(57)【要約】【課題】燃焼器の燃焼安定性が向上された燃料電池用装置を提供する。【解決手段】燃焼器６が、供給された残余燃料ガスが流路する内部空間１８ａと、残余燃料ガスを内部空間１８ａから外部へ噴出させるための改質器４と対向する複数の燃焼口１６が配列された燃焼器天面６ａとを有し、燃料電池セルの発電に使用されずに残った残余酸化剤ガスを燃焼器に供給する残余酸化剤ガス供給流路に、残余酸化剤ガスを複数の燃焼口１６に導く残余酸化剤ガス分配板４８に形成された残余酸化剤ガス噴出口４８ｂを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルに発電用の燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するための燃料電池用装置であって、
容器と、
前記容器内に収容された少なくとも、
改質触媒が充填された充填領域を有し、前記改質触媒を用いて前記充填領域を流動する原燃料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成し、生成した前記燃料ガスを前記燃料電池セルに供給する改質器、
前記燃料電池セルの発電に使用されずに残った残余酸化剤ガスを燃焼器に供給する残余酸化剤ガス供給流路、及び
前記改質器の下方に設けられ、前記燃料電池セルの発電に使用されずに残った残余燃料ガスが供給され、前記残余酸化剤ガス供給流路を介して供給された残余酸化剤ガスを用いて、前記残余燃料ガスを燃焼させて前記改質器を加熱する前記燃焼器と、を備え、
前記燃焼器は、供給された前記残余燃料ガスが流路する内部空間と、前記残余燃料ガスを前記内部空間から外部へ噴出させるための前記改質器と対向する複数の燃焼口が配列された燃焼器天面とを有し、
さらに、前記残余酸化剤ガス供給流路に、前記残余酸化剤ガスを前記複数の燃焼口に導く残余酸化剤ガス誘導手段を備える、ことを特徴とする、燃料電池用装置。
【請求項２】
前記残余酸化剤ガス誘導手段は、前記残余酸化剤ガス供給流路を仕切り、前記複数の燃焼口に前記残余酸化剤ガスを導くための複数の残余酸化剤ガス噴出口を有する仕切り板を有する、請求項１に記載の燃料電池用装置。
【請求項３】
前記複数の残余酸化剤ガス噴出口は、前記複数の燃焼口よりも下方に位置する、請求項２に記載の燃料電池用装置。
【請求項４】
前記複数の残余酸化剤ガス噴出口は、上面視において前記複数の燃焼口が設けられた燃焼領域の近傍に設けられている、請求項３に記載の燃料電池用装置。
【請求項５】
前記燃焼器は、鉛直方向に貫通する開口部又は切り欠き部を有する、請求項４に記載の燃料電池用装置。
【請求項６】
前記残余酸化剤ガス誘導手段は、前記燃焼器を鉛直方向に貫通する残余酸化剤ガス補助噴出口を有する、請求項２から５の何れか１項に記載の燃料電池用装置。
【請求項７】
前記複数の燃焼口及び前記複数の残余酸化剤ガス噴出口は、それぞれ、円形であり、
前記燃焼口の直径は、前記残余酸化剤ガス噴出口の直径よりも小さい、請求項２から５の何れか１項に記載の燃料電池用装置。
【請求項８】
さらに、前記容器の壁面を貫通するように設けられ、前記燃焼器に着火する着火源を備え、
前記複数の残余酸化剤ガス噴出口は、前記着火源の下方以外の領域に設けられている、請求項２から５の何れか１項に記載の燃料電池用装置。
【請求項９】
前記燃料電池セルは、前記容器の外部に設けられ、
前記容器の前記残余酸化剤ガス供給流路には、前記燃料電池セルから前記残余酸化剤ガスを供給するための残余酸化剤ガス供給配管が接続され、
前記残余酸化剤ガス供給配管は、上面視において前記複数の燃焼口が設けられた燃焼領域の中心軸上で、前記残余燃料ガス供給路に接続されている、請求項２から８の何れか１項に記載の燃料電池用装置。
【請求項１０】
前記燃焼器には、前記燃料電池セルから前記残余燃料ガスを供給するための残余燃料ガス供給配管が接続され、
前記残余燃料ガス供給配管は、上面視において前記燃焼領域の中心軸上で、前記燃焼器に接続されている、請求項９に記載の燃料電池用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用装置に関し、特に、燃料電池セルに発電用の燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するための燃料電池用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電を行う燃料電池装置において、改質触媒が充填された改質器を加熱するとともに、原燃料ガスを当該改質触媒中に流通させて、燃料電池セルに供給する燃料ガスを生成することが行われている。
【０００３】
このような燃料ガスを生成し、燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するための燃料電池用装置に関して、特許文献１には、改質器において原燃料ガスを、水素を含む燃料ガスに水蒸気改質できるように、改質器の下方にバーナー（燃焼器）を設け、バーナーにより改質器に充填された改質触媒を加熱する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７６２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、特許文献１に記載された装置では、燃料電池セルスタックと燃焼器との間には防炎壁が設けられており、燃料電池セルスタックで使用されなかった残余酸化剤ガス（空気極排ガス）は、防炎壁を通り圧損の低い流動空間を通過して燃焼器に供給される。このため、酸化剤ガスの燃焼器への供給は、防炎壁や流動空間の構造に依存して不安的なものとなってしまう。特に、燃焼器に複数の燃焼口を設ける場合には、一つの燃焼口から噴出するガスの量が少ないため、酸化剤ガスの供給が不安定な状況下においては、失火のリスクが生じる。これらの理由により、燃焼器で生成される熱量の利用効率の低下や、改質触媒の加熱ムラによる劣化のおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、燃焼器の燃焼安定性が向上された燃料電池用装置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】
【０００７】
本発明は、燃料電池セルに発電用の燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するための燃料電池用装置であって、容器と、容器内に収容された少なくとも、改質触媒が充填された充填領域を有し、改質触媒を用いて充填領域を流動する原燃料ガスを改質して水素を含む燃料ガスを生成し、生成した燃料ガスを燃料電池セルに供給する改質器、燃料電池セルの発電に使用されずに残った残余酸化剤ガスを燃焼器に供給する残余酸化剤ガス供給流路、及び、改質器の下方に設けられ、燃料電池セルの発電に使用されずに残った残余燃料ガスが供給され、残余酸化剤ガス供給流路を介して供給された残余酸化剤ガスを用いて、残余燃料ガスを燃焼させて改質器を加熱する燃焼器と、を備え、燃焼器は、供給された残余燃料ガスが流路する内部空間と、残余燃料ガスを内部空間から外部へ噴出させるための改質器と対向する複数の燃焼口が配列された燃焼器天面とを有し、さらに、残余酸化剤ガス供給流路に、残余酸化剤ガスを複数の燃焼口に導く残余酸化剤ガス誘導手段を備える、ことを特徴とする。
