(57)【要約】      （修正有）【課題】固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の剛性を向上させ、熱影響を低減する。【解決手段】原燃料を改質した燃料ガスと酸化剤ガスとの発電反応により発電する複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、燃料電池セル１０１２に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路１０３４と、複数の燃料電池セルを収容し、一組の対向する側面を開放面とした直方体状の筐体１０１４と、筐体の開放面をそれぞれ塞ぐ蓋体と、筐体内であって、燃料電池セルから排出されるオフガスと酸化剤ガスとを燃焼する燃焼室１０３０と、燃焼室で生じた燃焼ガスにより加熱され、原燃料を燃料ガスに改質する改質器１０２４と、を備える。筐体は、底面部と二つの第一側面部からなる第一部材と、天面部と二つの第二側面部からなる第二部材とからなり、第一側面部と第二側面部とが接合される接合部１０３６を有する。接合部は、燃焼室から離間して設ける。【選択図】図５
2018055984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を改質した燃料ガスと酸化剤ガスとの発電反応により発電する複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、
前記燃料電池セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路と、
前記複数の燃料電池セルを収容し、一組の対向する側面を開放面とした直方体状の筐体と、
前記筐体の開放面をそれぞれ塞ぐ蓋体と、
前記筐体内であって、前記燃料電池セルから排出されるオフガスと酸化剤ガスとを燃焼する燃焼室と、
前記燃焼室で生じた燃焼ガスにより加熱され、原燃料を燃料ガスに改質する改質器と、
を備え、
前記筐体は、底面部と二つの第一側面部からなる第一部材と、天面部と二つの第二側面部からなる第二部材とからなり、前記第一側面部と前記第二側面部とが接合される接合部を有し、前記接合部は前記燃焼室から離間して設けられている固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項２】
前記燃焼室は前記筐体の内部上方に設けられ、前記接合部は前記燃焼室よりも下方に位置する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
前記燃料電池セルは前記燃焼室の下方に設けられており、前記接合部は前記燃料電池セルよりも下方に設けられている請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
前記改質器は前記燃焼室の上方に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項５】
前記筐体の外壁面には前記酸化剤ガス供給流路が設けられており、前記酸化剤ガス供給流路よりも下方に前記接合部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項６】
前記改質器内で改質された燃料ガスを、上面に設けられた複数の前記燃料電池セルに供給する燃料マニホールドを備え、前記接合部は前記燃料マニホールドの上面よりも下方に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池装置に関し、特に、燃料ガスと、酸化剤ガスとにより発電を行う固体酸化物形燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池装置（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
【０００３】
また、熱源から電力と熱を生成し効率的に供給するコジェネレーションシステムとして、家庭向けの設置型ＳＯＦＣの事業化が進んでいる。特に、設置スペースの限られた集合住宅等に適合するコンパクトな固体酸化物形燃料電池装置は市場におけるニーズが高い。
【０００４】
そこで、発電の要となる固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セルとも言う）を内部に収容した燃料電池モジュールの小型化のため、燃料電池モジュールを構成する各部品間の距離を可能な限り短くなるように設計していくことが必要となる。
【０００５】
ここで先行文献１には、底面を含むベース部材を覆うように筐体を上から被せたモジュール容器が開示されている。当該態様においては、被覆する筐体と容器内構成部品との距離が不定となるため組み付けマージンを減らした精緻な設計精度を担保することは困難である。
【０００６】
これに対し先行文献２は、２側面が開放されたモジュール容器を２つの蓋体が覆うことで構成されたモジュール容器が開示されている。この方式では、側面から直接構成部品を取り付けることができるため、組み立て時の作業性が高めることができる。さらに加えて、構成部品の精緻な組みつけが可能となることから、燃料電池モジュールを構成する部品間の組み付けマージンを縮小することができ、部品間隔の最小化によるモジュールの小型化に大きく貢献する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−９２７０２号公報
【特許文献２】特開２０１４−２６８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の先行文献２に記載されるような、一組の側面が開放された筐体を用いてモジュール容器を構成する場合、当該筐体をなんらの接合を用いずに一枚の金属板から成形することは極めて難しい。そこで、モジュール容器のベース部材となる底面の板状部材に対して、天面と、対向する２側面と、から構成される別部材を溶接等の接合手段によって接合してモジュール容器を構成することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、この構成では底面が単なる板状部材となるため、剛性が低く強度の面で弱い。このため、筐体形成時には板状部材の反りや撓み等の変形によって、底面の平滑形状が失われ、側面部材との接合作業性が困難となる一方で、完成後の筐体は熱膨張による端部の応力集中により劣化、破損してモジュール容器内部の気密性を喪失してしまうおそれがある。このため、モジュール容器の機能や製造作業性とともに小型化を両立する筐体を形成することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解消するために、本発明者らは、底面部材と天面部材とにそれぞれ一対の側面を設けた部材を成形した上で、その側面同士を接合して一つの筐体を完成させることで、部材強度を向上させたモジュール容器を構成することができることに至った。
しかしながら、ＳＯＦＣは高温状態下で運転するものであり、特に発電に寄与しない燃料ガスや酸化剤ガス（いわゆるオフガス）を燃焼させる燃焼室は非常に高温となる。すなわち、非接合部に比較して強度上劣る接合部及びその近傍が極端に加熱されると、モジュール容器の劣化や破損につながるおそれがあることが分かった。
【００１１】
そこで本発明者らは、底面部及び天面部のそれぞれに側面部分を一体的に設けるとともに、これらを接合する接合部をモジュール容器内の高温領域からできるだけ遠ざけて配置するとの簡単な構成によってこれらの課題を解決できることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明の態様における固体酸化物形燃料電池装置は、原燃料を改質した燃料ガスと酸化剤ガスとの発電反応により発電する複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置であって、燃料電池セルに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路と、複数の燃料電池セルを収容し、一組の対向する側面を開放面とした直方体状の筐体と、筐体の開放面をそれぞれ塞ぐ蓋体と、筐体内であって、燃料電池セルから排出されるオフガスと酸化剤ガスとを燃焼する燃焼室と、燃焼室で生じた燃焼ガスにより加熱され、原燃料を燃料ガスに改質する改質器と、を備え、筐体は、底面部と二つの第一側面部からなる第一部材と、天面部と二つの第二側面部からなる第二部材とからなり、第一側面部と第二側面部とが接合される接合部を有し、接合部は燃焼室から離間して設けられている。
【００１３】
側面視において、略コの字状に一つの部材で形成された部材同士で一組の対向する側面が開放された筐体を構成するため、一枚の板状形状の部材を底面部に用いた場合に比較し、部材自体の剛性を大きく向上させることができる。このため、板状部材の反りや撓み等の変形によって板状部材の平滑形状を保つことが可能となる。一方、それぞれの部材が接合された接合部は比較的強度が小さく、発電時には７００〜１０００℃になる筐体内の熱の影響を大きく受けてしまうと、接合部が劣化・破損してしまうおそれがある。このため、筐体内で最大の温度となる燃焼室から接合部を離間させることで、接合部へ加わる熱影響を小さくすることができ、接合部の劣化・破損を抑制することができる。すなわち、一組の対向する側面が開放された筐体であっても、筐体の剛性を向上させつつ、接合部が燃焼室から受ける熱影響を低減することができる。なお、ここでの離間とは燃焼室に対して上方または下方に対して離間している状態を指している。
【００１４】
本発明において、好ましくは、燃焼室は筐体内部の上方に設けられ、接合部は燃焼室よりも下方に位置する。
特に高温となる燃焼室はモジュール容器の上方に位置し、熱に弱い接合部を燃焼室よりも下方に配置している。燃焼室で生成された燃焼ガスは高温であるため上昇するが、燃焼室よりも接合部は下方に配置されているため、接合部が燃焼室から受ける熱量を小さくすることができる。したがって、接合部が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、燃料電池セルは燃焼室の下方に設けられており、接合部は燃料電池セルよりも下方に設けられている。
