(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの外部に放出される熱量を軽減して、燃料効率の悪化を抑制した固体酸化物形燃料電池装置を提供する。また、集合住宅等への設置性を向上させる固体酸化物形燃料電池装置を提供する。【解決手段】固体酸化物形燃料電池装置において、燃料ガスと酸化剤ガスとを利用して発熱を伴う発電反応を生じさせる発電素子、を有する柱状の燃料電池セルと、燃料電池セルの長辺方向に直交する平面に燃料電池セルを複数配列し、かつ電気的に接続した燃料電池スタックと、燃料電池スタックを内包する燃料電池モジュールケースと、を有し、燃料電池スタックは、直交する平面において第１の方向に向かって燃料電池セルが配列された第１の配列長と、直交する平面において第１の方向と直交する第２の方向に向かって燃料電池セルが配列された第２の配列長とが略等しくなるように配列されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池装置において、
燃料ガスと酸化剤ガスとを利用して発熱を伴う発電反応を生じさせる発電素子、を有する柱状の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルの長辺方向に直交する平面に前記燃料電池セルを複数配列し、かつ電気的に接続した燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを内包する燃料電池モジュールケースと、を有し、
前記燃料電池スタックは、前記直交する平面において第１の方向に向かって前記燃料電池セルが配列された第１の配列長と、前記直交する平面において前記第１の方向と直交する第２の方向に向かって前記燃料電池セルが配列された第２の配列長とが略等しくなるように配列されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記燃料電池スタックの対角同士を結ぶ各対角線に対して、前記燃料電池セルの複数を対称に配列したことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記柱状の燃料電池セルは円筒形であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記燃料電池モジュールケースは、
前記燃料電池モジュールケースの外形において、前記第１の方向と略平行な第１の幅と、前記第２の方向と略平行な第２の幅とを有し、
前記第１の幅と前記第２の幅は略等しいことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記燃料電池モジュールケースを内包する箱状の断熱材と、
前記断熱材を覆う燃料電池モジュールカバーと、を有し、
前記断熱材の外形において、前記第１の方向と略平行な第３の幅と、前記第２の方向と略平行な第４の幅とを有し、
前記燃料電池モジュールカバーの外形において、前記第１の方向と略平行な第５の幅と、前記第２の方向と略平行な第６の幅とを有し、
前記第３の幅と前記第４の幅は略等しく、前記第５の幅と前記第６の幅は略等しいことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記燃料ガスを前記燃料電池セルに供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池セルに供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料ガス供給手段に設けられ、前記燃料電池モジュールカバーの外部と連通する燃料ガス配管と、
前記酸化剤ガス供給手段に設けられ、前記燃料電池モジュールカバーの外部と連通する酸化剤ガス配管と、
発電に利用されなかった残余の前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを燃焼させて生じた排ガスを排出するための排ガス配管と、
前記燃料電池スタックから電力を前記燃料電池モジュールカバーの外部に取り出す電力取出部材と、を更に備え、
前記燃料ガス配管と、前記酸化剤ガス配管と、前記排ガス配管と、前記電力取出部材と、を前記断熱材を貫通するよう、前記燃料電池モジュールカバーの前記長辺方向に垂直な１面に集めて配置していることを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記燃料電池モジュールカバーの前記長辺方向に垂直な１面を、下面としたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、
