特許 7138445 燃料電池装置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】

(24)【登録日】2022-09-08

(45)【発行日】2022-09-16

(54)【発明の名称】燃料電池装置モジュールおよび燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20220909BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALN20220909BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20220909BHJP

   H01M 8/243 20160101ALN20220909BHJP

   H01M 8/2457 20160101ALN20220909BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALN20220909BHJP

   H01M 8/2484 20160101ALN20220909BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/04 J

H01M8/04014

H01M8/12 101

H01M8/12 102C

H01M8/243

H01M8/2457

H01M8/2465

H01M8/2484

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2018026023

(22)【出願日】2018-02-16

(65)【公開番号】P2019145238

(43)【公開日】2019-08-29

【審査請求日】2020-12-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(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】100075557

【弁理士】

【氏名又は名称】西教 圭一郎

(72)【発明者】

【氏名】嶌田 光隆

(72)【発明者】

【氏名】山内 亨祐

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０９２９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９６４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６２３９１９８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００９－１５８１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１９１８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１０８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４４０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０３８７８２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４－ ８／０６６８

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の燃料電池セルが列状に配列された少なくとも１つのセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の第一側面と対向して位置し、前記セルスタックの下方に酸素含有ガスを供給する供給孔を有する酸素含有ガス導入部材と、
前記第一側面と反対側に位置する前記セルスタックの第二側面と対向して位置する壁部と、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔より上方で、かつ、前記第一側面と前記酸素含有ガス導入部材との間に位置する、少なくとも１つの第一スペーサと、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔と同じ位置または前記供給孔より上方で、かつ、前記第二側面と前記壁部との間に位置する、複数の第二スペーサと、を備え、
前記複数の第二スペーサのそれぞれは、前記上下方向に離間して位置しており、
前記複数の第二スペーサは、
前記上下方向における前記セルスタックの中央部に位置する中央部第二スペーサと、
前記中央部より前記セルスタックの前記上下方向の端部に位置する、少なくとも１つの端部第二スペーサと、を含み、
前記中央部第二スペーサの下端は、前記上下方向における、前記供給孔と前記セルスタックの上端との間の中央位置または該中央位置よりも下方に位置し、
前記中央部第二スペーサの上端は、前記上下方向における、前記中央位置よりも上方に位置し、
前記上下方向において、前記複数の第二スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和は、前記少なくとも１つの第一スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和より大きい、燃料電池モジュール。

【請求項2】

前記中央部第二スペーサの前記上下方向の長さは、前記端部第二スペーサの前記上下方向の長さより長い、請求項１に記載の燃料電池モジュール。

【請求項3】

前記少なくとも１つの第一スペーサは、前記上下方向の中央部に位置する中央部第一スペーサを含み、
該中央部第一スペーサの前記上下方向の長さは前記中央部第二スペーサの前記上下方向の長さより短い、請求項１または２に記載の燃料電池モジュール。

【請求項4】

複数の前記第一スペーサを備え、
該複数の前記第一スペーサは、
前記上下方向の中央部に位置する中央部第一スペーサと、
前記上下方向における前記セルスタックの上端部に位置する上端部第一スペーサと、
前記上下方向における前記中央部第一スペーサの下方に離間して位置する下部第一スペーサと、を含み、
前記中央部第一スペーサの前記上下方向の長さは、前記上端部第一スペーサの前記上下方向の長さおよび前記下部第一スペーサの前記上下方向の長さのいずれより短い、請求項１～３のうちいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項5】

前記配列方向に直交する、前記セルスタックの左右方向において、
前記セルスタックの前記第一側面と前記酸素含有ガス導入部材との間の、前記左右方向の第一間隙の距離は、
前記セルスタックの第二側面と前記壁部との間の、前記左右方向の第二間隙の距離より短い、請求項１～４のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項6】

複数の前記第一スペーサを備え、
該複数の第一スペーサのそれぞれは、前記上下方向に離間して位置しており、
前記第一スペーサのそれぞれと、前記酸素含有ガス導入部材と、前記セルスタックの前記第一側面と、に囲まれた第１の空間と、
前記複数の第二スペーサのそれぞれと、前記壁部と、前記セルスタックの前記第二側面と、に囲まれた第２の空間と、を備え、
前記第１の空間の容積の総和は、前記第２の空間の容積の総和より大きい、請求項１～４のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項7】

複数の前記供給孔を有し、
前記複数の供給孔は、前記配列方向における前記酸素含有ガス導入部材の中央部に位置する１以上の中央部供給孔と、前記配列方向における前記酸素含有ガス導入部材の端部に位置する２以上の端部供給孔と、を含み、
前記２以上の端部供給孔のうち、前記配列方向両端部に位置する少なくとも１つの端部供給孔は、前記配列方向の開口径が、前記中央部供給孔の前記配列方向の開口径より大きい、請求項１～６のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項8】

複数のセルスタックを備え、
該複数のセルスタックは、
第一セルスタックと、
該第一セルスタックの前記配列方向に沿った側方に並列して位置する第二セルスタックと、を含み、
前記酸素含有ガス導入部材は、前記第一セルスタックと前記第二セルスタックとの間に位置しており、
前記酸素含有ガス導入部材は、前記第一セルスタックに対向する第一面と、第二セルスタックに対向する第二面と、を有しており、
前記第一面および前記第二面は、酸素含有ガスを前記第一および第二セルスタックに供給する前記供給孔を、それぞれ複数個ずつ有しており、
前記第一面および前記第二面に直交する側から側面視した場合、前記配列方向において、
前記第一面に位置する少なくとも１つの第一供給孔の開口位置と、
前記第一供給孔と対向する領域に最も近接して位置する、前記第二面の第二供給孔の開口位置とが異なる、請求項１～７のうちいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項9】

前記配列方向の中央部において、前記配列方向に隣接する複数の前記第一供給孔または前記第二供給孔どうしの中心間距離は、前記配列方向の端部において、前記配列方向に隣接する複数の前記第一供給孔または前記第二供給孔どうしの中心間距離より長い、請求項８に記載の燃料電池モジュール。

【請求項10】

前記複数のセルスタックの上方に位置し、気化部および改質部を有する改質器を備え、
前記気化部は前記第一セルスタックの上方に位置しており、
前記第一面に位置する複数の前記第一供給孔の開口面積の総和が、前記第二面に位置する複数の前記第二供給孔の開口面積の総和より小さい、請求項８または９に記載の燃料電池モジュール。