【０００８】
上記構成の本発明によれば、残余酸化剤ガス供給流路に、残余酸化剤ガスを複数の燃焼口に導く残余酸化剤ガス誘導手段を備えるため、各燃焼口に安定して残余酸化剤ガスが供給される。これにより、燃焼器の燃焼安定性を向上することができ、さらに、燃焼器で生成される熱量の利用効率を向上し、改質触媒の加熱ムラによる劣化を抑制できる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、残余酸化剤ガス誘導手段は、残余酸化剤ガス供給流路を仕切り、複数の燃焼口に残余酸化剤ガスを導くための複数の残余酸化剤ガス噴出口を有する仕切り板を有する。
【００１０】
上記構成の本発明によれば、仕切り板を設けるという簡単な構成で、残余酸化剤ガスを各燃焼口に誘導することができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、複数の残余酸化剤ガス噴出口は、複数の燃焼口よりも下方に位置する。
【００１２】
上記構成の本発明によれば、残余酸化剤ガス噴出口が燃焼口よりも下方に設けられているため、残余酸化剤ガスが直接炎に当たり失火してしまうリスクを低減することができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、複数の残余酸化剤ガス噴出口は、上面視において複数の燃焼口が設けられた燃焼領域の近傍に設けられている。
【００１４】
上記構成の本発明によれば、残余酸化剤ガス噴出口から噴出された残余酸化剤ガスを確実に燃焼口に誘導できるとともに、残余酸化剤ガスを各燃焼口に均等に供給することができるため、燃焼安定性を向上することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、燃焼器は、鉛直方向に貫通する開口部又は切り欠き部を有する。
【００１６】
上記構成の本発明によれば、燃焼器に開口部又は切り欠き部が形成されていることにより、燃焼器の上面視内側に位置する燃焼口に対しても十分に残余酸化剤ガスを供給することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、残余酸化剤ガス誘導手段は、燃焼器を鉛直方向に貫通する残余酸化剤ガス補助噴出口を有する。
【００１８】
上記構成の本発明によれば、燃焼器の内側に位置する燃焼口に対しても、残余酸化剤ガス補助噴出口を通じて、十分に残余酸化剤ガスを供給することができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、複数の燃焼口及び複数の残余酸化剤ガス噴出口は、それぞれ、円形であり、燃焼口の直径は、残余酸化剤ガス噴出口の直径よりも小さい。
【００２０】
上記構成の本発明によれば、燃焼口の直径を小さくすることにより、残余燃料ガスの噴出流速を十分に高めることができ、必要な火力の確保と、燃焼性の安定性とを両立することができる。
【００２１】
本発明において、好ましくは、さらに、容器の壁面を貫通するように設けられ、燃焼器に着火する着火源を備え、複数の残余酸化剤ガス噴出口は、着火源の下方以外の領域に設けられている。
【００２２】
点火源の近傍は、着火の際に酸化剤ガスの流動が少ないことが望ましいが、残余酸化剤ガスの流速が十分ではないと、全ての燃焼口に確実に残余酸化剤ガスを供給することはできない。これに対して、上記構成の本発明によれば、着火源の下方以外の領域に残余酸化剤ガス噴出口が設けられているため、確実に着火することができる。
【００２３】
本発明において、好ましくは、燃料電池セルは、容器の外部に設けられ、容器の残余酸化剤ガス給流路には、燃料電池セルから残余酸化剤ガスを供給するための残余酸化剤ガス供給配管が接続され、残余酸化剤ガス供給配管は、上面視において複数の燃焼口が設けられた燃焼領域の中心軸上で、残余燃料ガス供給路に接続されている。
【００２４】
上記構成の本発明によれば、容器外部の燃料電池セルから残余酸化剤ガスを供給するための残余酸化剤ガス供給配管が上面視において燃焼領域の中心軸上で、残余燃料ガス供給路に接続されているため、残余酸化剤ガスを均等に残余酸化剤ガス噴出口に供給することできる。
【００２５】
本発明において、好ましくは、燃焼器には、燃料電池セルから残余燃料ガスを供給するための残余燃料ガス供給配管が接続され、残余燃料ガス供給配管は、上面視において燃焼領域の中心軸上で、燃焼器に接続されている。
【００２６】
上記構成の本発明によれば、燃料電池セルから残余燃料ガスを供給するための残余燃料ガス供給配管が、上面視において燃焼領域の中心軸上で、燃焼器に接続されているため、残余燃料ガスを均等にそれぞれの燃焼口に供給することできる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、燃焼器の燃焼安定性が向上された燃料電池用装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態による燃料電池用装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施例による燃料電池用装置を備えた燃料電池装置を示す斜視図である。
【図３】図２の燃料電池装置の燃料電池用装置を示す幅方向の鉛直断面図である。
【図４】図３に示す燃料電池用装置の奥行き方向断面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図３におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】本実施例による燃料電池用装置の内部を示す断面斜視図である。
【図８】本発明の第２実施例の燃料電池用装置を有する燃料電池装置を示す鉛直断面図である。
【図９】本発明の第２実施例の燃料電池用装置を有する燃料電池装置を示す水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下では、本明細書に開示する本発明の実施の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の形態が明らかである。従って、以下の説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様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。
【００３０】
まず、本発明の基本思想について説明する。
図１は本発明の実施形態による燃料電池用装置の概略構成を示す図である。本実施形態による燃料電池用装置は、発電反応を行う燃料電池セルスタックに接続されており、燃料電池セルスタックに、原燃料ガスを改質した燃料ガス、及び加熱した酸化剤ガスである酸化剤ガスを供給する。
【００３１】
また、燃料電池用装置１は金属製のハウジング（容器）２と、ハウジング２に収容された改質器４と、ハウジング２内の改質器４の下方に設けられた燃焼器６とを備える。また、ハウジング２内には、残余酸化剤ガスの流れる流路（残余酸化剤ガス供給流路）を上流側の空間（上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａ）と下流側の空間とに仕切る残余酸化剤ガス分配板４８が配置されている。残余酸化剤ガス分配板４８の上面には、残余酸化剤ガスを燃焼器６の燃焼口に導くための複数の残余酸化剤ガス噴出口４８ｂが形成されている。この残余酸化剤ガス噴出口４８ｂが設けられた残余酸化剤ガス分配板４８は、残余酸化剤ガスを燃焼口１６に導くための残余酸化剤ガス誘導手段として機能する。残余酸化剤ガス噴出口４８ｂは、燃焼器６の燃焼口よりも下方の、燃焼口により形成された燃焼領域の近傍に設けられている。
