(57)【要約】【課題】装置の構成を複雑にせず且つ装置のコストを上昇させることなく、高い燃料利用率を達成しつつ、起動初期の段階から安定した性能を発揮させることができる固体酸化物形燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池ＦＣが、改質器３と、セルスタック９と、セルスタック９からのオフガスを燃焼する燃焼部１０とを燃料電池ハウジング１の内部に備え、ハウジング１の外部へ排出される排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する原燃料ガスを加熱する第１加熱部２Ａと、排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する水を気化する気化部１６と、排ガス中に残存している未燃ガスを燃焼除去する触媒燃焼部３６と、気化部１６及び触媒燃焼部３６を同時に加熱可能な補助加熱手段４１とを有する加熱装置２を、ハウジング１の外部に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを燃料電池ハウジングの内部に備え、
前記燃料電池ハウジングの内部から外部へ排出される排ガスが有する熱を用いて前記改質器に供給する前記原燃料ガスを加熱する第１加熱部と、前記排ガスが有する熱を用いて前記改質器に供給する水を気化する気化部と、前記排ガス中に残存している未燃ガスを燃焼除去する触媒燃焼部と、前記気化部及び前記触媒燃焼部を同時に加熱可能な補助加熱手段とを有する加熱装置を、前記燃料電池ハウジングの外部に備える固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記補助加熱手段は、熱源としてのカートリッジヒーターと、当該カートリッジヒーターが内蔵される板状の熱伝導部材とを有する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記補助加熱手段は、熱源としてのカートリッジヒーターと、当該カートリッジヒーターが内蔵される板状の第１熱伝導部材と、当該第１熱伝導部材に接する板状の第２熱伝導部材とを有する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記加熱装置は、前記第１加熱部での前記原燃料ガスの加熱に用いられた後の、及び、前記気化部での前記水の気化に用いられた後の前記排ガスが有する熱を用いて、前記燃料電池セルに供給する酸化剤を加熱する第２加熱部を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記加熱装置は、前記燃料電池ハウジングの内部の熱が伝達される前記燃料電池ハウジングの一つの外面に相対した状態で前記燃料電池ハウジングと一体に構成され、
前記第１加熱部及び前記気化部は、前記第２加熱部よりも前記燃料電池ハウジングに近い位置に配置される請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記第１加熱部は、面状に広がる第１加熱空間を有し、
前記原燃料ガスは、前記第１加熱空間で形成される面に沿う方向に流れ、
前記第１加熱空間の少なくとも一部分は、前記改質器に供給する水が供給されてその水の気化が行われる前記気化部として機能し、
前記第１加熱部において、前記改質器に供給される前記原燃料ガスと水蒸気との混合気体が生成される請求項１〜５の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記補助加熱手段は、面状に広がりを有する形態で構成され、
前記第１加熱部のうちの前記気化部として機能する部分と前記補助加熱手段とが対面する位置関係で配置される請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックと、セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを備える固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、酸素イオンを伝導する膜として固体電解質を用いた燃料電池セルを燃料電池ハウジング内に収容した固体酸化物形燃料電池が知られている。この固体酸化物形燃料電池では、一般的に、固体電解質としてイットリアをドープしたジルコニアが用いられており、この固体電解質の片側に燃料ガスを酸化するための燃料極が設けられ、その他側に空気中の酸素（酸化剤）を還元するための酸素極が設けられる。そして、７００〜１０００℃の高温で、燃料ガスを改質した改質燃料ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素と酸化剤としての酸素とを電気化学反応させて発電が行われる。このような固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池やガスエンジンなどに比べて、特に高発電効率での発電が可能なことから、有望な発電技術として開発が行われてきた。
