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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024164480
(43)【公開日】2024-11-27
(54)【発明の名称】電気化学反応モジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04 20160101AFI20241120BHJP
H01M 8/04014 20160101ALI20241120BHJP
C25B 1/04 20210101ALI20241120BHJP
C25B 9/00 20210101ALI20241120BHJP
C25B 9/67 20210101ALI20241120BHJP
C25B 9/77 20210101ALI20241120BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20241120BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04 Z
H01M8/04 J
H01M8/04014
C25B1/04
C25B9/00 A
C25B9/67
C25B9/77
H01M8/12 101
H01M8/12 102A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023079980
(22)【出願日】2023-05-15
(71)【出願人】
【識別番号】519322392
【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001911
【氏名又は名称】弁理士法人アルファ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】赤木 陽祐
【テーマコード（参考）】
4K021
5H126
5H127
【Ｆターム（参考）】
4K021AA01
4K021BA02
4K021BB01
4K021BC05
4K021CA12
4K021DB04
4K021DC01
4K021DC03
5H126BB06
5H126EE11
5H127AA07
5H127AC15
5H127BA13
5H127BA34
5H127BA37
5H127BB02
5H127BB19
5H127BB27
5H127EE03
5H127EE29
(57)【要約】
【課題】運転効率の低下を抑制する。
【解決手段】電気化学反応モジュールは、ハウジングと、単セルを複数備える電気化学反応セルスタックと、前記ハウジングの内部にガスを供給するための供給流路と、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとを連結し、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとの間でガスを流通させる連結流路と、前記ハウジングの内部に配され、ガスを加熱するための熱源と、を備え、前記複数の単セルが第１の方向に並んで配されており、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとが、前記第１の方向に対して角度をなす第２の方向に並んで配されており、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとに接続されて前記ハウジングを支持する１つまたは複数の支持部材をさらに備え、前記ハウジングの外面が、少なくとも１つの前記支持部材が接する第１領域と、前記第１領域よりも低温の第２領域と、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】電気化学反応モジュールは、ハウジングと、単セルを複数備える電気化学反応セルスタックと、前記ハウジングの内部にガスを供給するための供給流路と、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとを連結し、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとの間でガスを流通させる連結流路と、前記ハウジングの内部に配され、ガスを加熱するための熱源と、を備え、前記複数の単セルが第１の方向に並んで配されており、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとが、前記第１の方向に対して角度をなす第２の方向に並んで配されており、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとに接続されて前記ハウジングを支持する１つまたは複数の支持部材をさらに備え、前記ハウジングの外面が、少なくとも１つの前記支持部材が接する第１領域と、前記第１領域よりも低温の第２領域と、を有する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ハウジングと、
前記ハウジングの外部に配され、空気極と、電解質層と、燃料極とがこの順に重なっている単セルを複数備える電気化学反応セルスタックと、
前記ハウジングの内部にガスを供給するための供給流路と、
前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとを連結し、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとの間でガスを流通させる連結流路と、
前記ハウジングの内部に配され、ガスを加熱するための熱源と、
を備え、
前記複数の単セルが第１の方向に並んで配されており、
前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとが、前記第１の方向に対して角度をなす第２の方向に並んで配されている、
電気化学反応モジュールであって、
前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとに接続されて前記ハウジングを支持する１つまたは複数の支持部材をさらに備え、
前記ハウジングの外面が、
少なくとも１つの前記支持部材が接する第１領域と、
前記第１領域よりも低温の第２領域と、
を有する、
電気化学反応モジュール。
前記ハウジングの外部に配され、空気極と、電解質層と、燃料極とがこの順に重なっている単セルを複数備える電気化学反応セルスタックと、
前記ハウジングの内部にガスを供給するための供給流路と、
前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとを連結し、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとの間でガスを流通させる連結流路と、
前記ハウジングの内部に配され、ガスを加熱するための熱源と、
を備え、
前記複数の単セルが第１の方向に並んで配されており、
前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとが、前記第１の方向に対して角度をなす第２の方向に並んで配されている、
電気化学反応モジュールであって、
前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとに接続されて前記ハウジングを支持する１つまたは複数の支持部材をさらに備え、
前記ハウジングの外面が、
少なくとも１つの前記支持部材が接する第１領域と、
前記第１領域よりも低温の第２領域と、
を有する、
電気化学反応モジュール。
【請求項2】
前記ハウジングが複数の外面を有し、
前記複数の外面のうち一の外面が、前記第１領域と前記第２領域とを有する、
請求項１に記載の電気化学反応モジュール。
前記複数の外面のうち一の外面が、前記第１領域と前記第２領域とを有する、
請求項１に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項3】
複数の前記支持部材を備える、
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項4】
前記支持部材が絶縁性を有する、
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項5】
前記電気化学反応セルスタックが、前記単セルから電気的に独立した独立部を備え、
前記支持部材が前記独立部に接している、
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
前記支持部材が前記独立部に接している、
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項6】
前記電気化学反応セルスタックが、複数の前記単セルを備える反応ブロックを備え、
前記独立部が、前記反応ブロックの外側に配されるエンドプレートであり、
前記反応ブロックと前記エンドプレートとの間に、絶縁性を有する絶縁部材が介在している、
請求項５に記載の電気化学反応モジュール。
前記独立部が、前記反応ブロックの外側に配されるエンドプレートであり、
前記反応ブロックと前記エンドプレートとの間に、絶縁性を有する絶縁部材が介在している、
請求項５に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項7】
前記電気化学反応セルスタックが、
前記反応ブロックの両側にそれぞれ前記絶縁部材を介して配された２つの前記エンドプレートを備え、
前記支持部材が、
前記ハウジングに接する基部と、
前記基部から延び、２つの前記エンドプレートのそれぞれに接する２つの脚部と、を備える、
請求項６に記載の電気化学反応モジュール。
前記反応ブロックの両側にそれぞれ前記絶縁部材を介して配された２つの前記エンドプレートを備え、