原料と水とを用いて改質反応により改質された燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給する水を蒸発させる蒸発器と、
前記改質器に供給される原料中の硫黄成分を除去する脱硫器と、を有し、
前記改質器、前記蒸発器及び前記脱硫器のそれぞれは、前記燃料電池モジュールケースの内部における前記燃料電池スタックの上方に、または前記燃料電池モジュールケースの上方に配置され、前記脱硫器は前記改質器及び前記蒸発器よりも上方に配置されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の前記固体酸化物形燃料電池装置と、システム補機と、制御器と、を任意の順に縦積みして構成され、底面及び上面が略正方形状であることを特徴とする発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを利用して発熱を伴う発電反応を生じさせる発電素子を有する燃料電池セルを複数備えた固体酸化物形燃料電池装置に関するものである。また、本発明は、集合住宅や商業施設等に設置する固体酸化物形燃料電池装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、集合住宅や商業施設等に設置する燃料電池装置として固体酸化物形燃料電池の開発が行われている。固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）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、他方の側に空気や酸素等の酸化剤ガスを供給して、高温で発電反応を生じさせて発電を行う燃料電池である。このため、高温の排熱から熱を回収して給湯に利用することができる。すなわち高温の排熱を利用し、排熱から熱回収する循環水及び貯湯タンクに貯める湯温を高くすることができ、湯水を貯める貯湯タンクの容量を小さくすることができるため、固体酸化物形燃料電池装置は、これらの貯湯・給湯系と合わせたコージェネレーションシステムとして、いわゆる小型化、低コスト化を実現する新方式として注目されている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池装置に用いられる固体酸化物形の燃料電池セル（以下、燃料電池セルという）は、作動温度が例えば６００℃〜１０００℃と他の形式の燃料電池に比べ高温である。このため、発電反応に伴い生じる燃料電池セル自身の発熱を利用して燃料電池セルを加熱することができるように、複数の燃料電池セルを配列して燃料電池スタックを構成している（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０４８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載した従来の固体酸化物形燃料電池装置は、燃料電池スタックが長方形状となるように燃料電池セルを配列し、さらにこの燃料電池スタックを複数並べて長方形状の燃料電池モジュールを構成しているため、燃料電池スタック内の外周部分に配置された燃料電池セルから放出される熱の一部は燃料電池スタックを内包するモジュールケースの壁面を通して外部に放出されてしまう。このため、所定の燃料電池スタック内に所定の熱量を維持させるためにはさらなる燃料の供給が必要となるため、結果的に燃料効率を悪化させる要因となっていた。
【０００６】
また、従来マンション等の複数の居住部を備える集合住宅、あるいは店舗や事務所、テナントを含むテナントビルやオフィスビル等の商業施設において、各居住部や各事業所に固体酸化物形燃料電池装置を設置し、それぞれの需要電力に応じてそれぞれの固体酸化物形燃料電池装置により発電を行い、その電力を利用することが検討されている。しかし、集合住宅や商業施設に固体酸化物形燃料電池装置を設置する場合、各居住部や各事業所には設置スペースが必要となる。特に集合住宅のベランダ、バルコニーやパイプシャフト（パイプスペースともいう）は、固体酸化物形燃料電池装置の設置スペースが狭く限られているため効果的に設置することができるような形状が求められている。しかし、特許文献１に開示される固体酸化物形燃料電池装置は、使用される燃料電池スタックが平面視において横長の長方形形状であるため、燃料電池モジュールも必然的に長方形形状とならざるを得ず、該形状が許容されるスペースへの設置に限られていた。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池スタックの外部に放出される熱量を軽減して、燃料効率の悪化を抑制した固体酸化物形燃料電池装置を提供することにある。