特許 7244470 燃料電池発電モジュール

(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】

(24)【登録日】2023-03-13

(45)【発行日】2023-03-22

(54)【発明の名称】燃料電池発電モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20230314BHJP

   H01M 8/10 20160101ALI20230314BHJP

   H01M 8/2483 20160101ALI20230314BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/10 101

H01M8/04 J

H01M8/2483

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020166663

(22)【出願日】2020-10-01

(65)【公開番号】P2022059124

(43)【公開日】2022-04-13

【審査請求日】2021-11-08

(73)【特許権者】

【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】坪井 文雄

(72)【発明者】

【氏名】松尾 卓哉

【審査官】笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０５０１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０１４２９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／１０

Ｈ０１Ｍ ８／２４８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に並べて配置された複数の発電単位から構成される発電ブロックを有する燃料電池スタックであって、各前記発電単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室と、を備え、前記発電ブロックは、前記ガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを有し、かつ、前記燃料電池スタックの複数の表面のうちの少なくとも１つである特定表面に開口し、かつ、前記マニホールドに連通する開口部を有する燃料電池スタックと、
熱源部と、
前記開口部と前記熱源部とに連通する接続流路と、
を備える燃料電池発電モジュールにおいて、
前記特定表面と直交する方向視において、前記接続流路は、前記開口部に重なる部分を除く部分である非重複部分を有し、
前記非重複部分は、前記燃料電池スタックの前記複数の表面のうち前記特定表面とは異なる他の表面によって支持されている、
ことを特徴とする燃料電池発電モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記非重複部分と前記燃料電池スタックとに接続され、かつ、前記接続流路を支持する支持部材、を備える、
ことを特徴とする燃料電池発電モジュール。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池スタックは、前記発電ブロックを挟んで前記第１の方向に互いに対向し、かつ、前記発電単位から絶縁された一対のエンド部材、を備え、
前記非重複部分は、前記一対のエンド部材のうちの少なくとも一方によって支持されている、
ことを特徴とする燃料電池発電モジュール。

【請求項4】

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池スタックは、各前記発電単位が、固体酸化物形燃料電池の発電単位である、固体酸化物形燃料電池スタックである、
ことを特徴とする燃料電池発電モジュール。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記熱源部は、原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料電池スタックにおいて発電に使用されずに残った残余燃料ガスを燃焼させる燃焼器とを有する、
ことを特徴とする燃料電池発電モジュール。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池発電モジュールにおいて、
前記熱源部は、発電に使用する酸化剤ガスを加熱するための熱交換器を有する、
ことを特徴とする燃料電池発電モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書によって開示される技術は、燃料電池発電モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣの構成単位である燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）は、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向（以下、「第１の方向」という）に互いに対向する空気極および燃料極とを含む燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）と、空気極および燃料極にそれぞれ面する空気室および燃料室と、を有している。一般に、ＳＯＦＣは、上記第１の方向に並べて配置された複数の発電単位から構成される発電ブロックを備える燃料電池スタックの形態で利用される。

【0003】

このような燃料電池スタックにおいて、発電ブロックには、各種のマニホールド（ガス流路）が形成されている。具体的には、燃料電池スタックには、各空気室へ酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス導入マニホールド、各空気室から排出された酸化剤オフガスを外部に排出するための酸化剤ガス排出マニホールド、各燃料室へ燃料ガスを供給するための燃料ガス導入マニホールド、および、各燃料室から排出された燃料オフガスを外部に排出するための燃料ガス排出マニホールドが形成されている。各マニホールドは、燃料電池スタックの第１の方向における表面のうちの一方に開口する開口部に連通している。

【0004】

また、燃料電池スタックの近傍に、熱源を備える熱源部が設置されることがある。熱源部は、例えば、燃料電池スタックから排出された排ガスを燃焼させる燃焼室や、原燃料ガスを改質して燃料電池スタックに供給する燃料ガスを生成する改質室を備えている。なお、本明細書では、燃料電池スタックと熱源部とを備える構成を、燃料電池発電モジュールという。

【0005】

一般に、燃料電池発電モジュールは、上記開口部と上記熱源部とに連通する接続流路を更に備えている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－１８１４０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記従来技術では、熱源部は、接続流路を介して燃料電池スタックに接続されているため、熱源部および接続流路に起因する荷重は、燃料電池スタックと接続流路との接続部分に集中する傾向がある。これにより、接続流路における接続部分の劣化や、接続流路や熱源部の燃料電池スタックからの脱離等のおそれがある。このため、燃料電池発電モジュールでは、当該接続部分にかかる上記荷重を低減させることが求められている。

【0008】

なお、このような課題は、ＳＯＦＣに限らず、他のタイプの燃料電池にも共通の課題である。

【0009】

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

【0011】

（１）本明細書に開示される燃料電池発電モジュールは、第１の方向に並べて配置された複数の発電単位から構成される発電ブロックを有する燃料電池スタックであって、各前記発電単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室と、を備え、前記発電ブロックは、前記ガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを有し、かつ、前記燃料電池スタックの複数の表面のうちの少なくとも１つである特定表面に開口し、かつ、前記マニホールドに連通する開口部を有する燃料電池スタックと、熱源部と、前記開口部と前記熱源部とに連通する接続流路と、を備える燃料電池発電モジュールにおいて、前記特定表面と直交する方向視において、前記接続流路は、前記開口部に重なる部分を除く部分である非重複部分を有し、前記非重複部分は、前記燃料電池スタックによって支持されている。本燃料電池発電モジュールでは、上記接続流路における非重複部分は、燃料電池スタックによって支持されている。このため、上記接続流路における燃料電池スタックとの接続部分にかかる荷重（具体的には、熱源部および接続流路に起因する荷重）を、上記非重複部分における燃料電池スタックに支持されている部分（以下、「被支持部分」ともいう）へと分散することができる。従って、本燃料電池発電モジュールによれば、上記接続流路における接続部分にかかる上記荷重を低減させることができる。