前記支持部材が、
前記ハウジングに接する基部と、
前記基部から延び、２つの前記エンドプレートのそれぞれに接する２つの脚部と、を備える、
請求項６に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項8】
前記複数の支持部材が、
前記第１領域に接続される第１支持部材と、
前記第２領域に接続される第２支持部材と、
を備え、
前記第２支持部材が、熱応力を緩和する応力緩和部を備えている、
請求項３に記載の電気化学反応モジュール。
前記第１領域に接続される第１支持部材と、
前記第２領域に接続される第２支持部材と、
を備え、
前記第２支持部材が、熱応力を緩和する応力緩和部を備えている、
請求項３に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項9】
前記応力緩和部が、屈曲部または湾曲部である、
請求項８に記載の電気化学反応モジュール。
請求項８に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項10】
前記第２領域は、前記第１領域よりも５０℃以上低温である、
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項11】
前記第２領域が、前記供給流路に近接した領域である、
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
請求項１または請求項２に記載の電気化学反応モジュール。
【請求項12】
前記ハウジングが、
前記電気化学反応セルスタックに対向する対向壁と、
前記対向壁の一端から立ち上がる第１側壁と、
前記対向壁の他端から立ち上がる第２側壁と、
を備え、
前記供給流路が前記第１側壁よりも前記第２側壁に近い位置に配置され、
少なくとも１つの前記支持部材が、前記対向壁の外面に接しており、
前記第１領域が、前記対向壁の外面のうち前記第１側壁に隣り合う領域であり、
前記第２領域が、前記対向壁の外面のうち前記第２側壁に隣り合う領域である、
請求項１１に記載の電気化学反応モジュール。
前記電気化学反応セルスタックに対向する対向壁と、
前記対向壁の一端から立ち上がる第１側壁と、
前記対向壁の他端から立ち上がる第２側壁と、
を備え、
前記供給流路が前記第１側壁よりも前記第２側壁に近い位置に配置され、
少なくとも１つの前記支持部材が、前記対向壁の外面に接しており、
前記第１領域が、前記対向壁の外面のうち前記第１側壁に隣り合う領域であり、
前記第２領域が、前記対向壁の外面のうち前記第２側壁に隣り合う領域である、
請求項１１に記載の電気化学反応モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示される技術は、電気化学反応モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池スタックと、この燃料電池スタックから独立して設けられるハウジングの内部に配された燃焼器および改質器と、を備える燃料電池モジュールが知られている（特許文献１参照）。燃料電池スタックとハウジングとは、発電に使用されるガスが流通する配管により接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－８２４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記の構成の燃料電池モジュールでは、ハウジングの荷重が、配管や、配管とハウジングとの接続部分に集中する。その結果、配管が変形し、ハウジングがセルスタックに近づくように傾いてしまうことが懸念される。このような事態が生じると、燃料電池スタックからハウジングへの放熱量が大きくなり、発電効率（運転効率）が低下するおそれがある。
【0005】
このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という。）の構成単位である電解セル単位を複数備える電解セルスタックを備えるモジュールにも共通の問題である。また、このような課題は、ＳＯＦＣやＳＯＥＣに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックを備えるモジュールにも共通の課題である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
（１）本明細書によって開示される電気化学反応モジュールは、ハウジングと、前記ハウジングの外部に配され、空気極と、電解質層と、燃料極とがこの順に重なっている単セルを複数備える電気化学反応セルスタックと、前記ハウジングの内部にガスを供給するための供給流路と、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとを連結し、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとの間でガスを流通させる連結流路と、前記ハウジングの内部に配され、ガスを加熱するための熱源と、を備え、前記複数の単セルが第１の方向に並んで配されており、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとが、前記第１の方向に対して角度をなす第２の方向に並んで配されている、電気化学反応モジュールであって、前記ハウジングと前記電気化学反応セルスタックとに接続されて前記ハウジングを支持する１つまたは複数の支持部材をさらに備え、前記ハウジングの外面が、少なくとも１つの前記支持部材が接する第１領域と、前記第１領域よりも低温の第２領域と、を有する。
【0007】
上記の構成によれば、支持部材によって、ハウジングが電気化学反応セルスタックに近づくように傾くことが抑制され、ハウジングと電気化学反応セルスタックとの間に十分な距離が保たれる。これにより、電気化学反応セルスタックからのハウジングへの放熱が抑制される。また、少なくとも１つの支持部材が、相対的に高温の第１領域に接していることにより、支持部材を介する電気化学反応セルスタックからのハウジングへの放熱量を小さくできる。これらにより、運転効率の低下が抑制される。
【0008】
（２）上記（１）に記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記ハウジングが複数の外面を有し、前記複数の外面のうち一の外面が、前記第１領域と前記第２領域とを有していても構わない。
【0009】
（３）上記（１）または（２）に記載の電気化学反応モジュールが、複数の前記支持部材を備えていても構わない。
【0010】
このような構成によれば、支持部材が１つである場合と比較して、ハウジングと電気化学反応セルスタックとの距離が確実に保たれる。これにより、運転効率の低下が効果的に抑制される。
【0011】
（４）上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記支持部材が絶縁性を有していても構わない。
【0012】
支持部材が絶縁性であることにより、単セルとハウジングとの短絡を回避できる。
【0013】
（５）上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記電気化学反応セルスタックが、前記単セルから電気的に独立した独立部を備え、前記支持部材が前記独立部に接していても構わない。
【0014】
支持部材が独立部に接していることにより、単セルとハウジングとの短絡を回避できる。これにより、支持部材の材質の選択の幅が広がる。
【0015】
（６）上記（５）に記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記電気化学反応セルスタックが、複数の前記単セルを備える反応ブロックを備え、前記独立部が、前記反応ブロックの外側に配されるエンドプレートであり、前記反応ブロックと前記エンドプレートとの間に、絶縁性を有する絶縁部材が介在していても構わない。
【0016】
エンドプレートは、絶縁部材によって単セルを備える反応ブロックから絶縁されているので、単セルとハウジングとの短絡を回避できる。これにより、支持部材の材質の選択の幅が広がる。
【0017】
（７）上記（６）に記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記電気化学反応セルスタックが、前記反応ブロックの両側にそれぞれ前記絶縁部材を介して配された２つの前記エンドプレートを備え、前記支持部材が、前記ハウジングに接する基部と、前記基部から延び、２つの前記エンドプレートのそれぞれに接する２つの脚部と、を備えていても構わない。
【0018】
このような構成によれば、支持部材が２つのエンドプレートに接しているため、支持部材が電気化学反応セルスタックの１箇所にしか接していない場合と比較して、ハウジングをより安定的に支えることができる。
【0019】
（８）上記（３）に記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記複数の支持部材が、前記第１領域に接続される第１支持部材と、前記第２領域に接続される第２支持部材と、
を備え、前記第２支持部材が、熱応力を緩和する応力緩和部を備えていても構わない。
を備え、前記第２支持部材が、熱応力を緩和する応力緩和部を備えていても構わない。
【0020】
相対的に低温の第２領域に接続される第２支持部材には、第２領域と電気化学反応セルスタックとの温度差に起因して温度分布が生じ、相対的に高温の部分と低温の部分との熱膨張率の差によって熱応力が生じることがある。この熱応力によって第２支持部材に意図しない変形が生じると、ハウジングが電気化学反応セルスタックに近づくように傾くことが懸念される。第２支持部材が応力緩和部を備えていることにより、この熱応力が緩和されるから、第２支持部材に意図しない変形が生じ、ハウジングが電気化学反応セルスタックに近づくように傾くことが抑制される。これにより、運転効率の低下が抑制される。
