燃料電池モジュール
【課題】製造コストの削減を実現することができる燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂには、厚さ方向Ｄ１に延びるスタッドボルト８１を立設し、スタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂを蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定する。これにより、従来のように、蓋体受け部５２Ａに形成した貫通孔１８４内に袋ナット１８１のような切削部品を配置して全周溶接する必要をなくし、切削部品を用いない分、材料費を低減すると共に、溶接検査や気密検査を不要とする。その結果として、製造コストの削減を実現することができる。
【解決手段】蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂには、厚さ方向Ｄ１に延びるスタッドボルト８１を立設し、スタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂを蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定する。これにより、従来のように、蓋体受け部５２Ａに形成した貫通孔１８４内に袋ナット１８１のような切削部品を配置して全周溶接する必要をなくし、切削部品を用いない分、材料費を低減すると共に、溶接検査や気密検査を不要とする。その結果として、製造コストの削減を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池モジュールとして、特許文献１に示す燃料電池用筐体に、改質器とセルスタックとを収納して構成したものが知られている。この燃料電池用筐体は、改質器とセルスタックとを収納する収納室と、収納室の外側に形成された排ガス流路と、排ガス流路の外側に形成された酸化剤流路と、上方の酸化剤流路から収納室へ向かって下方へ延びる酸化剤供給部材を備えている。排ガス流路は、収納室の側方においてセルスタック上端部の燃焼部から発生する排ガスを下方へ通過させる部分と、収納室の下方において排ガスを集めて系外へ排出する部分と、を有している。また、酸化剤供給部材は、水平方向においてセルの積層方向と直交する方向に並べられたセルスタックの間の隙間に入り込むように配置され、当該隙間から各セルスタックに対して酸化剤を供給するように、先端部に貫通孔を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０４４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来の燃料電池モジュールの筐体では、溶接等によって複数の壁部を組み立てて本体部を構成した後、本体部に形成されている開口部を蓋体で覆って固定している。この蓋体は、全体的に平板状をなしている単純平板に、ボルト締めのための貫通孔を形成することによって構成されている。本体部の開口部周りには、蓋体を受ける蓋体受け部を形成し、当該蓋体受け部の内面側には、蓋体の貫通孔に対応する位置にナットが溶接されている。そして、ボルト及びナットの締結によって蓋体を当該蓋体受け部に固定している。また、当該蓋体受け部と蓋体との間には、本体部と蓋体との間の気密性を保つためのシール部材を配置している。
【０００５】
図６〜図８は、従来の燃料電池モジュールの構造を示す図である。図７及び図８に示すように、燃料電池モジュール１００において、螺合部１８０は、蓋体受け部５２Ａに形成された袋ナット１８１と、蓋体１６０Ａの周縁部１６１に形成された貫通孔１８２と、貫通孔１８２を介して袋ナット１８１に螺合されるボルト１８３と、を備えている。袋ナット１８１は、蓋体受け部５２Ａに形成された貫通孔１８４内に一端が配置されると共に、袋ナット１８１の他端は蓋体受け部５２Ａの内面側に突出している。
【０００６】
シール部材１７０は、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの略全面を覆うような幅広の矩形枠状に形成されている。シール部材１７０は、袋ナット１８１及び貫通孔１８２に対応する位置に円形状の複数の貫通孔１７０ａを有している。ボルト１８３は、貫通孔１８２に挿入されると共に袋ナット１８１と螺合することにより、蓋体１６０Ａを本体部５０側へ押圧する。なお、筐体１０６において、蓋体１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃの外縁には、当該蓋体の厚さ方向へ延びる折り返し部１６４が形成される（図６も参照）。折り返し部１６４は、内側（本体部５０側）へ向かって９０°折り返されている。
【０００７】
ここで、燃料電池モジュール１００の筐体１０６には高い気密性が求められるため、貫通孔１８４と袋ナット１８１の一端との間でリークが発生することを防止する必要がある。図７に示すように、リークを防止するため、袋ナット１８１の一端の縁部には全周にわたって蓋体受け部５２Ａとの間で溶接部１８７が形成されている。この場合、溶接箇所を１つ１つ検査したり、気密検査を行ったりする必要があった。また、切削部品である袋ナット１８１は、加工を要するため材料費が高くなってしまう。このように、従来の燃料電池モジュールでは、材料費、溶接加工費、及び検査費が増大する傾向にあった。
【０００８】
本発明は、製造コストの削減を実現することができる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、改質ガス及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックと、改質器及びセルスタックを収納する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、筐体は、改質器及びセルスタックを収納すると共に、開口部を有する本体部と、本体部の開口部を覆う蓋体と、を備え、本体部は、開口部の周囲に形成されて蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部と、蓋体受け部に立設されて蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材と、を有し、蓋体の周縁部には、第１のネジ部材が挿入される貫通孔が形成され、蓋体は、第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって蓋体受け部に固定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る燃料電池モジュールによれば、蓋体受け部には、蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材が立設され、この第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって、蓋体が蓋体受け部に固定される。そのため、従来のように、蓋体受け部に貫通孔を形成し、その貫通孔内に袋ナットのような切削部品を配置して全周溶接する必要がない。よって、切削部品を用いない分、材料費を低減できると共に、溶接検査や気密検査が不要になる。その結果として、製造コストの削減を実現することができる。
【００１１】
ここで、蓋体と蓋体受け部との間であって、開口部と貫通孔との間の領域には、シール部材が配置されると、本体部と蓋体との間の気密性が高められる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造コストの削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ―ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の燃料電池モジュールの斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】従来の燃料電池モジュールの斜視図である。
【図７】従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図４に対応する図である。