また、集合住宅等への固体酸化物形燃料電池装置の設置性を向上させる固体酸化物形燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置は、上記した課題を解決するために、燃料ガスと酸化剤ガスとを利用して発熱を伴う発電反応を生じさせる発電素子、を有する柱状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルの長辺方向に直交する平面に前記燃料電池セルを複数配列し、かつ電気的に接続した燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを内包する燃料電池モジュールケースと、を有し、前記燃料電池スタックは、前記直交する平面において第１の方向に向かって前記燃料電池セルが配列された第１の配列長と、前記直交する平面において前記第１の方向と直交する第２の方向に向かって前記燃料電池セルが配列された第２の配列長とが略等しくなるように配列されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置は、燃料電池スタックの外部に放出される熱量を軽減することができる。これにより、固体酸化物形燃料電池装置における燃料効率の悪化を抑制することができる。また、集合住宅等への固体酸化物形燃料電池装置の設置性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置の縦断面の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置の横断面の構成を示す模式図である。
【図３】本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置の横断面の構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置の横断面の構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置の横断面の構成を示す模式図である。
【図６】本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置の縦断面の構成を示す模式図である。
【図７】本発明に係る発電ユニットの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明では以下に示す態様を提供する。
【００１２】
（請求項１／作用効果）
本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとを利用して発熱を伴う発電反応を生じさせる発電素子、を有する柱状の燃料電池セルと、該燃料電池セルの長辺方向に直交する平面に該燃料電池セルを複数配列し、かつ電気的に接続した燃料電池スタックと、該燃料電池スタックを内包する燃料電池モジュールケースと、を有し、該燃料電池スタックは、該直交する平面において第１の方向に向かって該燃料電池セルが配列された第１の配列長と、該直交する平面において該第１の方向と直交する第２の方向に向かって該燃料電池セルが配列された第２の配列長とが略等しくなるように配列されている。
【００１３】
固体酸化物形燃料電池装置に用いられる固体酸化物形の燃料電池セル（以下、燃料電池セルという）は、作動温度が例えば６００℃〜１０００℃と他の形式の燃料電池に比べ高温である。このため、発電反応に伴い生じる燃料電池セル自身の発熱を利用して燃料電池セルを加熱することができるように、複数の燃料電池セルを配列して燃料電池スタックを構成している。
【００１４】
しかしこの燃料電池スタック構造では、燃料電池スタック内の外周部分に配置された燃料電池セルから放出される熱の一部は燃料電池スタックを内包するモジュールケースの壁面を通して外部に放出されてしまう。このため、燃料効率を悪化させる要因となっていた。
【００１５】
このため本発明は、燃料電池スタック内の外周部分に配置された燃料電池セルから、燃料電池スタックの外部に放出される熱量を軽減することを目的とする。
【００１６】
本発明は、燃料電池スタックの外周部分から燃料電池スタックの外部に放出される熱量を軽減するために、燃料電池スタック外周部分の表面積を小さくするよう、燃料電池スタックの平面視における形状が略正方形となるように複数の燃料電池セルを配列させる。換言すると、燃料電池スタックの平面視において、第１の方向に向かって複数の燃料電池セルが配列された第１の配列長と、第１の方向と直交する第２の方向に向かって複数の燃料電池セルが配列された第２の配列長とが略等しくなるように配列させる。
【００１７】