【0021】
（９）上記（８）に記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記応力緩和部が、屈曲部または湾曲部であっても構わない。
【0022】
このような構成によれば、簡易な構成で応力を緩和できる。
【0023】
（１０）上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の電気化学反応モジュールであって、前記第２領域は、前記第１領域よりも５０℃以上低温であっても構わない。
【0024】
第２領域が、第１領域よりも５０℃以上低温である場合に、上記構成を採用することが特に有効である。
【0025】
（１１）上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記第２領域が、前記供給流路に近接した領域であっても構わない。
【0026】
供給流路は、熱源によって加熱される前の、常温のガスが流通する流路である。したがって、ハウジングにおいて、供給流路に近接した領域は、相対的に低温になりやすい領域（第２領域）である。少なくとも１つの支持部材が、低温の第２領域を避けて配されることによって、支持部材を介する電気化学反応セルスタックからのハウジングへの放熱量を小さくできる。これにより、運転効率の低下が抑制される。
【0027】
（１２）上記（１１）に記載の電気化学反応モジュールにおいて、前記ハウジングが、前記電気化学反応セルスタックに対向する対向壁と、前記対向壁の一端から立ち上がる第１側壁と、前記対向壁の他端から立ち上がる第２側壁と、を備え、前記供給流路が前記第１側壁よりも前記第２側壁に近い位置に配置され、少なくとも１つの前記支持部材が、前記対向壁の外面に接しており、前記第１領域が、前記対向壁の外面のうち前記第１側壁に隣り合う領域であり、前記第２領域が、前記対向壁の外面のうち前記第２側壁に隣り合う領域であっても構わない。
【発明の効果】
【0028】
本明細書によって開示される電気化学反応モジュールによれば、運転効率の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】実施形態１の燃料電池モジュールの構成ブロック図
【図2】実施形態１の燃料電池モジュールの側面図
【図3】実施形態１のハウジングの外箱、および支持部材を示す底面図
【図4】実施形態１の燃料電池スタックの斜視図
【図10】実施形態２の燃料電池モジュールにおいて、支持部材とその周囲を拡大して示す部分拡大側面図
【発明を実施するための形態】
【0030】
本明細書によって開示される技術の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0031】
＜実施形態１＞
実施形態を、図１から図９を参照しつつ説明する。本実施形態の燃料電池モジュール１０（電気化学反応モジュールの一例）は、図１－図３に示すように、燃料電池スタック１００（電気化学反応セルスタックの一例）と、燃料電池スタック１００の外部に設けられる補助器４００と、複数の支持部材５００Ａ、５００Ｂと、複数の流路と、を備える。補助器４００は、ハウジング４１０と、ハウジング４１０の内部に配される燃焼器４２０（熱源の一例）および改質器４３０と、蒸発器４４０と、を備える。支持部材５００Ａ、５００Ｂは、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とを接続し、ハウジング４１０を支持する。複数の流路は、ハウジング４１０に接続される空気供給配管４５１（供給流路の一例）と、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とを繋ぐ複数の連結流路（酸化剤ガス供給配管４５２、酸化剤ガス排出配管４５３、燃料ガス供給配管４６３、燃料ガス排出配管４６４）と、を含む。なお、燃料電池スタック１００および補助器４００は、断熱材（図示せず）によって包囲されているとともに、燃料電池スタック１００と補助器４００との間にも断熱材（図示せず）が設けられている。これにより、燃料電池スタック１００からの熱の放散が抑制されている。
実施形態を、図１から図９を参照しつつ説明する。本実施形態の燃料電池モジュール１０（電気化学反応モジュールの一例）は、図１－図３に示すように、燃料電池スタック１００（電気化学反応セルスタックの一例）と、燃料電池スタック１００の外部に設けられる補助器４００と、複数の支持部材５００Ａ、５００Ｂと、複数の流路と、を備える。補助器４００は、ハウジング４１０と、ハウジング４１０の内部に配される燃焼器４２０（熱源の一例）および改質器４３０と、蒸発器４４０と、を備える。支持部材５００Ａ、５００Ｂは、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とを接続し、ハウジング４１０を支持する。複数の流路は、ハウジング４１０に接続される空気供給配管４５１（供給流路の一例）と、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とを繋ぐ複数の連結流路（酸化剤ガス供給配管４５２、酸化剤ガス排出配管４５３、燃料ガス供給配管４６３、燃料ガス排出配管４６４）と、を含む。なお、燃料電池スタック１００および補助器４００は、断熱材（図示せず）によって包囲されているとともに、燃料電池スタック１００と補助器４００との間にも断熱材（図示せず）が設けられている。これにより、燃料電池スタック１００からの熱の放散が抑制されている。
【0032】
（燃料電池スタック１００）
燃料電池スタック１００は、固体酸化物を含む電解質層１１２を備える固体酸化物形の燃料電池に用いられる。
燃料電池スタック１００は、固体酸化物を含む電解質層１１２を備える固体酸化物形の燃料電池に用いられる。
【0033】
燃料電池スタック１００は、図４－図９に示すように、発電ブロック１０１（反応ブロックの一例）と、第１ターミナルプレート２４０と、第２ターミナルプレート２５０と、２枚の絶縁板２２０（絶縁部材の一例）と、第１エンドプレート２１０（独立部の一例）と、第２エンドプレート２７０（独立部の一例）と、４つのガス通路部材２８０Ａ、２８０Ｂと、を備える。第１エンドプレート２１０、一方の絶縁板２２０、第１ターミナルプレート２４０、発電ブロック１０１、第２ターミナルプレート２５０、他方の絶縁板２２０、および第２エンドプレート２７０は、ほぼ同じ大きさの矩形の外形を有しており、所定の配列方向（第１の方向：図５のＺ軸に沿う方向）に、この順に重なって配置されている。第１エンドプレート２１０と発電ブロック１０１との間、および、第２エンドプレート２７０と発電ブロック１０１との間に、それぞれ絶縁板２２０が介在していることによって、第１エンドプレート２１０および第２エンドプレート２７０は、発電ブロック１０１から電気的に独立している。
【0034】
燃料電池スタック１００は、図４に示すように、４つの角部付近に、それぞれ、第１エンドプレート２１０から第２エンドプレート２７０まで貫通するボルト孔ＢＨを有している。各ボルト孔ＢＨにはボルトＢが挿入されている。各ボルトＢの両端部にはナットＮがねじ付けられている。これらのボルトＢおよびナットＮにより、第１エンドプレート２１０から第２エンドプレート２７０までの部材が一体に締結されている。図７に示すように、ボルトＢの外径はボルト孔ＢＨの内径よりも小さくなっており、これにより、ボルトＢの外面とボルト孔ＢＨの内面との間には空間が確保されている。図５および図６に示すように、４つのガス通路部材２８０Ａ、２８０Ｂは第２エンドプレート２７０に接続されている。
【0035】
発電ブロック１０１は、図５および図６に示すように、所定の配列方向（第１の方向：図５のＺ軸に沿う方向）に並んで配置された複数（本実施形態では７つ）の電気化学反応単位１０１Ｕ（以下、「反応単位１０１Ｕ」と略記することがある）によって構成される。各電気化学反応単位１０１Ｕは、単セル１１０を備えている。
【0036】
燃料電池スタック１００は、図２に示すように、複数の反応単位１０１Ｕが水平方向（図２のＺ軸に沿う方向）に並ぶ姿勢で設置されている。燃料電池スタック１００の上面１００Ｆは、発電ブロック１０１、第１ターミナルプレート２４０、第２ターミナルプレート２５０、２枚の絶縁板２２０、第１エンドプレート２１０、および第２エンドプレート２７０の側面が連なって構成される面であり、反応単位１０１Ｕの配列方向（すなわち、複数の単セル１１０の配列方向）に沿って延びる面である。
【0037】
（電気化学反応単位１０１Ｕ）
図８および図９に示すように、電気化学反応単位１０１Ｕは、単セル１１０と、単セル用セパレータ１２０と、空気極フレーム１３０と、燃料極フレーム１４０と、空気極集電部材１３４と、燃料極集電部材１４４と、２つのインターコネクタ１５０と、を備える。一方のインターコネクタ１５０、空気極フレーム１３０、単セル用セパレータ１２０、燃料極フレーム１４０、他方のインターコネクタ１５０は、ほぼ同じ大きさの矩形の外形を有しており、この順に重なって配置されている。単セル１１０は単セル用セパレータ１２０に支持され、空気極集電部材１３４は単セル１１０と一方のインターコネクタ１５０との間に配され、燃料極集電部材１４４は単セル１１０と他方のインターコネクタ１５０との間に配されている。