【0012】

（２）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記非重複部分と前記燃料電池スタックとに接続され、かつ、前記接続流路を支持する支持部材、を備える構成としてもよい。本構成の燃料電池発電モジュールによれば、上記非重複部分は、支持部材を介して燃料電池スタックに支持されている。このように、支持部材を介することにより、上記非重複部分における燃料電池スタックへの支持をより確実にすることができる。また、本構成によれば、接続流路を直接的に燃料電池スタックに支持させることを要さないため、接続流路の設計の自由度を向上させることができる。

【0013】

（３）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池スタックは、前記発電ブロックを挟んで前記第１の方向に互いに対向し、かつ、前記発電単位から絶縁された一対のエンド部材、を備え、前記非重複部分は、前記一対のエンド部材のうちの少なくとも一方によって支持されている構成としてもよい。本構成の燃料電池発電モジュールによれば、上記非重複部分は、上記一対のエンド部材のうちの少なくとも一方によって支持されている。このように、上記非重複部分を、燃料電池スタックを構成する部材のうちのエンド部材によって支持することにより、発電ブロックによって支持する構成と比較して、発電ブロックへの上記荷重による影響を低減することができる。

【0014】

（４）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池スタックは、各前記発電単位が、固体酸化物形燃料電池の発電単位である、固体酸化物形燃料電池スタックである構成としてもよい。固体酸化物形燃料電池スタックは、固体高分子型燃料電池スタック等の他のタイプの燃料電池スタックと比較して、より高温で作動させるため、接続流路も高温環境で使用される。そのため、低温での使用時と比較して、接続流路の剛性が低下した状態で使用される。これにより、接続流路における接続部分の劣化や、接続流路や熱源部の燃料電池スタックからの脱離等のおそれが特に懸念される。本構成の燃料電池発電モジュールによれば、接続流路における非重複部分が、燃料電池スタックによって支持されているため、接続流路における接続部分の劣化や、接続流路や熱源部の燃料電池スタックからの脱離等を低減することができる。

【0015】

（５）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記熱源部は、原燃料ガスを改質して、水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料電池スタックにおいて発電に使用されずに残った残余燃料ガスを燃焼させる燃焼器とを有する構成としてもよい。本構成の燃料電池発電モジュールによれば、熱源部が、改質器と燃焼器とを有する構成においても、上記接続流路における接続部分にかかる上記荷重を低減させることができる。

【0016】

（６）上記燃料電池発電モジュールにおいて、前記熱源部は、発電に使用する酸化剤ガスを加熱するための熱交換器を有する構成としてもよい。本構成の燃料電池発電モジュールによれば、熱源部が、熱交換器を有する構成においても、上記接続流路における接続部分にかかる上記荷重を低減させることができる。

【0017】

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池スタックと熱源と接続流路とを備える燃料電池発電モジュールおよびその製造方法等の形態で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施形態における発電モジュール１の外観構成を示す説明図

【図2】発電モジュール１の概略構成を示す説明図

【図3】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図

【図4】図２のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図

【図5】図２のＶ－Ｖの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図

【図6】図４に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図

【図7】図５に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図

【図8】図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図

【図9】第２実施形態における発電モジュール１Ａの外観構成を示す説明図

【図10】第３実施形態における発電モジュール１Ｂの外観構成を示す斜視図

【発明を実施するための形態】

【0019】

Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．燃料電池発電モジュール１の構成：
図１は、本実施形態における燃料電池発電モジュール（以下、単に「発電モジュール」という）１の外観構成を示す説明図であり、図２は、発電モジュール１の概略構成を示す説明図である。なお、図２では、便宜的に、燃料ガス（原燃料ガスＲＦＧ、燃料ガスＦＧおよび燃料オフガスＦＯＧを含む）の流れを一点鎖線で示し、酸化剤ガス（酸化剤ガスＯＧおよび酸化剤オフガスＯＯＧを含む）の流れを実線で示し、排ガスＥＧの流れを破線で示している。燃料オフガスＦＯＧは、特許請求の範囲における残余燃料ガスに相当する。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、特に断らない限り、便宜的に、Ｘ軸正方向を上方向と呼び、Ｘ軸負方向を下方向と呼ぶものとする。なお、発電モジュール１および燃料電池スタック１００は、実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図３以降についても同様である。

【0020】

発電モジュール１は、燃料電池スタック１００と、補助器３００と、配管６１，６２，７１，７２を備える。補助器３００は、特許請求の範囲における熱源部に相当する。酸化剤ガス導入配管６１は、特許請求の範囲における接続流路に相当する。

【0021】

Ａ－２．燃料電池スタック１００の構成：
図３は、第１実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図４は、図３のＩＶ－ＩＶの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３のＶ－Ｖの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。図３から図８の説明では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとする。なお、燃料電池スタック１００は、実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。また、以下では、Ｚ軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。

【0022】

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）燃料電池発電単位（以下、単に「発電単位」という）１０２と、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、一対の絶縁シート５１０，５２０と、一対のエンドプレート１０４，１０６とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向）に並べて配置されている。一対のターミナルプレート４１０，４２０は、複数の発電単位１０２から構成される集合体（以下、「発電ブロック１０３」という）を上下から挟むように配置されている。一対の絶縁シート５１０，５２０は一対のターミナルプレート４１０，４２０を上下から挟むように配置されている。また、一対のエンドプレート１０４，１０６は、一対の絶縁シート５１０，５２０を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。エンドプレート１０４，１０６は、特許請求の範囲におけるエンド部材に相当する。

【0023】

図３に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（上側のエンドプレート１０４、各発電単位１０２、各ターミナルプレート４１０，４２０、各絶縁シート５１０，５２０）のＺ軸方向回りの外周の４つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通し、かつ、Ｚ軸方向視において略円形の孔が形成されている。さらに燃料電池スタック１００を構成する下側のエンドプレート１０６のＺ軸方向回りの外周の４つの角部周辺の上面には、後述するボルト２２の下側端部が螺合される孔（ねじ孔）が形成されている。各発電単位１０２と各ターミナルプレート４１０，４２０と各絶縁シート５１０，５２０と各エンドプレート１０４，１０６とに形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上側のエンドプレート１０４から下側のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びるボルト孔１０９を構成している。以下の説明では、ボルト孔１０９を構成するために各層に形成された孔も、ボルト孔１０９ということがある。