【図８】従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図５に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、燃料電池モジュール１は、水素含有燃料を用いて改質ガスＲＧを発生させる改質器２と、改質ガスＲＧ及び酸化剤ＯＸを用いて発電を行うセルスタック３と、水を気化させることによって改質器２へ供給される水蒸気を生成する水気化部４と、改質器２、セルスタック３、及び水気化部４を収納する筐体６と、を備える。図１及び図２では図示されていないが、燃料電池モジュール１の下方には、ポンプ等の補機や制御機器等を収納する筐体が設けられる。
【００１６】
水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００１７】
酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
【００１８】
改質器２は、供給される水素含有燃料を用いて改質ガスＲＧを発生させる。改質器２は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して改質ガスＲＧを発生させる。改質器２での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。改質器２は、後述する燃焼熱によって加熱され得るようにセルスタック３の上側に配置されている。すなわち、セルスタック３の燃料極側に導入された改質ガスＲＧのオフガス（未反応改質ガス）は、空気極等の酸化剤極側に導入された空気等の酸化剤のうちの未反応酸素（未反応酸化剤ガス）と共に燃焼させられ、改質器２は、この燃焼熱によって加熱される。改質器２は、改質ガスＲＧをセルスタック３の燃料極へ供給する。
【００１９】
セルスタック３は、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cells）と称される複数のセルの積層体を有している。各セルは、固体酸化物である電解質が燃料極と酸化剤極との間に配置されることで構成されている。電解質は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等からなり、高温下で酸化物イオンを伝導する。燃料極は、例えばニッケルとＹＳＺとの混合物からなり、酸化物イオンと改質ガスＲＧ中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。酸化剤極は、例えばランタンストロンチウムマンガナイトからなり、酸化剤ＯＸ中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。本実施形態では、セルスタック３は、台座７の上面において、各セルの積層方向と直交する方向に向かい合うように二列に配置される。ただし、セルスタック３は一列に配置されてもよい。
【００２０】
台座７と改質器２とは、パイプ８で接続されている。改質器２から供給された改質ガスＲＧは、台座７を介してセルスタック３の各セルに供給される。セルスタック３で反応しなかった改質ガスＲＧ及び酸化剤ＯＸは、セルスタック３の上部の燃焼部９で燃焼する。燃焼部９でのオフガスの燃焼により、改質器２が加熱されると共に排ガスＥＧが発生する。
【００２１】
水気化部４は、供給される水を加熱し気化させることによって、改質器２に供給される水蒸気を生成する。水気化部４で生成された水蒸気は、例えば、第１の底壁部１８を貫通して水気化部４と改質器２とを接続する配管（不図示）を用いて、改質器２へ供給される。水気化部４における水の加熱は、例えば、改質器２の熱、燃焼部９の熱、あるいは排ガスＥＧの熱を回収する等、燃料電池モジュール１内で発生した熱を用いてもよい。本実施形態では、水気化部４は、底部の排ガス流路に配置され、排ガスＥＧの熱を回収する構成となっている。
【００２２】
筐体６は、改質器２、セルスタック３、及び水気化部４を収納するための内部空間を有する、直方体状の金属製の箱体である。筐体６は、セルスタック３を収納する収納室１１と、収納室１１よりも外側に形成され、セルスタック３からのオフガスの燃焼による排ガスＥＧを通過させる排ガス流路１２、酸化剤ＯＸを通過させる酸化剤流路１３と、収納室１１や排ガス流路１２や酸化剤流路１３を形成する各壁部と、を備える。なお、以下の説明においては、セルスタック３の各セルの積層方向に沿った方向を筐体６の「長さ方向Ｄ１」とし、水平方向において各セルの積層方向と直交する方向を筐体６の「幅方向Ｄ２」とし、鉛直方向を筐体６の「上下方向Ｄ３」として以下の説明を行う。本実施形態では、収納室１１、排ガス流路１２、酸化剤流路１３、及びこれらを形成する各壁部は、長さ方向Ｄ１から見て左右対称な構造となっている。
【００２３】
収納室１１は、幅方向Ｄ２に互いに対向する第１の側壁部１６，１７、及び第１の側壁部１６，１７の各下端部に連結される第１の底壁部１８の内側に形成される。収納室１１では、台座７が第１の底壁部１８に配置される。なお、第１の底壁部１８と台座７との間に断熱材が配置されていてもよい。燃焼部９で発生した排ガスＥＧを通過させるため、収納室１１の上端部は開口している。
【００２４】
排ガス流路１２は、幅方向Ｄ２において第１の側壁部１６，１７の外側にそれぞれ配置される第２の側壁部２１，２２と、第１の側壁部１６，１７の上端部よりも上側に配置される第１の上壁部２３と、第１の底壁部１８よりも下側に配置される第２の底壁部２４と、によって形成される。
【００２５】
第１の上壁部２３は第２の側壁部２１，２２の上端部に連結され、第２の底壁部２４は第２の側壁部２１，２２の下端部に連結される。第２の側壁部２１，２２は、第１の側壁部１６，１７から離間して対向するように配置される。第１の上壁部２３は、収納室１１の上端部から離間して対向するように配置される。第２の底壁部２４は、第１の底壁部１８から離間して対向するように配置される。
【００２６】
排ガス流路１２は、収納室１１の上側の開口部と第１の上壁部２３との間に形成される排ガス流路１２Ａ，１２Ｂと、第２の側壁部２１，２２と第１の側壁部１６，１７との間に形成される排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄと、第２の底壁部２４と第１の底壁部１８との間に形成される排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆと、を有する。排ガス流路１２Ａ，１２Ｂは、燃焼部９からの排ガスＥＧを排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄへ導く。排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄは、排ガスＥＧを下方へ通過させ、当該排ガスＥＧの熱を外側の酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを流れる酸化剤ＯＸに供給する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆは、排ガスＥＧを排気管３２へ向かって水平方向に通過させ、当該排ガスＥＧの熱を水気化部４に供給する。
【００２７】
酸化剤流路１３は、幅方向Ｄ２において第２の側壁部２１，２２の外側にそれぞれ配置される第３の側壁部２６，２７と、第１の上壁部２３よりも上側に配置される第２の上壁部２８と、第２の底壁部２４よりも下側に配置される第３の底壁部２９と、によって形成される。
【００２８】
第２の上壁部２８は第３の側壁部２６，２７の上端部に連結され、第３の底壁部２９は第３の側壁部２６，２７の下端部に連結される。第３の側壁部２６，２７は、第２の側壁部２１，２２から離間して対向するように配置される。第２の上壁部２８は、第１の上壁部２３から離間して対向するように配置される。第３の底壁部２９は、第２の底壁部２４から離間して対向するように配置される。
【００２９】
第１の上壁部２３には中央部に長さ方向Ｄ１へ延びるスリット３９が形成されており、当該スリット３９には、酸化剤供給部材３６が挿入される。酸化剤供給部材３６は、セルスタック３に酸化剤ＯＸを供給する。酸化剤供給部材３６は、一対のセルスタック３の間の隙間に入り込むように延びており、内部に酸化剤流路１３Ｋを有すると共に、先端部に貫通孔３７，３８を有している。
【００３０】