【０００３】
このような固体酸化物形燃料電池では、セルスタックでの電気化学反応後にそのセルスタックから排出されるオフガス中に残留する余剰の燃料ガスが燃焼部で燃焼される。そして、燃焼部付近に気化器及び改質器を配設し、その燃焼熱を直接的に利用して気化器にて水蒸気が生成され、また改質器にて水蒸気を用いた改質反応が行われる。
【０００４】
一般に、燃料電池分野では、燃料ガスの価電子の消費速度（この消費速度は、燃料ガスの流量に比例する）に対してどれだけの発電電流を取り出すかの割合が燃料利用率と定義され、運転時の重要なパラメーターと認識されている。この燃料利用率が高いほど燃料電池セルの発電効率が高くなる。この燃料利用率が高いということは、発電（電気化学反応）に使用しない余剰の燃料ガスの量（即ち、オフガスに含まれる燃料ガス成分の量）が少なくなり、燃焼部の燃焼で得られる燃焼熱が少なくなることを意味する。それ故に、この燃料利用率が高くなり過ぎると、燃料電池ハウジング（一般に、その内面が断熱材で覆われている）内の燃焼部で発生する燃焼熱が減少するため、燃料電池ハウジングの内部の温度を一定に保つための熱量が不足する。そして、燃料電池セルの作動温度の低下を招き、その発電性能が低下するという問題が生じる。このようなことから、この燃料利用率は、定格発電能力などにもよるが、ある値以上に大きくすることが難しい。
【０００５】
燃焼部で燃焼されるこの余剰の燃料ガスの量を少なくして発電効率を高めつつ、燃料電池ハウジングの内部の温度低下の問題を回避するためには、吸熱反応である気化反応を行う気化器を、燃料電池セルの吸熱に関わらない個所、例えば燃料電池ハウジングの外部に移設し、燃料電池セルから外部に排出される排気ガスの排熱を利用して気化することも考えられる。しかし、気化器を燃料電池ハウジング外に設けると、固体酸化物形燃料電池の起動初期においては、余熱が不充分であるために、気化器にて水蒸気改質反応に必要な量の水蒸気を得ることが難しく、改質器に送給される水蒸気の濃度が低くなるという問題が生じる。
【０００６】
上記のような問題に対処するため、特許文献１では、燃料電池ハウジングの内部と外部との両方に気化器を設け、時期に応じて両者を使い分けている。例えば、燃料電池ハウジングの内部に設けられ、燃焼部での燃焼熱により加熱される第１気化器（１２）は、燃料電池の起動初期に用いられる。これに対して、燃料電池ハウジングの外部に設けられ、燃料電池ハウジングから排出される排気ガスにより加熱される第２気化器（１４）は、燃料電池の起動後にその温度が所定温度に達した後で用いられる。このような構成を採用することで、燃料電池の起動初期及びその後の両方で、気化器には水を気化させるための十分な熱量が供給されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５１３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
但し、特許文献１に記載の燃料電池では、２つの気化器を切り替えて使用することになるため、水を供給するための配管が２系統必要になり、且つ、水の供給先をそれら２系統の配管の何れかへ切り替えるための弁も必要となる。そのため、装置のコンパクト化や低コスト化への障害となっていた。
また、燃料電池の起動の初期過程では燃焼部温度が低いため、燃料電池ハウジングから排出される排ガス中には、未燃ガスとしてのＣＯ、Ｈ2等が含まれる。そのため、従来の固体酸化物燃料電池にも採用されているように、燃料電池ハウジングの出口付近に燃焼触媒を設け、これらを酸化除去する必要がある。このような燃焼触媒は、室温では十分な活性はないため、予熱するためのヒーター等の加熱手段も別途必要となる。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置の構成を複雑にせず且つ装置のコストを上昇させることなく、高い燃料利用率を達成しつつ、起動初期の段階から安定した性能を発揮させることができる固体酸化物形燃料電池を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを燃料電池ハウジングの内部に備え、