燃料電池セルは発電運転時には高温状態となる。したがって、燃料電池セルよりも下方に接合部を配置することで、燃料電池セルから受ける熱影響を抑制することができ、接合部が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、改質器は燃焼室の上方に設けられている。
筐体の内部は上方から改質器、燃焼室、燃料電池セルの順で高温部品が配置されることとなる。そのため、筐体上方は高温領域、燃料電池セルよりも下方は低温領域として明確に区画される。接合部は燃料電池セルよりも下方の低温領域に配置されるため、接合部が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、筐体の外壁面には酸化剤ガス供給流路が設けられており、酸化剤ガス供給流路よりも下方に接合部が設けられている。
【００１８】
接合部は例えば溶接等によって接合されて構成されるため、接合部の壁面には接合跡が残ってしまう。そのため、外壁に設けられた酸化剤ガス供給流路中に接合部が設けられると、酸化剤ガス供給流路中の酸化剤ガスの流れが阻害されてしまう可能性がある。それにより、燃料電池セルへの酸化剤ガスの供給バラツキが生じてしまう。したがって、酸化剤ガス供給流路よりも下方に接合部を配置することで、接合部が酸化剤ガスの流れを阻害せず、酸化剤ガス供給バラツキを抑制することができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、改質器内で改質された燃料ガスを、上面に設けられた複数の燃料電池セルに供給する燃料マニホールドを備え、接合部は燃料マニホールドの上面よりも下方に設けられている。
燃料電池セルは高温状態であるため、燃料電池セルを上面に備える燃料マニホールドの上面は、燃料電池セルからの受熱量も大きくなるため高温状態となる。したがって、燃料マニホールドの上面よりも下方に接合部を配置することで、接合部が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、一組の対向した側面が開放された筐体によって構成されたモジュール容器であっても、モジュール容器の剛性を向上させ、且つ筐体に設けられた接合箇所への熱的影響を低減させることを可能とした固体酸化物形燃料電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す全体斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置において、図１のＷ方向から見た燃料電池モジュールの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の部分分解斜視図を示す。
【図４】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置において、第一側面部と第二側面部と接合部とを示す拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置において、図１のＬ方向から見た燃料電池モジュールの断面図である。
【図６】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置を示す全体構成図である。
【図７】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。
【図８】図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の筐体及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【図１０】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図１１】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【図１２】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、燃料電池モジュールを示す側面断面図である。
【図１３】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った燃料電池モジュールの断面図である。
【図１４】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図である。
【図１５】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器の周囲を流れる排ガスの説明図である。
【図１６】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器及び排ガス誘導部材の側面断面斜視図である。
【図１７】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器及び排ガス誘導部材の正面断面斜視図である。
【図１８】本発明の一実施例による固体酸化物型燃料電池装置の改質器の貫通孔を流れる排ガスの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本明細書に開示する発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、以下の説明は、例示として解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の様態を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更することができる。
【００２３】
（実施形態）
本実施形態においては、本発明にかかる固体酸化物形燃料電池装置１０００における、燃料電池モジュール１００２について、図１乃至図５を用いて説明する。
【００２４】
図１は、固体酸化物形燃料電池装置１０００における、燃料電池モジュール１００２であって、高さ方向（Ｈ）、幅方向（Ｗ）、奥行き方向（Ｌ）を示す斜視図である。また、図２は図１のＷ方向から見た側面断面図を示したものである。
【００２５】
図１、図２に示すように、燃料電池モジュール１００２は、モジュール容器１０１３を備え、このモジュール容器１０１３は筐体１０１４と２つの蓋体１０２０から構成される。モジュール容器１０１３の内部は密閉空間であり、モジュール容器１０１３の内部に設けられた発電室（図２、図３参照）には、燃料ガスと酸化剤ガス（以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。）とにより発電反応を行う燃料電池セル１０１２が配置されている。
【００２６】
また、図１に示すように、モジュール容器１０１３を構成する筐体１０１４は、対向する２側面が開放された立方体形状であり、第一開放面１０１６と対向する第二開放面１０１８とを有する。第一開放面１０１６および第二開放面１０１８は、蓋体１０２０で閉鎖され、モジュール容器１０１３は気密密封されることで構成される。なお、ここでの図示は省略するが、筐体１０１４と蓋体１０２０とは、断熱材によって全周が覆われていてもよい。
【００２７】
筐体１０１４の内部上面には改質反応によって燃料ガスを生成する改質器１０２４が取り付けられている。改質器１０２４の取り付け作業は第一開放面１０１６及び第二開放面１０１８とから行うことができる。したがって、２つの開放面から組み付け作業が可能となるため、作業性が向上し、構成部品間の距離をより短く設計することができる。
なお、図２及び図５は改質器１０２４への流入側接続管の記載を省略しているが、部分酸化反応（ＰＯＸ）、オートサーマル反応（ＡＴＲ）、水蒸気改質反応（ＳＲ）によって、適宜原燃料ガス、水、改質用空気等を流入させる管を接続させることができる。
【００２８】
さらに、図２に示すとおり、筐体１０１４の内部に配置された複数の燃料電池セル１０１２は下方にマニホールド１００４を備えている。改質器１０２４で生成された燃料ガスは燃料ガス供給管１００６によってマニホールド１００４へと供給される。このマニホールドの上面には、燃料電池セル１０１２を支持するための貫通孔を備えた支持板１０１０が取り付けられており、マニホールド１００４内の燃料ガスが、燃料電池セル１０１２内に供給される。
【００２９】
ここで、複数の燃料電池セル１０１２は、マニホールド１００４の上面の支持板１０１０に燃料電池セル１０１２が配置された状態（図２参照）で、図１の黒矢印に示すように第一開放面１０１６からスライド式に挿入される。なお、ここでは、筐体１０１４の内部上面に改質器１０２４を設けることで、上面に複数の燃料電池セル１０１２を備えたマニホールド１００４をスライド式に挿入させているが、これに限るものではない。
【００３０】
また、図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態において、筐体１０１４の開放面を閉鎖する蓋体１０２０は、筐体１０１４の開放面よりも内側であって天面と底面との間に立設するように配置されている。すなわち、この蓋体１０２０に開放面を塞ぐための主面１０１０ａと、筐体１０１４の外方に突出する折り返し部１０２０ｂと具備させてもよい。これにより、蓋体１０２０を構成する主面１０２０ａと折り返し部１０２０ｂとによって、筐体１０１４の内側に蓋体１０２０を配置させることとなり、折り返し部１０２０と筐体１０１４とは面で接触する。これにより、開放面を持つことで剛性の低下する筐体１０１４において、その内側に蓋体１０１５を配置させることによって、筐体１０１４を面で確実に支持することができ、筐体１０１４の剛性を向上させることができる。
【００３１】
筐体１０１４の外表面には、空気通路カバー１０２０が配置されており、筐体１０１４の開放面と底面を除いて覆うように配設される。すなわち、図１及び図２に示すように空気供給流路（酸化剤ガス供給流路）１０３４は、筐体１０１４の天面と２つの側面との外壁面と、空気通路カバー１０２２の内壁面との間に形成されている。
【００３２】
ここで、図２の点線矢印に示すように、発電用空気導入管１０２８から供給された酸化剤ガスは筐体１０１４の天面の発電用空気流路１０３４に供給される。その後は、筐体１０１４の側壁に設けられた空気供給流路１０３４（図４の点線矢印参照）を流れた後、筐体１０１４に設けられた吹出口１０２６から内部に設けられた燃料電池セル１０１２へと酸化剤ガスが供給される。