【請求項11】

前記第一セルスタックおよび前記第二セルスタックのそれぞれの下端を固定するマニホールドを備える燃料電池モジュールであって、
前記酸素含有ガス導入部材の下端は、前記マニホールドから離間しており、
前記酸素含有ガス導入部材の下端と前記マニホールドとの間に、両者に接触しかつ前記配列方向に延びる第１の部材を備える、請求項８～１０のいずれか１つに記載の燃料電池モジュール。

【請求項12】

燃料電池セルが列状に配列された複数のセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の側面と対向して位置する酸素含有ガス導入部と、を備え、
前記複数のセルスタックは、第一セルスタックと、該第一セルスタックの前記配列方向に沿った側方に並列して位置する第二セルスタックと、を含み、
前記酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックと前記第二セルスタックとの間に位置しており、該酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックに対向する第一面と、第二セルスタックに対向する第二面と、を有し、
前記第一面は、酸素含有ガスを前記第一セルスタックに供給する第一供給孔を複数有し、前記第二面は、酸素含有ガスを前記第二セルスタックに供給する第二供給孔を複数有し、
前記第一面および前記第二面に直交する側から側面視した場合、
前記配列方向において、
前記第一面に位置する少なくとも１つの第一供給孔の開口位置と、該第一供給孔と対向する領域に最も近接して位置する、前記第二面の第二供給孔の開口位置とが異なり、且つ前記第一供給孔及び第二供給孔の面積は全て同じである、燃料電池モジュール。

【請求項13】

請求項１～１２のいずれか１つに記載の燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールの運転を行なうための補機と、
前記燃料電池モジュールと前記補機とを収納する外装ケースと、
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、燃料電池装置モジュールおよびそれを用いた燃料電池装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池の構成として、収納容器内に、水素含有ガス（燃料ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数積層したセルスタックを備える燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールおよびその動作に必要な補機類を外装ケース等の筐体に収容した燃料電池装置とが、種々提案されている。

【0003】

燃料電池モジュールは、特許文献１に記載のように、収納容器の収納室内に、少なくとも１つのセルスタック装置（セルスタック）が収容された構成をとる。セルスタックは、マニホールドと呼ばれる、各セルに燃料ガスを供給するための基台の上に、たとえば柱状等の燃料電池セルを複数個、列状に配列・固定して構成されている。

【0004】

セルスタックの配列方向（長手方向）の側面（以下「第一側面」ともいう）に隣接して、セルスタックを構成する各燃料電池セルの下方である柱状の根元部または基部に酸素含有ガスを供給する、酸素含有ガス導入部材が配設されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６２３９１９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、酸素含有ガス（空気）は、加熱された状態で各セルの下部に供給されるが、加熱が不充分で、酸素含有ガスの温度が比較的低い場合、燃料電池セルの下部の発電効率が、比較的低くなるおそれがあった。また、酸素含有ガスの温度分布が不均一であったり、セルに対して均一に供給されていない場合にも、燃料電池モジュールの発電効率が低くなるおそれがあった。

【0007】

本発明の目的は、発電効率の高い燃料電池モジュールおよびそれを用いた燃料電池装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の燃料電池モジュールは、複数の燃料電池セルが列状に配列された少なくとも１つのセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の第一側面と対向して位置し、前記セルスタックの下方に酸素含有ガスを供給する供給孔を有する酸素含有ガス導入部材と、
前記第一側面と反対側に位置する前記セルスタックの第二側面と対向して位置する壁部と、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔より上方で、かつ、前記第一側面と前記酸素含有ガス導入部材との間に位置する、少なくとも１つの第一スペーサと、
前記セルスタックの上下方向において、前記配列方向に延び、前記供給孔と同じ位置または前記供給孔より上方で、かつ、前記第二側面と前記壁部との間に位置する、複数の第二スペーサと、を備え、
前記複数の第二スペーサのそれぞれは、前記上下方向に離間して位置しており、
前記複数の第二スペーサは、
前記上下方向における前記セルスタックの中央部に位置する中央部第二スペーサと、
前記中央部より前記セルスタックの前記上下方向の端部に位置する、少なくとも１つの端部第二スペーサと、を含み、
前記中央部第二スペーサの下端は、前記上下方向における、前記供給孔と前記セルスタックの上端との間の中央位置または該中央位置よりも下方に位置し、
前記中央部第二スペーサの上端は、前記上下方向における、前記中央位置よりも上方に位置し、
前記上下方向において、前記複数の第二スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和は、前記少なくとも１つの第一スペーサの、前記セルスタックとの対向面の長さの和より大きいことを特徴とする。

【0009】

また、本開示の燃料電池モジュールは、燃料電池セルが列状に配列された複数のセルスタックと、
前記セルスタックの配列方向に沿った前記セルスタックの一方の側面と対向して位置する酸素含有ガス導入部と、を備え、
前記複数のセルスタックは、第一セルスタックと、該第一セルスタックの前記配列方向に沿った側方に並列して位置する第二セルスタックと、を含み、
前記酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックと前記第二セルスタックとの間に位置しており、該酸素含有ガス導入部は、前記第一セルスタックに対向する第一面と、第二セルスタックに対向する第二面と、を有し、
前記第一面は、酸素含有ガスを前記第一セルスタックに供給する第一供給孔を複数有し、前記第二面は、酸素含有ガスを前記第二セルスタックに供給する第二供給孔を複数有し、
前記第一面および前記第二面に直交する側から側面視した場合、
前記配列方向において、
前記第一面に位置する少なくとも１つの第一供給孔の開口位置と、該第一供給孔と対向する領域に最も近接して位置する、前記第二面の第二供給孔の開口位置とが異なり、且つ前記第一供給孔及び第二供給孔の面積は全て同じであることを特徴とする。

【0010】

そして、本開示の燃料電池装置は、前述のいずれかの燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールの運転を行なうための補機と、前記燃料電池モジュールと前記補機とを収納する外装ケースと、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示の燃料電池モジュールは、比較的高温となった酸素含有ガスを燃料電池セルの下部に供給できるため、燃料電池モジュールの発電効率を高くすることができる。または、酸素含有ガスの温度分布や供給量が不均一になることを抑制できるため、燃料電池モジュールの発電効率を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する分解斜視図である。

【図2】図１に示すセルスタック装置の構造を説明する側面図である。

【図3】燃料電池セルの配列方向に沿った、セルスタックの上面図である。

【図4】第１の実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する上下方向の断面図であり、（ａ）はモジュールの全体図、（ｂ）は一方のセルスタック側の拡大図である。