前記燃料電池ハウジングの内部から外部へ排出される排ガスが有する熱を用いて前記改質器に供給する前記原燃料ガスを加熱する第１加熱部と、前記排ガスが有する熱を用いて前記改質器に供給する水を気化する気化部と、前記排ガス中に残存している未燃ガスを燃焼除去する触媒燃焼部と、前記気化部及び前記触媒燃焼部を同時に加熱可能な補助加熱手段とを有する加熱装置を、前記燃料電池ハウジングの外部に備える点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、改質器に供給する原燃料ガスを加熱する第１加熱部と、排ガスが有する熱を用いて改質器に供給する水を気化する気化部とを有する加熱装置は、燃料電池ハウジングの外部に設けられる。つまり、燃料電池ハウジングの内部の熱は、原燃料ガスの加熱のために大きく消費されることはなく且つ水の気化のために大きく消費されることはない。その結果、燃料利用率が高い状態であっても（即ち、セルスタックから排出されるオフガス中に含まれる燃料ガス成分が少ないことに伴って燃焼熱が相対的に低下した状態であっても）、燃料電池ハウジングの内部での温度を安定して高く保つことができ、固体酸化物形燃料電池の発電性能を維持することができる。
加えて、加熱装置は、気化部及び触媒燃焼部を同時に加熱可能な補助加熱手段を有する。つまり、気化部では、排ガスが有する熱に加えて、補助加熱手段から供給される熱を用いて改質器に供給する水を気化することができるので、気化部にて、必要な量の水蒸気を安定して発生させることができる。また、触媒燃焼部では、供給される排ガスの温度が低くても補助加熱手段から供給される熱を用いて昇温されるので、十分な触媒活性を発揮させることができる。その結果、燃料電池ハウジングから排出される排ガス中に含まれる未燃ガス（例えば、ＣＯ、Ｈ2等）が固体酸化物形燃料電池から流出しないようにできる。
更に、従来技術では、燃料電池ハウジングの内部と外部との両方に気化部を設け、それらの気化部を切り替えて使用していたが、本特徴構成では、気化部を燃料電池ハウジングの外部に設けておけばよいので、装置構成を単純にできるという利点がある。
従って、装置の構成を複雑にせず且つ装置のコストを上昇させることなく、高い燃料利用率を達成しつつ、起動初期の段階から安定した性能を発揮させることができる固体酸化物形燃料電池を提供できる。
【００１２】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の別の特徴構成は、前記補助加熱手段は、熱源としてのカートリッジヒーターと、当該カートリッジヒーターが内蔵される板状の熱伝導部材とを有する点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、板状の熱伝導部材にはカートリッジヒーターで発生した熱が伝えられる。熱伝導部材は板状、即ち、表面積が大きい形状であるので、補助加熱手段を用いて広い面積への熱伝達を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記補助加熱手段は、熱源としてのカートリッジヒーターと、当該カートリッジヒーターが内蔵される板状の第１熱伝導部材と、当該第１熱伝導部材に接する板状の第２熱伝導部材とを有する点にある。
【００１５】
上記特徴構成によれば、板状の熱伝導部材にはカートリッジヒーターで発生した熱が伝えられる。第１熱伝導部材及び第２熱伝導部材は共に板状、即ち、表面積が大きい形状であるので、補助加熱手段を用いて広い面積への熱伝達を行うことができる。
【００１６】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記加熱装置は、前記第１加熱部での前記原燃料ガスの加熱に用いられた後の、及び、前記気化部での前記水の気化に用いられた後の前記排ガスが有する熱を用いて、前記燃料電池セルに供給する酸化剤を加熱する第２加熱部を有する点にある。
【００１７】
