１は、モジュール１７と同様に、下方断熱材３３ｂ内に配設される支持部材３３０を備えている。それにより、セルスタック装置４３のさらなる傾きおよび高さ位置の変化を低減することができる。また、モジュール４１は、モジュール１７と同様に、第２下方断熱材３３ｃをさらに備えていてもよく、棚板７０を備えていてもよい。このように、本実施形態の支持部材３３０は、セルスタックの数に関係なく、セルスタック装置１，４３のさらなる傾きおよび高さ位置の変化を低減することができる。

【0058】

なお、図には示していないが、モジュール４１においては、４つのセルスタック装置４３と１つの改質器４５とを１つの下方断熱材３３ｂ上に載置することもできる。この場合、特に下方断熱材３３ｂにおける変形が大きくなるおそれがある。これに対し、本実施形態のモジュール４１では、支持部材３３０を配設することで、より効果的にセルスタック装置４３のさらなる傾きおよび高さ位置の変化を低減することができる。すなわち、本実施形態の支持部材は、１つの下方断熱材に載置するセルスタック装置の数が多ければ多いほど、その効果はより強固なものとなる。

【0059】

図１０は、外装ケース内にモジュール１７、４１のいずれかと、各モジュールを動作させるための補機とを収納してなる燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図１０においては一部構成を省略して示している。

【0060】

図１０に示す燃料電池装置５３は、支柱５４と外装板５５と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、その上方側を上述した各モジュールを収納するモジュール収納室５７とし、下方側を各モジュールを動作させるための補機類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に収納する補機類は省略して示している。

【0061】

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。

【0062】

このような燃料電池装置では、上述したような各モジュールを外装ケース内に収納することにより、発電効率を向上した燃料電池装置５３とすることができる。

【0063】

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明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。

【0064】

例えば、上記形態のモジュール４１では、４個のセルスタック装置の上方に１個の改質器を配置したセルスタック装置を具備する形態について説明したが、例えば、２個または３個のセルスタック装置の上方に１個の改質器を配置したセルスタック装置でも良く、さらに、５個以上のセルスタック装置の上方に１個の改質器を配置したセルスタック装置でも良い。この場合、改質器の形状は適宜変更すればよい。

【0065】

さらに、１個のマニホールド４に２個のセルスタック２を配置した形態について説明したが、１個のマニホールドに１個のセルスタックを配置しても良く、また、１個のマニホールドに３個以上のセルスタックを配置しても良い。

【0066】

さらに、上述の例ではいわゆる縦縞型と呼ばれる燃料電池セル３を用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持体上に設けてなる横縞型の燃料電池セルを用いることもできる。

【0067】

例えば、上記形態では燃料電池セル３、燃料電池セルスタック装置１、モジュール１７、４１ならびに燃料電池装置５３について説明したが、セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気（水）を電気分解することにより、水素と酸素（Ｏ_２）を生成する電解セル（ＳＯＥＣ）およびこの電解セルを備える電解セルスタック装置および電解モジュールならびに電解装置にも適用することができる。

【0068】

本開示は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本開示の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本開示の範囲内のものである。

【符号の説明】

【0069】

１、４３：セルスタック装置
１７、４１：モジュール
３３ｂ：下方断熱材
３３ｂ１：載置面
３３０：支持部材

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】