【図5】第２の実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する上下方向の断面図であり、（ａ）はモジュールの全体図、（ｂ）は一方のセルスタック側の拡大図である。

【図6】第１，第２の実施形態の燃料電池モジュールの酸素含有ガス導入部材の両面に設けられる、酸素含有ガス供給孔の形状と配置とを模式的に示す図である。

【図7】第３の実施形態の燃料電池モジュールの構成を説明する上下方向の断面図であり、（ａ）はモジュールの全体図、（ｂ）は一方のセルスタック側の拡大図である。

【図8】第３の実施形態の燃料電池モジュールの酸素含有ガス導入部材における、改質部（第二セルスタック）側の面に設けられる酸素含有ガス供給孔の形状と配置の一例を模式的に示す図である。

【図9】酸素含有ガス導入部材の改質部（第二セルスタック）側の面に設けられる酸素含有ガス供給孔の形状と配置の他の例を模式的に示す図である。

【図10】第３の実施形態の燃料電池モジュールの酸素含有ガス導入部材の両面に設けられる、酸素含有ガス供給孔の形状と配置の一例を模式的に示す図であり、（ａ）は改質器の改質部（第二セルスタック）側の第一面を、（ｂ）は気化部（第一セルスタック）側の第二面を示す図である。

【図11】実施形態の燃料電池装置の構成を示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施形態の燃料電池モジュールＭ（以下、単に「モジュール」という場合がある）は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の発電・発熱モジュールである。図１の分解斜視図に示すように、燃料電池モジュールＭは、内箱２１と外箱２２とからなる二重構造の収納容器２０の内側に、二列のセルスタック１（１Ａ，１Ｂ）とマニホールド２および改質器３からなるセルスタック装置Ｓと、酸素含有ガス導入部材４（４Ａ，４Ｂ等）、および、内部断熱部材５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ等）を収容して、収納容器２０（収容空間２７）の開口を蓋体等で密閉した構成をとる。なお、収納容器２０の側面には、該側面より小形の、モジュールの熱交換器Ｅが取り付けられている。

【0014】

セルスタック１は、図示右方の第一セルスタック１Ａ（以下、右列）と、図示左方の第二セルスタック１Ｂ（以下、左列）とからなる。なお、先にも述べたように、セルスタック１（１Ａ，１Ｂ）における燃料電池セルの配列（積層固定）方向を、単に「配列方向」、この配列方向に直交する、セルおよびセルスタックを含む各機器における天地（鉛直）方向を「上下方向」という。また、右列の第一セルスタック１Ａと左列の第二セルスタック１Ｂとの間に、構成上の差異はないが、改質器３における上流側の気化部３Ａの下方に位置するセルスタックを第一セルスタック１Ａと呼び、改質器３における下流側の改質部３Ｂの下方に位置するセルスタックを第二セルスタック１Ｂと呼ぶ。

【0015】

さらに、図１においてセルスタックどうしが対向する、右列の第一セルスタック１Ａの左側の側面（対向面）および左列の第二セルスタック１Ｂの右側の側面（対向面）を、共に、セルスタックの「第一側面」（符号１ｘ）と呼ぶ。また、反対側の、右列の第一セルスタック１Ａの外側の側面（図示右側）および左列の第二セルスタック１Ｂの外側の側面（図示左側）を、共に、セルスタックの「第二側面」（符号１ｙ）と呼ぶ。

【0016】

なお、本開示における「対向」面とは、面と面とが直接に当接する場合は勿論、面どうしがすき間（空間）を空けて向き合う、対面や対峙等を含む概念である。そのため、物の表面の形状や粗さ（凹凸）等は考慮しない。

【0017】

そして、セルスタック装置Ｓが収納容器２０内に収容された、後記の第１の実施形態（図４），第２の実施形態（図５）および第３の実施形態（図７）の場合、各セルスタック１Ａおよび１Ｂの第一側面は、それぞれ、第一セルスタック１Ａと第二セルスタック１Ｂとの間に位置する、酸素含有ガス導入部材４の「第一面」（符号４ｘ：第一セルスタック１Ａ側）および「第二面」（符号４ｙ：第二セルスタック１Ｂ側）と対向する。また、各セルスタック１Ａおよび１Ｂの第二側面は、それぞれ、モジュール側方の壁部を構成する、断熱材５Ａの内側壁面（符号５ｘ：第一セルスタック１Ａ側）および断熱材５Ｂの内側壁面（符号５ｙ：第二セルスタック１Ｂ側）と対向することとなる。

【0018】

セルスタック装置Ｓは、酸素含有ガス導入部材４との間に配設された第一スペーサ６、および、モジュール側方の壁部を構成する各断熱材５Ａ，５Ｂとの間に配設された第二スペーサ７、をそれぞれ介して、収容空間２７の所定位置に載置・固定されている。この点については、後記の各実施形態において詳細に説明する。

【0019】

第一セルスタック１Ａおよび第二セルスタック１Ｂの基本的な構造を説明する。各セルスタック１Ａ，１Ｂは、図２の側面図に示すように、内部を燃料ガスが上下方向（この例では上方向）に流過する燃料ガス流路を複数有する中空平板型の燃料電池セル１０の複数個を、それぞれの燃料電池セル１０間に集電部材１７を介して立設させた状態で配列し、電気的に直列に接続して、セルスタックとしている。

【0020】

セルスタック１Ａ，１Ｂは、各燃料電池セル１０の下端部が、燃料電池セル１０に燃料ガスを供給するマニホールド２に固定されている。なお、マニホールド２は、セルスタックには含まれない。また、セルスタックの配列方向の両端には、発電により生じる電流を引出すための電流引出し部１８が設けられている。さらに、セルスタックの上方には、燃料電池セル１０に供給する燃料ガスを生成するための改質器３（図２では図示省略）が配置されている。

【0021】

各燃料電池セル１０は、図３の上面図に示すように、一対の対向する平坦面（幅広面）を有する柱状の導電性支持体１１の一方側の平坦面上（図示左側）に、燃料極層１２と、固体電解質層１３と、酸素極層１４とが順に積層されている。また、導電性支持体１１の他方側の平坦面上（図示右側）には、インターコネクタ１５と、Ｐ型半導体層１６とが順に積層されている。なお、導電性支持体１１の内部には、燃料ガスを流すための、孔状の燃料ガス流路１１ａが、複数設けられている。