上記特徴構成によれば、酸化剤は、燃料電池ハウジングの外部に設けられる加熱装置（第２加熱部）で加熱された後で燃料電池セルに供給される。つまり、燃料電池ハウジングの内部の熱は、酸化剤の加熱のために大きく消費されることはない。その結果、燃料利用率が高い状態であっても（即ち、セルスタックから排出されるオフガス中に含まれる未燃ガスが少ないことに伴って燃焼熱が相対的に低下した状態であっても）、燃料電池ハウジングの内部での温度を安定して高く保つことができ、固体酸化物形燃料電池の発電性能を維持することができる。
加えて、燃料電池ハウジングから排出された排ガスは、第１加熱部及び気化部で原燃料及び水の加熱に用いられた後で、第２加熱部での酸化剤の加熱に用いられる。つまり、第１加熱部及び気化部には、相対的に高温の排ガスを供給して、その高温の排ガスによって原燃料及び水の加熱を行うことができる。
【００１８】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記加熱装置は、前記燃料電池ハウジングの内部の熱が伝達される前記燃料電池ハウジングの一つの外面に相対した状態で前記燃料電池ハウジングと一体に構成され、
前記第１加熱部及び前記気化部は、前記第２加熱部よりも前記燃料電池ハウジングに近い位置に配置される点にある。
【００１９】
上記特徴構成によれば、加熱装置が、燃料電池ハウジングの一つの外面に相対した状態で設けられるので、燃料電池ハウジングの一つの外面から放出される熱を加熱装置で受けて利用することができる。
加えて、燃料電池ハウジングを構成する部材から放出される熱が、加熱装置において、第２加熱部よりも、第１加熱部及び気化部に対して優先的に伝達されるようにできる。
【００２０】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記第１加熱部は、面状に広がる第１加熱空間を有し、前記原燃料ガスは、前記第１加熱空間で形成される面に沿う方向に流れ、前記第１加熱空間の少なくとも一部分は、前記改質器に供給する水が供給されてその水の気化が行われる前記気化部として機能し、前記第１加熱部において、前記改質器に供給される前記原燃料ガスと水蒸気との混合気体が生成される点にある。
【００２１】
上記特徴構成によれば、原燃料ガスの加熱及び水の気化（即ち、水蒸気の生成）と、原燃料ガス及び水蒸気の混合ガスの生成が、気化部としても機能する第１加熱部において行われる。その結果、原燃料ガスの加熱を行う機器と、水の気化を行う機器と、原燃料ガス及び水蒸気の混合ガスの生成を行う機器とを各別に備える場合に比べて、装置を単純にすることができる。
【００２２】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記補助加熱手段は、面状に広がりを有する形態で構成され、前記第１加熱部のうちの前記気化部として機能する部分と前記補助加熱手段とが対面する位置関係で配置される点にある。
【００２３】
上記特徴構成によれば、第１加熱部が有する面状に広がる第１加熱空間のうち、気化部として機能する部分（原燃料ガス及び水（水蒸気）が流れる部分）は、同じく面状に広がりを有する補助加熱手段に対面する位置関係で配置される。つまり、両者の熱交換の伝熱面積を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】固体酸化物形燃料電池が備える燃料電池ハウジング及び加熱装置の機能ブロック図である。
【図２】固体酸化物形燃料電池の概略的な断面図である。
【図３】固体酸化物形燃料電池の燃料電池ハウジングに収容される機器の構成を示す斜視図である。
【図４】固体酸化物形燃料電池の加熱装置の全体構成を説明する図である。
【図５】加熱装置の上段部分の構成を説明する分解斜視図である。
【図６】加熱装置の上段部分が有するＡ層の裏面の構成を説明する図である。
【図７】加熱装置の上段部分が有する補助加熱手段の構成を説明する図である。
【図８】加熱装置の下段部分の構成を説明する分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図面を参照して本発明に係る固体酸化物形燃料電池について説明する。
図１は、固体酸化物形燃料電池ＦＣが備える燃料電池ハウジング１及び加熱装置２の機能ブロック図である。