【００３２】
改質器４は、改質触媒が充填された水平方向に延在する充填領域を有し、燃焼器６により当該充填領域が下方から加熱されるように配置されている。改質器４には外部から原燃料ガスが供給され、供給された原燃料ガスは充填領域を流通する。この際、改質触媒による改質反応によって原燃料ガスから水素を含む燃料ガスが生成され、生成された燃料ガスは燃料ガス供給流路８を通じて燃料電池セルスタックに供給される。ここで上記の改質反応とは、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）や水蒸気改質反応（ＳＲ）あるいはＰＯＸとＳＲとが同時に発生させるオートサーマル改質反応（ＡＴＲ）等であり、これらの改質反応を発生させるために、原燃料ガスである炭化水素系ガスとともに、水蒸気や改質用酸化剤ガスを混合させて、あるいは個別に改質器４に供給することが一般的である。
【００３３】
また、ハウジング２には外部から酸化剤ガスが供給される。外部から供給された酸化剤ガスは、ハウジング２内の酸化剤ガス流路１０を通って加熱されて、燃料電池セルスタックに供給される。燃料電池セルスタックは、燃料電池用装置１から供給された燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う。
【００３４】
燃料電池セル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は、燃料電池セルスタックから燃焼器６まで延びる残余燃料ガス供給流路１２を介して燃焼器６に供給される。燃焼器６には内部に供給された残余燃料ガスが流通する内部空間が形成されており、また、改質器４と対向する燃焼器天面６ａには内部空間から残余燃料ガスを噴出する複数の燃焼口が形成されている。燃焼器６に供給された残余燃料ガスは、燃焼器６内部から燃焼口を通じて噴射されて燃焼される。
【００３５】
また、燃料電池セルスタックにおいて発電に使用されずに残った酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス供給流路１４を通じてハウジング２の上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａに供給される。そして、上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａから残余酸化剤ガス噴出口４８ｂを通じて噴出される。この際、残余酸化剤ガスは、燃焼器６の燃焼口に向けて誘導される。
【００３６】
燃焼器６の燃焼口から噴出された残余燃料ガスは残余酸化剤ガスを用いて燃焼され、燃焼器６の上方に配置された改質器４を加熱する。これにより、改質器４内の充填領域に充填された改質触媒（図示せず）が水蒸気改質可能な温度に加熱される。燃焼器６において、残余燃料ガスを燃焼して生じた排ガスは、ハウジング２の外部に排出される。
【００３７】
上記実施形態によれば、残余酸化剤ガス供給流路に残余酸化剤ガスを複数の燃焼口に導く残余酸化剤ガス誘導手段としての複数の残余酸化剤ガス噴出口４８ｂを備えるため、各燃焼口に安定して残余酸化剤ガスが供給される。これにより、燃焼器６の燃焼安定性を向上することができ、さらに、燃焼器６による発熱の熱利用効率を向上し、改質触媒の加熱ムラによる劣化を抑制できる。
【００３８】
また、上記実施形態によれば、残余酸化剤ガス分配板４８を設けるという簡単な構成で、残余酸化剤ガスを各燃焼口に誘導することができる。
【００３９】
また、上記実施形態によれば、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂが燃焼口よりも下方に設けられているため、残余酸化剤ガスが直接炎に当たり失火してしまうリスクを低減することができる。
【００４０】
また、上記実施形態によれば、複数の残余酸化剤ガス噴出口４８ｂは、上面視において複数の燃焼口が設けられた燃焼領域の近傍に設けられているため、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂから噴出された残余酸化剤ガスを確実に燃焼口に誘導できるとともに、残余酸化剤ガスを各燃焼口に均等に供給することができるため、燃焼安定性を向上することができる。
【００４１】
なお、残余酸化剤ガス誘導手段の構成は図１を参照して説明した構成に限られない。例えば、後述するように、燃焼器を貫通する残余酸化剤ガス補助噴出口を設けてもよいし、燃焼口に向けて残余酸化剤ガスを誘導するような配管を設けてもよい。
【実施例】
【００４２】
次に、図２乃至図７を参照して、本発明の実施例による燃料電池用装置を備えた燃料電池装置の構成を詳細に説明する。
図２は、本実施例による燃料電池用装置を備えた燃料電池装置を示す斜視図である。図３は、図２の燃料電池装置の燃料電池用装置を示す幅方向の鉛直断面図である。図４は、図３に示す燃料電池用装置の奥行き方向断面図である。図５は、図３におけるＶ−Ｖ断面図である。図６は、図３におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。図７は、本実施例による燃料電池用装置の内部を示す断面斜視図である。
図２に示すように、本実施例による燃料電池装置２０は、燃料電池用装置１と、蒸発器２２と、燃料電池セルスタック２４とを備える。
【００４３】
蒸発器２２は、供給された水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と混合するように構成されている。また、燃料電池用装置１は蒸発器２２から供給された混合ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成するとともに、外部から供給された酸化剤ガスを加熱し、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電池セルスタック２４に供給するように構成されている。燃料電池セルスタック２４は、供給された燃料ガス及び酸化剤ガスを用いて発電を行う。
【００４４】
燃料電池用装置１は、概ね直方体形状の金属製のハウジング２を有する。燃料電池用装置１は、燃料電池セルスタック２４の上方に配置され、また、蒸発器２２は、燃料電池用装置１の上方に配置されている。これらの燃料電池セルスタック２４、燃料電池用装置１、及び蒸発器２２は断熱材（図示せず）によって夫々包囲されており、燃料電池セルスタック２４は、燃料電池用装置１及び蒸発器２２から熱的に隔離されている。
【００４５】
図２に示すように、本実施例においては、燃料電池セルスタック２４は平板型セルスタックであり、複数の長方形の平板型燃料電池セル２４ａを積層して構成されている。