【0022】

なお、燃料電池セル１０間を接続する集電部材１７は、立体的に見た場合、網目状になっており、図３の点線矢印に示すように、後記する酸素含有ガス導入部材４（４Ａ，４Ｂ等）から供給された酸素含有ガスは、セルスタックと酸素含有ガス導入部材４との間のすき間、または、セルスタックと壁部との間のすき間を、自由に行き来できるようになっている。そのため、各燃料電池セル１０の下部に供給された酸素含有ガスは、隣り合う燃料電池セル１０との間（すき間）を出入りしながら、燃料電池セル１０の上部（図３においては紙面の裏面から表面）に向かって流過する〔後記の第１の実施形態（図４），第２の実施形態（図５）および第３の実施形態（図７）の二点鎖線を参照〕。

【0023】

一方、孔状の燃料ガス流路１１ａ内を流れる燃料ガス（水素含有ガスであり、改質ガス）は、先に述べた改質器３において、原燃料供給管３ｃを介して供給される天然ガス等の原燃料を水蒸気改質して、生成される。すなわち、改質器３は、水を気化させるための気化部３Ａ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３Ｂと、先述の原燃料供給管３ｃと、改質・生成された燃料ガスをマニホールド２に輸送するための燃料ガス流通管３ｄと、を備えている。

【0024】

改質器３は、セルスタック上端から排出される未反応の酸素含有ガスおよび燃料ガス（以下、オフガスという場合がある。）の燃焼熱により、暖められる。なお、本開示において、改質器を有する実施形態を示したが、改質器を有していない形態でもよい。

【0025】

以下、前述の構成のセルスタック装置Ｓを収納容器２０内に収容した、具体的な実施形態について説明する。

【0026】

図４は第１の実施形態、図５は第２の実施形態、図７は第３の実施形態の燃料電池モジュール（それぞれＭ１，Ｍ２，Ｍ３とする）の構造を示す、セル配列に直交する方向の模式的断面図である。なお、これらの図においては、説明を容易にするために、セルスタックに酸素含有ガス（空気）を供給するための酸素含有ガス流路２５と、オフガスを燃焼させた後の排ガスを排出するための排ガス流路２６とを、強調・拡大して描いている。また、酸素含有ガス導入部材の中には、流下する空気の温度を測定するための熱電対が挿通されている場合もあるが、その図示を省略している。

【0027】

まず、図４，図６に示す、第１の実施形態について説明する。なお、以降の第２，第３の実施形態においても同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。また、各図中の実線矢印は、酸素含有ガスおよび排ガスの流れ（気体流）を示すものとする。

【0028】

図４（ａ）に示すように、燃料電池モジュールＭ１を構成する収納容器２０は、内箱２１の側壁から構成される内壁２３と、外箱２２の側壁からなる外壁２４とを有する二重構造であり、内壁２３により、セルスタック装置Ｓを収容する収容空間２７が設けられている。また、収納容器２０の底部には、酸素含有ガス流入管２５ａが接続されており、内壁２３と外壁２４との間に形成された酸素含有ガス流路２５に、各セルスタック１Ａ，１Ｂに供給される酸素含有ガス（空気）が導入される。

【0029】

前述の内壁２３を挟んだ、酸素含有ガス流路２５の容器内側には、燃焼排ガスを排出するための排ガス流路２６が、セルスタックの配列方向に沿って並行に設けられている。この構成により、酸素含有ガス流路２５内を上に向かって流過する低温の空気と、排ガス流路２６内を下に向かって流過する高温の排ガスとの間で熱交換が行われ、酸素含有ガス流路２５内の空気が暖められる。なお、図示左下の排ガス流路２６の終端には、排ガス流出管２６ａが接続されており、上述の熱交換後の排ガスが、図示しない熱交換器Ｅ（図１参照）へ導出されるようになっている。

【0030】

収納容器２０上部の中央には、酸素含有ガス導入部材４Ａが、内壁２３を貫通して、右列の第一セルスタック１Ａと左列の第二セルスタック１Ｂとの間の下方まで垂下するよう配設されている。これにより、先の排ガスとの熱交換により暖められた酸素含有ガスを、これら各セルスタック１Ａ，１Ｂの下部まで流下させ、それぞれ柱状の燃料電池セル１０の根元部または基部に、直接的に供給することができる。

【0031】

酸素含有ガス導入部材４Ａの下端近傍には、図６に示すような、暖められた空気の流出孔または噴気孔である供給孔４１が複数個設けられている。なお、この図６は、図４（ｂ）の拡大断面図の白抜き矢印に示すように、酸素含有ガス導入部材４Ａを、左列の第二セルスタック１Ｂ側から見たものであり、先に述べた、酸素含有ガス導入部材の「第二面」（符号４ｙ）に相当するものである。したがって、図６では見えないが、紙面裏側の酸素含有ガス導入部材４Ａの「第一面」（符号４ｘ）側にも、供給孔４１と同仕様の供給孔が、これら供給孔４１と対向・対称となる位置に、それぞれ形成されている。

【0032】

また、収納容器２０の内箱２１の中には、複数の内部断熱部材５、すなわち側部断熱材５Ａ，５Ｂおよび底部断熱材５Ｃにより、前述の収容空間２７が形成されている。なお、セルスタック１Ａ，１Ｂおよびマニホールド２を収容する、収容空間２７の下部を発電室２７Ａと呼び、改質器３を含む、オフガスを燃焼させる収容空間２７の上部を燃焼室２７Ｂと呼ぶ場合がある。

【0033】

そして、図４（ａ）に示すように、各セルスタック１Ａ，１Ｂとこれらの間に位置する酸素含有ガス導入部材４Ａとの間、および、各セルスタック１Ａ，１Ｂと発電室２７Ａの壁部（側壁）を構成する側部断熱材５Ａ，５Ｂとの間には、スペーサ（第一スペーサ６，第二スペーサ７）が、上下方向において複数個設けられている。各スペーサは、セルの配列方向に延びている。スペーサは、酸素含有ガス導入部材、セルスタックおよび側部断熱材の間隙を調整して、各セルスタックの位置を固定するとともに、これらの部材間のすき間を流れる、酸素含有ガスの流れを制御するために設けられている。

【0034】

なお、スペーサとは、上下方向における酸素含有ガス導入部材の供給孔と同じ位置または供給孔より上方で、かつ、セルスタックと酸素含有ガス導入部材または壁部との間に設けられた部材のうち、セルスタックと対向するものをいう。また、スペーサの対向面（対向部位）とは、酸素含有ガス導入部材または側部断熱材からセルスタックに向かって突出しており、かつ、上下方向における酸素含有ガス導入部材の供給孔と同じ位置または供給孔より上方で、セルスタックと対向している部分をいう。これにより、酸素含有ガス導入部材、セルスタックおよび側部断熱材のすき間を流れる酸素含有ガスを、セルスタック側に促すことができる。さらに、スペーサは、図４で示すように、酸素含有ガス導入部材または側部断熱材とセルスタックとに当接することで、酸素含有ガス導入部材、セルスタックおよび側部断熱材のすき間を流れる酸素含有ガスを、セルスタックにより促すことができる。