酸化剤流路１３は、第２の上壁部２８と第１の上壁部２３との間に形成される酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂと、第３の側壁部２６，２７と第２の側壁部２１，２２との間に形成される酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄと、第３の底壁部２９と第２の底壁部２４との間に形成される酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈと、を有する。酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈは、給気管３１からの酸化剤ＯＸを水平方向に広がるように通過させ、酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄへ導く。酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄは、酸化剤ＯＸを上方へ通過させ、当該酸化剤ＯＸを内側の排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを流れる排ガスＥＧの熱によって加熱する。酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂは、酸化剤ＯＸを幅方向Ｄ２における外側から内側へ向かって通過させ、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋへ流して貫通孔３７，３８へ導く。
【００３１】
第３の底壁部２９には、図示されない酸化剤供給部から酸化剤流路１３に酸化剤を流入させるための給気管３１が設けられている。また、第２の底壁部２４には、排ガス流路１２からの排ガスを排気する排気管３２が設けられている。
【００３２】
側壁部１６，１７，２１，２２，２６，２７、上壁部２３，２８、及び底壁部１８，２４，２９は、長さ方向Ｄ１における筐体６の端部６ａ，６ｂ付近にまで延びている。筐体６の長さ方向Ｄ１の両端部には、それぞれ端壁部３３，３４が設けられている。第３の側壁部２６，２７、第２の上壁部２８、第３の底壁部２９、及び端壁部３３，３４は、燃料電池モジュール１の外殻を構成し、互いの接続部におけるシール性が確保されており、筐体６内の気密性が確保されている。
【００３３】
次に、改質ガスＲＧ、酸化剤ＯＸ、及び排ガスＥＧの流れについて説明する。
【００３４】
外部から供給される水素含有燃料及び水気化部４からの水蒸気を用いて改質器２で発生した改質ガスＲＧは、パイプ８を通過して台座７に流れ込み、台座７からセルスタック３の各セルに供給される。改質ガスＲＧは、セルスタック３を下方から上方へ向かって流れ、一部はオフガスとして燃焼部９での燃焼に用いられる。酸化剤ＯＸは、外部から給気管３１を介して供給され、酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈにて水平方向に広がり、内側を流れる排ガスＥＧで加熱されながら酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを上方へ向かって通過する。酸化剤ＯＸは、酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂを通過し、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋを流れて、貫通孔３７，３８を通過してセルスタック３へ供給され、一部は燃焼部９での燃焼に用いられる。燃焼部９で発生した排ガスＥＧは、排ガス流路１２Ａ，１２Ｂで排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄに導かれ、外側を流れる酸化剤ＯＸに熱を供給しながら排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを下方へ向かって通過する。排ガスＥＧは、底部まで達すると排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆへ流れ込み、水気化部４に熱を供給しながら排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過した排ガスＥＧは、排気管３２から排気される。
【００３５】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る燃料電池モジュール１は、端壁部３３，３４及び第２の上壁部２８に対応する面に開口部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃがそれぞれ形成された本体部５０と、本体部５０の開口部５１Ａを覆う蓋体６０Ａと、本体部５０の開口部５１Ｂを覆う蓋体６０Ｂと、本体部５０の開口部５１Ｃを覆う蓋体６０Ｃと、を備えている。本体部５０は、上述で説明した各壁部のうち、側壁部１６，１７，２１，２２，２６，２７、第１の上壁部２３、及び底壁部１８，２４，２９を構成している。また、蓋体６０Ａは端壁部３３を構成し、蓋体６０Ｂは端壁部３４を構成し、蓋体６０Ｃは第２の上壁部２８を構成している。なお、蓋体６０Ａ及び蓋体６０Ｂの「厚さ方向」は、長さ方向Ｄ１に等しく、蓋体６０Ｃの「厚さ方向」は、上下方向Ｄ３に等しい。
【００３６】
本体部５０は、端壁部３３に対応する面、すなわち筐体６の端部６ａ側の面に、蓋体６０Ａを取り付けるための蓋体受け部５２Ａを有する。蓋体受け部５２Ａは、蓋体６０Ａの周縁部６１（図４参照）と対向する矩形枠状のフランジ部である。蓋体受け部５２Ａは、長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ａの中央位置に矩形状の開口部５１Ａが形成されている。これによって、蓋体受け部５２Ａは、長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１から見て、開口部５１Ａを全周にわたって取り囲む構成となる。本体部５０は、端壁部３４に対応する面、すなわち筐体６の端部６ｂ側の面に、蓋体６０Ｂを取り付けるための蓋体受け部５２Ｂを有する。蓋体受け部５２Ｂは、蓋体６０Ｂの周縁部と対向する矩形枠状のフランジ部である。蓋体受け部５２Ｂは、長さ方向（蓋体６０Ｂの厚さ方向）Ｄ１からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ｂの中央位置に矩形状の開口部５１Ｂが形成されている。これによって、蓋体受け部５２Ｂは、長さ方向（蓋体６０Ｂの厚さ方向）Ｄ１から見て、開口部５１Ｂを全周にわたって取り囲む構成となる。本体部５０は、第２の上壁部２８に対応する面、すなわち筐体６の上端部側の面に、蓋体６０Ｃを取り付けるための蓋体受け部５２Ｃを有する。蓋体受け部５２Ｃは、蓋体６０Ｃの周縁部と対向する矩形枠状のフランジ部である。蓋体受け部５２Ｃは、上下方向（蓋体６０Ｃの厚さ方向）Ｄ３からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ｃの中央位置に矩形状の開口部５１Ｃが形成されている。これによって、蓋体受け部５２Ｃは、上下方向（蓋体６０Ｃの厚さ方向）Ｄ３から見て、開口部５１Ｃを全周にわたって取り囲む構成となる。
【００３７】
蓋体受け部５２Ａは、第３の側壁部２６，２７、第３の底壁部２９、及び蓋体受け部５２Ｃと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。蓋体受け部５２Ｂは、第３の側壁部２６，２７、第３の底壁部２９、及び蓋体受け部５２Ｃと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。蓋体受け部５２Ｃは、第３の側壁部２６，２７、及び蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。各蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは、溶接によって固定されていてもよく、あるいは金属板の折り曲げによって形成されていてもよい。
【００３８】
ここで、図４及び図５を参照して、本体部５０の開口部を蓋体で封止する構造について、より詳細に説明する。なお、図４では、蓋体６０Ａが開口部５１Ａを封止する構造が示されているが、蓋体６０Ｂが開口部５１Ｂを封止する構造、蓋体６０Ｃが開口部５１Ｃを封止する構造も同様である。
【００３９】