即ち、各燃料電池セル２４ａは、酸化物イオン導電体で構成された平板状の電解質の両面に、燃料極及び空気極（酸化剤ガス極）の電極を夫々設けることにより構成され、各燃料電池セル２４ａの間にはセパレータが配置されている（以上、図示せず）。また、積層された複数の燃料電池セル２４ａの上端にはトップエンドプレート２６ａが配置され、下端にはボトムエンドプレート２６ｂが配置されている。このように複数の燃料電池セル２４ａを積層して得られた燃料電池セルスタック２４の内部には、各燃料電池セル２４ａに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給通路（図示せず）と、酸化剤ガスである酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給通路（図示せず）が形成されている。また、燃料電池セルスタック２４の上部及び底部からは、発電された電力を取り出すための２本のバスバー２４ｂが夫々延びている。
【００４６】
さらに、燃料電池セルスタック２４のトップエンドプレート２６ａには、外部燃料供給配管８ａと、外部燃料排出配管１２ｂと、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂ（図３）と、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂ（図３）が夫々接続されている。これらの４本の配管は、燃料電池セルスタック２４と燃料電池用装置１のハウジング２の間に挟まれた空間内に延びている。即ち、これらの配管は、燃料電池セルスタック２４のトップエンドプレート２６ａの上面から上方に延び、燃料電池セルスタック２４の上方に配置されたハウジング２の単一の面である底面に接続されている。従って、外部燃料供給配管８ａと、外部燃料排出配管１２ｂと、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂと、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂは、燃料電池セルスタック２４とハウジング２の間に配置されている断熱材を貫通して延びでいる。なお、燃料電池用装置１のハウジング２は、燃料電池セルスタック２４に対し、これら４本の配管（外部燃料供給配管８ａと、外部燃料排出配管１２ｂと、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂと、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂ）のみによって連結され、支持されている。
【００４７】
図２に示すように、外部燃料供給配管８ａ及び外部燃料排出配管１２ｂは、トップエンドプレート２６ａの１つの短辺の近傍に並べて取り付けられ、夫々鉛直上方に直線状に延びている。燃料電池用装置１において改質された燃料ガスは、外部燃料供給配管８ａを介して燃料電池セルスタック２４に供給され、燃料電池セルスタック２４内の燃料ガス供給通路（図示せず）を通って各燃料電池セル２４ａに分配される。各燃料電池セル２４ａにおいて発電に使用されずに残った残余の燃料ガスは、燃料電池セルスタック２４内の燃料ガス排出通路（図示せず）を通って集められ、トップエンドプレート２６ａに取り付けられた外部燃料排出配管１２ｂを介して燃料電池用装置１に排出される。
【００４８】
図３及び図４に示すように、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂ及び外部酸化剤ガス排出配管１４ｂは、トップエンドプレート２６ａの１つの長辺の近傍に並べて取り付けられ、夫々鉛直上方に延びた後、内側に向けて９０度屈曲して水平方向に延び、さらに９０度屈曲して鉛直上方に延びている。これら外部酸化剤ガス供給配管１０ｂ、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂの上端は、燃料電池用装置１のハウジング２の底面に、幅方向に延びる奥行き方向の中心軸線上（すなわち、燃焼領域６ｂの奥行き方向の中心軸上）に並べて接続されている。
【００４９】
燃料電池用装置１において加熱された酸化剤ガスは、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂを介して燃料電池セルスタック２４に供給され、燃料電池セルスタック２４内の酸化剤ガス供給通路（図示せず）を通って各燃料電池セル２４ａに分配される。各燃料電池セル２４ａにおいて発電に使用されずに残った残余の酸化剤ガスは、燃料電池セルスタック２４内の酸化剤ガス排出通路（図示せず）を通って集められ、トップエンドプレート２６ａに取り付けられた外部酸化剤ガス排出配管１４ｂを介して燃料電池用装置１に排出される。
【００５０】
また、上記のように、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂ及び外部酸化剤ガス排出配管１４ｂがハウジング２の底面に接続される位置と、それらの配管が燃料電池セルスタック２４に接続される位置は、上面視において異なっているが、それらの配管をハウジング２と燃料電池セルスタック２４の間の空間内で湾曲させることにより、燃料電池セルスタック２４側とハウジング２側を接続することができる。従って、接続する配管を適宜変更することにより、単一のハウジング２（燃料電池用装置１）に、種々の燃料電池セルスタック２４を接続することができる。また、各配管は、ハウジング２と燃料電池セルスタック２４の間に挟まれた空間内に延びているので、占有床面積を広げることなく、外部燃料供給配管８ａと、外部燃料排出配管１２ｂと、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂと、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂを設けることができる。
【００５１】
次に、図２〜図４を参照して、蒸発器２２の構造を説明する。図２に示すように蒸発器２２には、水を供給するための水供給用配管２８と、原燃料ガスを供給するための原燃料ガス供給配管３０と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管３２が接続されている。また、燃料電池用装置１のハウジング２と、その外部の蒸発器２２とは配管により接続されており、この配管は燃料電池用装置１から蒸発器２２へ排気ガスを供給する排気ガス配管３４と、この内側に配置された混合ガス導管３６の二重管構造となっている（図３及び図４）。混合ガス導管３６は、蒸発器２２内で生成された水蒸気と、蒸発器２２に供給された原燃料ガスを混合した混合ガスを燃料電池用装置１内に導入するように構成されている。また、蒸発器２２の側面周囲三辺には、蒸発器２２を補助的に加熱するための電気ヒータ３８が巻回されている。
【００５２】
図３に示すように、蒸発器２２は、金属板により直方体状の箱形に形成されており、内部には、蒸発室４０ａと、混合室４０ｂと、排気ガス室４０ｃが形成されている。蒸発室４０ａは、蒸発器２２の天井面の直下に形成された薄型の空間であり、蒸発器２２の天井面に接続された水供給用配管２８及び原燃料ガス供給配管３０から夫々供給された水及び原燃料ガスが蒸発室４０ａ内に流入するように構成されている。
【００５３】