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池ＦＣは、炭化水素系の原燃料ガス（図中ではＣＨ4（メタン）を例示）を水蒸気改質して燃料ガス（図中ではＨ2（水素）を例示）を生成する改質器３と、改質器３にて生成された燃料ガス及び酸化剤（後述する酸素（空気））の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セル１４を有するセルスタック９と、セルスタック９からのオフガスを燃焼する燃焼部１０とを燃料電池ハウジング１の内部に備え、燃料電池ハウジング１の内部から外部へ排出される排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する原燃料ガスを加熱する第１加熱部２Ａと、排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する水を気化する気化部１６と、排ガス中に残存している未燃ガス（例えば、ＣＯ、Ｈ2等）を燃焼除去する触媒燃焼部３６と、気化部１６及び触媒燃焼部３６を同時に加熱可能な補助加熱手段４１とを有する加熱装置２を、燃料電池ハウジング１の外部に備える。更に、本実施形態では、加熱装置２は、第１加熱部２Ａでの原燃料ガスの加熱に用いられた後の、及び、気化部１６での水の気化に用いられた後の排ガスが有する熱を用いて、燃料電池セル１４に供給する酸素（酸化剤）を加熱する第２加熱部２Ｂを備える。
【００２６】
図２は、固体酸化物形燃料電池ＦＣの概略的な断面図である。図３は、固体酸化物形燃料電池ＦＣの燃料電池ハウジング１に収容される機器の構成を示す斜視図である。図２に示す例では、外装ケース４が、燃料電池ハウジング１と加熱装置２とを収容している。つまり、図２に示す固体酸化物形燃料電池ＦＣは、加熱装置２を、燃料電池ハウジング１の一つの外面に相対した状態で燃料電池ハウジング１と一体に備える。
【００２７】
燃料電池ハウジング１は、４つの側壁１ｂ及び上壁１ｃ及び下壁１ｅで囲まれて構成される。燃料電池ハウジング１は、平面視で、即ち横断面が矩形である。各図において、この矩形の短手方向を「Ｘ」と表記し、それに直交する長手方向を「Ｙ」と表記する。更に、燃料電池ハウジング１の内部は、Ｘ方向で対面する２つの側壁１ｂよりも内側でそのＸ方向に対面し且つ下壁１ｅよりも内側でそれら対面部分を連結するように設けられた内部隔壁１ａで区画されている。尚、内部隔壁１ａはＹ方向で対面する部位には設けられていない。つまり、燃料電池ハウジング１の内側では、Ｘ方向では内部隔壁１ａ同士が対面し、Ｙ方向では側壁１ｂ同士が対面している。更に、Ｘ方向で対面し且つ下壁１ｅよりも内側でそれら対面部分を連結している内部隔壁１ａ及びＹ方向で対面している側壁１ｂの内側には断熱材３７を設けてあり、その断熱材３７よりも更に内側には改質器３及びセルスタック９及びガスマニホールド１５を設けてある。また、内部隔壁１ａよりも外側の、側壁１ｂ及び下壁１ｅとの間の空間には、後述するように、燃料電池ハウジング１の内部から外部へ排出される排ガスが流れるようになっている。
【００２８】
燃料電池ハウジング１の内部の上記断熱材３７よりも内側に設けられるセルスタック９は、改質器３で生成された燃料ガスが通流する燃料通流部（図示せず）と空気（即ち、酸化剤（酸素））が通流する空気通流部（図示せず）とを備えた複数の固体酸化物形の燃料電池セル１４を電気的に直列接続した状態で備えて構成されている。図示は省略するが、燃料電池セル１４は、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物形に構成される。各燃料電池セル１４では、燃料通流部を燃料ガスが上向きに通流することで燃料極の全体に燃料ガスが供給され、空気通流部を上向きに空気が通流することで空気極の全体に空気が供給される。つまり、各燃料電池セル１４は、燃料通流部における燃料ガスの排出口及び空気通流部における排出口が上向きになる姿勢で横方向に並ぶ状態で、燃料電池ハウジング１の内部に設置されている。
【００２９】
加えて、改質器３から燃料ガス供給路１１を通して供給される燃料ガスを受け入れるガスマニホールド１５が設けられる。複数の燃料電池セル１４は、ガスマニホールド１５の上方側に上述のように並ぶ状態で配置され、ガスマニホールド１５と複数の燃料電池セル１４における燃料通流部の下端のガス導入口とが連通接続されている。そして、ガスマニホールド１５に供給された燃料ガスが複数の燃料電池セル１４夫々の燃料通流部に対して下端のガス導入口から供給されて、各燃料通流部を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供された後の排燃料ガスは、上端の排出口から排出される。
【００３０】