【0035】

すなわち、第１の実施形態の燃料電池モジュールＭ１は、供給孔４１より上方に設けられ、各セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間にそれぞれ配設された、２つの第一スペーサ６（上端部６Ａ，下部６Ｂ）を有する。また、供給孔４１より上方に設けられ、各セルスタック１Ａ，１Ｂと各側部断熱材５Ａ，５Ｂとの間にそれぞれ配設された、２つの第二スペーサ７（上端部７Ａ，中央部７Ｃ）を有する。

【0036】

そして、各セルスタックの上下方向において、第二スペーサ７である上端部第二スペーサ７Ａ、中央部第二スペーサ７Ｃの、各セルスタック１Ａ，１Ｂとの対向面の長さの和は、第一スペーサ６である上端部第一スペーサ６Ａ，下部第一スペーサ６Ｂの、各セルスタック１Ａ，１Ｂとの対向面の長さの和より大きくなっている。

【0037】

この構成により、各セルの間を流れる高温の酸素含有ガスを、セルの間から、セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間へと促すことができ、当該酸素含有ガス導入部材４Ａとその内部を流れる酸素含有ガスとを、効率良く加熱できる。すなわち、燃料電池セルの下部に、比較的高温の酸素含有ガスを供給できることで、上下方向における、燃料電池セルの不均一な温度分布が緩和され、燃料電池モジュールＭ１の発電効率を向上させることができる。

【0038】

また、図４に示すように、第１の実施形態の燃料電池モジュールＭ１では、中央部第二スペーサ７Ｃの下端は、上下方向における、供給孔４１とセルスタック１Ａの上端との間の中央位置（図示中央線：一点鎖線）または中央位置よりも下方に位置しており、中央部第二スペーサ７Ｃの上端は、上下方向における、中央位置よりも上方に位置している。

【0039】

さらに、当該燃料電池モジュールＭにおいて、各セルスタック１Ａ，１Ｂと各側部断熱材５Ａ，５Ｂとの間にそれぞれ配設された、２つの第二スペーサ７（上端部７Ａ，中央部７Ｃ）について、それぞれのセルスタック上下方向の長さを比べれば、中央部第二スペーサ７Ｃの上下方向長さは、端部に位置する上端部第二スペーサ７Ａの上下方向長さより、長くなっている。

【0040】

これらの構成により、セル内の反応による熱やジュール熱等によって比較的温度が高い、上下方向における中央部において、温度が高い酸素含有ガスを、セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間へと、促すことができる。このため、さらに当該酸素含有ガス導入部材４Ａとその内部を流れる酸素含有ガスとを、効率良く加熱できる。すなわち、燃料電池セルの下部に、比較的高温の酸素含有ガスを供給することで、上下方向における、燃料電池セルの不均一な温度分布を緩和できるため、その結果、燃料電池モジュールＭ１の発電効率を向上させることができる。

【0041】

前述のような、セルスタック装置Ｓ収容後の収容空間２７内における、セルスタック１Ａ，１Ｂと周囲の壁部（側部断熱材５Ａ，５Ｂ）との関係、および、セルスタック１Ａ，１Ｂと酸素含有ガス導入部材４Ａとの関係について、以下により詳しく説明する。

【0042】

なお、これらセルスタックと、壁部および酸素含有ガス導入部との関係は、実施形態のような２列のセルスタックを有する燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２，Ｍ３の場合、セルスタック列の中心を挟んで左右対称に現れるため、後記の詳細な説明では、一方のセルスタック（今回は右列の第一セルスタック１Ａ）側についてのみ説明する。

【0043】

図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部である、収容空間２７内の第一セルスタック１Ａ（右列）側を抜粋して拡大表示したものである。

【0044】

先にも述べたように、第一セルスタック１Ａにおける酸素含有ガス導入部材側の側面である第一側面１ｘと、酸素含有ガス導入部材４Ａにおけるセルスタック側の側面である第一面４ｘとの間には、第一スペーサである上端部第一スペーサ６Ａと下部第一スペーサ６Ｂとが、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。

【0045】

また、第一セルスタック１Ａにおける壁部側の側面である第二側面１ｙと、側部断熱材５Ａにおけるセルスタック側の側面である内側壁面５ｘの間には、第二スペーサである上端部第二スペーサ７Ａと中央部第二スペーサ７Ｃとが、それぞれ、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。

【0046】

ここで、第二スペーサ７Ａ，７Ｂ，７Ｃとセルスタック１Ａ（第二側面１ｙ）の対向面の上下方向長さの和は、第一スペーサ６Ａ，６Ｂとセルスタック１Ａ（第一側面１ｘ）との対向面の上下方向長さの和より大きい点は、先にも述べたとおりである。

【0047】

さらに、セルスタック装置Ｓにおいて、各部材の間の空間（セルスタック上下方向のすき間）に着目すると、セルスタックの左右方向（図示左右方向）において、図４（ｂ）に示すように、セルスタック１Ａの第一側面１ｘと酸素含有ガス導入部材４Ａの第一面４ｘとの間の、第一間隙の距離Ｌ１は、第一セルスタック１Ａの第二側面１ｙと側部断熱材５Ａの内側壁面５ｘとの間の、第二間隙の距離Ｌ２より短い。これにより、酸素含有ガス導入部材４Ａは、セルスタックからの輻射熱を受けやすくなり、その内部を流過する酸素含有ガスを、より高温にすることができる。

【0048】

これらの構成によって、図４に記載の第１の実施形態の燃料電池モジュールＭ１は、酸素含有ガス導入部材の内部を流下し、燃料電池セルに導入される酸素含有ガスの温度が、従来より上昇する。したがって、本実施形態の燃料電池モジュールＭ１は、燃料電池セルの上部と下部との間で発生する温度差が低減され、その結果、セルスタック全体の発電効率を向上させることができる。