【００３３】
図１及び図３に示すように、筐体１０１４は第一部材１０３８と、第二部材１０４０から成り、それぞれは接合部１０３６において接合されている。ここで、図３は図１の筐体１０１４を分解した斜視図を示しており、図４は図１のＬ方向から見た断面図を示している。以下では、これらの図を用いて接合部１０３６について詳細に説明していく。
【００３４】
図３に示される本実施形態では、対向する２側面が開口している立方体形状の筐体１０１４は第一部材１０３８と第二部材１０４０とを接合することで構成される。その第一部材１０３８は底面部１０４２と、底面に対して垂直に設けられた二つの第一側面部１０４４とから構成され、第二部材１０４０は天面部１０４６と天面に対して垂直に設けられた２つの第二側面部１０４８とから構成される。すなわち、第一部材１０３８及び第二部材１０４０は略コの字状に形成されることとなる。このように形成することで単純な平板状の部材よりも部材自体の強度を向上させることが可能となる。なお、第一部材１０３８及び第二部材１０４０は一部材によって構成されており、曲げ加工等によって成形されることが好ましい。
【００３５】
また、第一側面部１０４４と、第二側面部１０４６とは端部同士でそれぞれ接合され、接合部１０３６を成している。
【００３６】
ここで、図４は第一側面部１０４４と、第二側面部１０４６とを接合させた接合状態を示したものであり、それぞれの部材は端部において接合されている。図４（Ａ）は、第一側面部材１０４４と第二側面部材１０４４とを端面で接合させて接合部１０３６を形成している。この場合、側面側に溶接跡（斜線塗りつぶし）が形成される。図４（Ｂ）は、第一側面部材１０４４と第二側面部材１０４８とを側面方向で接合させて接合部を形成している。この場合、第一側面部材１０４４と第二側面部材１０４８によって形成される角部に溶接跡（斜線塗りつぶし）が形成される。ここでは２つの例を示したがこれに限らず、略コの字状に形成された第一部材１０３８と第二部材１０４０とが、第一側面部１０４４と第二側面部１０４６によって接合されていればよい。
【００３７】
また、筐体１０１４の外壁面には燃料電池セル１０１２に酸化剤ガスを供給するための空気供給流路１０３４が設けられており、空気供給流路１０３４よりも下方に接合部１０３６が設けられていることが好ましい。図４に示すように、接合部１０３６は、例えば溶接等によって接合されて構成されるため、接合部１０３６の壁面には接合跡が残ってしまう。そのため、外壁に設けられた空気供給流路１０３４内に接合部１０３６が設けられると、空気供給流路１３４内の酸化剤ガスの流れが阻害されてしまう可能性がある。それにより、燃料電池セル１０１２への酸化剤ガスの供給バラツキが生じてしまう。したがって、空気供給流路１０３４よりも下方に接合部１０３６を配置することで、接合部１０３６が酸化剤ガスの流れを阻害せず、酸化剤ガス供給バラツキを抑制することができる。
【００３８】
なお、ここでは両側面からの接合形態を示したが、強度的に一方の面からの接合作業で十分であれば、一方の面からのみの接合であってもよい。
また、ここで述べている「接合」とは溶接、ボルト固定、摩擦接合等、二つの別体の部材を接合できればよく、いずれかの接合方法に限ったものではない。
【００３９】
ここで、本実施形態によれば、図１乃至図５に示すように、筐体１０１４の内部に配置された複数の燃料電池セル１０１２の上方には燃焼部としての燃焼室１０３０が形成され、この燃焼室１０３０で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、高温の排ガス（以下では適宜「燃焼ガス」と呼ぶ）を生成するようになっている。さらに、この燃焼室１０３０の上方には、燃料ガスを生成する改質器１０２４が配置され、排ガスは改質器１０２０に熱を与えた後に排ガス排出口１０３２から排出される。
【００４０】
すなわち、筐体１０１４の内部において、上方から改質器１０２４、燃焼室１０３０、燃料電池セル１０１２の順に配置されている。
【００４１】
ここで、第一部材１０３８及び第二部材１０４０が接合された接合部１０３６は比較的強度が小さく、高温状態である筐体１０１４内の熱影響を大きく受けてしまうと、接合部１０３６が劣化や破損してしまう可能性がある。このため、筐体１０１４内で最大温度となる燃焼室１０３０から接合部１０３６を上下方向において離間させることで、燃焼室１０３０から接合部１０３６へ加わる熱影響を小さくすることができ、接合部１０３６が劣化破損を抑制することができる。すなわち、第一開放面１０１６及び第二開放面１０１８とを備えた筐体１０１４の接合部１０３６への熱影響を、接合部１０３６の配置を調整するとの簡易な方法により実現することができる。
【００４２】
また、図５に示すように、燃焼室１０３０は筐体１０１４内部の上方に設けられており、接合部１０３６は燃焼室１０３０よりも下方に位置している。これは、特に高温となる燃焼室１０３０が筐体１０１４の上方に位置し、熱に弱い接合部１０３６を燃焼室１０３０よりも下方に配置している。燃焼室１０３０で生成された燃焼ガスは高温であるため上昇するが、燃焼室１０３０よりも接合部１０３６は下方に配置されているため、接合部１０３６が燃焼室１０３０から受ける熱量を小さくすることができる。したがって、接合部１０３６が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【００４３】
また、本実施形態において、燃料部１０３０の下方に設けられた複数の燃料電池セル１０１２よりも下方に接合部１０３６が設けられていることが好ましい。燃料電池セル１０１２は発電運転時には高温状態となる。したがって燃料電池セル１０１２よりも下方に接合部１０３６を配置することで、燃料電池セル１０１２から受ける熱影響を抑制することができ、接合部１０３６が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【００４４】
さらに、図５に示すように、筐体１０１４の内部であって、改質器１０２４は燃焼室１０３０よりも上方に設けられている。そのため、改質器１０２４は高温の燃焼室１０３０から受熱し続けるため高温状態となる。したがって、筐体内部において、改質器１０２４、燃焼室１０３０、燃料電池セル１０１２は筐体から上方にかけて配置されており、その部分は筐体１０１４内において高温領域（図５参照）となる。それに対して、燃料電池セル１０１２よりも下方は低温領域（図５参照）となり、接合部１０３６は低温領域に配置される。したがって、接合部１０３６が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【００４５】
また、接合部１０３６はマニホールド１００４の上板であり燃料電池セル１０１２を支持する支持板１０１０よりも下方になるように設けられている。支持板１０１０は燃料電池セルを支持しており、燃料電池セル１０１２の熱を受けて支持板１０１０も高温となる。したがって、支持板１０１０よりも下方に配置することで、接合部１０３６が熱によって劣化や破損することを抑制することができる。
【００４６】
さらに、このように支持板１０１０よりも下方に接合部１０３６を配置することで、複数の燃料電池セル１０１２を備えたマニホールドをスライド式に挿入する際に、支持板１０１０が接合部１０３６よりも上方に位置するため、溶接跡が支持板１０１０に接触することはなく、組み付け性の観点からも良好である。
【００４７】
ここで、本実施形態では、燃料電池セル１０１２は円筒形として図示したがこれに限らず、平板型や扁平円筒型であってもよい。燃料電池セル１０１２の形状を適宜選択することでモジュール容器１０１３のサイズや排ガスの排出方法などを自由に調整することができる。
【００４８】
（実施例）
次に、図面を参照して、本発明にかかる接合部を備えた筐体を有する固体酸化物形燃料電池装置の実施例について説明する。
【００４９】
図６は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。図６に示すように、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
【００５０】
燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材７を介してモジュール容器として機能する金属製のモジュール容器８が内蔵されている。この密閉空間であるモジュール容器８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤ガス（以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、８個の燃料電池セルスタック１４（図１２参照）を備え、この燃料電池セルスタック１４は、各々が燃料電池セルを含む、１６本の燃料電池セルユニット１６（図１１参照）から構成されている。この例では、燃料電池セル集合体１２は、１２８本の燃料電池セルユニット１６を有する。燃料電池セル集合体１２は、複数の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
【００５１】
燃料電池モジュール２のモジュール容器８の発電室１０の上方には、燃焼部としての燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、排ガス（言い換えると燃焼ガス）を生成するようになっている。さらに、モジュール容器８は断熱材７により覆われており、燃料電池モジュール２内部の熱が、外気へ発散するのを抑制している。また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器１２０が配置され、残余ガスの燃焼熱によって改質器１２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。
【００５２】
さらに、ハウジング６内においてモジュール容器８の上方には、蒸発器１４０が断熱材７内に設けられている。蒸発器１４０は、供給された水と排ガスとの間で熱交換を行うことによって、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガス（以下では「燃料ガス」と呼ぶこともある。）をモジュール容器８内の改質器１２０に供給する。