図８および図９に示すように、電気化学反応単位１０１Ｕは、単セル１１０と、単セル用セパレータ１２０と、空気極フレーム１３０と、燃料極フレーム１４０と、空気極集電部材１３４と、燃料極集電部材１４４と、２つのインターコネクタ１５０と、を備える。一方のインターコネクタ１５０、空気極フレーム１３０、単セル用セパレータ１２０、燃料極フレーム１４０、他方のインターコネクタ１５０は、ほぼ同じ大きさの矩形の外形を有しており、この順に重なって配置されている。単セル１１０は単セル用セパレータ１２０に支持され、空気極集電部材１３４は単セル１１０と一方のインターコネクタ１５０との間に配され、燃料極集電部材１４４は単セル１１０と他方のインターコネクタ１５０との間に配されている。
【0038】
図８および図９に示すように、インターコネクタ１５０は、隣り合う２つの反応単位１０１Ｕに共有されている。但し、図５に示すように、複数の反応単位１０１Ｕのうち一端（図５の上端）に位置する反応単位１０１Ｕは、空気極フレーム１３０に隣り合うインターコネクタ１５０を備えておらず、空気極フレーム１３０に第１ターミナルプレート２４０が重なっている。また、複数の反応単位１０１Ｕのうち他端（図５の下端）に位置する反応単位１０１Ｕは、燃料極フレーム１４０に隣り合うインターコネクタ１５０を備えておらず、燃料極フレーム１４０に第２ターミナルプレート２５０が重なっている。
【0039】
（単セル１１０）
単セル１１０は、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６と、を備える。図８および図９に示すように、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とが、この順に重なって配されている。本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６によって単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４）が支持される燃料極支持形の単セルである。
単セル１１０は、電解質層１１２と、空気極１１４と、燃料極１１６と、を備える。図８および図９に示すように、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とが、この順に重なって配されている。本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６によって単セル１１０を構成する他の層（電解質層１１２、空気極１１４）が支持される燃料極支持形の単セルである。
【0040】
電解質層１１２は、矩形の平板状の部材であって、空気極１１４が配された一面（図８の上面）と、燃料極１１６が配され、一面に平行な他面（図８の下面）と、を有する。電解質層１１２は、固体酸化物（例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア））を含む層である。空気極１１４は、電解質層１１２より小さい矩形の外形を有する層であり、例えばペロブスカイト型酸化物（例えば、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物））を含む。燃料極１１６は、電解質層１１２と略同じ大きさの矩形の外形を有する層であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等を含む。
【0041】
（単セル用セパレータ１２０）
単セル用セパレータ１２０は、図８および図９に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１２１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１の周縁部は、電解質層１１２の一面（空気極１１４が配された面：図８の上面）の周縁部に、接合部１２４によって接合されている。接合部１２４は、例えばロウ材（Ａｇロウ）により形成されている。
単セル用セパレータ１２０は、図８および図９に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１２１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。単セル用セパレータ１２０における貫通孔１２１の周縁部は、電解質層１１２の一面（空気極１１４が配された面：図８の上面）の周縁部に、接合部１２４によって接合されている。接合部１２４は、例えばロウ材（Ａｇロウ）により形成されている。
【0042】
（空気極フレーム１３０）
空気極フレーム１３０は、図８および図９に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１３１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば、絶縁性を有するセラミックス（マイカ等）により形成されている。
空気極フレーム１３０は、図８および図９に示すように、中央付近に略矩形の貫通孔１３１を有する矩形のフレーム状の部材であり、例えば、絶縁性を有するセラミックス（マイカ等）により形成されている。
【0043】
【0044】
（インターコネクタ１５０）
インターコネクタ１５０は、矩形の板状の部材であり、例えば、金属により形成されている。
インターコネクタ１５０は、矩形の板状の部材であり、例えば、金属により形成されている。
【0045】
（空気極集電部材１３４、および、燃料極集電部材１４４）
空気極集電部材１３４は、空気極１１４とインターコネクタ１５０とを接続する四角柱状の部材であって、空気極１１４とインターコネクタ１５０との間に複数が配置されている。各空気極集電部材１３４は、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。
空気極集電部材１３４は、空気極１１４とインターコネクタ１５０とを接続する四角柱状の部材であって、空気極１１４とインターコネクタ１５０との間に複数が配置されている。各空気極集電部材１３４は、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。
【0046】
燃料極集電部材１４４は、インターコネクタ１５０と燃料極１１６とを接続する部材であって、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等の導電性材料により形成されている。燃料極集電部材１４４は、図７に示すように、インターコネクタ対向部１４６と、インターコネクタ対向部１４６に平行な電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備え、全体としてＵ字状をなしている。電極対向部１４５は、燃料極１１６に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０に接触している。電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサ１４９が配置されている。
【0047】
上記したように、インターコネクタ１５０は、隣り合う２つの反応単位１０１Ｕに共有されている。より具体的には、図８および図９に示すように、１つのインターコネクタ１５０は、空気極集電部材１３４を介して、隣り合う２つの反応単位１０１Ｕのうち一方に備えられる単セル１１０の空気極１１４に電気的に接続されており、かつ、燃料極集電部材１４４を介して、隣り合う２つの反応単位１０１Ｕのうち他方に備えられる単セル１１０の燃料極１１６に電気的に接続されている。これにより、隣り合う２つの反応単位１０１Ｕ間の電気的導通が確保されている。
【0048】
但し、上述したように、複数の反応単位１０１Ｕのうち一端（図５の上端）に位置する反応単位１０１Ｕは、空気極１１４側のインターコネクタ１５０を備えていない。この反応単位１０１Ｕに備えられる空気極１１４は、空気極集電部材１３４を介して第１ターミナルプレート２４０に接続されている。また、複数の反応単位１０１Ｕのうち他端（図５の下端）に位置する反応単位１０１Ｕは、燃料極１１６側のインターコネクタ１５０を備えていない。この反応単位１０１Ｕに備えられる燃料極１１６は、燃料極集電部材１４４を介して第２ターミナルプレート２５０に接続されている。
【0049】
（空気室３１３および燃料室３２３）
図８および図９に示すように、単セル用セパレータ１２０および単セル１１０と、空気極フレーム１３０と、インターコネクタ１５０と、で区画される空間は、空気極１１４に面し、酸化剤ガスＯＧが流通する空気室３１３となっている。空気極フレーム１３０は、空気室３１３を全周にわたって外部空間から区画するとともに、単セル用セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間をシールし、空気室３１３から外部空間へガスが漏れ出ることを防ぐ役割を果たしている。
図８および図９に示すように、単セル用セパレータ１２０および単セル１１０と、空気極フレーム１３０と、インターコネクタ１５０と、で区画される空間は、空気極１１４に面し、酸化剤ガスＯＧが流通する空気室３１３となっている。空気極フレーム１３０は、空気室３１３を全周にわたって外部空間から区画するとともに、単セル用セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間をシールし、空気室３１３から外部空間へガスが漏れ出ることを防ぐ役割を果たしている。
【0050】
また、単セル用セパレータ１２０および単セル１１０と、燃料極フレーム１４０と、インターコネクタ１５０と、で区画される空間は、燃料極１１６に面し、燃料ガスＦＧが流通する燃料室３２３となっている。燃料極フレーム１４０は、燃料室３２３を全周にわたって外部空間から区画するとともに、単セル用セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間をシールし、燃料室３２３から外部空間へガスが漏れ出ることを防ぐ役割を果たしている。
【0051】