蓋体受け部５２Ａには、複数のスタッドボルト８１が立設されている。スタッドボルト８１は、筐体６の外方に向けて長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１に延びるように配置される。これらのスタッドボルト８１には、雄ネジが形成されている。スタッドボルト８１は、その基端部８４に予め設けられた突起を蓋体受け部５２Ａの表面に圧接して溶接を行う、いわゆるプロジェクション溶接によって蓋体受け部５２Ａに固定されている。スタッドボルト８１を溶接する際、蓋体受け部５２Ａを貫通する孔は形成されない。このプロジェクション溶接では、蓋体受け部５２Ａの表面に位置決めのための凹部を予め設けることもできる。
【００４０】
蓋体受け部５２Ａに対向する蓋体６０Ａの周縁部６１には、スタッドボルト８１が挿入される複数の貫通孔８２が形成されている。これらの貫通孔８２は、スタッドボルト８１に対向する位置に形成される。各貫通孔８２の直径は、各スタッドボルト８１の外径よりも大きくなっている。貫通孔８２を通って蓋体６０Ａから延出したスタッドボルト８１には、ナット８３が螺合されている。
【００４１】
また、蓋体６０Ａの周縁部６１と蓋体受け部５２Ａとの間には、本体部５０と蓋体６０Ａとの間の気密性を確保するためのシール部材７０が配置されている。シール部材７０は、蓋体受け部５２Ａの略全面を覆うような幅広の矩形枠状に形成されている。シール部材７０の一辺あたりの幅は、貫通孔８２の直径よりも大きくなっている。すなわち、シール部材７０は、開口部５１Ａと貫通孔８２との間の領域に配置されている。シール部材７０は、スタッドボルト８１及び貫通孔８２に対応する位置に円形状の複数の貫通孔７０ａを有している。なお、シール部材は、開口部５１Ａの周囲で複数の貫通孔８２によって囲まれるように配置された、貫通孔を有さない矩形枠状であってもよい。
【００４２】
スタッドボルト８１とナット８３との螺合により、蓋体６０Ａは本体部５０側へ押圧される。上記のスタッドボルト８１、貫通孔８２、及びナット８３によって、蓋体６０Ａを蓋体受け部５２Ａに固定するための螺合部８０が構成されている。
【００４３】
筐体６の内部には、第１の側壁部１６，１７の内面側に沿うようにして、断熱材８８が配置されている。断熱材８８は、改質器２及びセルスタック３と第１の側壁部１６，１７との間に配置されると共に、蓋体受け部５２Ａ及び蓋体受け部５２Ｂ（図３参照）の内面側にまで延在している。この断熱材８８によって、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂの内面側の上下方向Ｄ３における断熱性は、略均一になっている。
【００４４】
本実施形態に係る燃料電池モジュール１によれば、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂには、蓋体６０Ａ，６０Ｂの厚さ方向に延びるスタッドボルト８１が立設され、このスタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定される。そのため、図７に示す従来の燃料電池モジュールのように、蓋体受け部５２Ａに貫通孔１８４を形成し、その貫通孔１８４内に袋ナット１８１のような切削部品を配置して全周溶接をする必要がない。よって、切削部品を用いない分、材料費が低減されると共に、溶接検査や気密検査が不要になる。その結果として、製造コストの削減が実現される。さらには、気密性を要する内部空間における溶接箇所が減るため、気密性が確実に高められると共に、不良品率が低減されている。
【００４５】
また、蓋体６０Ａ，６０Ｂと蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂとの間であって、開口部５１Ａ，５２Ａと貫通孔８２との間の領域にはシール部材７０が配置されているため、本体部５０と蓋体６０Ａ，６０Ｂとの間の気密性が高められる。
【００４６】
また、蓋体６０Ｃが設けられる部分における封止構造も蓋体６０Ａ，６０Ｂにおける封止構造と同様のため、本体部５０と蓋体６０Ｃとの間の気密性が高められると共に、溶接検査や気密検査が不要になっている。
【００４７】
また、蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが設けられる部分の内面側において蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを固定するための部材が突出することがないため、筐体６の内部空間を広くできる。言い換えれば、所定の容積を有する内部空間を形成する場合に、小型化を図ることができる。
【００４８】
また、図６〜図８に示す従来の燃料電池モジュール１００では、第１の側壁部１６，１７の内面側に沿うようにして、断熱材１８８が配置される。前述した袋ナット１８１は、蓋体受け部５２Ａの内面側に突出するため、断熱材１８８は、袋ナット１８１との干渉を避けるよう、袋ナット１８１が設けられた位置において切り欠かれる。よって、袋ナット１８１が設けられた部分と、袋ナット１８１が設けられない部分（隣接する袋ナット１８１，１８１同士間の部分）とでは、断熱材１８８の厚みが異なっている。そのため、蓋体１６０Ａ，１６０Ｂが設けられる部分において均一な断熱性が得られないといった問題があった。
【００４９】
燃料電池モジュール１によれば、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂには、厚さ方向Ｄ１に延びるスタッドボルト８１が立設され、スタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定される。蓋体６０Ａ，６０Ｂが設けられる部分の内面側においては、蓋体６０Ａ，６０Ｂを固定するための部材が突出することがなく、蓋体６０Ａ，６０Ｂの内面側に配置される断熱材８８の厚みは均一になっている。したがって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが設けられる部分において断熱性が均一になっている。特に、改質器２やセルスタック３は非常に高温条件下で稼動するため、燃料電池モジュール１の筐体６には高い気密性および断熱性が求められる。燃料電池モジュール１では、均一でしかも高い気密性および断熱性が実現される。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが筐体６の内側へ向かって延びるように形成される場合について説明したが、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂは、筐体６の外側へ向かって延びるように形成されてもよい。この場合、螺合部８０は長さ方向Ｄ１から見て筐体６の外側に配置されることとなる。
【００５１】
また、上記実施形態では、スタッドボルト８１がプロジェクション溶接によって蓋体受け部５２Ａに固定される場合について説明したが、スタッドボルト８１は、他の溶接方法によって固定されてもよい。また、上記実施形態では、ネジ部材としてスタッドボルト８１とナット８３とを用いる場合について説明したが、内部に雌ネジが形成された円筒状の雌ネジ部材を第１のネジ部材として用い、その雌ネジ部材を蓋体受け部５２Ａに立設し、その雌ネジ部材に螺合するボルトを第２のネジ部材として用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…燃料電池モジュール、２…改質器、３…セルスタック、４…水気化部、６…筐体、１１…収納室、１２…排ガス流路、１３…酸化剤流路、５０…本体部、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ…開口部、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ…蓋体受け部、６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…蓋体、６１…周縁部、７０…シール部材、８０…螺合部、８１…スタッドボルト（第１のネジ部材）、８２…貫通孔、８３…ナット（第２のネジ部材）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池モジュールとして、特許文献１に示す燃料電池用筐体に、改質器とセルスタックとを収納して構成したものが知られている。この燃料電池用筐体は、改質器とセルスタックとを収納する収納室と、収納室の外側に形成された排ガス流路と、排ガス流路の外側に形成された酸化剤流路と、上方の酸化剤流路から収納室へ向かって下方へ延びる酸化剤供給部材を備えている。排ガス流路は、収納室の側方においてセルスタック上端部の燃焼部から発生する排ガスを下方へ通過させる部分と、収納室の下方において排ガスを集めて系外へ排出する部分と、を有している。また、酸化剤供給部材は、水平方向においてセルの積層方向と直交する方向に並べられたセルスタックの間の隙間に入り込むように配置され、当該隙間から各セルスタックに対して酸化剤を供給するように、先端部に貫通孔を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０４４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、従来の燃料電池モジュールの筐体では、溶接等によって複数の壁部を組み立てて本体部を構成した後、本体部に形成されている開口部を蓋体で覆って固定している。この蓋体は、全体的に平板状をなしている単純平板に、ボルト締めのための貫通孔を形成することによって構成されている。本体部の開口部周りには、蓋体を受ける蓋体受け部を形成し、当該蓋体受け部の内面側には、蓋体の貫通孔に対応する位置にナットが溶接されている。そして、ボルト及びナットの締結によって蓋体を当該蓋体受け部に固定している。また、当該蓋体受け部と蓋体との間には、本体部と蓋体との間の気密性を保つためのシール部材を配置している。