【0024】

各ボルト２２は、上下方向に延びる各ボルト孔１０９に挿通されている。各ボルト２２の下側端部には、各ボルト２２が、下側のエンドプレート１０６に係合可能なように、下側のエンドプレート１０６のＺ軸方向回りの外周の４つの角部周辺の上面に形成された上記孔（ねじ孔）に螺合可能なねじ部が形成されている。このように、本実施形態の燃料電池スタック１００では、各ボルト２２の頭部と下側のエンドプレート１０６とによって、各発電単位１０２および各エンドプレート１０４，１０６が一体に締結されている。ここで、「各ボルト２２が、下側のエンドプレート１０６に係合」しているとは、各ボルト２２が直接的にまたは他の部材（例えば、ナット）を介して下側のエンドプレート１０６に取り付けられていることを意味する。

【0025】

また、図３から図５に示すように、燃料電池スタック１００を構成する各層（各発電単位１０２、下側のターミナルプレート４２０および下側の絶縁シート５２０）のＺ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位１０２と、下側のターミナルプレート４２０とを上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位１０２に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位１０２にわたって上下方向に延びる連通孔１０８を構成している。以下の説明では、連通孔１０８を構成するために各層に形成された孔も、連通孔１０８ということがある。

【0026】

図３および図４に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２の後述する空気室１６６に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の付近に位置する連通孔１０８は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。酸化剤ガスＯＧとしては、例えば空気が使用される。空気室１６６は、特許請求の範囲におけるガス室に相当する。酸化剤ガス導入マニホールド１６１および酸化剤ガス排出マニホールド１６２は、それぞれ、特許請求の範囲におけるマニホールドに相当する。

【0027】

また、図３および図５に示すように、燃料電池スタック１００のＺ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２の後述する燃料室１７６に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能する連通孔１０８に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔１０８は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。燃料ガスＦＧとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。燃料室１７６は、特許請求の範囲におけるガス室に相当する。燃料ガス導入マニホールド１７１および燃料ガス排出マニホールド１７２は、それぞれ、特許請求の範囲におけるマニホールドに相当する。

【0028】

（ターミナルプレート４１０，４２０、絶縁シート５１０，５２０およびエンドプレート１０４，１０６の構成）
一対のターミナルプレート４１０，４２０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。各ターミナルプレート４１０，４２０のＺ軸方向における厚さ（板厚）は、０．２ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。上側のターミナルプレート４１０は、複数の発電単位１０２から構成される発電ブロック１０３の上方向側に配置されており、下側のターミナルプレート４２０は、発電ブロック１０３の下方向側に配置されている。すなわち、上側のターミナルプレート４１０は、複数の単セル１１０の内、Ｚ軸方向において、最も上方向側に位置する単セル１１０を備える発電単位１０２の上方向側に配置されている。また、下側のターミナルプレート４２０は、複数の単セル１１０の内、Ｚ軸方向において、最も下方向側に位置する単セル１１０を備える発電単位１０２の下方向側に配置されている。図３に示すように、上側のターミナルプレート４１０には、４つのボルト孔１０９が形成されている。また、下側のターミナルプレート４２０には、４つの連通孔１０８と、４つのボルト孔１０９とが形成されている（図４および図５参照）。上側のターミナルプレート４１０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し、下側のターミナルプレート４２０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。

【0029】

一対の絶縁シート５１０，５２０は、略矩形のシート状の絶縁部材である。絶縁シート５１０，５２０は、例えばマイカ、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等により形成されている。各絶縁シート５１０，５２０のＺ軸方向における厚さ（シート厚）Ｔ１は、０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下であり、好ましくは、１ｍｍ以上、５ｍｍ以下である。上側の絶縁シート５１０は、上側のターミナルプレート４１０の上方向側に配置されており、下側の絶縁シート５２０は、下側のターミナルプレート４２０の下方向側に配置されている。上側のターミナルプレート４１０と同様に、上側の絶縁シート５１０には、４つのボルト孔１０９が形成されている。また、下側のターミナルプレート４２０と同様に、下側の絶縁シート５２０には、４つの連通孔１０８と、４つのボルト孔１０９とが形成されている。なお、本明細書において、「導電性部材」とは、電気抵抗率が１００μΩ・ｍ以下である部材を意味し、「絶縁部材」とは、電気抵抗率が１０ＭΩ・ｍ以上である部材を意味している。

【0030】

一対のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。各エンドプレート１０４，１０６のＺ軸方向における厚さ（板厚）は、１ｍｍ以上、１５ｍｍ以下である。上側のエンドプレート１０４は、上側の絶縁シート５１０の上方向側に配置されており、下側のエンドプレート１０６は、下側の絶縁シート５２０の下方向側に配置されている。換言すれば、一対のエンドプレート１０４，１０６は、発電ブロック１０３を挟んでＺ軸方向に互いに対向し、かつ、発電単位１０２（ひいては、発電ブロック１０３）から絶縁されるように配置されている。一対のエンドプレート１０４，１０６によって、一対の絶縁シート５１０，５２０と、一対のターミナルプレート４１０，４２０と、複数の発電単位１０２とが押圧された状態で挟持されている。図３に示すように、上側のエンドプレート１０４には、４つのボルト孔１０９が形成されている。また、下側のエンドプレート１０６には、４つの流路用貫通孔１０７と、４つのボルト孔１０９とが形成されている（図４および図５参照）。４つの流路用貫通孔１０７は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド１６１、酸化剤ガス排出マニホールド１６２、燃料ガス導入マニホールド１７１、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。各流路用貫通孔１０７によって、それぞれ、開口部ＯＰが画定される。より具体的には、開口部ＯＰは、それぞれ、燃料電池スタック１００における下側のエンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ａに開口し、各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２に連通している。なお、下側のエンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ａは、特許請求の範囲における特定表面に相当する。