混合室４０ｂは、細い通路４０ｄを介して蒸発室４０ａの下流側に連通した空間として形成されている。蒸発室４０ａ内で生成された水蒸気と、蒸発室４０ａ内に供給された原燃料ガスは、細い通路４０ｄを通って混合室４０ｂ内に流入することにより混合される。混合室４０ｂの底面には、混合ガス導管３６が接続されており、混合室４０ｂ内で混合された水蒸気及び原燃料ガスは混合ガス導管３６を通って燃料電池用装置１内に導入される。
【００５４】
排気ガス室４０ｃは、蒸発器２２の下部に設けられた空間であり、蒸発器２２の底面に接続された排気ガス配管３４を介して排気ガスが流入するように構成されている。排気ガス室４０ｃに流入した排気ガスは、排気ガス室４０ｃの上側に設けられた蒸発室４０ａの床面を加熱して、蒸発器２２の側面端部に接続された排気ガス排出管３２から排出される。蒸発室４０ａに供給された水は、排気ガス室４０ｃ内を流れる排気ガスによって蒸発室４０ａの床面が加熱されることにより蒸発される。
【００５５】
排気ガス室４０ｃの下流側は、流入した排気ガスが蒸発室４０ａの床面（排気ガス室４０ｃの天井面）に沿って流れるように、薄型にされている。この薄型にされた空間には、排気ガス室４０ｃを流れる排気ガスの熱が蒸発室４０ａの床面に効率良く伝わるように、伝熱用のフィン４０ｅが配置されている。このように、排気ガス室４０ｃの一端に接続された排気ガス配管３４から流入した排気ガスは、他端に接続された排気ガス排出管３２に向かって（図３の左から右へ）流れる。一方、蒸発室４０ａの、排気ガス排出管３２側の端部に接続された水供給用配管２８から供給された水は、蒸発室４０ａ内で蒸発されながら、他端部に向かって（図３の右から左へ）流れる。このように、蒸発器２２内を流れる水蒸気と排気ガスは反対方向に流れるので、それらの間でカウンターフロー型の熱交換が行われ、効率良く熱交換がなされる。
【００５６】
次に、図２乃至図７を参照して、燃料電池用装置１の構造を説明する。
図２に示すように、燃料電池用装置１は、金属製のハウジング２によって囲まれた直方体状の箱形に形成されており、その上面には発電用の酸化剤ガスである酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給パイプ４２が接続されている。また、上述したように、ハウジング２の上面には排気ガス配管３４と混合ガス導管３６の二重管（図３）、底面には、外部燃料供給配管８ａ、外部燃料排出配管１２ｂ、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂ、及び外部酸化剤ガス排出配管１４ｂが接続されている。また、ハウジング２の一方の側面には、ハウジング２の壁面を貫通するように、点火用のセラミックヒータ４４が取り付けられている。
【００５７】
燃料電池用装置１は、混合ガス導管３６から導入された混合ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成し、外部燃料供給配管８ａを介して燃料電池セルスタック２４に供給すると共に、酸化剤ガス供給パイプ４２を介して導入された酸化剤ガスを加熱し、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂを介して燃料電池セルスタック２４に供給するように構成されている。また、燃料電池セルスタック２４において発電に使用されずに残った残余燃料ガス及び残余酸化剤ガスは、夫々、外部燃料排出配管１２ｂ及び外部酸化剤ガス排出配管１４ｂを介して燃料電池用装置１に排出される。外部燃料排出配管１２ｂ及び外部酸化剤ガス排出配管１４ｂを介して排出された残余燃料ガス及び残余酸化剤ガスは、燃料電池用装置１内で燃焼され、この燃焼熱により、酸化剤ガス供給パイプ４２から導入された酸化剤ガスを加熱する。燃焼により生成された燃焼ガスは、排気ガス配管３４を介して排気ガスとして蒸発器２２へ導入される。
【００５８】
次に、図３乃至図６を参照して、燃料電池用装置１の内部構造を説明する。
図３に示すように、燃料電池用装置１を形成するハウジング２の内部には、改質器４と、燃焼器６を収容する密閉空間が形成されている。
改質器４は、上面視で長方形の断面を有し、中央に幅方向に延びる貫通孔（開口部）４ａが設けられた金属製の環状容器であり、その一端部には混合ガスを導入するための混合ガス導管３６が接続され、他端部には改質された燃料ガスを流出させる内部燃料供給配管８ｂ（図３）が接続されている。内部燃料供給配管８ｂの先端は、外部燃料供給配管８ａに接続されている。蒸発器２２からハウジング２内に延びる混合ガス導管３６は、ハウジング２内で９０度屈曲され、水平方向に延びた後、鉛直下方に向けて９０度屈曲して、改質器４の天井面に接続されている。改質器４内部の混合ガス導管３６が接続される側の端部には、入口側仕切板４６ａが設けられている。入口側仕切板４６ａは鉛直断面形状がＶ字型で奥行き方向に延びる部材であり、一方の面が改質器４の底面に当接し、他方の面が改質器４内を斜めに延びて改質器４の天面まで到達している。これにより、改質器４内の混合ガス導管３６が接続された部分の空間が仕切られている。入口側仕切板４６ａの他方の面には複数のスリットが形成されており、上流側の空間と下流側の空間とが流体が流通可能に接続されている。
【００５９】
内部燃料供給配管８ｂは、混合ガス導管３６とは反対側の端部の、改質器４の底面に接続され、鉛直下方に延び、奥行き方向（図３紙面手前側）に９０度屈曲して水平方向に延び、さらに９０度屈曲して鉛直下方に延びている。改質器４内の下流側には、内部燃料供給配管８ｂが接続された部分を囲むように、コの字型水平断面状の出口側仕切板４６ｂが設けられており、これにより、改質器４内の内部燃料供給配管８ｂが接続された部分の空間が仕切られている。出口側仕切板４６ｂの他方の面には複数のスリットが形成されており、上流側の空間と下流側の空間とが流体が流通可能に接続されている。
【００６０】
改質器４内の入口側仕切板４６ａの下流側かつ、出口側仕切板４６ｂの上流側の空間には、改質触媒が充填されている。混合ガス導管３６から流入した原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、改質触媒と接触することにより水蒸気改質され、水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。改質器４内で水蒸気改質された燃料ガスは内部燃料供給配管８ｂに流入し、外部燃料供給配管８ａを通って燃料電池セルスタック２４に供給される。
【００６１】
燃焼器６は、燃料電池セルスタック２４と隣接しているハウジング２の底壁面の内側に設けられており、外部燃料排出配管１２ｂを介して排出された残余燃料ガスを、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂ介して排出された残余酸化剤ガスにより燃焼させるように構成されている。
【００６２】