【0049】

なお、第一スペーサ６および第二スペーサ７を含む各スペーサは、各断熱材５と同様の材料でもよい。具体的には耐熱性であるセラミックファイバー等を用いることができる。

【0050】

各スペーサおよび各断熱材は、燃料電池セル１０の配列方向に沿って、セルスタック１Ａ，１Ｂの側面側に配置すればよく、セルスタック１Ａ，１Ｂの側面におけるセル配列方向に沿った幅（長さ）と同等、または、それ以上の幅（長さ）を有するものを配置することができる。なお、各スペーサと各セルスタックとの間は、必ずしも当接している必要はなく、若干のすき間があってもよい。

【0051】

つぎに、第１の実施形態（図４）の変形例である、第２の実施形態（図５）について説明する。なお、この実施形態においても、前出と同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。

【0052】

図５（ａ）に示す、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２も、収納容器２０の収容空間２７内にセルスタック装置Ｓを収容したものである。この実施形態のセルスタック装置Ｓが、第１の実施形態のものと異なる点は、各セルスタック１Ａ，１Ｂとこれらの間に位置する酸素含有ガス導入部材４Ａとの間の間隙（距離）と、このすき間に配設された第一スペーサ６の配置・構成が異なる点である。この点について以下で説明する。

【0053】

第１の実施形態と同様、一方のセルスタック（右列の第一セルスタック１Ａ）側についてのみ見ると、図５（ｂ）の拡大図に示すように、第一セルスタック１Ａにおける酸素含有ガス導入部材側の側面である第一側面１ｘと、酸素含有ガス導入部材４Ａにおけるセルスタック側の側面である第一面４ｘとの間には、第一スペーサである上端部第一スペーサ６Ａと下部第一スペーサ６Ｂに加え、すき間の上下方向中央寄りに、中央部第一スペーサ６Ｃが、それぞれ、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。

【0054】

また、第一セルスタック１Ａにおける壁部側の側面である第二側面１ｙと、側部断熱材５Ａにおけるセルスタック側の側面である内側壁面５ｘの間には、第二スペーサである上端部第二スペーサ７Ａと下部第二スペーサ７Ｂおよび中央部第二スペーサ７Ｃが、それぞれ、セルスタックの上下方向に離間した状態で配設されている。すなわち、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、セルスタック１Ａの左右方向両側のすき間に、それぞれ３個ずつのスペーサを備える。なお、下部第二スペーサ７Ｂは、供給孔４１より上側に位置している。

【0055】

ここで、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、図５（ｂ）に示すように、セルスタック１Ａと酸素含有ガス導入部材４Ａの間の上下方向中央寄りに、中央部第一スペーサ６Ｃが配設されている。このため、仮に、酸素含有ガス導入部材４Ａが、高温により変形を起こした場合でも、この中央部第一スペーサ６Ｃが緩衝材となって、セルスタック１Ａと酸素含有ガス導入部材４Ａとが接触することを抑制できる。

【0056】

さらに、各スペーサの大きさ（上下方向の長さ：矢印で表示）に着目すると、上記の中央部第一スペーサ６Ｃに関し、この中央部第一スペーサ６Ｃの上下方向長さが、セルスタックと壁部の間の、中央部第二スペーサ７Ｃの上下方向の長さより、短い。これにより、温度が高い、上下方向における中央部のガスを、酸素含有ガス導入部材４Ａ側へと促すことができる。

【0057】

また、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、セルスタックと酸素含有ガス導入部材の間のすき間において、上述の中央部第一スペーサ６Ｃの上下方向長さが、上端部第一スペーサ６Ａの上下方向長さおよび下部第一スペーサ６Ｂの上下方向長さのいずれより短い。この構成により、温度が高い上下方向における中央部のガスを導入部材側へと促すことができる。

【0058】

そして、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、上端部第一スペーサ６Ａと中央部第一スペーサ６Ｃとに囲まれた空間Ｊ１（容積Ｊ１_ＶＯＬ）と、中央部第一スペーサ６Ｃと下部第一スペーサ６Ｂとに囲まれた空間Ｊ２（容積Ｊ２_ＶＯＬ）とからなる「第１の空間」の空間容積の総和が、上端部第二スペーサ７Ａと中央部第二スペーサ７Ｃとに囲まれた空間Ｋ１（容積Ｋ１_ＶＯＬ）と、中央部第二スペーサ７Ｃと下部第一スペーサ７Ｂとに囲まれた空間Ｋ２（容積Ｋ２_ＶＯＬ）とからなる「第２の空間」の空間容積の総和より、大きくなっている〔図５（ｂ）参照〕。

【0059】

すなわち、言い換えれば、セルスタックと酸素含有ガス導入部材の間における〔スペーサのない空間の容積の総和（Ｊ１_ＶＯＬ＋Ｊ２_ＶＯＬ）〕が、セルスタックと側部断熱材の間における〔スペーサのない空間の容積の総和（Ｋ１_ＶＯＬ＋Ｋ２_ＶＯＬ）〕より、大きくなっている。この構成により、酸素含有ガス導入部材４Ａにより近い、セルスタック１Ａと酸素含有ガス導入部材４Ａとの間の空間（Ｊ１，Ｊ２）に、セルスタック１Ａと側部断熱材５Ａとの間の空間（Ｋ１，Ｋ２）より多くの、セル内で加温された酸素含有ガスを、セルスタックと酸素含有ガス導入部材の間の前記「第１の空間」に促すことで、酸素含有ガス導入部材４Ａの中を流下する酸素含有ガスを、より効率良く暖めることができる。なお、図では、第１間隙の距離Ｌ１と第２間隙の距離Ｌ２は等距離であるが、空間の容積の総和が上述の関係にあれば、Ｌ１とＬ２は異なっていてもよい。

【0060】

これらの構成によっても、図５に記載の第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ２は、酸素含有ガス導入部材の内部を流下し、燃料電池セルに導入される酸素含有ガスを、より効率良く暖めることができる。したがって、本実施形態の燃料電池モジュールＭ２の発電効率を、向上させることができる。

【0061】

なお、第１，第２の実施形態の燃料電池モジュールＭ１，Ｍ２においては、２列のセルスタックを有する燃料電池モジュールとしたが、収納容器２０内に、１列のセルスタックを１つ収容してもよく、この場合において、燃料電池モジュールの内壁が、酸素含有ガス導入部材を兼ねていてもよい。