このように燃料電池スタックの平面視形状が正方形に近いほど、燃料電池スタック外周の表面積が小さくなり、逆に長辺の長い長方形となるほど、燃料電池スタック外周の表面積は増大する。すなわち、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置における燃料電池スタックの構造は、燃料電池スタック本数を所定の本数とした場合に、燃料電池スタック外周に配置するセル本数を極力減らした構造である。これにより燃料電池セルの発熱により生じた熱量を燃料電池スタックの外部に放出することを抑制することができる。
【００１８】
さらに、燃料電池スタックを上記の構造とすることで、これを格納する燃料電池モジュールケースも合わせて平面視が略正方形の直方体形状とすることができる。これによって、横幅の大きい従来の燃料電池モジュールケースに対し、横幅の取りにくい集合住宅等への設置が可能となることから、固体酸化物形燃料電池装置の設置性の向上に大きく寄与する。
【００１９】
（請求項２／作用効果）
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置において、該固体酸化物形燃料電池装置の対角同士を結ぶ各対角線に対して、該燃料電池セルの複数が対称に配列されていることが好ましい。
【００２０】
燃料電池スタックの外周の４側面に温度差が生じると、温度が低い燃料電池セルの発電性能が低下するため、燃料効率の悪化に繋がっていた。そこで、スタックの平面視において、複数の燃料電池セルを正方形の各対角線に対して概ね対称に配列する。これにより、燃料電池セルが４側面それぞれに対して均等に配列されることになるため、燃料電池スタックの最外面での温度分布を４側面で均一に近づけることができる。
【００２１】
（請求項３／作用効果）
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置において、該柱状の燃料電池セルは円筒形であることが好ましい。
【００２２】
柱状の燃料電池セルは円筒形をしているため、その動径方向に対して熱的に等方的な構造とすることができる。これにより外周４側面の温度差をさらに均一に近づけることができる。
【００２３】
（請求項４／作用効果）
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置において、該燃料電池モジュールケースは、該燃料電池モジュールケースの外形において、該第１の方向と略平行な第１の幅と、該第２の方向と略平行な第２の幅とを有し、該第１の幅と前記第２の幅は略等しいことが好ましい。
【００２４】
固体酸化物形燃料電池装置において、燃料電池スタックからの放熱の他、燃料電池モジュールケースから燃料電池モジュールケースの外部への放熱についても、燃料電池セルの発熱による熱量の喪失に繋がる。このため、燃料電池モジュールケースの外形の表面積を小さくするように、燃料電池モジュールケースの幅が略等しくなるように、すなわち平面視において略正方形状となるように構成することで、燃料効率の悪化を抑制することができる。
【００２５】
さらに、燃料電池スタックを上記の構造とすることで、これを格納する燃料電池モジュールケースも合わせて平面視が略正方形の直方体形状とすることができる。これによって、横幅の大きい従来の燃料電池モジュールケースに対し、横幅の取りにくい集合住宅等への設置が可能となることから、固体酸化物形燃料電池装置の設置性の向上に大きく寄与する。
【００２６】
（請求項５／作用効果）
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置において、該燃料電池モジュールケースを内包する箱状の断熱材と、該断熱材を覆う燃料電池モジュールカバーと、を有し、該断熱材の外形において、該第１の方向と略平行な第３の幅と、該第２の方向と略平行な第４の幅とを有し、該燃料電池モジュールカバーの外形において、該第１の方向と略平行な第５の幅と、該第２の方向と略平行な第６の幅とを有し、該第３の幅と前記第４の幅は略等しく、該第５の幅と前記第６の幅は略等しいことが好ましい。
【００２７】
固体酸化物形燃料電池装置において、燃料電池スタックからの放熱の他、燃料電池モジュールケースから燃料電池モジュールケースの外部への放熱についても、燃料電池セルの発熱による熱量の喪失に繋がる。このため、断熱材を介して、表面積を低減した燃料電池モジュールカバーにより燃料電池モジュールケースを覆うことで、燃料電池モジュールケースから燃料電池モジュールケースの外部への放熱を抑制することができる。これにより、燃料効率の悪化を抑制することができる。
【００２８】