単セル用セパレータ１２０により、空気室３１３と燃料室３２３とが区画され、単セル１１０の周辺において空気極１１４側から燃料極１１６側、または燃料極１１６側から空気極１１４側へのガスのリーク（クロスリーク）が抑制される。また、インターコネクタ１５０により、隣り合う反応単位１０１Ｕ間のガスのリークが抑制される。
【0052】
（第１エンドプレート２１０）
第１エンドプレート２１０は、例えばステンレス等の導電材料により形成されており、全体として矩形の平板状をなしている。
第１エンドプレート２１０は、例えばステンレス等の導電材料により形成されており、全体として矩形の平板状をなしている。
【0053】
（第２エンドプレート２７０）
第２エンドプレート２７０は、例えばステンレス等の導電材料により形成されており、全体として矩形の平板状をなしている。
第２エンドプレート２７０は、例えばステンレス等の導電材料により形成されており、全体として矩形の平板状をなしている。
【0054】
（第１ターミナルプレート２４０）
第１ターミナルプレート２４０は、矩形の板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。第１ターミナルプレート２４０は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能する。
第１ターミナルプレート２４０は、矩形の板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。第１ターミナルプレート２４０は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能する。
【0055】
（第２ターミナルプレート２５０）
第２ターミナルプレート２５０は、矩形の板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。第２ターミナルプレート２５０は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。
第２ターミナルプレート２５０は、矩形の板状の部材であり、例えばステンレス等の導電性材料により形成されている。第２ターミナルプレート２５０は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。
【0056】
（絶縁板２２０）
絶縁板２２０は、矩形の板状の部材であり、例えばマイカ、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等の絶縁性材料により形成されている。
絶縁板２２０は、矩形の板状の部材であり、例えばマイカ、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等の絶縁性材料により形成されている。
【0057】
図５および図６に示すように、一方の絶縁板２２０は、第１エンドプレート２１０と第１ターミナルプレート２４０との間に挟み込まれており、他方の絶縁板２２０は、第２エンドプレート２７０と第２ターミナルプレート２５０との間に挟み込まれている。また、上述したように、ボルトＢの外面とボルト孔ＢＨの内面との間には空間が確保されている。これにより、第１エンドプレート２１０および第２エンドプレート２７０と、２つの絶縁板２２０に挟まれた部材（第１ターミナルプレート２４０、発電ブロック１０１、および第２ターミナルプレート２５０）とが絶縁されている。つまり、第１エンドプレート２１０および第２エンドプレート２７０は、単セル１１０から電気的に独立している。
【0058】
（マニホールド３１１、３１２、３２１、３２２）
図４－図６に示すように、燃料電池スタック１００は、発電ブロック１０１から第２エンドプレート２７０まで貫通する４つの孔を有している。４つの孔は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド３１１、酸化剤ガス排出マニホールド３１２、燃料ガス供給マニホールド３２１、燃料ガス排出マニホールド３２２である。
図４－図６に示すように、燃料電池スタック１００は、発電ブロック１０１から第２エンドプレート２７０まで貫通する４つの孔を有している。４つの孔は、それぞれ、酸化剤ガス供給マニホールド３１１、酸化剤ガス排出マニホールド３１２、燃料ガス供給マニホールド３２１、燃料ガス排出マニホールド３２２である。
【0059】
図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド３１１は、燃料電池スタック１００の外部から導入された酸化剤ガスＯＧを各反応単位１０１Ｕの空気室３１３に供給するガス流路である。酸化剤ガス排出マニホールド３１２は、各反応単位１０１Ｕの空気室３１３から排出された酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である。酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。
【0060】
図６に示すように、燃料ガス供給マニホールド３２１は、燃料電池スタック１００の外部から導入された燃料ガスＦＧを各反応単位１０１Ｕの燃料室３２３に供給するガス流路である。燃料ガス排出マニホールド３２２は、各反応単位１０１Ｕの燃料室３２３から排出された燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へ排出するガス流路である。
【0061】
（ガス通路部材２８０Ａ、２８０Ｂ）
４つのガス通路部材２８０Ａ、２８０Ｂのうち２つは、図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド３１１、酸化剤ガス排出マニホールド３１２にそれぞれ接続されるガス通路部材２８０Ａである。２つのガス通路部材２８０Ａは、それぞれ、絶縁シートＳを介して第２エンドプレート２７０に接続されている。各ガス通路部材２８０Ａは、筒状の部材であって、その内部空間は、酸化剤ガス供給マニホールド３１１、酸化剤ガス排出マニホールド３１２にそれぞれ連通している。
４つのガス通路部材２８０Ａ、２８０Ｂのうち２つは、図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド３１１、酸化剤ガス排出マニホールド３１２にそれぞれ接続されるガス通路部材２８０Ａである。２つのガス通路部材２８０Ａは、それぞれ、絶縁シートＳを介して第２エンドプレート２７０に接続されている。各ガス通路部材２８０Ａは、筒状の部材であって、その内部空間は、酸化剤ガス供給マニホールド３１１、酸化剤ガス排出マニホールド３１２にそれぞれ連通している。
【0062】
４つのガス通路部材２８０Ａ、２８０Ｂのうち他の２つは、図６に示すように、燃料ガス供給マニホールド３２１、燃料ガス排出マニホールド３２２にそれぞれ接続されるガス通路部材２８０Ｂである。２つのガス通路部材２８０Ｂは、それぞれ、絶縁シートＳを介して第２エンドプレート２７０に接続されている。各ガス通路部材２８０Ｂは、筒状の部材であって、その内部空間は、燃料ガス供給マニホールド３２１、燃料ガス排出マニホールド３２２にそれぞれ連通している。
【0063】
（補助器４００）
補助器４００は、原燃料ガスＲＦＧを改質することによって得られる燃料ガスＦＧ、および、酸化剤ガスＯＧとしての空気を燃料電池スタック１００に供給するための装置であって、図２に示すように、燃料電池スタック１００の上方に配されている。補助器４００は、図１および図２に示すように、ハウジング４１０と、ハウジング４１０の内部に配される燃焼器４２０および改質器４３０と、ハウジング４１０の上方に配される蒸発器４４０と、を備える。
補助器４００は、原燃料ガスＲＦＧを改質することによって得られる燃料ガスＦＧ、および、酸化剤ガスＯＧとしての空気を燃料電池スタック１００に供給するための装置であって、図２に示すように、燃料電池スタック１００の上方に配されている。補助器４００は、図１および図２に示すように、ハウジング４１０と、ハウジング４１０の内部に配される燃焼器４２０および改質器４３０と、ハウジング４１０の上方に配される蒸発器４４０と、を備える。
【0064】
なお、図１では、燃料極側のガス（原燃料ガスＲＦＧ、燃料ガスＦＧ、および燃料オフガスＦＯＧ）の流れを一点鎖線で示し、空気極側のガス（酸化剤ガスＯＧ、および酸化剤オフガスＯＯＧ）の流れを実線で示し、燃焼器４２０によって生成される排ガスＥＧの流れを破線で示している。
【0065】
（ハウジング４１０）
ハウジング４１０は、図１に示すように、外箱４１１と、外箱４１１よりも一回り小さく、外箱４１１の内側に配された内箱４１２と、を備える二重の容器である。外箱４１１および内箱４１２は、例えば金属製であって、密閉された箱型の容器である。内箱４１２の内部に改質器４３０と燃焼器４２０とが収容されている。外箱４１１と内箱４１２との間の空間は、空気流路４１３となっており、空気流路４１３の内部には、伝熱用フィン４１４が配されている。外箱４１１には、空気流路４１３の内部に酸化剤ガスＯＧ（空気）を供給する空気供給配管４５１と、ガス通路部材２８０Ａを介して酸化剤ガス供給マニホールド３１１に連通し、空気流路４１３の内部を通過した酸化剤ガスＯＧを燃料電池スタック１００に供給する酸化剤ガス供給配管４５２と、が接続されている。内箱４１２には、燃焼器４２０によって生成される排ガスＥＧを蒸発器４４０に送り出すための排ガス中継配管４８１が接続されている。
ハウジング４１０は、図１に示すように、外箱４１１と、外箱４１１よりも一回り小さく、外箱４１１の内側に配された内箱４１２と、を備える二重の容器である。外箱４１１および内箱４１２は、例えば金属製であって、密閉された箱型の容器である。内箱４１２の内部に改質器４３０と燃焼器４２０とが収容されている。外箱４１１と内箱４１２との間の空間は、空気流路４１３となっており、空気流路４１３の内部には、伝熱用フィン４１４が配されている。外箱４１１には、空気流路４１３の内部に酸化剤ガスＯＧ（空気）を供給する空気供給配管４５１と、ガス通路部材２８０Ａを介して酸化剤ガス供給マニホールド３１１に連通し、空気流路４１３の内部を通過した酸化剤ガスＯＧを燃料電池スタック１００に供給する酸化剤ガス供給配管４５２と、が接続されている。内箱４１２には、燃焼器４２０によって生成される排ガスＥＧを蒸発器４４０に送り出すための排ガス中継配管４８１が接続されている。