【０００５】
図６〜図８は、従来の燃料電池モジュールの構造を示す図である。図７及び図８に示すように、燃料電池モジュール１００において、螺合部１８０は、蓋体受け部５２Ａに形成された袋ナット１８１と、蓋体１６０Ａの周縁部１６１に形成された貫通孔１８２と、貫通孔１８２を介して袋ナット１８１に螺合されるボルト１８３と、を備えている。袋ナット１８１は、蓋体受け部５２Ａに形成された貫通孔１８４内に一端が配置されると共に、袋ナット１８１の他端は蓋体受け部５２Ａの内面側に突出している。
【０００６】
シール部材１７０は、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃの略全面を覆うような幅広の矩形枠状に形成されている。シール部材１７０は、袋ナット１８１及び貫通孔１８２に対応する位置に円形状の複数の貫通孔１７０ａを有している。ボルト１８３は、貫通孔１８２に挿入されると共に袋ナット１８１と螺合することにより、蓋体１６０Ａを本体部５０側へ押圧する。なお、筐体１０６において、蓋体１６０Ａ，１６０Ｂ，１６０Ｃの外縁には、当該蓋体の厚さ方向へ延びる折り返し部１６４が形成される（図６も参照）。折り返し部１６４は、内側（本体部５０側）へ向かって９０°折り返されている。
【０００７】
ここで、燃料電池モジュール１００の筐体１０６には高い気密性が求められるため、貫通孔１８４と袋ナット１８１の一端との間でリークが発生することを防止する必要がある。図７に示すように、リークを防止するため、袋ナット１８１の一端の縁部には全周にわたって蓋体受け部５２Ａとの間で溶接部１８７が形成されている。この場合、溶接箇所を１つ１つ検査したり、気密検査を行ったりする必要があった。また、切削部品である袋ナット１８１は、加工を要するため材料費が高くなってしまう。このように、従来の燃料電池モジュールでは、材料費、溶接加工費、及び検査費が増大する傾向にあった。
【０００８】
本発明は、製造コストの削減を実現することができる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、改質ガス及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックと、改質器及びセルスタックを収納する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、筐体は、改質器及びセルスタックを収納すると共に、開口部を有する本体部と、本体部の開口部を覆う蓋体と、を備え、本体部は、開口部の周囲に形成されて蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部と、蓋体受け部に立設されて蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材と、を有し、蓋体の周縁部には、第１のネジ部材が挿入される貫通孔が形成され、蓋体は、第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって蓋体受け部に固定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る燃料電池モジュールによれば、蓋体受け部には、蓋体の厚さ方向に延びる第１のネジ部材が立設され、この第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって、蓋体が蓋体受け部に固定される。そのため、従来のように、蓋体受け部に貫通孔を形成し、その貫通孔内に袋ナットのような切削部品を配置して全周溶接する必要がない。よって、切削部品を用いない分、材料費を低減できると共に、溶接検査や気密検査が不要になる。その結果として、製造コストの削減を実現することができる。
【００１１】
ここで、蓋体と蓋体受け部との間であって、開口部と貫通孔との間の領域には、シール部材が配置されると、本体部と蓋体との間の気密性が高められる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、製造コストの削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成図である。
【図２】図１のＩＩ―ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の燃料電池モジュールの斜視図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】従来の燃料電池モジュールの斜視図である。
【図７】従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図４に対応する図である。
【図８】従来の燃料電池モジュールの断面図であって、図５に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１及び図２に示されるように、燃料電池モジュール１は、水素含有燃料を用いて改質ガスＲＧを発生させる改質器２と、改質ガスＲＧ及び酸化剤ＯＸを用いて発電を行うセルスタック３と、水を気化させることによって改質器２へ供給される水蒸気を生成する水気化部４と、改質器２、セルスタック３、及び水気化部４を収納する筐体６と、を備える。図１及び図２では図示されていないが、燃料電池モジュール１の下方には、ポンプ等の補機や制御機器等を収納する筐体が設けられる。
【００１６】
水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００１７】
酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。
【００１８】
改質器２は、供給される水素含有燃料を用いて改質ガスＲＧを発生させる。改質器２は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して改質ガスＲＧを発生させる。改質器２での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。改質器２は、後述する燃焼熱によって加熱され得るようにセルスタック３の上側に配置されている。すなわち、セルスタック３の燃料極側に導入された改質ガスＲＧのオフガス（未反応改質ガス）は、空気極等の酸化剤極側に導入された空気等の酸化剤のうちの未反応酸素（未反応酸化剤ガス）と共に燃焼させられ、改質器２は、この燃焼熱によって加熱される。改質器２は、改質ガスＲＧをセルスタック３の燃料極へ供給する。
【００１９】
セルスタック３は、ＳＯＦＣ（Solid Oxide Fuel Cells）と称される複数のセルの積層体を有している。各セルは、固体酸化物である電解質が燃料極と酸化剤極との間に配置されることで構成されている。電解質は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等からなり、高温下で酸化物イオンを伝導する。燃料極は、例えばニッケルとＹＳＺとの混合物からなり、酸化物イオンと改質ガスＲＧ中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。酸化剤極は、例えばランタンストロンチウムマンガナイトからなり、酸化剤ＯＸ中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。本実施形態では、セルスタック３は、台座７の上面において、各セルの積層方向と直交する方向に向かい合うように二列に配置される。ただし、セルスタック３は一列に配置されてもよい。