図３、図４、図６及び図７に示すように、燃焼器６は、後述する残余酸化剤ガス分配板４８に配置されている。燃焼器６は、上面視において矩形環状形状の筐体１８により構成され、中央に幅方向に延びる貫通孔（開口部）６ｃが設けられている。燃焼器６の貫通孔６ｃと改質器４の貫通孔４ａとは上下方向に並ぶように設けられている。燃焼器６は、筐体１８内に形成された矩形環状の内部空間１８ａを有する。また、筐体１８は、改質器４と対向する天面（燃焼器天面）６ａに、複数の燃焼口１６が形成されている。複数の燃焼口１６は、燃焼器６の天面６ａに面状に分布するように配列されている。具体的には、燃焼口１６は、改質器４を鉛直に投影した領域内に、奥行き方向に所定の間隔、かつ、幅方向に所定の間隔の格子点上に配列されている。そして、燃焼口１６がこのように配列されることにより、燃焼口１６から噴出される残余燃料ガスの火炎により加熱可能な燃焼領域６ｂも略矩形状になっている。そして、本実施形態では、この燃焼領域６ｂが改質器４の充填領域の形状に対応している。すなわち、本実施形態では、略全ての燃焼口１６が改質器４の下方に位置するとともに、燃焼口１６から噴出された残余燃料ガスが燃焼して生じる火炎により、改質器４の充填領域の略全域が水蒸気改質に十分な温度まで加熱可能になっている。
【００６３】
外部燃料排出配管１２ｂの先端部は、ハウジング２を貫通し、上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａを通り、筐体１８の幅方向一端側（図６の左側）の端部の底面に接続されている。また、図６に示すように、外部燃料排出配管１２ｂの先端部は筐体１８の底面の長手方向に延びる奥行き方向の中心軸線（すなわち、燃焼領域６ｂの奥行き方向の中心軸線）に接続されている。発電に使用されずに燃料電池セルスタック２４から排出された残余燃料ガスは、外部燃料排出配管１２ｂを通じて内部空間１８ａに供給される。そして、残余燃料ガスは内部空間１８ａ内を流通して面状に広がり、燃焼口１６からハウジング２の内部へ噴出される。
【００６４】
ハウジング２の底部には、残余酸化剤ガス分配板４８が設けられている。ハウジング２に供給された残余酸化剤ガスは、ハウジング２の底部から燃焼器６まで流動するが、残余酸化剤ガス分配板４８はハウジング２内の残余酸化剤ガスが流動する空間（残余酸化剤ガス供給流路）を上流側と下流側とに仕切っている。残余酸化剤ガス分配板４８は、下面が開口する直方体状に形成されており、残余酸化剤ガス分配板４８の下縁は、ハウジング２の底部に気密に接続されている。残余酸化剤ガス分配板４８とハウジング２の底部との間には、水平方向に延在する上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａが形成されている。上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａと、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂとにより、燃料電池セル２４ａで発電に使用されずに残った残余酸化剤ガスを燃焼器６に供給する残余酸化剤ガス供給流路１４が構成される。そして、上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａは、残余酸化剤ガス供給流路１４における水平方向に延在する延在部１４ａを構成する。上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａの延在部１４ａは、燃焼器６と、ハウジング２の底部に延在する内部酸化剤ガス流路５２の延在部１０ａとの間に位置している。上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａの延在部１４ａは、残余酸化剤ガス分配板４８を介して上方に位置する燃焼器６と熱交換可能であるとともに、ハウジング２の内壁板２ａを介してハウジング２の底部に延在する内部酸化剤ガス流路５２の延在部１０ａと熱交換可能である。残余酸化剤ガス分配板４８の上面には、残余酸化剤ガスを燃焼口１６に導くための複数の残余酸化剤ガス噴出口４８ｂが形成されている。残余酸化剤ガス噴出口４８ｂは燃焼口１６よりも下方に位置している。残余酸化剤ガス噴出口４８ｂの一部は、燃焼器６の外周に沿って設けられており、燃焼器６の外側の燃焼口１６の近傍に位置している。また、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂの残部は、燃焼器６の貫通孔６ｃの縁に沿って設けられており、燃焼器６の内側の燃焼口１６の近傍に位置している。また、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂは、セラミックヒータ４４の下方の領域には設けられておらず、それ以外の領域に設けられている。
【００６５】
残余酸化剤ガス噴出口４８ｂは円形である。燃焼器６に形成された燃焼口１６の直径は、残余燃焼ガス噴出口の直径よりも小さい。これら残余酸化剤ガス噴出口４８ｂは、供給された残余酸化剤ガスを燃焼器６の燃焼口１６へ導くように構成され、残余酸化剤ガス誘導手段として機能する。
【００６６】
発電に使用されずに燃料電池セルスタック２４から排出された残余酸化剤ガスは、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂを通じて、上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａに供給される。そして、残余燃料ガスは内部空間１８ａ内を流通して面状に広がり、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂからハウジング２の内部へ噴出される。
【００６７】
図６及び図７に示すように、ハウジング２の側壁面にはセラミックヒータ４４が取り付けられており、その先端部が燃焼器６の幅方向一端（図６の右端部）の奥行き方向中心の上方まで延びている。燃料電池装置２０の起動時において、燃焼口１６から残余燃料ガスが噴出し、残余酸化剤ガス分配板４８の各残余酸化剤ガス噴出口４８ｂから残余酸化剤ガスが噴出している状態でセラミックヒータ４４に通電することにより、噴出している残余燃料ガスに点火することができる。これにより、ハウジング２内で燃焼器６の上方に配置された改質器４を加熱することができる。（なお、燃料電池装置２０の起動時においては、改質器４が昇温されていないため、改質器４内で改質反応は発生せず、燃料電池セルスタック２４による発電も行われていない。）
【００６８】
次に、図４を参照して、燃料電池用装置１における熱交換について説明する。
図４に示すように、ハウジング２はその壁面の一部が二重壁構造に構成されており、この二重壁の内側に酸化剤ガスが流通する内部酸化剤ガス流路５２が形成されている。内部酸化剤ガス流路５２に発電用の酸化剤ガスを流すことにより、燃焼器６が生成した燃焼ガスで内部を流れる酸化剤ガスを加熱している。内部酸化剤ガス流路５２及び外部酸化剤ガス供給配管１０ｂにより、酸化剤ガスを燃料電池セル２４ａに供給するための酸化剤ガス流路１０が構成される。内部酸化剤ガス流路５２は、ハウジング２の上面の一部に沿う上面部１０ｄと、長手方向の側壁面の一部に沿う側面部１０ｃと、底壁面の一部に沿う延在部１０ａとにより構成される。内部酸化剤ガス流路５２の延在部１０ａは燃焼器６の下方に水平方向に延在しており、側面部１０ｃの下端部に接続されている。側面部１０ｃは側壁面に沿って上下方向に延びており、上端部が上面部１０ｄに接続されている。上面部１０ｄは上面に沿って水平方向に延びている。これら内壁板２ａと外壁板２ｂの間の内部酸化剤ガス流路５２には、伝熱用のフィン５０が配置されており、内壁板２ａの熱が内壁板２ａと外壁板２ｂの間の空間に効率良く伝わるようになっている。従って、内壁板２ａ、外壁板２ｂ、及び伝熱用のフィン５０は、供給された酸化剤ガスである酸化剤ガスを、燃焼器６によって生成された燃焼ガスにより加熱して燃料電池セルスタック２４に供給する酸化剤ガス熱交換器として機能する。