【0031】

（配管６１，６２，７１，７２等の構成）
図１、図２、図４および図５に示すように、燃料電池発電モジュール１は、さらに、燃料電池スタック１００の下側のエンドプレート１０６に対して複数の発電単位１０２とは反対側（すなわち、下側）に配置された配管６１，６２，７１，７２を備える。配管６１，６２，７１，７２は、それぞれ、内部にガス流路が形成された筒状の部材であり、例えば、金属により形成されている。図２および図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１には、酸化剤ガス導入配管６１が接続されており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２には、酸化剤ガス排出配管６２が接続されている。また、図２および図５に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１には、燃料ガス導入配管７１が接続されており、燃料ガス排出マニホールド１７２には、燃料ガス排出配管７２が接続されている。なお、各配管６１，６２，７１，７２と下側のエンドプレート１０６との間には、絶縁シート２６が配置されている。絶縁シート２６は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。配管６１，６２，７１，７２は、例えば、図示しない固定用部材（例えばボルト）によって、燃料電池スタック１００および後述の補助器３００に接続されている。酸化剤ガス導入配管６１の詳細構成については、後で説明する。

【0032】

（発電単位１０２の構成）
図６は、図４に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図７は、図５に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図８は、図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩの位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。図６から図８に示すように、発電の最小単位である発電単位１０２は、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」という）１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電部材１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電部材１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ軸方向回りの外周には、上述した各マニホールド１６１，１６２，１７１，１７２として機能する各連通孔１０８を構成する孔と、各ボルト孔１０９を構成する孔とが形成されている。なお、発電単位１０２は単セル１１０を備えるため、上述した発電ブロック１０３は、単セル１１０が上下方向に複数並べて配置された構造体であるとも表現できる。

【0033】

一対のインターコネクタ１５０は、Ｚ軸方向視で単セル１１０より大きい略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。また、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。また、燃料電池スタック１００は一対のターミナルプレート４１０，４２０を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図４および図５参照）。

【0034】

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極（カソード)１１４および燃料極（アノード）１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。空気極１１４および燃料極１１６は、それぞれ、特許請求の範囲における特定電極に相当する。

【0035】

電解質層１１２は、Ｚ軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層１１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極１１４は、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）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄酸化物））により形成されている。燃料極１１６は、Ｚ軸方向視で電解質層１１２と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極１１６は、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基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

【0036】

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、ステンレス等の金属材料により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、単セル１１０とセパレータ１２０との接合箇所付近に、空気室１６６と燃料室１７６との間をシールするシール部材（例えば、ガラスシール部材）がさらに設けられてもよい。

【0037】

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の空気室用孔１３１が形成された部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム１３０に形成された空気室用孔１３１によって、空気極１１４に面する空気室１６６が構成される。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通流路１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通流路１３３とが形成されている。

【0038】

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の燃料室用孔１４１が形成された部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。燃料極側フレーム１４０に形成された燃料室用孔１４１によって、燃料極１１６に面する燃料室１７６が構成される。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通流路１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通流路１４３とが形成されている。

【0039】

燃料極側集電部材１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電部材１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、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とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。燃料極側集電部材１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。なお、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。そのため、燃料極側集電部材１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電部材１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０との電気的接続が良好に維持される。

【0040】

空気極側集電部材１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電部材１３４は、複数の略四角柱状の集電部材要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電部材１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２における空気極側集電部材１３４は、上側のターミナルプレート４１０に接触している。空気極側集電部材１３４は、このような構成であるため、空気極１１４とインターコネクタ１５０とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電部材１３４とインターコネクタ１５０とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向（Ｚ軸方向）に直交する平板形の部分がインターコネクタ１５０として機能し、該平板形の部分から空気極１１４に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電部材要素１３５が空気極側集電部材１３４として機能する。また、空気極側集電部材１３４とインターコネクタ１５０との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極１１４と空気極側集電部材１３４との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。なお、各発電単位１０２において、空気極側集電部材１３４と上側のインターコネクタ１５０とが別の部材であるとしてもよい。

【0041】

Ａ－３．補助器３００の構成：
図１および図２に示すように、補助器３００は、蒸発器３１０および改質・加熱器３３０を備える。補助器３００は、燃料電池スタック１００の上方向に並べて配置されており、配管６１，６２，７１，７２によって支持されている。燃料電池スタック１００および補助器３００は、断熱材３５０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３００との間にも断熱材３５０が設けられており、燃料電池スタック１００からの熱の放散を抑制している。蒸発器３１０および改質・加熱器３３０は、それぞれ、内部に空間が形成された略直方体状の箱形部材であり、例えばステンレス材やアルミ添加ステンレス材により形成されている。

【0042】

（蒸発器３１０の構成）
蒸発器３１０には、外部から改質水ＲＷを導入するための改質水導入配管２２０と、外部から原燃料ガスＲＦＧを導入するための原燃料ガス導入配管２２２と、排ガスＥＧを排出するための排ガス排出管２２３とが接続されている。また、蒸発器３１０には、改質・加熱器３３０のハウジング３３５から蒸発器３１０へ排ガスＥＧを導入するための排ガス導入配管２２６と、蒸発器３１０から改質器３３１へ混合ガスを導入するための混合ガス導入配管２２８とが接続されている。

【0043】

蒸発器３１０は、排ガス導入配管２２６を通じて導入された排ガスＥＧの熱により、改質水導入配管２２０から導入された改質水ＲＷを蒸発させて水蒸気を生成すると共に、この水蒸気を原燃料ガス導入配管２２２から導入された原燃料ガスＲＦＧと混合するように構成されている。蒸発器３１０において水蒸気と混合された原燃料ガスＲＦＧは、混合ガス導入配管２２８を通じて改質・加熱器３３０（より具体的には、後述の改質器３３１）に供給される。なお、改質水ＲＷを加熱した排ガスＥＧは排ガス排出管２２３を通じて外部に排出される。