【００２０】
台座７と改質器２とは、パイプ８で接続されている。改質器２から供給された改質ガスＲＧは、台座７を介してセルスタック３の各セルに供給される。セルスタック３で反応しなかった改質ガスＲＧ及び酸化剤ＯＸは、セルスタック３の上部の燃焼部９で燃焼する。燃焼部９でのオフガスの燃焼により、改質器２が加熱されると共に排ガスＥＧが発生する。
【００２１】
水気化部４は、供給される水を加熱し気化させることによって、改質器２に供給される水蒸気を生成する。水気化部４で生成された水蒸気は、例えば、第１の底壁部１８を貫通して水気化部４と改質器２とを接続する配管（不図示）を用いて、改質器２へ供給される。水気化部４における水の加熱は、例えば、改質器２の熱、燃焼部９の熱、あるいは排ガスＥＧの熱を回収する等、燃料電池モジュール１内で発生した熱を用いてもよい。本実施形態では、水気化部４は、底部の排ガス流路に配置され、排ガスＥＧの熱を回収する構成となっている。
【００２２】
筐体６は、改質器２、セルスタック３、及び水気化部４を収納するための内部空間を有する、直方体状の金属製の箱体である。筐体６は、セルスタック３を収納する収納室１１と、収納室１１よりも外側に形成され、セルスタック３からのオフガスの燃焼による排ガスＥＧを通過させる排ガス流路１２、酸化剤ＯＸを通過させる酸化剤流路１３と、収納室１１や排ガス流路１２や酸化剤流路１３を形成する各壁部と、を備える。なお、以下の説明においては、セルスタック３の各セルの積層方向に沿った方向を筐体６の「長さ方向Ｄ１」とし、水平方向において各セルの積層方向と直交する方向を筐体６の「幅方向Ｄ２」とし、鉛直方向を筐体６の「上下方向Ｄ３」として以下の説明を行う。本実施形態では、収納室１１、排ガス流路１２、酸化剤流路１３、及びこれらを形成する各壁部は、長さ方向Ｄ１から見て左右対称な構造となっている。
【００２３】
収納室１１は、幅方向Ｄ２に互いに対向する第１の側壁部１６，１７、及び第１の側壁部１６，１７の各下端部に連結される第１の底壁部１８の内側に形成される。収納室１１では、台座７が第１の底壁部１８に配置される。なお、第１の底壁部１８と台座７との間に断熱材が配置されていてもよい。燃焼部９で発生した排ガスＥＧを通過させるため、収納室１１の上端部は開口している。
【００２４】
排ガス流路１２は、幅方向Ｄ２において第１の側壁部１６，１７の外側にそれぞれ配置される第２の側壁部２１，２２と、第１の側壁部１６，１７の上端部よりも上側に配置される第１の上壁部２３と、第１の底壁部１８よりも下側に配置される第２の底壁部２４と、によって形成される。
【００２５】
第１の上壁部２３は第２の側壁部２１，２２の上端部に連結され、第２の底壁部２４は第２の側壁部２１，２２の下端部に連結される。第２の側壁部２１，２２は、第１の側壁部１６，１７から離間して対向するように配置される。第１の上壁部２３は、収納室１１の上端部から離間して対向するように配置される。第２の底壁部２４は、第１の底壁部１８から離間して対向するように配置される。
【００２６】
排ガス流路１２は、収納室１１の上側の開口部と第１の上壁部２３との間に形成される排ガス流路１２Ａ，１２Ｂと、第２の側壁部２１，２２と第１の側壁部１６，１７との間に形成される排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄと、第２の底壁部２４と第１の底壁部１８との間に形成される排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆと、を有する。排ガス流路１２Ａ，１２Ｂは、燃焼部９からの排ガスＥＧを排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄへ導く。排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄは、排ガスＥＧを下方へ通過させ、当該排ガスＥＧの熱を外側の酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを流れる酸化剤ＯＸに供給する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆは、排ガスＥＧを排気管３２へ向かって水平方向に通過させ、当該排ガスＥＧの熱を水気化部４に供給する。
【００２７】
酸化剤流路１３は、幅方向Ｄ２において第２の側壁部２１，２２の外側にそれぞれ配置される第３の側壁部２６，２７と、第１の上壁部２３よりも上側に配置される第２の上壁部２８と、第２の底壁部２４よりも下側に配置される第３の底壁部２９と、によって形成される。
【００２８】
第２の上壁部２８は第３の側壁部２６，２７の上端部に連結され、第３の底壁部２９は第３の側壁部２６，２７の下端部に連結される。第３の側壁部２６，２７は、第２の側壁部２１，２２から離間して対向するように配置される。第２の上壁部２８は、第１の上壁部２３から離間して対向するように配置される。第３の底壁部２９は、第２の底壁部２４から離間して対向するように配置される。
【００２９】
第１の上壁部２３には中央部に長さ方向Ｄ１へ延びるスリット３９が形成されており、当該スリット３９には、酸化剤供給部材３６が挿入される。酸化剤供給部材３６は、セルスタック３に酸化剤ＯＸを供給する。酸化剤供給部材３６は、一対のセルスタック３の間の隙間に入り込むように延びており、内部に酸化剤流路１３Ｋを有すると共に、先端部に貫通孔３７，３８を有している。
【００３０】
酸化剤流路１３は、第２の上壁部２８と第１の上壁部２３との間に形成される酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂと、第３の側壁部２６，２７と第２の側壁部２１，２２との間に形成される酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄと、第３の底壁部２９と第２の底壁部２４との間に形成される酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈと、を有する。酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈは、給気管３１からの酸化剤ＯＸを水平方向に広がるように通過させ、酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄへ導く。酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄは、酸化剤ＯＸを上方へ通過させ、当該酸化剤ＯＸを内側の排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを流れる排ガスＥＧの熱によって加熱する。酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂは、酸化剤ＯＸを幅方向Ｄ２における外側から内側へ向かって通過させ、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋへ流して貫通孔３７，３８へ導く。
【００３１】
第３の底壁部２９には、図示されない酸化剤供給部から酸化剤流路１３に酸化剤を流入させるための給気管３１が設けられている。また、第２の底壁部２４には、排ガス流路１２からの排ガスを排気する排気管３２が設けられている。
【００３２】
側壁部１６，１７，２１，２２，２６，２７、上壁部２３，２８、及び底壁部１８，２４，２９は、長さ方向Ｄ１における筐体６の端部６ａ，６ｂ付近にまで延びている。筐体６の長さ方向Ｄ１の両端部には、それぞれ端壁部３３，３４が設けられている。第３の側壁部２６，２７、第２の上壁部２８、第３の底壁部２９、及び端壁部３３，３４は、燃料電池モジュール１の外殻を構成し、互いの接続部におけるシール性が確保されており、筐体６内の気密性が確保されている。
【００３３】
次に、改質ガスＲＧ、酸化剤ＯＸ、及び排ガスＥＧの流れについて説明する。
【００３４】