さらに、燃料電池モジュールカバーを上記のような平面視が略正方形の直方体形状とすることで、横幅の大きい従来の燃料電池モジュールに対し、横幅の取りにくい集合住宅等への設置が可能となることから、固体酸化物形燃料電池装置の設置性の向上に大きく寄与する。
【００２９】
（請求項６／作用効果）
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置において、該燃料ガスを前記燃料電池セルに供給する燃料ガス供給手段と、該酸化剤ガスを該燃料電池セルに供給する酸化剤ガス供給手段と、該燃料ガス供給手段に設けられ、該燃料電池モジュールカバーの外部と連通する燃料ガス配管と、該酸化剤ガス供給手段に設けられ、該燃料電池モジュールカバーの外部と連通する酸化剤ガス配管と、発電に利用されなかった残余の該燃料ガス及び該酸化剤ガスを燃焼させて生じた排ガスを排出するための排ガス配管と、該燃料電池スタックから電力を該燃料電池モジュールカバーの外部に取り出す電力取出部材と、を更に備え、該燃料ガス配管と、該酸化剤ガス配管と、該排ガス配管と、該電力取出部材とを該断熱材を貫通するよう、該燃料電池モジュールカバーの該長辺方向に垂直な１面に集めて配置してもよい。
【００３０】
配管や燃料電池スタックから電流を取り出すための部材によって断熱材を貫通させると、貫通穴を形成した面から放熱が進み、結果として燃料効率が悪化してしまう。このため、このような配管や部材のための貫通穴からの放熱により燃料電池スタック外周の４側面に温度差が生じないように、燃料電池スタック外周の４側面以外、すなわち長辺方向の１面に集約して配管等を設ける構造とすることが好ましい。これによって、燃料電池スタック外周の４側面の温度差の発生を確実に軽減することができる。
さらに、燃料電池スタックを上記の構造とすることで、燃料ガス配管、酸化剤ガス配管、排ガス配管、電力取出部材を、燃料電池モジュールカバーの平面視の略正方形からはみ出すことなく配置することができる。これによって、燃料電池モジュールを納める発電ユニットの横幅を抑えることができて、横幅の取りにくい集合住宅等への設置が可能となることから、固体酸化物形燃料電池装置の設置性の向上に大きく寄与する。
【００３１】
（請求項７／作用効果）
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置において、該燃料電池モジュールカバーの該長辺方向に垂直な１面を下面としてもよい。
【００３２】
配管や燃料電池スタックから電流を取り出すための部材を、温度が低い燃料電池モジュールカバーの下面に配置することで、配管の設置や電流の取り出しを、発電に利用されなかった残余の該燃料ガス及び該酸化剤ガスを燃焼する燃焼部から最も離れた部分で行うことができる。これにより、燃料電池スタックの放熱を抑制し、燃料電池スタックの高温状態を維持することができる。
【００３３】
（請求項８／作用効果）
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置において、原料と水とを用いて改質反応により改質された燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給する水を蒸発させる蒸発器と、
前記改質器に供給される原料中の硫黄成分を除去する脱硫器と、を有し、
前記改質器、前記蒸発器及び前記脱硫器のそれぞれは、前記燃料電池モジュールケースの内部における前記燃料電池スタックの上方に、または前記燃料電池モジュールケースの上方に配置され、前記脱硫器は前記改質器及び前記蒸発器よりも上方に配置されている構成としても良い。
【００３４】
このように改質器や蒸発器、脱硫器等の固体酸化物形燃料電池装置を構成する燃料電池スタック以外の構成を燃料電池スタックよりも上方に配置させることで、固体酸化物形燃料電池装置の外形を燃料電池スタックの外形形状にあわせて設計することができるため、上面及び底面形状が略正方形状の縦長直方体状の固体酸化物形燃料電池装置を作製することが可能となる。このため、設置スペースが限られた集合住宅や商業施設への固体酸化物形燃料電池装置の設置性を向上させることができる。
【００３５】
（請求項９／作用効果）
また、これらの固体酸化物形燃料電池装置と、システム補機と、制御器と、を任意の順に縦積みして、底面及び上面が略正方形状である発電ユニットを構成することができる。
【００３６】
これにより、集合住宅等への設置性を向上させる発電ユニットを提供することが可能となる。
【００３７】
（実施の形態）
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１の縦断面構成の一例を示した模式図である。
【００３８】