【0044】

（改質・加熱器３３０の構成）
改質・加熱器３３０は、改質器３３１と、燃焼器３３３と、ハウジング３３５とを備えている。改質器３３１および燃焼器３３３は、ハウジング３３５によって密閉された空間内に収容されている。上述の配管６１，６２，７１，７２は、それぞれ、改質・加熱器３３０に接続されている。より具体的には、酸化剤ガス導入配管６１はハウジング３３５に接続され、燃料ガス導入配管７１は改質器３３１に接続され、酸化剤ガス排出配管６２および燃料ガス排出配管７２は燃焼器３３３に接続されている。

【0045】

ハウジング３３５は、内壁３３５ａと外壁３３５ｂとを有する二重壁構造に構成されており、内壁３３５ａと外壁３３５ｂの間には空気流路３３５Ａが形成されている。ハウジング３３５には、外部から空気流路３３５Ａへと酸化剤ガスＯＧ（空気）を導入するための空気導入配管２２４が接続されている。空気流路３３５Ａに導入された酸化剤ガスＯＧは、空気流路３３５Ａを流れる間に、燃焼器３３３によって生成された燃焼熱（排ガスＥＧ）により加熱される。空気流路３３５Ａ内において加熱された酸化剤ガスＯＧは、酸化剤ガス導入配管６１を介して燃料電池スタック１００に供給され、燃料電池スタック１００の発電に使用される。空気流路３３５Ａの内部には、伝熱用フィン３３６が配置されている。伝熱用フィン３３６により、内壁３３５ａの熱を空気流路３３５Ａに効率良く伝播させることができる。内壁３３５ａ、外壁３３５ｂおよび伝熱用フィン３３６は、いずれも金属板により形成されている。なお、図２では、便宜的に、伝熱用フィン３３６の一部の図示を省略している。内壁３３５ａ、外壁３３５ｂおよび伝熱用フィン３３６は、特許請求の範囲における熱交換器に相当する。

【0046】

改質器３３１は、原燃料ガスＲＦＧを改質して水素リッチな燃料ガスＦＧを生成するための室である。改質器３３１には、蒸発器３１０から、水蒸気が混合された原燃料ガスＲＦＧを導入するための混合ガス導入配管２２８が接続されている。また、改質器３３１は、燃料ガス導入配管７１を介して、燃料ガス導入マニホールド１７１と連通している。燃料ガス導入配管７１を介して燃料電池スタック１００へと供給された燃料ガスＦＧは、燃料電池スタック１００において発電に使用される。なお、本実施形態では、改質器３３１に、改質反応を促進させる触媒が配置されている。

【0047】

燃焼器３３３は、燃料電池スタック１００から排出される酸化剤オフガスＯＯＧと燃料オフガスＦＯＧとを混合して燃焼させるための室である。燃焼器３３３は、酸化剤ガス排出配管６２を介して、酸化剤ガス排出マニホールド１６２と連通しており、かつ、燃料ガス排出配管７２を介して、燃料ガス排出マニホールド１７２と連通している。なお、本実施形態では、燃焼器３３３に、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る。

【0048】

上述したように、改質器３３１および燃焼器３３３はハウジング３３５内に収容され、ハウジング３３５は断熱材３５０によって包囲されている。このため、酸化剤ガス排出配管６２、燃料ガス導入配管７１および燃料ガス排出配管７２は、それぞれ、ハウジング３３５および断熱材３５０を貫通して燃料電池スタック１００へ延びている。酸化剤ガス導入配管６１は、断熱材３５０を貫通して燃料電池スタック１００へ延びている。

【0049】

Ａ－４．燃料電池スタック１００の動作：
図４に示すように、酸化剤ガスＯＧは、酸化剤ガス導入配管６１を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に導入され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の空気室１６６に供給される。また、図５に示すように、燃料ガスＦＧは、燃料ガス導入配管７１を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に導入され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料室１７６に供給される。

【0050】

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６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に含まれる酸素と燃料ガスＦＧに含まれる水素と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。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電部材１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電部材１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック１００の出力端子として機能するターミナルプレート４１０，４２０から、各発電単位１０２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。

【0051】

各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、酸化剤ガス排出マニホールド１６２および酸化剤ガス排出配管６２を介して、補助器３００の燃焼器３３３に導入される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧは、図２および図５に示すように、燃料ガス排出マニホールド１７２および燃料ガス排出配管７２を介して、補助器３００の燃焼器３３３に導入される。燃焼器３３３に導入された酸化剤オフガスＯＯＧおよび燃料オフガスＦＯＧは、燃焼器３３３において混合されて燃焼し、その後、排ガスＥＧとして排ガス導入配管２２６を介して蒸発器３１０へと排出される。なお、燃焼器３３３において発生する熱により、改質器３３１における改質反応が促進されると共に、燃料電池スタック１００が加熱される。

【0052】

なお、本実施形態の燃料電池スタック１００を構成する各発電単位１０２では、空気室１６６における酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料室１７６における燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが、略反対方向（互いに対向する方向）となっている。すなわち、本実施形態の発電単位１０２（燃料電池スタック１００）は、カウンターフロータイプのＳＯＦＣである。

【0053】

Ａ－５．酸化剤ガス導入配管６１の詳細構成：
図１を参照して、酸化剤ガス導入配管６１の詳細構成を説明する。酸化剤ガス導入配管６１は、接続部分ＣＰにおいて、燃料電池スタック１００のエンドプレート１０６が有する開口部ＯＰのうち、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通する開口部ＯＰに連通するよう接続されている。上述したように、酸化剤ガス導入配管６１は、筒状の部材である。より具体的には、本実施形態の酸化剤ガス導入配管６１は、重複部分ＯＬと、重複部分ＯＬを除く部分である非重複部分ＮＯＬとを有している。重複部分ＯＬは、Ｚ軸方向視において、開口部ＯＰに重なる部分である。換言すれば、重複部分ＯＬは、開口部ＯＰの径方向に直交する方向（本実施形態において、Ｚ軸方向）に延びる部分である。