【0066】
ハウジング４１０は、図２に示すように、燃料電池スタック１００の上方に（つまり、上面１００Ｆに対向して）配されている。すなわち、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とは、複数の単セル１１０の並び方向（第１の方向：図２のＺ軸に沿う方向）に対して垂直な方向（第２の方向：図２のＸ軸に沿う方向）に並んで配されている。
【0067】
図２および図３に示すように、外箱４１１は、燃料電池スタック１００の上面１００Ｆに対向する対向壁４１１Ａと、対向壁４１１Ａの一端から立ち上がる第１側壁４１１Ｂ（図３の右側の側壁）と、対向壁４１１Ａの他端から立ち上がる第２側壁４１１Ｃ（図３の左側の側壁）と、を備えている。図３に示すように、空気供給配管４５１は、第１側壁４１１Ｂよりも第２側壁４１１Ｃに近い位置に配置されている。
【0068】
（蒸発器４４０）
蒸発器４４０は、改質水ＲＷを蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気を原燃料ガスＲＦＧと混合して改質器４３０に供給するための装置である。蒸発器４４０には、改質水ＲＷを内部に導入するための改質水供給配管４７１と、原燃料ガスＲＦＧを内部に導入するための原燃料ガス供給配管４６１と、改質器４３０の内部空間に連通し、蒸発器４４０から改質器４３０へ混合ガスを供給するための混合ガス供給配管４６２と、改質水ＲＷの加熱に利用された後の排ガスＥＧを外部に排出するための排ガス排出配管４８２と、が接続されている。
蒸発器４４０は、改質水ＲＷを蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気を原燃料ガスＲＦＧと混合して改質器４３０に供給するための装置である。蒸発器４４０には、改質水ＲＷを内部に導入するための改質水供給配管４７１と、原燃料ガスＲＦＧを内部に導入するための原燃料ガス供給配管４６１と、改質器４３０の内部空間に連通し、蒸発器４４０から改質器４３０へ混合ガスを供給するための混合ガス供給配管４６２と、改質水ＲＷの加熱に利用された後の排ガスＥＧを外部に排出するための排ガス排出配管４８２と、が接続されている。
【0069】
（改質器４３０）
改質器４３０は、蒸発器４４０から供給された、水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧを改質して、水素リッチな燃料ガスＦＧを生成するための装置である。改質器４３０の内部には、改質反応を促進させる触媒が配置されていてもよい。改質器４３０には、ガス通路部材２８０Ｂを介して燃料ガス供給マニホールド３２１と連通し、燃料電池スタック１００に燃料ガスＦＧを供給する燃料ガス供給配管４６３が接続されている。
改質器４３０は、蒸発器４４０から供給された、水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧを改質して、水素リッチな燃料ガスＦＧを生成するための装置である。改質器４３０の内部には、改質反応を促進させる触媒が配置されていてもよい。改質器４３０には、ガス通路部材２８０Ｂを介して燃料ガス供給マニホールド３２１と連通し、燃料電池スタック１００に燃料ガスＦＧを供給する燃料ガス供給配管４６３が接続されている。
【0070】
（燃焼器４２０）
燃焼器４２０は、燃料電池スタック１００による発電反応に使用されずに排出された燃料オフガスＦＯＧと酸化剤オフガスＯＯＧとを混合して燃焼させ、排ガスＥＧを生成させるとともに、改質器４３０および燃料電池スタック１００を加熱するための装置である。燃焼器４２０の内部には、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧの燃焼を促進させる触媒が配置されていてもよい。燃焼器４２０には、ガス通路部材２８０Ａを介して酸化剤ガス排出マニホールド３１２に連通する酸化剤ガス排出配管４５３と、ガス通路部材２８０Ｂを介して燃料ガス排出マニホールド３２２と連通する燃料ガス排出配管４６４と、が接続されている。
燃焼器４２０は、燃料電池スタック１００による発電反応に使用されずに排出された燃料オフガスＦＯＧと酸化剤オフガスＯＯＧとを混合して燃焼させ、排ガスＥＧを生成させるとともに、改質器４３０および燃料電池スタック１００を加熱するための装置である。燃焼器４２０の内部には、酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧの燃焼を促進させる触媒が配置されていてもよい。燃焼器４２０には、ガス通路部材２８０Ａを介して酸化剤ガス排出マニホールド３１２に連通する酸化剤ガス排出配管４５３と、ガス通路部材２８０Ｂを介して燃料ガス排出マニホールド３２２と連通する燃料ガス排出配管４６４と、が接続されている。
【0071】
（支持部材５００Ａ、５００Ｂ）
支持部材５００Ａ、５００Ｂは、ハウジング４１０の外箱４１１と燃料電池スタック１００とに接続され、ハウジング４１０を支持するための部材であって、金属（例えばステンレス）製の板状の部材である。
支持部材５００Ａ、５００Ｂは、ハウジング４１０の外箱４１１と燃料電池スタック１００とに接続され、ハウジング４１０を支持するための部材であって、金属（例えばステンレス）製の板状の部材である。
【0072】
図３に示すように、対向壁４１１Ａの外面４１１ＡＦにおいて、第１側壁４１１Ｂに隣り合う領域は、第１領域Ａｒ１であり、第２側壁４１１Ｃに隣り合う領域は、第２領域Ａｒ２である。２つの支持部材５００Ａ、５００Ｂのうち一方は、第１領域Ａｒ１に接続される第１支持部材５００Ａであり、他方は、第２領域Ａｒ２に接続される第２支持部材５００Ｂである。
【0073】
図２に示すように、第１支持部材５００Ａは、対向壁４１１Ａの外面４１１ＡＦに接する平板状の基部５０１と、基部５０１から燃料電池スタック１００に向かって延びる２つの脚部５０２と、を備えている。基部５０１は、燃料電池スタック１００の幅（第１エンドプレート２１０の外面から、第２エンドプレート２７０の外面までの距離）と概ね等しい長さを有しており、第１エンドプレート２１０および第２エンドプレート２７０に対して垂直な向きで配されている。２つの脚部５０２のうち一方は、第１エンドプレート２１０に接しており、他方は、第２エンドプレート２７０に接している。第２支持部材５００Ｂについても同様である。
【0074】
（燃料電池モジュール１０の動作）
図１に示すように、空気供給配管４５１を通って空気流路４１３内に供給された酸化剤ガスＯＧは、燃焼器４２０から発生する燃焼熱によって加熱されつつ空気流路４１３内を流れ、酸化剤ガス供給配管４５２を通って酸化剤ガス供給マニホールド３１１に供給される。また、蒸発器４４０に、原燃料ガス供給配管４６１を通って原燃料ガスＲＦＧ（例えば都市ガス）が供給されると共に、改質水供給配管４７１を通って改質水ＲＷが供給される。蒸発器４４０の内部では、改質水ＲＷが蒸発することにより水蒸気が生成され、この水蒸気が原燃料ガスＲＦＧと混合される。水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧは、混合ガス供給配管４６２を通って改質器４３０に供給され、改質器４３０において水蒸気改質され、その結果、水素リッチな燃料ガスＦＧが生成される。生成された燃料ガスＦＧは、燃料ガス供給配管４６３を通って燃料ガス供給マニホールド３２１に供給される。
図１に示すように、空気供給配管４５１を通って空気流路４１３内に供給された酸化剤ガスＯＧは、燃焼器４２０から発生する燃焼熱によって加熱されつつ空気流路４１３内を流れ、酸化剤ガス供給配管４５２を通って酸化剤ガス供給マニホールド３１１に供給される。また、蒸発器４４０に、原燃料ガス供給配管４６１を通って原燃料ガスＲＦＧ（例えば都市ガス）が供給されると共に、改質水供給配管４７１を通って改質水ＲＷが供給される。蒸発器４４０の内部では、改質水ＲＷが蒸発することにより水蒸気が生成され、この水蒸気が原燃料ガスＲＦＧと混合される。水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧは、混合ガス供給配管４６２を通って改質器４３０に供給され、改質器４３０において水蒸気改質され、その結果、水素リッチな燃料ガスＦＧが生成される。生成された燃料ガスＦＧは、燃料ガス供給配管４６３を通って燃料ガス供給マニホールド３２１に供給される。
【0075】
図５に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド３１１に供給された酸化剤ガスＯＧは、各反応単位１０１Ｕが有する空気室３１３に供給される。図６に示すように、燃料ガス供給マニホールド３２１に供給された燃料ガスＦＧは、各反応単位１０１Ｕが有する燃料室３２３に供給される。
【0076】