断熱材３７よりも内側の空間には、後述する空気導入路８及び下方向誘導路１ｄを介して空気が供給される。複数の燃料電池セル１４夫々における空気通流部の下端部近傍には、断熱材３７よりも内側の空間と空気通流部の内部とを連通する空気供給孔（図示せず）が設けられている。複数の燃料電池セル１４夫々の空気通流部には断熱材３７よりも内側の空間の空気がこの空気供給孔を通して供給されて、各空気通流部を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。発電反応に供された後の排空気は、上端の排出口から排出される。
【００３１】
セルスタック９の上方には、オフガス（即ち、各燃料電池セル１４の燃料通流部から排出される排燃料ガスと空気通流部から排出される排空気（即ち、酸素））を燃焼させる燃焼空間（即ち、燃焼部１０）が形成される。つまり、セルスタック９により燃焼部１０が実現される。加えて、改質器３が、燃焼部１０として機能するセルスタック９の上方の燃焼空間に隣接して設けられている。その結果、燃焼部１０で発生する燃焼熱によって、改質器３が加熱される。改質器３には混合ガス供給路７を介して原燃料ガスと水蒸気との混合ガスが供給され、改質器３において原燃料ガスの水蒸気改質が行われる。図示は省略するが、改質器３の内部には改質触媒が充填されており、この改質触媒の触媒作用によって原燃料ガスが改質処理される。
【００３２】
燃料電池ハウジング１の内部からの排ガスは、内部隔壁１ａよりも外側の、側壁１ｂ及び下壁１ｅとの間の空間を通って燃料電池ハウジング１の外部に排出される。本実施形態では、断熱材３７よりも内側の空間で発生した排ガスが、内部隔壁１ａと側壁１ｂとの間の空間を下方に向けて流れ、内部隔壁１ａと下壁１ｅとの間の空間に至り、排ガス流出入口１２を通って加熱装置２へと排出される。
【００３３】
次に、図４〜図８を参照して、固体酸化物形燃料電池ＦＣの加熱装置２の構成について説明する。図４は、固体酸化物形燃料電池ＦＣの加熱装置２の全体構成を説明する図である。図５は、加熱装置２の上段部分の構成を説明する分解斜視図である。図６は、加熱装置２の上段部分が有するＡ層１７Ａの構成を説明する図である。図７は、加熱装置２の上段部分が有する補助加熱手段４１の構成を説明する図である。図８は、加熱装置２の下段部分の構成を説明する分解斜視図である。これらの図においても、図２及び図３と同様に、加熱装置２の矩形の短手方向を「Ｘ」と表記し、それに直交する長手方向を「Ｙ」と表記する。
【００３４】
本実施形態の加熱装置２は、Ａ層１７Ａ〜Ｈ層１７Ｈまでの８層からなる多層構造である。このうち、図５に示す上段部分は、Ａ層１７Ａ〜Ｃ層１７Ｃまでの３層で構成され、第１加熱部２Ａ及び気化部１６及び触媒燃焼部３６及び補助加熱手段４１及び第２熱伝導部材４３が含まれる。また、図８に示す下段部分は、Ｄ層１７Ｄ〜Ｈ層１７Ｈまでの５層で構成され、第２加熱部２Ｂが含まれる。また、加熱装置２は、平面視で、即ち横断面が矩形に構成されている。加えて、本実施形態では、第１加熱部２Ａ及び気化部１６（Ａ層１７Ａ）は、第２加熱部２Ｂ（Ｅ層１７Ｅ、Ｇ層１７Ｇ）よりも燃料電池ハウジング１に近い位置に配置される。
【００３５】
また、加熱装置２は、平面視で、即ち横断面が矩形に構成されている。特に本実施形態では、燃料電池ハウジング１の平面視での矩形形状と加熱装置２の平面視での矩形形状とはほぼ同一形状に形成してある。その結果、燃料電池ハウジング１及び加熱装置２は、加熱装置２を下方に配置して積み重ねられた状態で一体化されている。つまり、加熱装置２は、燃料電池ハウジング１の内部の熱が伝達される燃料電池ハウジング１の一つの外面である下壁１ｅに相対した状態で燃料電池ハウジング１と一体に設けられる。従って、燃料電池ハウジング１の下壁１ｅから外部へ熱が放出されるとしても、その放出される熱は、ほとんど消散することなく、その下壁１ｅと相対する状態で燃料電池ハウジング１と一体に設けられる加熱装置２側へ伝達されるようになる。
【００３６】
図４及び図５に示すように、燃料電池ハウジング１からの排ガスは、下壁１ｅに設けられる排ガス流出入口１２を介して燃料電池ハウジング１の外部に排出される（即ち、第１加熱部２Ａの内部に供給される）ように構成されている。
【００３７】