【００６９】
酸化剤ガス供給パイプ４２から供給された酸化剤ガスは、ハウジング２の上壁面を構成する内壁板２ａと外壁板２ｂの間の内部酸化剤ガス流路５２に流入し、ここからハウジング２の短手方向に広がって、ハウジング２の側壁面を構成する内壁板２ａと外壁板２ｂの間の内部酸化剤ガス流路５２に流入する。ハウジング２の側壁面の中に流入した酸化剤ガスは下方に下り、ハウジング２の底壁面を構成する内壁板２ａと外壁板２ｂの間の内部酸化剤ガス流路５２に流入する。ハウジング２の底壁面の中に流入した酸化剤ガスは、ハウジング２の底壁面の短手方向中央に接続された外部酸化剤ガス供給配管１０ｂを通って燃料電池セルスタック２４に供給される。従って、ハウジング２の上壁面、側壁面、及び底壁面の一部が酸化剤ガス熱交換器として機能し、これらの壁面に酸化剤ガス熱交換器が設けられていることになる。
【００７０】
次に、本発明の実施例による燃料電池装置の作用を説明する。
まず、燃料電池装置２０の起動時においては、原燃料ガス供給配管３０を介して燃料電池用装置１の蒸発器２２に原燃料ガスが供給されると共に、水供給用配管２８を介して蒸発器２２に水が供給される。また、酸化剤ガス供給パイプ４２を介して発電用の酸化剤ガスが燃料電池用装置１のハウジング６の上壁面を構成する内壁板２ａと外壁板２ｂの間の内部酸化剤ガス流路５２に供給される。蒸発器２２に供給された水は蒸発器２２の蒸発室４０ａで加熱されて水蒸気となる。また、蒸発器２２に供給された原燃料ガスは混合室４０ｂにおいて水蒸気と混合されて混合ガス導管３６に流入し、さらに、改質器４の中に流入する。改質器４に流入した原燃料ガスは、水蒸気を用いて改質触媒により燃料ガスに改質され、内部及び外部燃料供給配管８ｂ、８ａを通って燃料電池セルスタック２４の内部に流入する。なお、燃料電池装置２０の起動初期においては、改質器４の温度が低いため、原燃料ガスを改質する反応は発生しない。
【００７１】
一方、酸化剤ガス供給パイプ４２を介して燃料電池用装置１に供給された酸化剤ガスは、ハウジング２の内壁板２ａと外壁板２ｂの間の内部酸化剤ガス流路５２を流通する。内部酸化剤ガス流路５２内を流通する酸化剤ガスは、燃焼器６のバーナーの火炎及び燃焼器６から発生する排ガスにより加熱される。また、ハウジング２の底部において、内部酸化剤ガス流路５２を流通する酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス分配板４８の上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａ内の残余酸化剤ガス及び燃焼器６の内部空間１８ａの残余燃料ガスとの間で熱交換が行われる。そして、酸化剤ガスは、外部酸化剤ガス供給配管１０ｂを通って燃料電池セルスタック２４の内部に流入する。燃料電池セルスタック２４内に流入した原燃料ガス及び酸化剤ガスは、内部の通路を通り、外部燃料排出配管１２ｂ及び外部酸化剤ガス排出配管１４ｂを介して燃料電池用装置に排出される。なお、燃料電池装置２０の起動初期においては、燃料電池セルスタック２４の温度が低いため、燃料電池セルスタック２４において発電反応は発生しない。
【００７２】
外部燃料排出配管１２ｂを通って燃料電池用装置１に流入した残余燃料ガスは、燃焼器６の内部空間１８ａに流入し、燃焼器天面６ａの燃焼口１６から噴出する。一方、外部酸化剤ガス排出配管１４ｂを通って燃料電池用装置１に排出された酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス分配板の上流側残余酸化剤ガス供給流路４８ａに流入し、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂから噴出する。また、燃料電池装置２０の起動時においては、セラミックヒータ４４に通電され、セラミックヒータ４４の熱により燃焼口１６から噴出した残余燃料ガスに点火される。これにより燃焼器６が残余燃料ガスを燃焼させて燃焼熱を生成するようになる。
【００７３】
燃焼器６が点火されると、その上方に配置された改質器４が加熱され、内部の改質触媒の温度が上昇する。また、燃焼により生成される排ガスにより、ハウジング２の内壁板２ａと外壁板２ｂによって構成される酸化剤ガス熱交換器が加熱され、内部を流れる酸化剤ガスが加熱される。加熱された酸化剤ガスは燃料電池セルスタック２４に流入するので、この熱により燃料電池セルスタック２４が加熱される。ここで、燃料電池用装置１のハウジング２は、断熱材によって包囲されているので、ハウジング２からの輻射熱等による燃料電池セルスタック２４の加熱は殆どなく、燃料電池セルスタック２４は実質的に、燃料電池用装置１から供給される流体（酸化剤ガス及び燃料ガス）のみによって加熱される。
【００７４】
また、ハウジング２内で生成された排ガスは、排気ガス配管３４を通って蒸発器２２に流入する。蒸発器２２内に流入した排気ガスは、排気ガス室４０ｃを通って排気ガス排出管３２から排出される。この際、排気ガス室４０ｃの上側に設けられた蒸発室４０ａが加熱される。このように、蒸発器２２に供給された水は、燃焼器６によって生成され、排気ガス配管３４によって供給された燃焼ガスにより加熱される。蒸発室４０ａの温度が上昇した後、水供給用配管２８からの水の供給が開始され、蒸発室４０ａ内で水蒸気が生成されるようになる。なお、燃料電池装置２０の起動時において、蒸発室４０ａの加熱を補助するために電気ヒータ３８に通電を行っても良い。
【００７５】
蒸発室４０ａにおいて水蒸気が生成されるようになると、原燃料ガスと水蒸気の混合ガスが、改質器４に供給されるようになる。また、改質器４の温度が十分に上昇すると、改質触媒により水蒸気改質反応が誘発されて、原燃料ガスから水素ガスを豊富に含む燃料ガスが生成される。生成された燃料ガスは、燃料電池セルスタック２４に供給される。燃料電池セルスタック２４の温度が十分に上昇すると、燃料ガスと、燃料電池用装置において加熱された酸化剤ガスにより発電反応が発生するようになる。燃料電池セルスタック２４の温度が発電可能な温度まで上昇した状態において、燃料電池セルスタック２４からバスバー２４ｂを介して電力が取り出され、発電が開始される。
【００７６】
以上説明したように、本実施例によれば以下の効果が奏される。
残余酸化剤ガス供給流路に、残余酸化剤ガスを複数の燃焼口１６に導く残余酸化剤ガス誘導手段としての残余酸化剤ガス噴出口４８ｂが設けられているため、各燃焼口１６に安定して残余酸化剤ガスが供給される。これにより、燃焼器６の燃焼安定性を向上することができ、さらに、燃焼器６による発熱の熱利用効率を向上し、改質触媒の加熱ムラによる劣化を抑制できる。
【００７７】
また、本実施例によれば、残余酸化剤ガス分配板４８を設けるという簡単な構成で、残余酸化剤ガスを各燃焼口１６に誘導することができる。
【００７８】
また、本実施例によれば、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂが燃焼口１６よりも下方に設けられているため、残余酸化剤ガスが直接炎に当たり失火してしまうリスクを低減することができる。