【0054】

本実施形態において、非重複部分ＮＯＬは、補助器３００の方向（本実施形態において、Ｘ軸方向）へ延びる部分である。本実施形態では、非重複部分ＮＯＬの上端部は、径が拡大された拡径部ＥＲを有している。Ｘ軸方向視において、拡径部ＥＲの下方向側の表面Ｓ６１は、エンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ｂに重複する被支持部分ＳＰを有する。被支持部分ＳＰは、エンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ｂに対して、例えば、溶接等により接合されている。このようにして、本実施形態における酸化剤ガス導入配管６１の非重複部分ＮＯＬは、エンドプレート１０６によって支持される。酸化剤ガス導入配管６１は、特許請求の範囲における接続流路に相当する。Ｚ軸方向視は、特許請求の範囲における「特定表面と直交する方向視」に相当する。また、重複部分ＯＬは、特許請求の範囲における「開口部に重なる部分」に相当し、非重複部分ＮＯＬは、特許請求の範囲における非重複部分に相当する。

【0055】

Ａ－６．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の発電モジュール１は、燃料電池スタック１００と、補助器３００と、燃料電池スタック１００と補助器３００とを接続する配管６１，６２，７１，７２とを備えている。配管６１，６２，７１，７２は、それぞれ、燃料電池スタック１００におけるエンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ａに形成された開口部ＯＰと、補助器３００とを連通するように接続されている。酸化剤ガス導入配管６１は、重複部分ＯＬと、非重複部分ＮＯＬとを有している。非重複部分ＮＯＬは、燃料電池スタック１００によって支持されている。このため、本実施形態の発電モジュール１では、酸化剤ガス導入配管６１における燃料電池スタック１００との接続部分ＣＰにかかる荷重（具体的には、補助器３００および酸化剤ガス導入配管６１に起因する荷重）を、非重複部分ＮＯＬにおける被支持部分ＳＰへと分散することができる。従って、本実施形態の発電モジュール１によれば、酸化剤ガス導入配管６１における接続部分ＣＰにかかる上記荷重を低減させることができる。

【0056】

本実施形態の発電モジュール１では、非重複部分ＮＯＬは、エンドプレート１０６によって支持されている。このように、非重複部分ＮＯＬを、燃料電池スタック１００を構成する部材のうちのエンドプレート１０６によって支持することにより、発電ブロック１０３によって支持する構成と比較して、発電ブロック１０３への上記荷重による影響を低減することができる。

【0057】

本実施形態の発電モジュール１において、燃料電池スタック１００は、各発電単位１０２が、固体酸化物形燃料電池の発電単位である、固体酸化物形燃料電池スタックである。固体酸化物形燃料電池スタックは、固体高分子型燃料電池スタック等の他のタイプの燃料電池スタックと比較して、より高温で作動させるため、配管も高温環境で使用される。そのため、低温での使用時と比較して、配管の剛性が低下した状態で使用される。これにより、配管における接続部分の劣化や、配管や補助器３００の燃料電池スタック１００からの脱離等のおそれが特に懸念される。本実施形態の発電モジュール１によれば、酸化剤ガス導入配管６１における非重複部分ＮＯＬが、燃料電池スタック１００によって支持されているため、酸化剤ガス導入配管６１における接続部分ＣＰの劣化や、酸化剤ガス導入配管６１や補助器３００の燃料電池スタック１００からの脱離等を低減することができる。

【0058】

本実施形態の発電モジュール１において、補助器３００は、改質器３３１と燃焼器３３３とを有している。本実施形態の発電モジュール１によれば、補助器３００が、改質器３３１と燃焼器３３３とを有する構成においても、酸化剤ガス導入配管６１における接続部分ＣＰにかかる上記荷重を低減させることができる。

【0059】

本実施形態の発電モジュール１において、補助器３００は、熱交換器を有する構成としてもよい。本実施形態の発電モジュール１によれば、補助器３００が、熱交換器を有する構成においても、酸化剤ガス導入配管６１における接続部分ＣＰにかかる上記荷重を低減させることができる。

【0060】

Ｂ．第２実施形態：
図９は、第２実施形態における発電モジュール１Ａの外観構成を示す説明図である。第２実施形態の発電モジュール１Ａは、酸化剤ガス導入配管６１に代えて酸化剤ガス導入配管６１Ａを備え、さらに、支持部材６５Ａを備えている点で、上述した第１実施形態の発電モジュール１の構成と異なる。以下では、第２実施形態の発電モジュール１Ａの構成のうち、上述した第１実施形態の発電モジュール１の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

【0061】

酸化剤ガス導入配管６１Ａは、第１実施形態の酸化剤ガス導入配管６１と同様に、重複部分ＯＬと非重複部分ＮＯＬとを有している。本実施形態の酸化剤ガス導入配管６１Ａでは、非重複部分ＮＯＬは、拡径部ＥＲを有していない。換言すれば、非重複部分ＮＯＬにおける酸化剤ガス導入配管６１Ａの内径は略一定である。本実施形態における酸化剤ガス導入配管６１Ａの非重複部分ＮＯＬは、第１実施形態における酸化剤ガス導入配管６１の非重複部分ＮＯＬと同様に、補助器３００の方向（本実施形態において、Ｘ軸方向）へ延びる部分である。酸化剤ガス導入配管６１Ａは、特許請求の範囲における接続流路に相当する。