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池装置１は、原料を改質して得られ、燃料ガス供給手段４を通じて供給された燃料ガス５と、空気経路を通じて供給された酸化剤ガス６（発電用空気）とを用いて電気化学反応により発電するものである。この原料としては、都市ガスまたは、プロパンガスなどの炭化水素を主成分とするガスを用いることができる。
【００３９】
ここで、本明細書においては、改質反応により改質された改質ガスを燃料ガス５と称する。なお、原料は燃料ガス５に改質される前に、脱硫器（図示せず）によって硫黄成分をあらかじめ取り除いておくことが好ましい。
【００４０】
固体酸化物形燃料電池装置１は、燃料ガス５が供給される燃料極（アノード）および酸化剤ガス６が供給される空気極（カソード）を有し、該燃料極と該空気極との間で電気化学反応を行って発電する複数の燃料電池セル２を、電気的に直列に接続して燃料電池スタック３を形成している。
【００４１】
燃料電池セル２は、間に固体電解質を挟んだ燃料極と空気極との積層体を含む発電素子が設けられた柱状のセルである。この燃料電池セル２の内側に燃料ガス５を、外側に酸化剤ガス６をそれぞれ供給する構成とするとよい。
【００４２】
柱状のセルは、その動径方向に対して熱的に等方的な構造とすることができる円筒形であることが特に好ましい。これにより燃料電池スタック３外周の４側面の温度差をさらに均一に近づけることができる。
【００４３】
燃料電池スタック３を構成する燃料電池セル２としては、例えば、イットリアをドープしたジルコニア（ＹＳＺ）、イットリビウムやスカンジウムをドープしたジルコニア、あるいはランタンガレート系の固体電解質からなる燃料電池セルを用いることができる。例えば、燃料電池セルがＹＳＺの場合、厚みにもよるが、約６００〜９００℃の温度範囲にて、発電が行われる。
【００４４】
固体酸化物形燃料電池装置１は、燃料電池モジュールケース７を備え、この燃料電池モジュールケース７の周囲には断熱材８を介して燃料電池モジュールカバー９が設けられている。このような構造とすることで、燃料電池モジュールケース７内に密閉空間が形成され、この密閉空間は固体酸化物形燃料電池装置１の外部と熱的に遮断される。上述した燃料電池スタック３はこの密閉空間内に配置され、密閉空間は燃料電池セル２が発電反応を行う発電室として機能する。
【００４５】
なお、固体酸化物形燃料電池装置１は、固体酸化物形燃料電池装置１で未利用の燃料ガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを生成する燃焼部（図示せず）を上述の密閉空間の上方に備え、この燃焼排ガスを固体酸化物形燃料電池装置１で流通する排気ガスとしてもよい。
【００４６】
さらに、この燃焼部の上方に原料を改質する改質器（図示せず）を配置し、上述の未利用の燃料ガスの燃焼熱によって改質器を改質反応が可能な温度となるように加熱することができる。
【００４７】
図２は、本発明の実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１を平面視した横断面の模式図である。
【００４８】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置１において、燃料電池スタック３は、上述のように複数の燃料電池セル２が電気的に直列に接続されて形成される。図２に示すように、燃料電池セル２は、燃料電池スタック３の平面視における形状が略正方形となるように配列される。換言すると、燃料電池スタック３の平面視において、第１の方向１０に向かって複数の燃料電池セル２が配列された第１の配列長１２と、第１の方向１０と直交する第２の方向１１に向かって複数の燃料電池セル２が配列された第２の配列長１３とが略等しくなるように配列させる。このように燃料電池スタック３を、その平面視において略正方形状とすることで、燃料電池スタック３の外周部分に配置された燃料電池セル２ａの数を低減する一方で、燃料電池スタック３の内側に配置された燃料電池セルの本数を増やすセル配置とすることができる。これにより、燃料電池スタック３の外周部分の表面積を減らし、燃料電池スタック３の外周部分から燃料電池スタック３の外部に放出される熱量を軽減することができる。
【００４９】
（実施例１）
まず、図３を参照して、実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１の実施例１について説明する。図３は、実施の形態の実施例１に係る固体酸化物形燃料電池装置１の横断面の構成を示す模式図である。
【００５０】