【００５３】
次に、補機ユニット４は、燃料電池モジュール２からの排気中に含まれる水分を結露させた水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された燃料を遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）と、電源喪失時において、燃料流量調整ユニット３８から流出する燃料ガスを遮断するバルブ３９を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）と、改質器１２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
【００５４】
次に、燃料電池モジュール２には、排ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４から水道水が供給され、この水道水が排ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
【００５５】
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。図７は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図８は、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図９は、筐体及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【００５６】
図７及び図８に示すように、燃料電池モジュール２は、断熱材７で覆われたモジュール容器８の内部に設けられた燃料電池セル集合体１２及び改質器１２０を有すると共に、モジュール容器８の外部で且つ断熱材７内に設けられた蒸発器１４０を有する。
【００５７】
ここで、モジュール容器８は、図９に示すように、略矩形の天板８ａ，底板８ｃ，これらの長手方向（図７の左右方向）に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板８ｂからなる筐体９と、この筐体本体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板８ａ及び底板８ｃの幅方向（図８の左右方向）に延びる辺同士を連結する蓋体８ｄ，８ｅからなる。
【００５８】
すなわち、筐体９（天板８ａ、底板８ｃ、側面８ｂ）と蓋体８ｄ，８ｅとで構成されたモジュール容器８において、筐体９と蓋体８ｄ，８ｅの外表面は断熱材７により覆われており、蓋体８ｄ，８ｅと断熱材７とで区画される空間には空気層が形成されている。すなわち、断熱材層と空気層とによって二層の断熱層が形成されることとなる。
【００５９】
モジュール容器８は、空気通路カバー１６０によって天板８ａ及び側板８ｂが覆われている。空気通路カバー１６０は、天板１６０ａと、対向する一対の側板１６０ｂとを有する。天板１６０ａの略中央部分には、排気管１７１を貫通させるための開口部１６７が設けられている。天板１６０ａと天板８ａとの間、及び、側板１６０ｂと側板８ｂとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュール容器８の外側と断熱材７との間、具体的にはモジュール容器８の天板８ａ及び側板８ｂと、空気通路カバー１６０の天板１６０ａ及び側板１６０ｂとの間には、酸化剤ガス供給通路としての空気通路１６１ａ，１６１ｂが形成されている（図８参照）。
【００６０】
モジュール容器８の側板８ｂの下部には、複数の貫通孔である吹出口８ｆが設けられている（図９参照）。発電用空気は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａのうち、モジュール容器８の蓋体８ｅ側の略中央部に設けられた発電用空気導入管７４から流路方向調整部１６４を介して空気通路１６１ａ内に供給される（図７、図９参照）。そして、発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂを通って、吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される（図８、図９参照）。
【００６１】
また、図８、図９に示すように、筐体９（天板８ａ、底板８ｃ、側面８ｂ）は下方に接合部１７６を有する。ここで、２つの対向する開口部を有する筐体は略コの字状の２部材を接合することで構成されており、これにより、筐体の剛性を向上させることができる。さらに、接合部１７６を筐体９の下方に設け、筐体９内からの熱影響を受けにくくしている。すなわち、筐体９の剛性を向上させつつ、熱影響による接合部１７６の劣化や破損を抑制することができる。
【００６２】
ここで、本実施例ではコンパクト化の観点から断熱材７がモジュール容器８の外周に配置させている。しかし、筐体９の剛性を向上させつつ、熱影響による接合部１７６の劣化や破損を抑制するためには、これに限らず、断熱材７はモジュール容器８の内部に配置されていてもよい。
【００６３】
また、空気通路１６１ａ，１６１ｂの内部には、熱交換促進部材としての板状のオフセットフィンであるプレートフィン１６２，１６３が設けられている（図８参照）。プレートフィン１６２は、モジュール容器８の天板８ａと空気通路カバー１６０の天板１６０ａの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられ、プレートフィン１６３は、モジュール容器８の側板８ｂと空気通路カバー１６０の側板１６０ｂとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット１６よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられている。
【００６４】
空気通路１６１ａ，１６１ｂを流れる発電用空気は、特にプレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の内側のモジュール容器８内（具体的には天板８ａ，側板８ｂに沿って設けられた排気通路）を通過する排ガスとの間で熱交換を行い、加熱されることとなる。このようなことから、空気通路１６１ａ，１６１ｂにおいてプレートフィン１６２，１６３が設けられた部分は、熱交換器（熱交換部）として機能する。なお、プレートフィン１６２が設けられた部分が主たる熱交換器部分を構成し、プレートフィン１６３が設けられた部分が従たる熱交換器部分を構成する。
【００６５】
次に、蒸発器１４０は、モジュール容器８の天板８ａ上で水平方向に延びるように固定されている。また、蒸発器１４０とモジュール容器８との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材７の一部分７ａが配置されている（図７及び図８参照）。
【００６６】
具体的には、蒸発器１４０は、長手方向（図７の左右方向）の一側端側に、水及び原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい）を供給する燃料供給配管６３と、排ガスを排出するための排ガス排出管８２（図８参照）とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管１７１の上端部が連結されている。排気管１７１は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａに形成された開口部１６７を貫通して下方へ延び、モジュール容器８の天板８ａ上に形成された排ガス排出口１１１に連結されている。排ガス排出口１１１は、モジュール容器８内の燃焼室１８で生成された排ガスをモジュール容器８の外へ排出する開口部であり、モジュール容器８の上面視略矩形の天板８ａのほぼ中央部に形成されている。
【００６７】
また、蒸発器１４０は、図７及び図８に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース１４１を有している。この蒸発器ケース１４１は、２つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース１４２と下側ケース１４３とを、これらの間に中間板１４４を挟んだ状態で接合して形成されている。
【００６８】
したがって、蒸発器ケース１４１は、上下方向に二層構造となっており、下層部分には、排気管１７１から供給された排ガスが通過する排気通路部１４０Ａが形成され、上層部分には、燃料供給配管６３から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部１４０Ｂと、蒸発部１４０Ｂで生成された水蒸気と燃料供給配管６３から供給された原燃料ガスとを混合させる混合部１４０Ｃが設けられている。
【００６９】
蒸発部１４０Ｂ及び混合部１４０Ｃは、複数の連通孔（スリット）が設けられた仕切り板により蒸発器１４０を仕切った空間にて形成されている。また、蒸発部１４０Ｂ内には、アルミナボール（図示せず）が充填されている。
また、排気通路部１４０Ａは、同様に複数の連通孔を有する２つの仕切り板により排ガスの上流側から下流側にかけて３つの空間に仕切られている。そして、２番目の空間に燃焼触媒（図示せず）が充填されている。すなわち、本実施例の蒸発器１４０は、燃焼触媒器を含んでいる。
【００７０】
このような蒸発器１４０では、蒸発部１４０Ｂ内の水と排気通路部１４０Ａを通過する排ガスとの間で熱交換が行われ、排ガスの熱により蒸発部１４０Ｂ内の水が蒸発して、水蒸気が生成されることとなる。また、混合部１４０Ｃ内の混合ガスと排気通路部１４０Ａを通過する排ガスとの間で熱交換が行われ、排ガスの熱により混合ガスが昇温されることとなる。
【００７１】
更に、図７に示すように、混合部１４０Ｃには、改質器１２０に混合ガスを供給するための混合ガス供給管１１２が接続されている。この混合ガス供給管１１２は、排気管１７１の内部を通過するように配置されており、一端が中間板１４４に形成された開口１４４ａに連結され、他端が改質器１２０の天面に形成された混合ガス供給口１２０ａに連結されている。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ内，排気管１７１内を通過してモジュール容器８内まで鉛直下方に延び、そこで略９０°屈曲されて天板８ａに沿って水平方向に延びた後、下方へ略９０°屈曲されて改質器１２０に連結されている。