【0062】

支持部材６５Ａは、例えば、Ｌ字形状の板状部材であり、金属により形成されている。支持部材６５Ａは、熱膨張差に起因する熱応力が酸化剤ガス導入配管６１Ａに生じることを抑制するために、例えば、酸化剤ガス導入配管６１Ａと同一の材料により形成される。支持部材６５ＡのＬ字形状を構成する一方の辺は、酸化剤ガス導入配管６１Ａの被支持部分ＳＰに、例えば、溶接等により接合されている。ここで、被支持部分ＳＰは、酸化剤ガス導入配管６１Ａの非重複部分ＮＯＬにおける表面ＳＡ６１の一部である。一方、支持部材６５ＡのＬ字形状を構成する他方の辺は、エンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ｂに、例えば、溶接等により接合されている。このようにして、本実施形態における酸化剤ガス導入配管６１Ａの非重複部分ＮＯＬは、エンドプレート１０６によって支持される。

【0063】

本実施形態の発電モジュール１Ａは、非重複部分ＮＯＬと燃料電池スタック１００とに接続され、かつ、酸化剤ガス導入配管６１Ａを支持する支持部材６５Ａを備えている。換言すれば、本実施形態の発電モジュール１Ａでは、非重複部分ＮＯＬは、支持部材６５Ａを介して燃料電池スタック１００に支持されている。本実施形態の発電モジュール１Ａによれば、第１実施形態の発電モジュール１の奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、支持部材６５Ａを介することにより、非重複部分ＮＯＬにおける燃料電池スタック１００への支持をより確実にすることができる。また、本実施形態の発電モジュール１Ａによれば、酸化剤ガス導入配管６１Ａを直接的に燃料電池スタック１００に支持させることを要さないため、酸化剤ガス導入配管６１Ａの設計の自由度を向上させることができる。

【0064】

Ｃ．第３実施形態：
図１０は、第３実施形態における発電モジュール１Ｂの外観構成を示す説明図である。第３実施形態の発電モジュール１Ｂは、酸化剤ガス導入配管６１Ａおよび支持部材６５Ａに代えて、それぞれ、酸化剤ガス導入配管６１Ｂおよび支持部材６５Ｂを備えている点で、上述した第２実施形態の発電モジュール１Ａの構成と異なる。以下では、第３実施形態の発電モジュール１Ｂの構成のうち、上述した実施形態の発電モジュール１，１Ａの構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。

【0065】

酸化剤ガス導入配管６１Ｂは、第２実施形態の酸化剤ガス導入配管６１Ａと同様に、重複部分ＯＬと非重複部分ＮＯＬとを有している。本実施形態の酸化剤ガス導入配管６１Ｂでは、非重複部分ＮＯＬは、補助器３００の方向（本実施形態において、Ｘ軸方向）へ延びる部分と、燃料電池スタック１００におけるエンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ｂに略平行に延びる部分とを有している。酸化剤ガス導入配管６１Ｂは、特許請求の範囲における接続流路に相当する。

【0066】

支持部材６５Ｂは、例えば、Ｃ字形状の板状部材である。支持部材６５Ｂの形成材料は、第２実施形態の支持部材６５Ａと同様に、金属であり、例えば、酸化剤ガス導入配管６１Ｂと同一の材料により形成される。支持部材６５Ｂの一方の端部は、エンドプレート１０４の表面Ｓ１０４ｂに、他方の端部は、エンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ｂに、それぞれ、例えば、溶接等により接合されている。支持部材６５Ｂは、上記両端部の間に、燃料電池スタック１００におけるエンドプレート１０４，１０６の表面Ｓ１０４ｂ，Ｓ１０６ｂに略平行に延びる平面部分を有している。支持部材６５Ｂの上記平面部分は、酸化剤ガス導入配管６１Ｂの被支持部分ＳＰに、例えば、溶接等により接合されている。ここで、被支持部分ＳＰは、酸化剤ガス導入配管６１Ｂの非重複部分ＮＯＬにおける表面ＳＢ６１の一部である。このようにして、本実施形態における酸化剤ガス導入配管６１Ｂの非重複部分ＮＯＬは、エンドプレート１０４，１０６によって支持される。

【0067】

本実施形態の発電モジュール１Ｂは、非重複部分ＮＯＬと燃料電池スタック１００とに接続され、かつ、酸化剤ガス導入配管６１Ｂを支持する支持部材６５Ｂを備えている。本実施形態の発電モジュール１Ｂによれば、上記実施形態の発電モジュール１，１Ａの奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、本実施形態の発電モジュール１Ｂでは、支持部材６５Ｂは、上側のエンドプレート１０４と下側のエンドプレート１０６との両方に接続されている。このため、上記荷重を上側のエンドプレート１０４とエンドプレート１０６との両方に分散することができる。

【0068】

Ｄ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

【0069】

第１実施形態では、配管６１，６２，７１，７２のうちの酸化剤ガス導入配管６１の非重複部分ＮＯＬが、燃料電池スタック１００に支持されている構成を採用したが、これに限定されない。例えば、配管６２，７１，７２の少なくとも１つにおける非重複部分が、酸化剤ガス導入配管６１と同様に、燃料電池スタック１００に支持されていてもよい。また、酸化剤ガス排出マニホールド１６２には、酸化剤ガス排出配管６２が接続されていなくてもよい。第２実施形態および第３実施形態の発電モジュール１Ａ，１Ｂについても、上記と同様である。すなわち、例えば、他の配管の少なくとも１つにおける非重複部分が、酸化剤ガス導入配管６１Ａ，６１Ｂと同様に、支持部材６５Ａ，６５Ｂによって、燃料電池スタック１００に支持されていてもよい。また、発電モジュールを構成する複数の配管が燃料電池スタック１００によって支持されている構成において、当該複数の配管の支持方法は、同一であってもよく、また、異なっていてもよい。すなわち、当該複数の配管の支持方法に、第１実施形態から第３実施形態までの支持方法を混合して採用されていてもよい。

【0070】

上記実施形態では、酸化剤ガス導入配管６１，６１Ａ，６１Ｂが、それぞれ、１つの被支持部分ＳＰを有する構成を採用したが、これに限定されない。酸化剤ガス導入配管６１，６１Ａ，６１Ｂは、それぞれ、複数の被支持部分ＳＰを有することにより、複数箇所へと上記荷重を分散させることとしてもよい。また、第２実施形態および第３実施形態において、酸化剤ガス導入配管６１Ａ，６１Ｂを支持する支持部材６５Ａ，６５Ｂが、他の配管についても支持するように構成されていてもよい。