外部から供給される水素含有燃料及び水気化部４からの水蒸気を用いて改質器２で発生した改質ガスＲＧは、パイプ８を通過して台座７に流れ込み、台座７からセルスタック３の各セルに供給される。改質ガスＲＧは、セルスタック３を下方から上方へ向かって流れ、一部はオフガスとして燃焼部９での燃焼に用いられる。酸化剤ＯＸは、外部から給気管３１を介して供給され、酸化剤流路１３Ｇ，１３Ｈにて水平方向に広がり、内側を流れる排ガスＥＧで加熱されながら酸化剤流路１３Ｃ，１３Ｄを上方へ向かって通過する。酸化剤ＯＸは、酸化剤流路１３Ａ，１３Ｂを通過し、酸化剤供給部材３６の酸化剤流路１３Ｋを流れて、貫通孔３７，３８を通過してセルスタック３へ供給され、一部は燃焼部９での燃焼に用いられる。燃焼部９で発生した排ガスＥＧは、排ガス流路１２Ａ，１２Ｂで排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄに導かれ、外側を流れる酸化剤ＯＸに熱を供給しながら排ガス流路１２Ｃ，１２Ｄを下方へ向かって通過する。排ガスＥＧは、底部まで達すると排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆへ流れ込み、水気化部４に熱を供給しながら排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過する。排ガス流路１２Ｅ，１２Ｆを通過した排ガスＥＧは、排気管３２から排気される。
【００３５】
図１〜図４に示すように、本実施形態に係る燃料電池モジュール１は、端壁部３３，３４及び第２の上壁部２８に対応する面に開口部５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃがそれぞれ形成された本体部５０と、本体部５０の開口部５１Ａを覆う蓋体６０Ａと、本体部５０の開口部５１Ｂを覆う蓋体６０Ｂと、本体部５０の開口部５１Ｃを覆う蓋体６０Ｃと、を備えている。本体部５０は、上述で説明した各壁部のうち、側壁部１６，１７，２１，２２，２６，２７、第１の上壁部２３、及び底壁部１８，２４，２９を構成している。また、蓋体６０Ａは端壁部３３を構成し、蓋体６０Ｂは端壁部３４を構成し、蓋体６０Ｃは第２の上壁部２８を構成している。なお、蓋体６０Ａ及び蓋体６０Ｂの「厚さ方向」は、長さ方向Ｄ１に等しく、蓋体６０Ｃの「厚さ方向」は、上下方向Ｄ３に等しい。
【００３６】
本体部５０は、端壁部３３に対応する面、すなわち筐体６の端部６ａ側の面に、蓋体６０Ａを取り付けるための蓋体受け部５２Ａを有する。蓋体受け部５２Ａは、蓋体６０Ａの周縁部６１（図４参照）と対向する矩形枠状のフランジ部である。蓋体受け部５２Ａは、長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ａの中央位置に矩形状の開口部５１Ａが形成されている。これによって、蓋体受け部５２Ａは、長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１から見て、開口部５１Ａを全周にわたって取り囲む構成となる。本体部５０は、端壁部３４に対応する面、すなわち筐体６の端部６ｂ側の面に、蓋体６０Ｂを取り付けるための蓋体受け部５２Ｂを有する。蓋体受け部５２Ｂは、蓋体６０Ｂの周縁部と対向する矩形枠状のフランジ部である。蓋体受け部５２Ｂは、長さ方向（蓋体６０Ｂの厚さ方向）Ｄ１からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ｂの中央位置に矩形状の開口部５１Ｂが形成されている。これによって、蓋体受け部５２Ｂは、長さ方向（蓋体６０Ｂの厚さ方向）Ｄ１から見て、開口部５１Ｂを全周にわたって取り囲む構成となる。本体部５０は、第２の上壁部２８に対応する面、すなわち筐体６の上端部側の面に、蓋体６０Ｃを取り付けるための蓋体受け部５２Ｃを有する。蓋体受け部５２Ｃは、蓋体６０Ｃの周縁部と対向する矩形枠状のフランジ部である。蓋体受け部５２Ｃは、上下方向（蓋体６０Ｃの厚さ方向）Ｄ３からみて、筐体６の内側へ向かって延びるように形成される。蓋体受け部５２Ｃの中央位置に矩形状の開口部５１Ｃが形成されている。これによって、蓋体受け部５２Ｃは、上下方向（蓋体６０Ｃの厚さ方向）Ｄ３から見て、開口部５１Ｃを全周にわたって取り囲む構成となる。
【００３７】
蓋体受け部５２Ａは、第３の側壁部２６，２７、第３の底壁部２９、及び蓋体受け部５２Ｃと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。蓋体受け部５２Ｂは、第３の側壁部２６，２７、第３の底壁部２９、及び蓋体受け部５２Ｃと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。蓋体受け部５２Ｃは、第３の側壁部２６，２７、及び蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂと隙間無く、すなわち気密性が確保された状態で接続されている。各蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは、溶接によって固定されていてもよく、あるいは金属板の折り曲げによって形成されていてもよい。
【００３８】
ここで、図４及び図５を参照して、本体部５０の開口部を蓋体で封止する構造について、より詳細に説明する。なお、図４では、蓋体６０Ａが開口部５１Ａを封止する構造が示されているが、蓋体６０Ｂが開口部５１Ｂを封止する構造、蓋体６０Ｃが開口部５１Ｃを封止する構造も同様である。
【００３９】
蓋体受け部５２Ａには、複数のスタッドボルト８１が立設されている。スタッドボルト８１は、筐体６の外方に向けて長さ方向（蓋体６０Ａの厚さ方向）Ｄ１に延びるように配置される。これらのスタッドボルト８１には、雄ネジが形成されている。スタッドボルト８１は、その基端部８４に予め設けられた突起を蓋体受け部５２Ａの表面に圧接して溶接を行う、いわゆるプロジェクション溶接によって蓋体受け部５２Ａに固定されている。スタッドボルト８１を溶接する際、蓋体受け部５２Ａを貫通する孔は形成されない。このプロジェクション溶接では、蓋体受け部５２Ａの表面に位置決めのための凹部を予め設けることもできる。
【００４０】
蓋体受け部５２Ａに対向する蓋体６０Ａの周縁部６１には、スタッドボルト８１が挿入される複数の貫通孔８２が形成されている。これらの貫通孔８２は、スタッドボルト８１に対向する位置に形成される。各貫通孔８２の直径は、各スタッドボルト８１の外径よりも大きくなっている。貫通孔８２を通って蓋体６０Ａから延出したスタッドボルト８１には、ナット８３が螺合されている。
【００４１】
また、蓋体６０Ａの周縁部６１と蓋体受け部５２Ａとの間には、本体部５０と蓋体６０Ａとの間の気密性を確保するためのシール部材７０が配置されている。シール部材７０は、蓋体受け部５２Ａの略全面を覆うような幅広の矩形枠状に形成されている。シール部材７０の一辺あたりの幅は、貫通孔８２の直径よりも大きくなっている。すなわち、シール部材７０は、開口部５１Ａと貫通孔８２との間の領域に配置されている。シール部材７０は、スタッドボルト８１及び貫通孔８２に対応する位置に円形状の複数の貫通孔７０ａを有している。なお、シール部材は、開口部５１Ａの周囲で複数の貫通孔８２によって囲まれるように配置された、貫通孔を有さない矩形枠状であってもよい。
【００４２】
スタッドボルト８１とナット８３との螺合により、蓋体６０Ａは本体部５０側へ押圧される。上記のスタッドボルト８１、貫通孔８２、及びナット８３によって、蓋体６０Ａを蓋体受け部５２Ａに固定するための螺合部８０が構成されている。
【００４３】
筐体６の内部には、第１の側壁部１６，１７の内面側に沿うようにして、断熱材８８が配置されている。断熱材８８は、改質器２及びセルスタック３と第１の側壁部１６，１７との間に配置されると共に、蓋体受け部５２Ａ及び蓋体受け部５２Ｂ（図３参照）の内面側にまで延在している。この断熱材８８によって、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂの内面側の上下方向Ｄ３における断熱性は、略均一になっている。
【００４４】
本実施形態に係る燃料電池モジュール１によれば、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂには、蓋体６０Ａ，６０Ｂの厚さ方向に延びるスタッドボルト８１が立設され、このスタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定される。そのため、図７に示す従来の燃料電池モジュールのように、蓋体受け部５２Ａに貫通孔１８４を形成し、その貫通孔１８４内に袋ナット１８１のような切削部品を配置して全周溶接をする必要がない。よって、切削部品を用いない分、材料費が低減されると共に、溶接検査や気密検査が不要になる。その結果として、製造コストの削減が実現される。さらには、気密性を要する内部空間における溶接箇所が減るため、気密性が確実に高められると共に、不良品率が低減されている。