本実施例においては、燃料電池スタック３の対角同士を結ぶ対角線１４、対角線１５に対して、燃料電池セル２の複数を対称に配列している。これにより、燃料電池スタック３の４辺に対し燃料電池セル２が均等に配置するため、燃料電池スタック３の外周の４側面における温度差の発生を低減し、温度が低下して発電性能が低下する燃料電池セルを無くすることで燃料効率を向上させることができる。
【００５１】
（実施例２）
図４を参照して、実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１の実施例２について説明する。図４は、実施の形態の実施例２に係る固体酸化物形燃料電池装置１の横断面の構成を示す模式図である。
【００５２】
本実施例においては、燃料電池スタック３に加え、燃料電池モジュールケース７の外形についても、第１の方向１０と平行な方向における第１の幅１６と第２の方向１１と平行な方向における第２の幅１７とが略等しくなるように、すなわち平面視において略正方形状となるように構成する。これにより、燃料電池モジュールの外形の表面積を最小化して燃料電池セルの発熱による熱量の喪失を抑制することで、燃料効率の悪化を抑制することができる。
【００５３】
（実施例３）
図５を参照して、実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１の実施例３について説明する。図５は、実施の形態の実施例３に係る固体酸化物形燃料電池装置１の横断面の構成を示す模式図である。
【００５４】
本実施例においては、燃料電池スタック３に加え、燃料電池モジュールケース７を内包する断熱材８についても、第１の方向１０と平行な方向における第３の幅１８と第２の方向１１と平行な方向における第２の幅１７とが略等しくなるように、すなわち平面視において断熱材８の外形が略正方形状となるように構成する。同様に、断熱材８を覆う燃料電池モジュールカバー９についても、第１の方向１０と平行な方向における第５の幅（図５に示す模式図においては燃料電池モジュールカバー９に厚みを記載していないため、符号１８に同じ）と第２の方向１１と平行な方向における第６の幅（図５に示す模式図においては燃料電池モジュールカバー９に厚みを記載していないため、符号１９に同じ）とが略等しくなるように構成する。
【００５５】
固体酸化物形燃料電池装置１において、燃料電池スタックからの放熱の他、燃料電池モジュールケースから燃料電池モジュールケースの外部への放熱についても、燃料電池セルの発熱による熱量の喪失に繋がる。このように、断熱材８を介して、表面積を低減した燃料電池モジュールカバー９により燃料電池モジュールケース７を覆うことで、燃料電池モジュールケースから燃料電池モジュールケース７の外部への放熱を抑制することができる。これにより、固体酸化物形燃料電池装置１における燃料効率の悪化を抑制することができる。
【００５６】
（実施例４）
図６を参照して、実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１の実施例４について説明する。図６は、実施の形態の実施例４に係る固体酸化物形燃料電池装置１の縦断面の構成を示す模式図である。
【００５７】
本実施例においては、燃料ガス５を燃料電池セル２に供給する燃料ガス供給手段４と、酸化剤ガス６を燃料電池セル２に供給する酸化剤ガス供給手段（図示せず）と、燃料ガス供給手段４に設けられ、燃料電池モジュールカバー９の外部と連通する燃料ガス配管２１と、酸化剤ガス供給手段に設けられ、燃料電池モジュールカバー９の外部と連通する酸化剤ガス配管２２と、発電に利用されなかった残余の燃料ガス及び酸化剤ガスを燃焼させて生じた排ガスを排出するための排ガス配管２０と、燃料電池スタック３から電力を燃料電池モジュールカバー９の外部に取り出す電力取出部材２３を備え、燃料ガス配管２１と、酸化剤ガス配管２２と、排ガス配管２０と、電力取出部材２３とを、断熱材８を貫通するように燃料電池モジュールカバー９の長辺方向に垂直な１面に集めて配置している。これにより、燃料電池スタック３の外周の４側面における温度差の発生を確実に軽減することができる。
【００５８】
特に、上述する配管や電力取出部材の配置面を、燃料電池モジュールカバー９の長辺方向に垂直な１面を下面とすると良い。配管や電力取出部材を、温度が低い燃料電池モジュールカバー９の下面に配置することで、配管の設置や電流の取り出しを、発電に利用されなかった残余の燃料ガス及び酸化剤ガスを燃焼する燃焼部から最も離れた部分で行うことができるため、燃料電池スタックの放熱を抑制し、燃料電池スタックの高温状態を維持することができる。
【００５９】
（実施例５）
図７を参照して、実施の形態に係る固体酸化物形燃料電池装置１を含む発電ユニット５０の実施例５について説明する。図７は、実施の形態の実施例５に係る発電ユニットの構成を示す模式図である。