図２及び図４及び図５及び図８に示すように、燃料電池ハウジング１と加熱装置２の間には板状の伝熱量調整部材５が介装され、加熱装置２の上段部分（Ａ層１７Ａ〜Ｃ層１７Ｃ）と下段部分（Ｄ層１７Ｄ〜Ｈ層１７Ｈ）との間には板状の伝熱量調整部材６が介装されている。伝熱量調整部材５、６を設けることで、伝熱量調整部材５、６を挟んだ一方側から他方側への熱伝達を調整或いは制限することができる。つまり、伝熱量調整部材５、６として、熱伝達を制限するような構成を採用すれば、燃料電池ハウジング１から加熱装置２への熱伝達、及び、上段部分（Ａ層１７Ａ〜Ｃ層１７Ｃ）と下段部分（Ｄ層１７Ｄ〜Ｈ層１７Ｈ）への熱伝達を、主に排ガスを媒体とした熱伝達によって行うことができる。或いは、伝熱量調整部材５、６として、熱伝達を促進するような構成を採用すれば、燃料電池ハウジング１から加熱装置２への熱伝達、及び、上段部分（Ａ層１７Ａ〜Ｃ層１７Ｃ）と下段部分（Ｄ層１７Ｄ〜Ｈ層１７Ｈ）への熱伝達を、排ガスを媒体とした熱伝達と、伝熱量調整部材５、６を介した熱伝達とによって行うことができる。
【００３８】
例えば、伝熱量調整部材５、６によって燃料電池ハウジング１を構成する部材から加熱装置２を構成する部材への熱伝達を制限するような場合、断熱材料を板状又はシート状に形成した構成や、断熱シートを袋状に形成し、その袋状の断熱シートの内部に粒状の断熱材料を充填した構成や、直接の接触を極力排した空間層の構成や、真空断熱層の構成などを伝熱量調整部材５、６として採用できる。或いは、伝熱量調整部材５、６によって燃料電池ハウジング１を構成する部材から加熱装置２を構成する部材への熱伝達を促進するような場合、板状に構成した金属材料などを伝熱量調整部材５、６として採用できる。
【００３９】
次に、加熱装置２が有する上段部分（Ａ層１７Ａ〜Ｃ層１７Ｃ）と下段部分（Ｄ層１７Ｄ〜Ｈ層１７Ｈ）の構成について説明する。
【００４０】
〔上段部分（Ａ層１７Ａ〜Ｃ層１７Ｃ）〕
図２及び図４及び図５に示すように、Ａ層１７Ａは、第１加熱部２Ａ及び気化部１６及び触媒燃焼部３６を有する。後述するように、第１加熱部２Ａは、面状に広がる第１加熱空間１８を有し、原燃料ガスは、第１加熱空間１８で形成される面に沿う方向に流れ、第１加熱空間１８の少なくとも一部分は、改質器３に供給する水が供給されてその水の気化が行われる気化部１６として機能し、第１加熱部２Ａにおいて、改質器３に供給される原燃料ガスと水蒸気との混合気体が生成される。
【００４１】
具体的には、Ａ層１７Ａには、燃料電池ハウジング１から排出された排ガスが供給される。Ａ層１７Ａの上方に設けられる上述した燃料電池ハウジング１の下壁１ｅは、Ａ層１７Ａにとっての蓋部材の役割を果たしている。加えて、この下壁１ｅは、燃料電池ハウジング１から加熱装置２への伝熱量を調整する上記伝熱量調整部材５としての役割も果たしている。
【００４２】
図５に示すように、Ａ層１７Ａの表面側は、仕切部材２９によって３つの区画に分けられている。触媒燃焼部３６は、仕切部材２９ａによって囲われる部分（第１触媒燃焼部３６Ａ）と、仕切部材２９ｂによって囲われる部分（第２触媒燃焼部３６Ｂ）とで構成される。第１触媒燃焼部３６Ａの一端側には排ガス流出入口１２ａ（１２）から排ガスが流入し、その排ガスは第１触媒燃焼部３６Ａの他端側に設けられる孔部３８ａから、Ａ層１７Ａの裏面側へと排出される。同様に、第２触媒燃焼部３６Ｂの一端側には排ガス流出入口１２ｂ（１２）から排ガスが流入し、その排ガスは第２触媒燃焼部３６Ｂの他端側に設けられる孔部３８ｂから、Ａ層１７Ａの裏面側へと排出される。
【００４３】
第１触媒燃焼部３６Ａには、長手方向（Ｙ方向）に沿って直線状に延びる谷部分と山部分とが短手方向（Ｘ方向）に向かって交互に配列されることで波型に形成された波型プレート３６ａが設けられている。つまり、第１触媒燃焼部３６Ａでは、排ガスは短手方向（Ｘ方向）に向かって通流することがその波型部分によって制限される。同様に、第２触媒燃焼部３６Ｂには、長手方向（Ｙ方向）に沿って直線状に延びる谷部分と山部分とが短手方向（Ｘ方向）に向かって交互に配列されることで波型に形成された波型プレート３６ｂが設けられている。つまり、第２触媒燃焼部３６Ｂでは、排ガスは短手方向（Ｘ方向）に向かって通流することがその波型部分によって制限される。これら波型プレート３６ａ及び波型プレート３６ｂの谷部分には、燃焼用触媒が充填されており、ここで排ガス中に含まれる未燃ガス（例えば、ＣＯ、Ｈ2等）の触媒燃焼が行われる。
【００４４】