【００７２】
次に、改質器１２０は、燃焼室１８の上方でモジュール容器８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置され、モジュール容器８の天板８ａとの間に排ガス誘導部材１３０を介して所定距離隔てられて状態で、天板８ａに対して固定されている。改質器１２０は、上面視で外形略矩形であるが、中央部に貫通孔１２０ｂが形成された環状構造体であり、上側ケース１２１と下側ケース１２２とが接合されている。この貫通孔１２０ｂは、天板８ａに形成された排ガス排出口１１１と上面視で重なるように位置し、好ましくは、貫通孔１２０ｂの中央位置に排ガス排出口１１１が形成される。
【００７３】
改質器１２０の長手方向の一端側（モジュール容器８の蓋体８ｅ側）では、上側ケース１２１に設けられた混合ガス供給口１２０ａに混合ガス供給管１１２が連結されており、他端側（蓋体８ｄ側）では、燃料ガス供給管６４が下側ケース１２２に、脱硫器３６まで延びる水添脱硫器用水素取出管６５が上側ケース１２１にそれぞれ連結されている。したがって、改質器１２０は、混合ガス供給管１１２から混合ガス（つまり水蒸気が混合された原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい））を受け取り、内部で混合ガスを改質し、燃料ガス供給管６４及び水添脱硫器用水素取出管６５から改質後のガス（即ち、燃料ガス）を排出するように構成されている。
【００７４】
改質器１２０は、その内部空間が２つの仕切り板１２３ａ，１２３ｂによって３つの空間に仕切られることにより、改質器１２０内に、混合ガス供給管１１２からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部１２０Ａと、混合ガスを改質するための改質触媒（図示せず）が充填された改質部１２０Ｂと、改質部１２０Ｂを通過したガスを排出するガス排出部１２０Ｃと、が形成されている（図７参照）。改質部１２０Ｂは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに設けられた複数の連通孔（スリット）を通って移動可能となっている。また、改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
【００７５】
混合ガス受入部１２０Ａには、蒸発器１４０から混合ガス供給管１１２を介して供給された混合ガスが混合ガス供給口１２０ａを通して噴出される。この混合ガスは、混合ガス受入部１２０Ａ内で拡張されて噴出速度が低下し、仕切り板１２３ａを通過して改質部１２０Ｂに供給される。
改質部１２０Ｂでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板１２３ｂを通過してガス排出部１２０Ｃに供給される。
ガス排出部１２０Ｃでは、燃料ガスが燃料ガス供給管６４、及び、水添脱硫器用水素取出管６５へ排出される。
【００７６】
燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管６４は、モジュール容器８内を蓋体８ｄに沿って下方へ延び、底板８ｃ付近で略９０°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内へ入り、更にマニホールド６６内で逆側の蓋体８ｅ付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。このマニホールド６６の上方には、燃料電池セルスタック１４を支持するための貫通孔を備えた支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。また、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。
【００７７】
排ガス誘導部材１３０は、改質器１２０と天板８ａとの間でモジュール容器８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排ガス誘導部材１３０は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板１３１及び上部誘導板１３２と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板１３３，１３４とを備えている（図７，図８参照）。上部誘導板１３２は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板１３１に連結されている。連結板１３３，１３４は、上端部が天板８ａに連結され、下端部が改質器１２０に連結されており、これにより、排ガス誘導部材１３０及び改質器１２０を天板８ａに固定している。
【００７８】
下部誘導板１３１は、幅方向（図８の左右方向）の中央部が下方に向けて突出する凸状段部１３１ａが形成されている。一方、上部誘導板１３２は、下部誘導板１３１と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部１３２ａが形成されている。凸状段部１３１ａと凹部１３２ａは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管１１２は、モジュール容器８内でこの凹部１３２ａ内を水平方向に延びた後、蓋体８ｅ付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板１３２及び下部誘導板１３１を貫通して、改質器１２０に連結されている。
【００７９】
排ガス誘導部材１３０は、上部誘導板１３２、下部誘導板１３１、連結板１３３，１３４によって、断熱層として機能する内部空間であるガス溜１３５が形成されている。このガス溜１３５は、燃焼室１８と流体連通している。すなわち、上部誘導板１３２、下部誘導板１３１、連結板１３３，１３４は、所定の隙間を形成するように連結されており、気密的には連結されていない。ガス溜１３５には、運転中に燃焼室１８から排ガスが流入したり、停止時に外部から空気が流入したりすることが可能となっているが、総じてガス溜１３５の内外間のガスの移動は緩やかである。
【００８０】
上部誘導板１３２は、天板８ａと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板１３２と天板８ａとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる排気通路１７２が形成されている。この排気通路１７２は、モジュール容器８の天板８ａを挟んで空気通路１６１ａと並設されており、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内のプレートフィン１６２，１６３と同様なプレートフィン１７５が配置されている。このプレートフィン１７５は、プレートフィン１６２と上面視で略同一箇所に設けられており、天板８ａを挟んで上下方向に対向している。空気通路１６１ａ及び排気通路１７２のうち、プレートフィン１６２，１７５が設けられた部分において、空気通路１６１ａを流れる発電用空気と排気通路１７２を流れる排ガスとの間で効率的な熱交換が行われて、排ガスの熱により発電用空気が昇温されることとなる。
【００８１】
また、改質器１２０は、モジュール容器８の側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器１２０と側板８ｂとの間には、排ガスを下方から上方へ通過させる排気通路１７３が形成されている。また、排ガス誘導部材１３０も側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、排気通路１７３は、排ガス誘導部材１３０と側板８ｂとの間の通路を含んで天板８ａまで延びている。排気通路１７３は、天板８ａと側板８ｂとの角部に位置する排ガス導入口１７２ａで排気通路１７２と連通している。この排ガス導入口１７２ａは、モジュール容器８内で長手方向に延びている。
【００８２】
さらに、下部誘導板１３１は、改質器１２０の上側ケース１２１の天面から所定の上下方向距離を隔てて配置されており、下部誘導板１３１と上側ケース１２１との間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂは、貫通孔１２０ｂを下方から上方へ向けて通過した排ガスを通過させる排気通路１７４を形成している。この排気通路１７４は、改質器１２０の上方で排気通路１７３と合流する。
【００８３】
次に、図１０を参照して、燃料電池セルユニット１６について説明する。図１０は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図１０に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子８６とを備えている。
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００８４】
燃料電池セル８４の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路細管９８が形成されている。
【００８５】
この燃料ガス流路細管９８は、内側電極端子８６の中心から燃料電池セル８４の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド６６（図７参照）から、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃料ガス流路８８に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路８８から、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃焼室１８（図７参照）に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。
【００８６】