【００７９】
また、本実施例によれば、複数の残余酸化剤ガス噴出口４８ｂは、上面視において複数の燃焼口１６が設けられた燃焼領域の近傍に設けられている。これにより、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂから噴出された残余酸化剤ガスを確実に燃焼口１６に誘導できるとともに、残余酸化剤ガスを各燃焼口１６に均等に供給することができるため、燃焼安定性を向上することができる。
【００８０】
また、本実施例によれば、燃焼器６に貫通孔６ｃが形成されていることにより、燃焼器６の上面視内側に位置する燃焼口１６に対しても十分に残余酸化剤ガスを供給することができる。
【００８１】
また、本実施例によれば、燃焼口１６の直径を残余酸化剤ガス噴出口４８ｂの直径よりも小さくすることにより、残余燃料ガスの噴出流速を十分に高めることができ、必要な火力の確保と、燃焼性の安定性とを両立することができる。
【００８２】
また、本実施例によれば、セラミックヒータ４４の下方以外の領域に残余酸化剤ガス噴出口４８ｂが設けられているため、確実に着火することができる。
【００８３】
また、本実施例によれば、燃料電池セルスタック２４から残余酸化剤ガスを供給するための外部酸化剤ガス排出配管１４ｂが上面視において燃焼領域の中心軸上で、上流側残余酸化剤ガス供給流路に接続されているため、残余酸化剤ガスを均等に残余酸化剤ガス噴出口４８ｂに供給することできる。
【００８４】
また、本実施例によれば、燃料電池セルスタック２４から残余燃料ガスを供給するための外部燃料排出配管１２ｂが、上面視において燃焼領域の中心軸上で、燃焼器６に接続されているため、残余燃料ガスを均等にそれぞれの燃焼口１６に供給することできる。
【００８５】
なお、本発明は上記の実施例に限定されない。
図８は、本発明の第２実施例の燃料電池用装置を有する燃料電池装置を示す鉛直断面図である。また、図９は、本発明の第２実施例の燃料電池用装置を有する燃料電池装置を示す水平断面図である。第２実施例では、残余酸化剤ガス誘導手段として、燃焼器１０６を鉛直方向に貫通するように残余酸化剤ガス補助噴出口１５４が設けられている。
【００８６】
第１実施形態と同様に、ハウジング２の底部には、残余酸化剤ガス分配板１４８が設けられている。残余酸化剤ガス分配板１４８は、下面が開口する直方体状に形成されており、残余酸化剤ガス分配板１４８の下縁は、ハウジング２の底部に気密に接続されている。残余酸化剤ガス分配板１４８とハウジング２の底部との間には、水平方向に延在する上流側残余酸化剤ガス供給流路１４８ａが形成されている。上流側残余酸化剤ガス供給流路１４８ａには、酸化剤ガス排出配管１４ｂを通じて、発電に使用されなかった残余酸化剤ガスが燃料電池セルスタック２４から供給される。また、残余酸化剤ガス分配板１４８の上面には、残余酸化剤ガスを燃焼口１６に導くための複数の残余酸化剤ガス噴出口１４８ｂが形成されている。なお、残余酸化剤ガス噴出口１４８ｂの配置は第１実施例と同様である。
【００８７】
燃焼器１０６は、残余酸化剤ガス分配板１４８に配置されており、上面視において矩形環状形状の筐体１１８により構成され、中央に幅方向に延びる貫通孔（開口部）１０６ｃが設けられている。筐体１１８内には内部空間１１８ａが形成されており、燃焼器天面１０６ａには複数の燃焼口１６が形成されている。
【００８８】
さらに、本実施例では、燃焼器１０６には、鉛直方向に貫通するように残余酸化剤ガス補助噴出口１５４が設けられている。残余酸化剤ガス補助噴出口１５４は上端が燃焼器天面１０６ａに開口するとともに、下端が残余酸化剤ガス分配板１４８内の上流側残余酸化剤ガス供給流路１４８ａに連通している。
【００８９】
本実施例では、残余酸化剤ガスの流れが第１実施例と異なっている。第１実施例と同様に、外部燃料排出配管１２ｂを通って燃料電池用装置１０１に流入した残余燃料ガスは、燃焼器１０６の内部空間１１８ａに流入し、燃焼器天面１０６ａの燃焼口１６から噴出する。また、燃料電池セルスタックにおいて発電に使用されなかった残余酸化剤ガスは、上流側残余酸化剤ガス供給流路１４８ａに供給される。上流側残余酸化剤ガス供給流路１４８ａに供給された残余酸化剤ガスは、残余酸化剤ガス噴出口１４８ｂを通じてハウジング２内に排出されるとともに、残余酸化剤ガス補助噴出口１５４を通じてハウジング２内に排出される。そして、燃焼器１０６は、燃焼口１６から噴出する残余燃料ガスを、残余酸化剤ガス噴出口１４８ｂ及び残余酸化剤ガス補助噴出口１５４を通じて排出された残余酸化剤ガスを用いて燃焼する。
【００９０】
本実施例によれば、第１実施例の作用効果に加えて以下の効果が奏される。
本実施例によれば、燃焼器１０６を鉛直方向に貫通する残余酸化剤ガス補助噴出口１５４を有することにより、燃焼器１０６の内側に位置する燃焼口１６に対しても、残余酸化剤ガス補助噴出口１５４を通じて、十分に残余酸化剤ガスを供給することができる。
【００９１】
なお、第２実施形態では、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂと残余酸化剤ガス補助噴出口の両方を設けた場合について説明したが、これに限らず、残余酸化剤ガス補助噴出口のみを設け、残余酸化剤ガス噴出口４８ｂを省略してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１  燃料電池用装置
２  ハウジング
２ａ  内壁板
２ｂ  外壁板
４  改質器
４ａ  貫通孔
６  燃焼器
６ａ  燃焼器天面
６ｂ  燃焼領域
６ｃ  貫通孔
８  燃料ガス供給流路
８ａ  外部燃料供給配管
８ｂ  内部燃料供給配管
１０  酸化剤ガス流路
１０ａ  延在部
１０ｂ  外部酸化剤ガス供給配管
１０ｃ  側面部
１０ｄ  上面部
１２  残余燃料ガス供給流路
１２ｂ  外部燃料排出配管
１４  残余酸化剤ガス供給流路
１４ａ  延在部
１４ｂ  外部酸化剤ガス排出配管
１６  燃焼口
１８  筐体
１８ａ  内部空間
２０  燃料電池装置
２２  蒸発器
２４  燃料電池セルスタック
２４ａ  燃料電池セル
２４ａ  平板型燃料電池セル
２４ｂ  バスバー
２６ａ  トップエンドプレート
２６ｂ  ボトムエンドプレート
２８  水供給用配管
３０  原燃料ガス供給配管
３２  排気ガス排出管
３４  排気ガス配管
３６  混合ガス導管
３８  電気ヒータ
４０ａ  蒸発室
４０ｂ  混合室
４０ｃ  排気ガス室
４０ｄ  通路
４０ｅ  フィン
４２  酸化剤ガス供給パイプ
４４  セラミックヒータ
４６ａ  入口側仕切板
４６ｂ  出口側仕切板
４８  残余酸化剤ガス分配板
４８ａ  上流側残余酸化剤ガス供給流路
４８ｂ  残余酸化剤ガス噴出口
５０  フィン
５２  内部酸化剤ガス流路
１０１  燃料電池用装置
１０６  燃焼器
１０６ａ  燃焼器天面
１１８  筐体
１１８ａ  内部空間
１４８  残余酸化剤ガス分配板
１４８ａ  上流側残余酸化剤ガス供給流路
１４８ｂ  残余酸化剤ガス噴出口
１５４  残余酸化剤ガス補助噴出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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