【0062】

また、第２の実施形態の燃料電池モジュールＭにおいて、セルスタックと壁部の間のすき間の下部に位置する、下部第二スペーサ７Ｂを配設しない構成とすることもできる。

【0063】

図７は、第３の実施形態の燃料電池モジュールＭ３の構造を示す模式的断面図である。また、図８～図１０は、この燃料電池モジュールＭ３に用いられている酸素含有ガス導入部材に形成されている、酸素含有ガス供給孔の種々の形状例を示す平面図である。なお、図８，図９と、図１０（ａ）の平面図は、酸素含有ガス導入部材を、図７（ｂ）の拡大断面図における白抜き矢印方向から見た図であり、先に述べた、酸素含有ガス導入部材の「第二面」（符号４ｙ）に相当する。また、図１０（ｂ）の平面図は、酸素含有ガス導入部材の「第一面」（符号４ｘ）に相当するものである。さらに、前述の第１，第２の実施形態と同様の構成部材については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。

【0064】

図７（ａ）の断面模式図に示すように、この第３の実施形態の燃料電池モジュールＭ３においても、第１，第２の実施形態と同様、複数個のスペーサ（第一スペーサ６，第二スペーサ７）が、それぞれの部材間に配設されている。

【0065】

そして、第３の実施形態の燃料電池モジュールＭ３においては、図７（ａ）に示すように、酸素含有ガス導入部材４Ｂの先端に相当する最下端に、この酸素含有ガス導入部材４Ｂを支持する第三スペーサ８が配設されている。なお、第三スペーサ８は、「第１の部材」の一例である。

【0066】

この第三スペーサ８は、酸素含有ガス導入部材４Ｂおよびマニホールド２の両者に接触しつつ、セル配列方向に延びる形状であり、これにより、酸素含有ガス導入部とマニホールドとの間に形成された左右方向のすき間を経由して、セルスタック１Ａ側（図示右側）に供給された酸素含有ガスと、セルスタック１Ｂ側（図示左側）に供給された酸素含有ガスとが、左右に行き来することを、抑制している。したがって、セルスタック１Ａ側（図示右側）およびセルスタック１Ｂ側（図示左側）の供給される酸素含有ガスの、時間あたりの量が安定し、その結果、セルスタック全体の発電効率を、向上させることができる。なお第三スペーサ８は、左右方向における中央部から端部へと向かうにつれて、上向きに傾いていてもよい。

【0067】

つぎに、図８～図１０を用いて、右列（気化部３Ａ側）の第一セルスタック１Ａと、左列（改質部３Ｂ側）の第二セルスタック１Ｂとの間に配設された酸素含有ガス導入部材４Ｂ～４Ｄについて説明する。

【0068】

先にも述べたように、酸素含有ガス導入部材の下端には、複数の燃料電池セル１０に、加温された酸素含有ガスを、セル配列方向であるセルスタック長手方向に、できるだけ供給量を揃えて均一に空気を供給するために、空気の流出孔または噴気孔である供給孔（４２～４７等）が設けられている。

【0069】

なお、供給孔の従来公知の構造としては、先の図６に示した、供給孔を、酸素含有ガス導入部材の「第二面」（符号４ｙ）側から見ても、「第一面」（符号４ｘ）側から見ても同じ配置に見える、酸素含有ガス導入部材の中心を挟んで対向・対称な形状と位置に形成されたもの、すなわち、酸素含有ガス導入部材の幅広面のどちらから見ても、同じ形状・配置に見える（反対側が見通せる）供給孔配置のものが、知られている。

【0070】

ところで、比較的高温の酸素含有ガスが供給孔から導出される構造において、当該供給孔に酸素含有ガスが集まるため、供給孔の周囲の酸素含有ガス導入部材の温度が、局所的に上昇する可能性がある。そして、従来の構造のように、酸素含有ガス導入部材の第一面および第二面に、供給孔がそれぞれ対称に位置する場合には、上述する現象がさらに顕著に現れるため、酸素含有ガス導入部材の変形を引き起こすおそれがある。酸素含有ガス導入部材が変形すると、内部を流下する酸素含有ガスの温度分布が不均一になったり、燃料電池セルに対する酸素含有ガスの導入量を、均一にすることができなくなったりするため、燃料電池モジュールの発電効率が低くなるおそれがあった。

【0071】

図８～図１０に示す、実施形態の燃料電池モジュールＭ３の酸素含有ガス導入部材４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、上記したような、酸素含有ガス導入部材内を流下してセルスタックに供給される空気に生じる、種々の問題を軽減することを目的としたものである。その具体的形状や配置について、以下に説明する。

【0072】

図８は、図７（ａ）における酸素含有ガス導入部材４Ｂを、第一面および第二面に直交する側から側面視した図である。言い換えれば、上述の、第３の実施形態（図７）で用いられていた酸素含有ガス導入部材４Ｂの、第二面４ｙ側〔第二セルスタック１Ｂ側でかつ図７（ｂ）における白抜き矢印側〕から見た平面図である。

【0073】

図８の酸素含有ガス導入部材４Ｂは、配列方向において、第一面４ｘに位置する少なくとも１つの第一供給孔４２（点線）の開口位置と、第一供給孔４２と対向する領域に最も近接して位置する、第二面４ｙの第二供給孔４３（実線）の開口位置とが異なっている。

【0074】

すなわち、酸素含有ガス導入部材４Ｂにおいて、局所的な温度上昇を誘発するおそれがある、第一面４ｘおよび第二面４ｙにそれぞれ設けられた供給孔４２および供給孔４３を、配列方向にそれぞれずらして設けたため、酸素含有ガス導入部材４Ｂの局所的温度上昇による変形を抑制することができる。これにより、酸素含有ガス導入部材４Ｂの内部を流下する酸素含有ガスの温度分布や、酸素含有ガスの導入量が不均一になることが抑制されるので、燃料電池モジュールＭ３の発電効率を向上させることができる。

【0075】

なお、「開口位置が異なる」とは、図８で示すように、第一供給孔４２と第二供給孔４３との開口部分の一部が重複する場合も含む。また、図８で示す実施形態においては、全ての第一供給孔４２と当該第一供給孔４２に対応する第二供給孔４３との開口位置が異なるが、局所的に温度上昇がするおそれがある一部分についてのみ、第一供給孔４２と第二供給孔４３との開口位置とが異なる構成であってもよい。

【0076】

酸素含有ガス導入部材４Ｂでは、図８に示すように、第二面４ｙ側〔第二セルスタック１Ｂ側〕を平面視した場合、配列方向の中央部で隣接する第二供給孔４３（実線）どうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ_３は、配列方向の端部で隣接する第二供給孔４３どうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ_４より、長くなっていてもよい。