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００８７】
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００８８】
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
【００８９】
次に、図１１を参照して、燃料電池セルスタック１４について説明する。図１１は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図１１に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６は、８本ずつ２列に並べて配置されている。
各燃料電池セルユニット１６は、下端側がセラミック製の長方形の支持板６８（図７参照）により支持され、上端側は、両端部の燃料電池セルユニット１６が４本ずつ、概ね正方形の２枚の上支持板１００により支持されている。これらの支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
【００９０】
さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される燃料極用接続部１０２ａと、空気極である外側電極層９２の外周面と電気的に接続される空気極用接続部１０２ｂとを接続するように一体的に形成されている。また、各燃料電池セルユニット１６の外側電極層９２（空気極）の外表面全体には、空気極側の電極として、銀製の薄膜が形成されている。この薄膜の表面に空気極用接続部１０２ｂが接触することにより、集電体１０２は空気極全体と電気的に接続される。
【００９１】
さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図１１では左端の奥側）に位置する燃料電池セルユニット１６の空気極には、２つの外部端子１０４がそれぞれ接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の内側電極端子８６に接続され、上述したように、１２８本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
【００９２】
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。図１２は、図７と同様の、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図１３は、図８と同様の、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１２及び図１３は、それぞれ、図７及び図８中にガスの流れを示す矢印を新たに付加した図であり、説明の便宜上、断熱材７を取り除いた状態の図を示している。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排ガスの流れを示す。
【００９３】
図１２に示すように、水及び原燃料ガス（燃料ガス）は、蒸発器１４０の長手方向の一端側に連結された燃料供給配管６３から蒸発器１４０の上層に設けられた蒸発部１４０Ｂ内に供給される。蒸発部１４０Ｂに供給された水は、蒸発器１４０の下層に設けられた排気通路部１４０Ａを流れる排ガスにより加熱され水蒸気となる。この水蒸気と、燃料供給配管６３から供給された原燃料ガスとが、蒸発部１４０Ｂ内を下流方向に流れて行き、混合部１４０Ｃ内で混合される。混合部１４０Ｃ内の混合ガスは、下層の排気通路部１４０Ａを流れる排ガスにより加熱される。
【００９４】
混合部１４０Ｃ内で形成された混合ガス（燃料ガス）は、混合ガス供給管１１２を通って、モジュール容器８内の改質器１２０に供給される。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ，排気管１７１，及び排気通路１７２を順に通過しているため、これらの通路を流れる排ガスにより、混合ガス供給管１１２内の混合ガスは更に加熱される。
【００９５】
混合ガスは、改質器１２０内の混合ガス受入部１２０Ａ内に流入し、ここから仕切り板１２３ａを通過して改質部１２０Ｂに流入する。混合ガスは、改質部１２０Ｂにおいて改質されて燃料ガスとなる。こうして生成された燃料ガスは、仕切り板１２３ｂを通過して、ガス排出部１２０Ｃに流入する。
【００９６】
更に、燃料ガスは、ガス排出部１２０Ｃから燃料ガス供給管６４と水添脱硫器用水素取出管６５とに分岐する。そして、燃料ガス供給管６４に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給管６４の水平部６４ａに設けられた燃料供給孔６４ｂからマニホールド６６内に供給され、マニホールド６６から各燃料電池セルユニット１６内に供給される。
【００９７】
また、図１２及び図１３に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管７４から空気通路１６１ａに供給される。発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内において、プレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の下部のモジュール容器８内に形成された排気通路１７２，１７３を通過する排ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。特に、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａのプレートフィン１６２に対応してプレートフィン１７５が設けられているので、発電用空気は、プレートフィン１６２とプレートフィン１７５とを介して、排ガスとより効率的な熱交換を行う。この後、発電用空気は、モジュール容器８の側板８ｂの下部に設けられた複数の吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される。なお、本実施例では、燃料電池セル集合体１２の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排ガスとの間の熱交換は行われない。したがって、燃料電池セル集合体１２の側方部位において、空気通路１６１ｂ内の発電用空気に上下方向の温度勾配が生じ難くなっている。
【００９８】
また、発電室１０内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図１３に示すように、燃焼室１８で燃焼されて排ガス（燃焼ガス）となり、モジュール容器８内を上昇していく。具体的には、排ガスは、排気通路１７３と排気通路１７４とに分岐して、改質器１２０の外側面とモジュール容器８の側板８ｂとの間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂから改質器１２０と排ガス誘導部材１３０との間をそれぞれ通過する。このとき、排気通路１７４を通過する排ガスは、改質器１２０の貫通孔１２０ｂの上方に配置された凸状段部１３１ａによって幅方向に二分され、排ガス誘導部材１３０の下部に留まることなく排気通路１７３に向けて誘導され、排気通路１７３を流れる排ガスに素早く合流される。
【００９９】
その後、排ガスは、排ガス導入口１７２ａから排気通路１７２に流入する。排気通路１７２内では、排ガスは、排気通路１７２を水平方向に流れていき、モジュール容器８の天板８ａの中央に形成された排ガス排出口１１１から流出する。
なお、排ガスが排気通路１７３を上方へ流れていく際に、空気通路１６１ｂ内に設けられたプレートフィン１６３を介して、発電用空気と排ガスとの間で熱交換が行われる。また、排ガスが排気通路１７２を水平方向に流れていく際に、排気通路１７２内に設けられたプレートフィン１７５と、このプレートフィン１７５に対応して空気通路１６１ａ内に設けられたプレートフィン１６２とを介して、発電用空気と排ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排ガスの熱により発電用空気が昇温される。
【０１００】
そして、排ガス排出口１１１から流出した排ガスは、モジュール容器８の外部に設けられた排気管１７１を通過して蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａに流入し、排気通路部１４０Ａを通過した後、蒸発器１４０から排ガス排出管８２へ排出される。排ガスは、蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａを流れる際に、上述したように、蒸発器１４０の混合部１４０Ｃ内の混合ガス及び蒸発部１４０Ｂ内の水と熱交換を行う。
【０１０１】
また、図１３に示すように、筐体９（天板８ａ、底板８ｃ、側面８ｂ）は下方に接合部１７６を有する。これにより、筐体９の剛性を向上させつつ、熱影響による接合部の劣化や破損を抑制することができる。
【０１０２】
次に、図１４〜図１８を参照して、本実施例の改質器の作用について説明する。図１４は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図であり、図１５は、改質器の周囲を流れる排ガスの説明図であり、図１６及び図１７は、それぞれ改質器及び排ガス誘導部材の側面断面斜視図及び正面断面斜視図であり、図１８は、改質器の貫通孔を流れる排ガスの説明図である。
【０１０３】
図１４に示すように、発電室１０内に供給された発電用空気は、上方へ向けて移動し（図１４の破線矢印参照）、燃焼室１８でオフガスを燃焼させて排ガスとなる。改質器１２０に貫通孔１２０ｂが形成されていない場合には、排ガスは、燃焼室１８から、排気通路１７３（モジュール容器８の側板８ｂの内面に沿って延びる）のみを通って、モジュール容器８内の上部へ向けて移動することになる。この場合、発電用空気の流路分布は、燃料電池セル集合体１２に対して、上面視幅方向の両端部付近に偏ったものとなり、中央部分の燃料電池セルユニット１６への空気供給が十分でなくなり、この部分の燃料電池セルユニット１６を劣化させてしまうおそれがあった。
【０１０４】