【００６０】
発電ユニット５０は、図７（ａ）又は図７（ｂ）に示すように、上述した固体酸化物形燃料電池装置１に相当する固体酸化物形燃料電池装置５１（ホットモジュールともいう）と、制御器５２と、システム補機５３とにより構成される。
【００６１】
システム補機５３は、水道等の水供給源からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンクと、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（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、システム補機５３は、都市ガス等の燃料供給源から供給された原料を遮断するガス遮断弁と、原料の流量を調整する燃料流量調整ユニット（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。また、原料から硫黄を除去するための脱硫器を固体酸化物形燃料電池装置５１内ではなく、システム補機５３内に設けても良い。さらに、システム補機５３は、空気供給源から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット及び発電用空気流量調整ユニット（モータで駆動される「空気ブロア」等）とを備えている。
【００６２】
なお、発電ユニット５０には、排気ガスが供給される温水製造装置を接続させることができる。この温水製造装置には、水供給源から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、外部の給湯器の貯湯タンクへ供給される。
【００６３】
制御器５２は、固体酸化物形燃料電池装置５１への燃料ガスの供給量等、発電ユニットを起動・運転・停止するための制御部が設けられている。また、固体酸化物形燃料電池装置５１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に接続するインバータが設けられている。
【００６４】
発電ユニット５０は、例えば図７（ａ）に示すように、下からシステム補機５３、制御器５２、固体酸化物形燃料電池装置５１の順に積み上げて構成される。あるいは図７（ｂ）に示すように、下から制御器５２、システム補機５３、固体酸化物形燃料電池装置５１の順に積み上げて構成される。
【００６５】
ここで本発明に係る固体酸化物形燃料電池装置５１が内包する燃料電池スタックは、上述の通り平面視において略正方形状である。これに伴い、固体酸化物形燃料電池装置５１も平面視において略正方形状とすることができる。すなわち、固体酸化物形燃料電池装置５１は底面及び上面が略正方形状の略直方体形状とすることができる。また、制御器５２及びシステム補機５３は、固体酸化物形燃料電池装置５１の外形に合わせた設計の自由度を有するため、これらを縦積みにして組み合わせた際に、発電ユニット５０を底面及び上面が略正方形状の略直方体形状とすることができる。
【００６６】
このため、横幅の大きい従来の燃料電池モジュールケースに対し、横幅の取りにくい集合住宅等への設置が可能となることから、固体酸化物形燃料電池装置の設置性の向上に大きく寄与する。
【００６７】
上記説明から、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、上記説明は、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。
【符号の説明】
【００６８】
１    固体酸化物形燃料電池装置
２    燃料電池セル
２ａ  外周部分に配置された燃料電池セル
２ｂ  内側に配置された燃料電池セル
３    燃料電池スタック
４    燃料ガス供給手段
５    燃料ガス
６    酸化剤ガス
７    燃料電池モジュールケース
８    断熱材
９    燃料電池モジュールカバー
１０    第１の方向
１１    第２の方向
１２    第１の配列長
１３    第２の配列長
１４    対角線
１５    対角線
１６    第１の幅
１７    第２の幅
１８    第３の幅（第５の幅）
１９    第４の幅（第６の幅）
２０    排ガス配管
２１    燃料ガス配管
２２    酸化剤ガス配管
２３    電力取出部材
２４    下面
５０    発電ユニット
５１    固体酸化物形燃料電池装置
５２    制御器
５３    システム補機
【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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