【0077】

なお、点線で示す第一面４ｘ側〔第一セルスタック１Ａ側〕も同様に、配列方向の中央部で隣接する第一供給孔４２（点線）のどうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ_１は、配列方向の端部で隣接する第一供給孔４２どうしの中心間距離（ピッチ）Ｐ_２より長くなっていてもよい。また、ここでの中心間距離は、各領域の平均の中心間距離をいう。

【0078】

これにより、セルスタックからの熱の影響を受けて比較的高温になり易い、配列方向における中央部の強度を上げることができるため、酸素含有ガス導入部材４Ｂの変形を、抑制することができる。

【0079】

また、酸素含有ガス導入部材４Ｂを流下する酸素含有ガスの流速は、中央部より端部が遅いため、セルスタックの配列方向の端部に導入される酸素含有ガスの量が少なくなるおそれがある。しかしながら、上述の構成にすることで、セルスタックの配列方向に対して、均一に酸素含有ガスを導入することができるため、発電効率を向上させることができる。

【0080】

なお、配列方向の中央部とは、酸素含有ガス導入部材を配列方向に三等分した場合の中央の領域をいう。中心間距離とは、隣接する開口部におけるそれぞれの中心間の距離である。中心間距離（ピッチ）は、中央部における平均の中心間距離と、端部における平均の中心間距離と、を比較することで評価することができる。

【0081】

つぎに、図９および図１０に記載の酸素含有ガス導入部材４Ｃおよび４Ｄは、各供給孔の個々の形状や大きさを変えることにより、セル配列方向の中央部と端部との間で空気供給量に差を生じることを企図したものである。なお、これらの実施形態においては、収納容器２０内にセルスタックを１つ収容し、１つのセルスタックに対向する酸素含有ガス導入部材の一方側面にのみ供給孔を設けることもできる。

【0082】

図９に記載の酸素含有ガス導入部材４Ｃにおける、第二面４ｙ側に位置する第二供給孔４５（実線）は、端部近傍の供給孔が、ほぼ円形の中央部に比べ、図に示すように、配列方向に径の延びた楕円形に形成されている。また、第一面４ｘ側に位置する第一供給孔４４（点線：隠れ線）も、ほぼ円形の中央部の供給孔に比べ、端部近傍の供給孔が、配列方向に径の延びた楕円形に形成されている。

【0083】

この構成により、酸素含有ガスは、流速の遅い配列方向の端部の供給孔からも導出されやすくなるため、セルスタックの配列方向に対して、均一に酸素含有ガスを導出することができ、発電効率を向上することができる。

【0084】

同様に、図１０に記載の酸素含有ガス導入部材４Ｄも、図１０（ａ）に記載の第二面４ｙ側に位置する第二供給孔４７（実線）のうち、端部近傍の供給孔の開口径が、中央部に比べ大きくなるよう形成されている。また、図１０（ｂ）に記載の第一面４ｘ側に位置する第一供給孔４６（点線：隠れ線）についても同様である。

【0085】

これらの構成により、配列方向における中央部から集中して酸素含有ガスが導出され、中央部の温度が局所的に高くなるため、当該酸素含有ガス導入部材４Ｄの耐久性が低下することを抑制することができる。

【0086】

ここで、図１０に記載の、第二面４ｙ側に位置する第二供給孔４７〔図１０（ａ）の実線〕と、第一面４ｘ側に位置する第一供給孔４６〔図１０（ｂ）の実線〕とを比べると、酸素含有ガス導入部材４Ｄは、第二面４ｙ側の第二供給孔４７〔図１０（ａ）〕の個数が、第一面４ｘ側の第一供給孔４６〔図１０（ｂ）〕の個数より多くなっていることがわかる。

【0087】

すなわち、酸素含有ガス導入部材４Ｅは、改質器３の気化部３Ａ側に位置する第一セルスタック１Ａに対応する、第一面４ｘの第一供給孔４６の開口面積の総和が、改質器３の改質部３Ｂ側に位置する第二セルスタック１Ｂに対応する、第二面４ｙの第二供給孔４７の開口面積の総和より小さくなっている。

【0088】

この構成により、水の気化（吸熱反応）により比較的低温となる改質器３の気化部３Ａ側に供給される酸素含有ガスの量を低減することで、第一セルスタック１Ａの上端から排出されるガスにおける燃料ガスの濃度を高くできるため、第一セルスタック１Ａ上端から排出される混合ガスの燃焼状態を安定化できる。

【0089】

つぎに、図１１は、実施形態の燃料電池装置１００の一例を示す透過斜視図である。
燃料電池装置１００は、前述の燃料電池モジュールＭと、熱交換器Ｅと、燃料電池モジュールＭを動作させるための補機と、燃料電池モジュールＭおよび補機を収納する外装ケース３０とを備えている。なお、図１１においては、補機および一部構成の図示を省略している。

【0090】

支柱３１と外装板３２から構成される外装ケース３０は、その内部が仕切板３３により上下に区画されている。上方側は、上述した燃料電池モジュールＭおよび熱交換器Ｅ等を収容するモジュール収納室３４とされ、下方側は、モジュールＭを動作させるための補機を収容する補機収納室３５として構成されている。

【0091】

実施形態の燃料電池装置１００によれば、燃料電池モジュールＭを備えることにより、発電効率を向上させることができる。

【0092】

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。

【符号の説明】

【0093】

１ セルスタック
１Ａ 第一セルスタック
１Ｂ 第二セルスタック
１ｘ 第一側面
１ｙ 第二側面
３ 改質器
３Ａ 気化器
３Ｂ 改質器
４ 酸素含有ガス導入部材
４Ａ 酸素含有ガス導入部材
４１ 第一供給孔
４Ｂ 酸素含有ガス導入部材
４２ 第一供給孔
４３ 第二供給孔
４Ｃ 酸素含有ガス導入部材
４４ 第一供給孔
４５ 第二供給孔
４Ｄ 酸素含有ガス導入部材
４６ 第一供給孔
４７ 第二供給孔
４ｘ 第一面
４ｙ 第二面
５ 内部断熱部材
５Ａ 側部断熱材
５Ｂ 側部断熱材
５ｘ 内側壁面
５ｙ 内側壁面
６ 第一スペーサ
６Ａ 上端部第一スペーサ
６Ｂ 下部第一スペーサ
６Ｃ 中央部第一スペーサ
７ 第二スペーサ
７Ａ 上端部第二スペーサ
７Ｂ 下部第二スペーサ
７Ｃ 中央部第二スペーサ
８ 第三スペーサ
１０ 燃料電池セル
２０ 収納容器
１００ 燃料電池装置
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 燃料電池モジュール
Ｓ セルスタック装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】