そこで、本実施例では、改質器１２０に貫通孔１２０ｂを設けることにより、排気通路１７４（改質器１２０の貫通孔１２０ｂから改質器１２０と排ガス誘導部材１３０との間に延びる）を形成している。これにより、本実施例では、排ガスは、燃焼室１８から、排気通路１７４と排気通路１７３とに分岐して、モジュール容器８内の上部へ向けて移動することができる（図１５参照）。
【０１０５】
また、本実施例では、特に、排気通路１７４と排気通路１７３を流れる排ガスの流量比が所定値になるように、特定的には、排気通路１７３よりも排気通路１７４を流れる排ガスの流量が大きくなるように、排気通路１７３の通路断面積，改質器１２０の上側での排気通路１７４の通路断面積，貫通孔１２０ｂの開口面積や角部Ｒ形状，後述する連結凹部等が寸法設計されている。これにより、改質器１２０と燃料電池セル集合体１２との距離が接近していたとしても、排ガスを確実に排気通路１７４へ流すことができる。このため、本実施例では、このような排ガスの流れに伴い、発電用空気の流れは、上面視で燃料電池セル集合体１２の幅方向の両端部付近に偏ることなく、中央部分へも流れるため、発電室１０内での発電用空気の空気供給量のムラが抑制され、発電用空気の流れが均等化され易くなる。
【０１０６】
また、本実施例では、改質器１２０は、その底面に衝突する排ガスによって加熱された後、排気通路１７３を通過する排ガスにより幅方向の側方から加熱されると共に、貫通孔１２０ｂを通過する排ガスにより中央部からも加熱される。このように、本実施例では、排ガスによる改質器１２０の加熱を効率良く行うことができる。
【０１０７】
また、本実施例では、上面視で改質器１２０の貫通孔１２０ｂとモジュール容器８の排ガス排出口１１１とが少なくとも部分的に重なり合うように形成されている。より好適には、上面視で排ガス排出口１１１は、貫通孔１２０ｂの点対称な位置である、貫通孔１２０ｂの長手方向及び幅方向の中央部に配置されている。また、上面視で排ガス排出口１１１及び貫通孔１２０ｂは、燃料電池セル集合体１２の中央部分に配置されている。
【０１０８】
仮に、排ガス排出口１１１が、上面視で貫通孔１２０ｂに対して幅方向にずれて配置されている場合には、貫通孔１２０ｂから排ガス排出口１１１への排ガスの流れが、少なくとも幅方向において不均等又は非対称になる。そして、このような排ガスの流れに伴って、発電用空気の流れも幅方向において不均等になる。しかしながら、本実施例では、排ガス排出口１１１と貫通孔１２０ｂが上面視でモジュール容器８の中央部分に配置され、且つ、互いに重なり合う構成となっているため、貫通孔１２０ｂから排ガス排出口１１１への排ガスの流れが、少なくとも幅方向において均等になり、発電用空気の流れも幅方向において均等になる。なお、改質器１２０も上面視でモジュール容器８の中央位置に配置されている。これにより、発電用空気の流路分布の偏りが抑制されて、中央部分及び両端部付近を含んで略均等に燃料電池セルユニット１６へ発電用空気を十分に供給することができるため、燃料電池セルユニット１６の劣化を抑制することが可能となる。
【０１０９】
また、本実施例では、改質器１２０の幅方向において、排ガスの流量が対称（線対称）となるように、即ち、貫通孔１２０ｂを挟んで両側の排気通路１７３の流量が均等で流路分布の偏りがなくなるように、貫通孔１２０ｂは、上面視で改質器１２０を少なくとも幅方向に略等分に区分けするように線対称に形成されている。なお、本実施例では、貫通孔１２０ｂは、上面視で改質器１２０を長手方向にも略等分に区分けするように線対称に形成されている。
【０１１０】
また、本実施例では、図１６及び図１７に示されているように、改質器１２０の貫通孔１２０ｂは、上面視略長円形であり、長手方向に延びるように形成されている。また、改質器１２０のハウジングは、上側ケース１２１及び下側ケース１２２からなる。上側ケース１２１及び下側ケース１２２の各々には、幅方向の両端部から貫通孔１２０ｂを連結するように内方へ窪んだ連結凹部１２１ａ，１２２ａが形成されている。本実施例では、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、それぞれ長手方向に離間して２つずつ形成されている。
【０１１１】
連結凹部１２２ａは、燃焼室１８から上昇してきた排ガスが改質器１２０の下側ケース１２２の底面に衝突すると、この排ガスを幅方向の両側、即ち、貫通孔１２０ｂ（排気通路１７４）及びモジュール容器８の側板８ｂに沿った排気通路１７３に誘導する。これにより、本実施例では、排気通路１７３に排ガスの流れが偏ることなく、貫通孔１２０ｂに排ガスを積極的に供給することが可能となる。
【０１１２】
また、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、改質器１２０の内部空間へ向けて突出している。具体的には、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、改質器１２０内の改質部１２０Ｂの流路を狭めるように内部空間へ向けて突出している。このため、混合ガスは、連結凹部１２１ａ，１２２ａによる突出部分によって流路を変更しながら改質部１２０Ｂを流れるので、混合ガスと改質触媒との接触機会及び接触時間が増える。これにより、本実施例では、混合ガスの改質効率を向上させることができる。さらに、改質触媒は改質器１２０の周囲を流れる排ガスにより所定温度まで昇温されるが、混合ガスと改質触媒との接触機会・接触時間が増えることにより、昇温した改質触媒によって混合ガスを効率良く加熱することができる。
【０１１３】
また、本実施例では、上側ケース１２１及び下側ケース１２２は、同一の原ケース部材から形成されている。即ち、原ケース部材は、金属材料を所定の型を用いて成形（例えば、絞り加工）したものである。そして、同一の原ケース部材を加工することにより、上側ケース１２１と下側ケース１２２がそれぞれ形成される。このため、低コスト化と組み立て性の向上を両立することができる。また、改質器１２０のケースを１パーツ構成とすると、絞り加工では嵩高のケースを形成できないが、本実施例では、改質器１２０のケースを上側ケース１２１及び下側ケース１２２による２パーツ構成としているため、嵩高なケースを形成することができる。このため、容積を同一とした場合には、より底面積の小さな小型の改質器とすることができる。
【０１１４】
上側ケース１２１と下側ケース１２２は、それぞれ外周側のフランジ部１２１ｂ，１２２ｂと、貫通孔１２０ｂを形成する内周側のフランジ部１２１ｃ，１２２ｃを有しており、これらフランジ部を重ね合せた状態で溶接固定されている。外周側のフランジ部１２１ｂ，１２２ｂは、同一の幅を有しており、ケースの側方から容易に溶接作業を行うことが可能である。これに対して、内周側のフランジ部１２１ｃ，１２２ｃが同一の幅を有していた場合には、これらフランジ部を側方から溶接作業を行うことは困難であり、組み立て性が悪い。このため、本実施例では、内周側のフランジ部１２１ｃは、フランジ部１２２ｃよりも幅が狭くなるように原ケース部材から加工されている（図１７参照）。このため、フランジ部１２１ｃ，１２２ｃは、これらフランジ部の段差を利用して上側から溶接作業を容易に行うことが可能となり、組み立て性を向上させることができる。
【０１１５】
また、上側ケース１２１及び下側ケース１２２は、その内側面の角部（貫通孔１２０ｂの角部を含む）は、所定の曲率半径を有するＲ形状となるように湾曲形状とされている（図１６及び図１５の破線部Ａ参照）。曲率半径は、１．０ｍｍ〜３０ｍｍが好ましい。このため、本実施例では、ガスが改質器１２０の内部を通過する際に、角部にガスが滞留することが防止されるので、容器内にデッドスペースがなくなり改質触媒に対して均一にガスを流通させ易くなる。
【０１１６】
また、貫通孔１２０ｂの周面と下側ケース１２２の下面との接続部分又は角部は、貫通孔１２０ｂの周縁（連結凹部１２２ａの部分も含む）にわたって、所定の曲率半径となるようにＲ形状に形成されている（図１７の破線部Ａ参照）。即ち、図１８に示されているように、改質器１２０のケース断面は、改質器１２０の底面から貫通孔１２０ｂの周面（側面）にかけて、外側に向けて凸状となるＲ形状となっている。
【０１１７】
貫通孔１２０ｂの周面と下側ケース１２２の底面との角部が所定の曲率半径の断面円弧状に形成されていることにより、下側ケース１２２に衝突した排ガスは貫通孔１２０ｂに向けて誘導され易くなる。そして、このような排ガスの流れに引っ張られて、発電用空気も貫通孔１２０ｂに向けて誘導される。しかしながら、曲率半径が大きくなり過ぎると、貫通孔１２０ｂへ誘導される発電用空気が多くなり過ぎて、改質器１２０の外周側を通過する発電用空気が少なくなり過ぎ、発電室１０内での発電用空気の流路分布が不均等になってしまう。
【０１１８】
このため、本実施例では、排気通路１７３と排気通路１７４での発電用空気の流量比が適宜な値になるように、角部の曲率半径が１．０ｍｍ〜３０ｍｍに設定されており、これにより、中央部分及び周縁部分に配置された燃料電池セルユニット１６にそれぞれ十分な発電用空気を行き渡らせることができる。
【０１１９】
次に、図１４を参照して、本実施例の排ガス誘導部材の作用について説明する。
本実施例では、蒸発器１４０をモジュール容器８の外部に配置しており、この配置により、モジュール容器８内で水の蒸発熱による局所的な温度低下（排ガスの温度低下を含む）を防止し、排ガスと発電用空気との熱交換をより効率的に行うように構成されている。したがって、本実施例では、燃料電池セルユニット１６の側方部分で熱交換を行うことを回避して、モジュール容器８の天板８ａ付近の限定された部位のみで実質的な熱交換を行うことを可能としている。
【０１２０】
このため、本実施例では、天板８ａを挟んでその上下に空気通路１６１ａ，排気通路１７２が形成され、この部分で実質的な熱交換が行われるように構成されている。しかしながら、装置の小型化を図る場合には、天板８ａの面積も小さくなるため、十分な熱交換を行うための面積が確保できなくなるおそれがある。そこで、本実施例では、排気通路１７２の入口と出口における排ガスの温度差を可能な限り大きく維持することにより、高い熱交換効率を達成するように構成している。
【０１２１】