各反応単位１０１Ｕの空気室３１３に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室３２３に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。上記したように、インターコネクタ１５０は、隣り合う２つの反応単位１０１Ｕに共有されており、インターコネクタ１５０によって隣り合う２つの反応単位１０１Ｕ間の導通が確保されている。つまり、燃料電池スタック１００に含まれる複数の反応単位１０１Ｕは、電気的に直列に接続されている。また、複数の反応単位１０１Ｕのうち一端（図５の上端）に位置する反応単位１０１Ｕには、第１ターミナルプレート２４０が電気的に接続されており、他端（図５の下端）に位置する反応単位１０１Ｕには、第２ターミナルプレート２５０が電気的に接続されている。これにより、燃料電池スタック１００の出力端子として機能する第２ターミナルプレート２５０から、各反応単位１０１Ｕにおいて生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【0077】
各反応単位１０１Ｕの空気室３１３から酸化剤ガス排出マニホールド３１２に排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、ガス通路部材２８０Ａ、および酸化剤ガス排出配管４５３を通って燃焼器４２０に供給される。また、各反応単位１０１Ｕの燃料室３２３から燃料ガス排出マニホールド３２２に排出された燃料オフガスＦＯＧは、ガス通路部材２８０Ｂおよび燃料ガス排出配管４６４を通って燃焼器４２０に供給される。酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧは、燃焼器４２０の内部で混合されて燃焼し、この時に発生する熱は、空気流路４１３を通過する酸化剤ガスＯＧと、改質器４３０と、燃料電池スタック１００と、の加熱に利用される。また、燃焼によって生成される高温の排ガスＥＧは、排ガス中継配管４８１を通って蒸発器４４０へ供給され、改質水ＲＷを加熱して水蒸気を生成させるために利用される。
【0078】
ここで、燃料電池スタック１００の表面温度（約６００－７００℃）と比較して、ハウジング４１０に備えられる外箱４１１の表面温度（約４００－５００℃）は、相対的に低い。このため、燃料電池スタック１００からハウジング４１０への放熱により燃料電池スタック１００の発電効率が低下することが懸念される。これを抑制するために、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００との間には十分な距離が保たれることが好ましい。しかし、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とを接続する連結流路（酸化剤ガス供給配管４５２、酸化剤ガス排出配管４５３、燃料ガス供給配管４６３、燃料ガス排出配管４６４）が変形し、ハウジング４１０が燃料電池スタック１００に近づくように傾いてしまうと、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００との間に、放熱抑制のための十分な距離が保たれなくなるおそれがある。
【0079】
本実施形態では、支持部材５００Ａ、５００Ｂによって、ハウジング４１０が燃料電池スタック１００に近づくように傾くことが抑制され、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００との間に十分な距離が保たれる。これにより、燃料電池スタック１００からハウジング４１０への放熱が抑制される。このような構成は、ハウジング４１０が燃料電池スタック１００の上方に配されており、ハウジング４１０が自重によって下方に傾く可能性がある場合に、特に有効である。
【0080】
また、空気供給配管４５１は、燃焼器４２０によって加熱される前の、常温の酸化剤ガスＯＧ（空気）が流通する流路である。したがって、外箱４１１の外面において、空気供給配管４５１に近い領域は、他の領域と比較して相対的に低温になりやすい。
【0081】
本実施形態では、図３に示すように、空気供給配管４５１が、ハウジング４１０の一端（第２側壁４１１Ｃ側）に近い位置に配置されている。このため、図３に示すように、支持部材５００Ａ、５００Ｂが接する対向壁４１１Ａの外面４１１ＡＦにおいて、第２側壁４１１Ｃに隣り合う領域が、相対的に低温の第２領域Ａｒ２となり、その反対側の第１側壁４１１Ｂに隣り合う領域が、相対的に高温の第１領域Ａｒ１となる。第１支持部材５００Ａが、相対的に高温の第１領域Ａｒ１に接していることにより、全ての支持部材が相対的に低温の第２領域Ａｒ２に接している場合と比較して、支持部材５００Ａ、５００Ｂを介する燃料電池スタック１００からのハウジング４１０への放熱量を小さくすることができる。なお、上述のハウジング４１０（外箱４１１）の外面の温度は、燃料電池モジュール１０が運転され、単セル１１０での反応が生じている際の温度である。
【0082】
また、燃料電池スタック１００が、単セル１１０から電気的に独立したエンドプレート２１０、２７０を備え、支持部材５００Ａ、５００Ｂがこれらのエンドプレート２１０、２７０に接している。これにより、支持部材５００Ａ、５００Ｂが導電性を有する部材であったとしても、単セル１１０とハウジング４１０との短絡を回避できるため、支持部材５００Ａ、５００Ｂとして、例えば剛性を有する金属部材等を選択することができる。また、支持部材５００Ａ、５００Ｂのそれぞれが、２つのエンドプレート２１０、２７０に接しているため、支持部材が燃料電池スタック１００の１箇所にしか接していない場合と比較して、ハウジング４１０をより安定的に支えることができる。
【0083】
（作用効果）
以上のように本実施形態の燃料電池モジュール１０は、ハウジング４１０と、ハウジング４１０の外部に配され、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とがこの順に重なっている単セル１１０を複数備える燃料電池スタック１００と、ハウジング４１０の内部にガスを供給するための空気供給配管４５１と、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とを連結し、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００との間でガスを流通させる酸化剤ガス供給配管４５２、酸化剤ガス排出配管４５３、燃料ガス供給配管４６３、および燃料ガス排出配管４６４と、ハウジング４１０の内部に配され、ガスを加熱するための燃焼器４２０と、を備える。複数の単セル１１０が第１の方向に並んで配されており、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とが、第１の方向に対して角度をなす第２の方向に並んで配されている。燃料電池モジュール１０は、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とに接続されてハウジング４１０を支持する複数の支持部材５００Ａ、５００Ｂをさらに備える。ハウジング４１０の外面４１１ＡＦが、第１支持部材５００Ａが接する第１領域Ａｒ１と、第１領域Ａｒ１よりも低温の第２領域Ａｒ２と、を有する。
以上のように本実施形態の燃料電池モジュール１０は、ハウジング４１０と、ハウジング４１０の外部に配され、空気極１１４と、電解質層１１２と、燃料極１１６とがこの順に重なっている単セル１１０を複数備える燃料電池スタック１００と、ハウジング４１０の内部にガスを供給するための空気供給配管４５１と、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とを連結し、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００との間でガスを流通させる酸化剤ガス供給配管４５２、酸化剤ガス排出配管４５３、燃料ガス供給配管４６３、および燃料ガス排出配管４６４と、ハウジング４１０の内部に配され、ガスを加熱するための燃焼器４２０と、を備える。複数の単セル１１０が第１の方向に並んで配されており、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とが、第１の方向に対して角度をなす第２の方向に並んで配されている。燃料電池モジュール１０は、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００とに接続されてハウジング４１０を支持する複数の支持部材５００Ａ、５００Ｂをさらに備える。ハウジング４１０の外面４１１ＡＦが、第１支持部材５００Ａが接する第１領域Ａｒ１と、第１領域Ａｒ１よりも低温の第２領域Ａｒ２と、を有する。
【0084】
上記の構成によれば、支持部材５００Ａ、５００Ｂによって、ハウジング４１０が燃料電池スタック１００に近づくように傾くことが抑制され、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００との間に十分な距離が保たれる。これにより、燃料電池スタック１００からのハウジング４１０への放熱が抑制される。また、少なくとも１つの支持部材５００Ａが、相対的に高温の第１領域Ａｒ１に接していることにより、支持部材５００Ａ、５００Ｂを介する燃料電池スタック１００からのハウジング４１０への放熱量を小さくできる。これらにより、発電効率の低下が抑制される。
【0085】
第２領域Ａｒ２が第１領域Ａｒ１よりも５０℃以上低温である場合に、上記の構成が特に有効である。
【0086】
また、燃料電池モジュール１０が、複数の支持部材５００Ａ、５００Ｂを備える。このような構成によれば、支持部材が１つである場合と比較して、ハウジング４１０と燃料電池スタック１００との距離が確実に保たれる。これにより、発電効率の低下が効果的に抑制される。
【0087】
また、燃料電池スタック１００が、複数の単セル１１０を備える発電ブロック１０１と、この発電ブロック１０１の外側に配されるエンドプレート２１０、２７０を備える。発電ブロック１０１とエンドプレート２１０、２７０との間に、絶縁性を有する絶縁板２２０が介在しており、これにより、エンドプレート２１０、２７０は単セル１１０から電気的に独立している。そして、支持部材５００Ａ、５００Ｂがエンドプレート２１０、２７０に接している。