【００４５】
また、蓋体６０Ａ，６０Ｂと蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂとの間であって、開口部５１Ａ，５２Ａと貫通孔８２との間の領域にはシール部材７０が配置されているため、本体部５０と蓋体６０Ａ，６０Ｂとの間の気密性が高められる。
【００４６】
また、蓋体６０Ｃが設けられる部分における封止構造も蓋体６０Ａ，６０Ｂにおける封止構造と同様のため、本体部５０と蓋体６０Ｃとの間の気密性が高められると共に、溶接検査や気密検査が不要になっている。
【００４７】
また、蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃが設けられる部分の内面側において蓋体６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを固定するための部材が突出することがないため、筐体６の内部空間を広くできる。言い換えれば、所定の容積を有する内部空間を形成する場合に、小型化を図ることができる。
【００４８】
また、図６〜図８に示す従来の燃料電池モジュール１００では、第１の側壁部１６，１７の内面側に沿うようにして、断熱材１８８が配置される。前述した袋ナット１８１は、蓋体受け部５２Ａの内面側に突出するため、断熱材１８８は、袋ナット１８１との干渉を避けるよう、袋ナット１８１が設けられた位置において切り欠かれる。よって、袋ナット１８１が設けられた部分と、袋ナット１８１が設けられない部分（隣接する袋ナット１８１，１８１同士間の部分）とでは、断熱材１８８の厚みが異なっている。そのため、蓋体１６０Ａ，１６０Ｂが設けられる部分において均一な断熱性が得られないといった問題があった。
【００４９】
燃料電池モジュール１によれば、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂには、厚さ方向Ｄ１に延びるスタッドボルト８１が立設され、スタッドボルト８１とナット８３との螺合によって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂに固定される。蓋体６０Ａ，６０Ｂが設けられる部分の内面側においては、蓋体６０Ａ，６０Ｂを固定するための部材が突出することがなく、蓋体６０Ａ，６０Ｂの内面側に配置される断熱材８８の厚みは均一になっている。したがって、蓋体６０Ａ，６０Ｂが設けられる部分において断熱性が均一になっている。特に、改質器２やセルスタック３は非常に高温条件下で稼動するため、燃料電池モジュール１の筐体６には高い気密性および断熱性が求められる。燃料電池モジュール１では、均一でしかも高い気密性および断熱性が実現される。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃが筐体６の内側へ向かって延びるように形成される場合について説明したが、蓋体受け部５２Ａ，５２Ｂは、筐体６の外側へ向かって延びるように形成されてもよい。この場合、螺合部８０は長さ方向Ｄ１から見て筐体６の外側に配置されることとなる。
【００５１】
また、上記実施形態では、スタッドボルト８１がプロジェクション溶接によって蓋体受け部５２Ａに固定される場合について説明したが、スタッドボルト８１は、他の溶接方法によって固定されてもよい。また、上記実施形態では、ネジ部材としてスタッドボルト８１とナット８３とを用いる場合について説明したが、内部に雌ネジが形成された円筒状の雌ネジ部材を第１のネジ部材として用い、その雌ネジ部材を蓋体受け部５２Ａに立設し、その雌ネジ部材に螺合するボルトを第２のネジ部材として用いてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…燃料電池モジュール、２…改質器、３…セルスタック、４…水気化部、６…筐体、１１…収納室、１２…排ガス流路、１３…酸化剤流路、５０…本体部、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ…開口部、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ…蓋体受け部、６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ…蓋体、６１…周縁部、７０…シール部材、８０…螺合部、８１…スタッドボルト（第１のネジ部材）、８２…貫通孔、８３…ナット（第２のネジ部材）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、
前記改質ガス及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックと、
前記改質器及び前記セルスタックを収納する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記筐体は、
前記改質器及び前記セルスタックを収納すると共に、開口部を有する本体部と、
前記本体部の前記開口部を覆う蓋体と、を備え、
前記本体部は、前記開口部の周囲に形成されて前記蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部と、前記蓋体受け部に立設されて前記蓋体の前記厚さ方向に延びる第１のネジ部材と、を有し、
前記蓋体の前記周縁部には、前記第１のネジ部材が挿入される貫通孔が形成され、前記蓋体は、前記第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって前記蓋体受け部に固定されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記蓋体と前記蓋体受け部との間であって、前記開口部と前記貫通孔との間の領域には、シール部材が配置され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１】
水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、
前記改質ガス及び酸化剤を用いて発電を行うセルスタックと、
前記改質器及び前記セルスタックを収納する筐体と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記筐体は、
前記改質器及び前記セルスタックを収納すると共に、開口部を有する本体部と、
前記本体部の前記開口部を覆う蓋体と、を備え、
前記本体部は、前記開口部の周囲に形成されて前記蓋体の周縁部に対向する蓋体受け部と、前記蓋体受け部に立設されて前記蓋体の前記厚さ方向に延びる第１のネジ部材と、を有し、
前記蓋体の前記周縁部には、前記第１のネジ部材が挿入される貫通孔が形成され、前記蓋体は、前記第１のネジ部材と第２のネジ部材との螺合によって前記蓋体受け部に固定されることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記蓋体と前記蓋体受け部との間であって、前記開口部と前記貫通孔との間の領域には、シール部材が配置され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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２６８７２（Ｐ２０１２−２２６８７２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１３２８（Ｐ２０１１−９１３２８）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【出願人】（０００１７５７６６）三恵技研工業株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００４４４４）ＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社 (1,898)
【出願人】（０００１７５７６６）三恵技研工業株式会社 (50)
【Ｆターム（参考）】
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