このため、本実施例では、排ガス誘導部材１３０を採用している。排ガス誘導部材１３０は、貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた排ガスを、貫通孔１２０ｂと向かい合うように下方に向けて突出する凸状段部１３１ａに衝突させ、幅方向に方向付けて、速やかに排ガス導入口１７２ａに誘導する。これにより、排ガスは、排ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留することなく、素早く排ガス導入口１７２ａに向けて誘導される。
【０１２２】
排ガス誘導部材１３０の上部には熱交換部として機能する排気通路１７２が形成されているため、排ガス誘導部材１３０の上部の排ガスは下部の排ガスよりも低温である。したがって、排気通路１７４内で排ガスが排ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留すると、排ガス誘導部材１３０を介して排気通路１７２内の排ガスとの間で熱交換が生じて、排気通路１７４内の排ガスの温度が低下するおそれがある。また、排気通路１７４内の排ガスは、改質器１２０の上面や排ガス誘導部材１３０の下面を通して熱を奪われるおそれがある。しかしながら、本実施例では、排ガス誘導部材１３０の底面に凸状段部１３１ａを設けたことにより、改質器１２０の貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた高温の排ガスを、排ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留させることなく、速やかに側方に誘導することができるので、高い温度を維持したまま排ガス導入口１７２ａに到達させることが可能となる。
【０１２３】
また、排気通路１７２では、幅方向の両端部（排気通路１７２の入口である排ガス導入口１７２ａ）から中央部（特に、排気通路１７２の出口である排ガス排出口１１１）に向けて排ガスが流れる際に、発電用空気との熱交換が行われるため、排ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａ付近（図１４の破線部Ａ参照）での排ガスの温度が最も低くなる。特に、凹部１３２ａの長手方向の中央部分に配置された排ガス排出口１１１付近の温度が最も低くなる。一方、排気通路１７４では、改質器１２０の貫通孔１２０ｂの上方、即ち、排ガス誘導部材１３０の凸状段部１３１ａ付近（図１４の破線部Ｂ参照）の温度が最も高くなる。
【０１２４】
最も温度が低い破線部Ａの領域と最も温度が高い破線部Ｂの領域（図１４参照）とは、排ガス誘導部材１３０を介して上下に位置するため、直線的な離間距離は小さい。このため、これらの領域間で熱交換が行われてしまうと、排ガスの入口温度が低下するおそれがある。そこで、本実施例では、排ガス誘導部材１３０のケース部材内にガス溜１３５（ガス室）を形成し、このガス溜１３５を断熱材として機能させている。これにより、本実施例では、排ガス誘導部材１３０の上下の空間（即ち、排気通路１７２と排気通路１７４）との間、特に図１４の破線部Ａ及びＢの領域間の熱交換が遮断されるため、改質器１２０の貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた高温の排ガスの温度低下が防止され、高温状態に維持したまま排ガス導入口１７２ａへ流出させて、排ガスの入口温度を高温に維持することができる。
【０１２５】
また、排ガス誘導部材１３０が断熱材として機能するため、排気通路１７２内の排ガスの熱が排ガス誘導部材１３０によって奪われることが抑制され、排気通路１７２内の排ガスと空気通路１６１ａ内の発電用空気との間の熱交換を促進させることができる。
さらに、排気通路１７２において、排ガス誘導部材１３０の上部誘導板１３２が熱反射板として機能するため、上部誘導板１３２からの輻射熱を排ガス及び空気に与えることができる。これにより、本実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。
【０１２６】
また、排ガス誘導部材１３０は、伝熱性を有する部材（例えば、金属材料等）で形成されており、それ自体が熱伝導させる。したがって、高温の排ガスが排ガス誘導部材１３０の凸状段部１３１ａに衝突することにより凸状段部１３１ａが加熱されると、凸状段部１３１ａから排ガス誘導部材１３０の他の部位への熱伝導を完全に遮断することはできない。このため、排ガス誘導部材１３０の上面への熱伝導も生じ得る。そうすると、排ガス誘導部材１３０の上面において、熱交換部を構成する排気通路１７２の上流側と下流側の温度差が縮小され、熱交換効率の向上に不利となる。
【０１２７】
そこで、本実施例では、排ガス誘導部材１３０の上面のうち排ガスの温度が最も低くなる排気通路１７２の下流側の部位（即ち、幅方向の中央部分）に凹部１３２ａを形成することにより、排気通路１７２内で排ガスの本流部分が通過する部分（凹部１３２ａが形成された部位以外の通路高さ位置であり、図１４ではプレートフィン１７５が位置する高さ位置）と排ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａの底面との間の距離を大きくしている。これにより、排気通路１７２の下流側の部位において、排ガスと排ガス誘導部材１３０との間で熱交換が起き難くなり、凸状段部１３１ａから凹部１３２ａへの熱伝導が抑制される。即ち、凹部１３２ａが熱伝導により一旦昇温した後は、凹部１３２ａ付近で排ガスとの熱交換が起き難いため、凹部１３２ａの温度は低下し難くなる。これにより、本実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。
【０１２８】
また、混合ガス供給管１１２は、排ガス排出口１１１からモジュール容器８内を通って、改質器１２０へ配管されている。このため、混合ガス供給管１１２内の混合ガスをモジュール容器８内で予熱することができるが、この予熱により排ガスの熱が奪われるため、熱交換効率の向上にとって不利となる。そこで、本実施例では、排ガスの温度が最も低くなっている排気通路１７２の下流側にある排ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａ内に混合ガス供給管１１２を配置することにより、熱交換部での熱交換前の高温の排ガスではなく、熱交換後の低温の排ガスによって混合ガス供給管１１２を昇温させるように構成されている。これにより、排ガスの熱が混合ガス供給管１１２によって過剰に奪われることが抑制され、混合ガスを予熱する効率（熱交換効率）を低減することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１      固体酸化物型燃料電池装置
２      燃料電池モジュール
７，７ａ  断熱材
８      モジュール容器
８ａ    天板
８ｂ    側板
８ｄ，８ｅ  蓋体
９      筐体
１０      発電室
１６      燃料電池セルユニット
１８      燃焼室（燃焼部）
６３      燃料供給配管
６４      燃料ガス供給管（燃料ガス供給通路）
７４      発電用空気導入管
８２      排ガス排出管
１１１      排ガス排出口
１１２      混合ガス供給管
１２０      改質器
１２０ｂ    貫通孔（開口部）
１２１      上側ケース
１２２      下側ケース
１２１ａ，１２２ａ  連結凹部
１３０      排ガス誘導部材
１３１      下部誘導板
１３１ａ    凸状段部
１３２      上部誘導板
１３２ａ    凹部
１３３，１３４  連結板
１３５      ガス溜
１４０      蒸発器
１６０      空気通路カバー
１６０ａ    天板
１６０ｂ    側板
１６１ａ，１６１ｂ  空気通路
１６２，１６３  プレートフィン
１６４      流路方向調整部
１７１      排気管
１７２ａ    排ガス導入口
１７２，１７３，１７４  排気通路
１７５      プレートフィン
１７６      接合部
１０００      固体酸化物形燃料電池装置
１００２      燃料電池モジュール      
１００４      マニホールド（燃料マニホールド）
１００６      燃料ガス供給管
１００８      発電室
１０１０      支持板
１０１２      燃料電池セル
１０１３      モジュール容器
１０１４      筐体
１０１６      第一開放面
１０１８      第二開放面
１０２０      蓋体
１０２０ａ    主面
１０２０ｂ    折り返し部
１０２２      空気通路カバー
１０２４      改質器
１０２６      吹出口
１０２８      発電用空気導入管
１０３０      燃焼室
１０３２      排ガス排出口
１０３４      空気供給流路（酸化剤ガス供給流路）
１０３６      接合部
１０３８      第一部材
１０４０      第二部材
１０４２      底面部
１０４４      第一側面部
１０４６      天面部
１０４８      第二側面部
【図１】
2018055984.tif 000003
【図２】
2018055984.tif 000004
【図３】
2018055984.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018055984.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018055984.tif 000009
【図８】
2018055984.tif 000010
【図９】
2018055984.tif 000011
【図１０】
2018055984.tif 000012
【図１１】
2018055984.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2018055984.tif 000015
【図１４】
2018055984.tif 000016
【図１５】
2018055984.tif 000017
【図１６】
2018055984.tif 000018
【図１７】
2018055984.tif 000019
【図１８】
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