【0088】
支持部材５００Ａ、５００Ｂが、単セル１１０から電気的に独立したエンドプレート２１０、２７０に接していることにより、支持部材５００Ａ、５００Ｂが導電性を有する部材であったとしても、単セル１１０とハウジング４１０との短絡を回避できる。これにより、支持部材５００Ａ、５００Ｂの材質の選択の幅が広がる。
【0089】
また、燃料電池スタック１００が、発電ブロック１０１の両側にそれぞれ絶縁板２００を介して配された２つのエンドプレート２１０、２７０を備え、支持部材５００Ａ、５００Ｂが、ハウジング４１０に接する基部５０１と、基部５０１から延び、２つのエンドプレート２１０、２７０のそれぞれに接する２つの脚部５０２と、を備える。
【0090】
このような構成によれば、支持部材５００Ａ、５００Ｂが２つのエンドプレート２１０、２７０に接しているため、支持部材５００Ａ、５００Ｂが燃料電池スタック１００の１箇所にしか接していない場合と比較して、ハウジング４１０をより安定的に支えることができる。
【0091】
また、第２領域Ａｒ２が、空気供給配管４５１に近接した領域である。より具体的には、ハウジング４１０が、燃料電池スタック１００に対向する対向壁４１１Ａと、対向壁４１１Ａの一端から立ち上がる第１側壁４１１Ｂと、対向壁４１１Ａの他端から立ち上がる第２側壁４１１Ｃと、を備え、空気供給配管４５１が第１側壁４１１Ｂよりも第２側壁４１１Ｃに近い位置に配置され、少なくとも１つの支持部材５００Ａが、対向壁４１１Ａの外面４１１ＡＦに接しており、第１領域Ａｒ１が、対向壁４１１Ａの外面４１１ＡＦのうち第１側壁４１１Ｂに隣り合う領域であり、第２領域Ａｒ２が、対向壁４１１Ａの外面４１１ＡＦのうち第２側壁４１１Ｃに隣り合う領域である。
【0092】
空気供給配管４５１は、燃焼器４２０によって加熱される前の、常温のガスが流通する流路である。したがって、ハウジング４１０において、空気供給配管４５１に近接した領域は、相対的に低温になりやすい領域（第２領域Ａｒ２）である。少なくとも１つの支持部材５００Ａが、低温の第２領域Ａｒ２を避けて配されることによって、支持部材５００Ａ、５００Ｂを介する燃料電池スタック１００からのハウジング４１０への放熱量を小さくできる。これにより、発電効率の低下が抑制される。
【0093】
＜実施形態２＞
実施形態２を、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態の燃料電池モジュールは、２つの支持部材（第１支持部材５００Ａ、および第２支持部材５１０）を備え、第２支持部材５１０の形状が実施形態１と異なる。
実施形態２を、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態の燃料電池モジュールは、２つの支持部材（第１支持部材５００Ａ、および第２支持部材５１０）を備え、第２支持部材５１０の形状が実施形態１と異なる。
【0094】
第２支持部材５１０は、対向壁４１１Ａの外面４１１ＡＦに接する平板状の基部５０１と、基部５０１から燃料電池スタック１００に向かって延びる２つの屈曲部５１１（応力緩和部の一例）と、を備えている。２つの屈曲部５１１のうち一方は、第１エンドプレート２１０に接しており、他方は、第２エンドプレート２７０に接している。
【0095】
２つの屈曲部５１１は、基部５０１に対して角度をなして延びる連結部５１２と、連結部５１２の先端から連結部５１２に対して角度をなして延びる先端部５１３と、を備えている。一方の屈曲部５１１は第１エンドプレート２１０に接しており、他方の屈曲部５１１は第２エンドプレート２７０に接している。第１支持部材５００Ａは第１領域Ａｒ１に接続されており、第２支持部材５１０は第２領域Ａｒ２に接続されている。
【0096】
その他の構成は実施形態１と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【0097】
相対的に低温の第２領域Ａｒ２に接続される第２支持部材５１０には、第２領域Ａｒ２と燃料電池スタック１００との温度差に起因して温度分布が生じ、相対的に高温の部分と低温の部分との熱膨張率の差によって応力が生じることがある。この熱応力によって第２支持部材５１０に意図しない変形が生じると、ハウジング４１０が燃料電池スタック１００に近づくように傾くことが懸念される。
【0098】
本実施形態では、第２支持部材５１０が屈曲部５１１を備えているので、屈曲部５１１が、屈曲角度が変化するように変形することより、発生した応力が緩和される。これにより、第２支持部材５１０に意図しない変形が生じ、ハウジング４１０が燃料電池スタック１００に近づくように傾くことが抑制され、発電効率の低下が抑制される。
【0099】
また、屈曲部５１１が屈曲された形状を有することにより、簡易な構成で応力を緩和できる。
【0100】
＜他の実施形態＞
（１）電気化学反応モジュールは、支持部材を１つのみ備えていても構わない。その場合は、その１つの支持部材が第１領域に接していればよい。電気化学反応モジュールが２つ以上の支持部材を備えている場合には、少なくとも１つの支持部材が第１領域に接していればよく、２つ以上の支持部材が第１領域に接していてもよく、全ての支持部材が第１領域に接していても構わない。
（２）支持部材が接するハウジングの外面は、電気化学セルスタックに対向する対向壁の外面でなくてもよく、例えば対向壁に対して角度をなす側壁の外面であっても構わない。
（３）電気化学反応モジュールが複数の支持部材を備えている場合には、１つの支持部材と他の支持部材とが、ハウジングの複数の外面のうち互いに異なる外面に接していても構わない。
（４）支持部材は絶縁性であってもよく、例えば、アルミナ等のセラミック部材であっても構わない。
（５）支持部材は、電気化学反応モジュールのうちエンドプレート以外の部位に接続されていても構わない。
（６）ハウジングと電気化学反応スタックの並び方向（第２の方向）は、単セルの並び方向（第１の方向）に対して垂直でなくても構わない。例えば、ハウジングの位置が電気化学反応スタックの真上からずれていても構わない。
（７）第２領域は、ハウジングの外面において第１領域が存在する面とは異なる面に存在していても構わない。
（８）応力緩和部は、応力を緩和できる形状であれば屈曲部でなくてもよく、例えば湾曲された湾曲部でも構わない。
（９）支持部材において、応力緩和部が設けられる位置は任意であり、例えば基部に設けられていても構わない。
（１０）上記の構成は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池に用いられるセルスタック、あるいは、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解セル単位を単セルとして備える電解セルスタックにも適用可能である。
（１）電気化学反応モジュールは、支持部材を１つのみ備えていても構わない。その場合は、その１つの支持部材が第１領域に接していればよい。電気化学反応モジュールが２つ以上の支持部材を備えている場合には、少なくとも１つの支持部材が第１領域に接していればよく、２つ以上の支持部材が第１領域に接していてもよく、全ての支持部材が第１領域に接していても構わない。
（２）支持部材が接するハウジングの外面は、電気化学セルスタックに対向する対向壁の外面でなくてもよく、例えば対向壁に対して角度をなす側壁の外面であっても構わない。
（３）電気化学反応モジュールが複数の支持部材を備えている場合には、１つの支持部材と他の支持部材とが、ハウジングの複数の外面のうち互いに異なる外面に接していても構わない。
（４）支持部材は絶縁性であってもよく、例えば、アルミナ等のセラミック部材であっても構わない。
（５）支持部材は、電気化学反応モジュールのうちエンドプレート以外の部位に接続されていても構わない。
（６）ハウジングと電気化学反応スタックの並び方向（第２の方向）は、単セルの並び方向（第１の方向）に対して垂直でなくても構わない。例えば、ハウジングの位置が電気化学反応スタックの真上からずれていても構わない。
（７）第２領域は、ハウジングの外面において第１領域が存在する面とは異なる面に存在していても構わない。
（８）応力緩和部は、応力を緩和できる形状であれば屈曲部でなくてもよく、例えば湾曲された湾曲部でも構わない。
（９）支持部材において、応力緩和部が設けられる位置は任意であり、例えば基部に設けられていても構わない。
（１０）上記の構成は、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池に用いられるセルスタック、あるいは、固体酸化物形電解セル（ＳＯＥＣ）の構成単位である電解セル単位を単セルとして備える電解セルスタックにも適用可能である。
【符号の説明】
【0101】
１０：燃料電池モジュール（電気化学反応モジュール） １００：燃料電池スタック（電気化学反応セルスタック） １０１：発電ブロック（反応ブロック） １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 ２１０：第１エンドプレート（独立部） ２２０：絶縁板（絶縁部材） ２７０：第２エンドプレート（独立部） ４１０：ハウジング ４１１ＡＦ：外面（一の外面） ４１１Ａ：対向壁 ４１１Ｂ：第１側壁 ４１１Ｃ：第２側壁 ４２０：燃焼器（熱源） ４５１：空気供給配管（供給流路） ４５２：酸化剤ガス供給配管（連結流路） ４５３：酸化剤ガス排出配管（連結流路） ４６３：燃料ガス供給配管（連結流路） ４６４：燃料ガス排出配管（連結流路） ５００Ａ：第１支持部材（支持部材） ５００Ｂ、５１０：第２支持部材（支持部材） ５０１：基部 ５０２：脚部 ５１１：屈曲部（応力緩和部） Ａｒ１：第１領域 Ａｒ２：第２領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】