【0071】

第２実施形態および第３実施形態において、支持部材６５Ａ，６５Ｂの形状は、特に限定されない。例えば、支持部材６５Ａでは、その一部が、酸化剤ガス導入配管６１Ａにおける非重複部分ＮＯＬの表面ＳＡ６１に接合され、他の一部が燃料電池スタック１００を構成する部材に接合されていればよい。また、支持部材６５Ｂでは、その一部が、酸化剤ガス導入配管６１Ｂにおける非重複部分ＮＯＬの表面ＳＢ６１に接合され、他の一部が燃料電池スタック１００を構成する１または複数の部材に接合されていればよい。また、支持部材６５Ａ，６５Ｂの形状として、応力緩和機能を発揮する形状が採用されていてもよい。このような形状として、例えば、支持部材６５Ｂの形状として、Ｚ字形状等を採用することができる。また、燃料電池スタック１００が、ボルト２２の締結用に座金を備える構成において、当該座金の形状を、支持部材６５Ａ，６５Ｂの機能を発揮する形状としてもよい。例えば、支持部材は、座金として機能する部分と、酸化剤ガス導入配管６１Ａ，６１Ｂの非重複部分ＮＯＬに接合される部分とを備える形状とすることができる。

【0072】

第２実施形態および第３実施形態において、支持部材６５Ａ，６５Ｂは、エンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ｂに接合されている構成としたが、これに限定されない。例えば、エンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ａに接合されていてもよい。

【0073】

上記実施形態において、開口部ＯＰは、エンドプレート１０６の表面Ｓ１０６ａに形成されていなくてもよい。例えば、開口部ＯＰは、エンドプレート１０４や他の部材の表面に形成されていてもよい。

【0074】

上記実施形態および変形例における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。例えば、支持部材６５Ａ，６５Ｂが、それぞれ、酸化剤ガス導入配管６１Ａ，６１Ｂと同一の材料により形成されていなくてもよい。また、発電モジュール１が複数の支持部材を有する構成において、各支持部材の形成材料は、互いに同一であってもよく、また、異なっていてもよい。

【0075】

上記実施形態では、Ｘ軸正方向を上方向としたが、これに限定されない。換言すれば、補助器３００が、燃料電池スタック１００の上方向に並べて配置される構成に限定されず、補助器３００が、燃料電池スタック１００の水平方向に並べて配置される構成であってもよい。

【0076】

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００のガス流れに関する構成として、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが互いに対向する方向となるカウンターフロータイプの構成が採用されているが、本発明は、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが略同一方向となるコフロータイプの構成や、酸化剤ガスＯＧの主たる流れ方向と燃料ガスＦＧの主たる流れ方向とが互いに略直交する方向となるクロスフロータイプの構成にも同様に適用することができる。

【0077】

また、上記実施形態では、補助器３００は、蒸発器３１０と、改質・加熱器３３０とを備えているがこれに限定されない。また、改質・加熱器３３０は、改質器３３１と、燃焼器３３３と、熱交換器とを備えているがこれに限定されない。例えば、補助器３００が備える燃焼器の数は複数であってもよい。また、補助器３００は、蒸発器３１０と、改質器３３１と、燃焼器３３３と、熱交換器との少なくとも１つを備えていなくてもよい。

【0078】

また、上記実施形態では、発電モジュール１，１Ａ，１Ｂが、熱源部としての補助器３００を備えるとしているが、発電モジュール１，１Ａ，１Ｂが、補助器３００に代えて、または、補助器３００に加えて、他の熱源部を備えるとしてもよい。

【0079】

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、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（または電解セル）にも適用可能である。

【符号の説明】

【0080】

１，１Ａ，１Ｂ：発電モジュール ２２：ボルト ２６：絶縁シート ６１，６１Ａ，６１Ｂ：酸化剤ガス導入配管 ６２：酸化剤ガス排出配管 ６５Ａ，６５Ｂ：支持部材 ７１：燃料ガス導入配管 ７２：燃料ガス排出配管 １００：燃料電池スタック １０２：発電単位 １０３：発電ブロック １０４，１０６：エンドプレート １０７：流路用貫通孔 １０８：連通孔 １０９：ボルト孔 １１０：単セル １１２：電解質層 １１４：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム １３１：空気室用孔 １３２：酸化剤ガス供給連通流路 １３３：酸化剤ガス排出連通流路 １３４：空気極側集電部材 １３５：集電部材要素 １４０：燃料極側フレーム １４１：燃料室用孔 １４２：燃料ガス供給連通流路 １４３：燃料ガス排出連通流路 １４４：燃料極側集電部材 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサ １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 ２２０：改質水導入配管 ２２２：原燃料ガス導入配管 ２２３：排ガス排出管 ２２４：空気導入配管 ２２６：排ガス導入配管 ２２８：混合ガス導入配管 ３００：補助器 ３１０：蒸発器 ３３０：改質・加熱器 ３３１：改質器 ３３３：燃焼器 ３３５：ハウジング ３３５Ａ：空気流路 ３３５ａ：内壁 ３３５ｂ：外壁 ３３６：伝熱用フィン ３５０：断熱材 ４１０，４２０：ターミナルプレート ５１０，５２０：絶縁シート ＣＰ：接続部分 ＥＧ：排ガス ＥＲ：拡径部 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＮＯＬ：非重複部分 ＯＧ：酸化剤ガス ＯＬ：重複部分 ＯＯＧ：酸化剤オフガス ＯＰ：開口部 ＲＦＧ：原燃料ガス ＲＷ：改質水 Ｓ１０４ｂ：表面 Ｓ１０６ａ：表面 Ｓ１０６ｂ：表面 Ｓ６１：表面 ＳＡ６１：表面 ＳＢ６１：表面 ＳＰ：被支持部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】