Ａ層１７Ａの表面には、燃料電池ハウジング１の内部から外部へ排出される排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する原燃料ガスを加熱する第１加熱部２Ａ、及び、排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する水を気化する気化部１６も設けられる。第１加熱部２Ａは、面状に広がる第１加熱空間１８を有し、原燃料ガスは、第１加熱空間１８で形成される面に沿う方向に流れる。第１加熱空間１８の少なくとも一部分は、改質器３に供給する水が供給されてその水の気化が行われる気化部１６として機能する。この第１加熱部２Ａにおいて、改質器３に供給される原燃料ガスと水蒸気との混合気体が生成される。この第１加熱空間１８は、後述する波型プレート４４及び波型プレート４５が設けられている空間である。つまり、原燃料ガスの加熱及び水の気化（即ち、水蒸気の生成）と、原燃料ガス及び水蒸気の混合ガスの生成が、気化部１６としても機能する第１加熱部２Ａにおいて行われる。
【００４５】
図５に示すように、Ａ層１７Ａの表面側の第１触媒燃焼部３６Ａと第２触媒燃焼部３６Ｂに挟まれた領域には、波型プレート４４が設けられる。この波型プレート４４の部分には、原燃料供給管２３を経由して原燃料ガス（図中では「ＣＨ4」：メタンと記載する）が供給され、及び、水供給管２２を経由して水（図中では「Ｈ2Ｏ」と記載する）が供給される。後述するように、この波型プレート４４の部分は、供給される水を気化させる気化部１６として機能する。そして、波型プレート４４の部分で得られる原燃料ガスと水蒸気との混合ガスは、下流側の波型プレート４５の方へ流れ出す。
【００４６】
原燃料ガス及び水が供給される波型プレート４４の部分には、隣接する触媒燃焼部３６Ａ、３６Ｂから熱（排ガスが保有する熱）が伝達され、加えて燃料電池ハウジング１から伝熱量調整部材５を介して熱が伝達されることもある。
更に、図５及び図６に示すように、Ａ層１７Ａの裏面側であって、触媒燃焼部３６Ａ、３６Ｂが設けられている部分と、波型プレート４４が設けられている部分とに相対する部分には、Ｂ層１７Ｂを構成する補助加熱手段４１が設けられている。その結果、触媒燃焼部３６Ａ、３６Ｂが設けられている部分と、波型プレート４４が設けられている部分とには、補助加熱手段４１で発生した熱が伝達される。つまり、補助加熱手段４１は、触媒燃焼部３６Ａ、３６Ｂが設けられている部分と、波型プレート４４が設けられている部分とを同時に加熱可能に構成されている。
【００４７】
更に説明すると、補助加熱手段４１は、面状に広がりを有する形態で構成され、補助加熱手段４１と第１加熱部２Ａの第１加熱空間１８の少なくとも一部分（波型プレート４４が設けられる部分）とが対面する位置関係で配置されている。このように、第１加熱部２Ａが有する面状に広がる第１加熱空間１８のうち、気化部１６として機能する部分（原燃料ガス及び水（水蒸気）が流れる部分）は、同じく面状に広がりを有する補助加熱手段４１に対面する位置関係で配置される。つまり、両者の熱交換の伝熱面積を大きくすることができている。
【００４８】
以上のように、原燃料ガス及び水が供給される波型プレート４４が設けられている部分には、燃料電池ハウジング１から伝熱量調整部材５を介して熱が伝達され、且つ、隣接する触媒燃焼部３６Ａ、３６Ｂから熱（排ガスが保有する熱）が伝達され、且つ、裏面に設けられる補助加熱手段４１から熱が伝達される。その結果、波型プレート４４が設けられている部分では、原燃料ガスの加熱と水の加熱（気化）とが併せて行われ、更に、原燃料ガスと水蒸気との混合が行われる。つまり、波型プレート４４が設けられている部分は、第１加熱部２Ａ及び気化部１６として機能する。そして、波型プレート４４が設けられている部分で作成された原燃料ガスと水蒸気との混合ガスは、それよりも下流側の波型プレート４５が設けられている部分へと移動する。特に、波型プレートのような形状を採用した場合、通流するガスや水とその波型プレートとの接触面積が大きくなる。その結果、波型プレートを介した熱交換が効率的に行われる。
【００４９】
第１触媒燃焼部３６Ａを流れた後で孔部３８ａから排出された排ガス及び第２触媒燃焼部３６Ｂを流れた後で孔部３８ｂから排出された排ガスは、Ａ層１７Ａの裏面に至る。図６は、Ａ層１７Ａの裏面側の構造を説明する図である。図６に示すように、孔部３８ａ、３８ｂを通ってＡ層１７Ａの表面側から裏面側へと流入した排ガス（触媒燃焼部３６を通過した後の排ガス）は、Ａ層１７Ａの裏面側に設けられている波型プレート４６を通過する。この波型プレート４６は、長手方向（Ｙ方向）に沿って直線状に延びる谷部分と山部分とが短手方向（Ｘ方向）に向かって交互に配列されることで波型に形成されている。
【００５０】
Ａ層１７Ａの裏面側の波型プレート４６が設けられている部分（即ち、原燃料ガスと水蒸気との混合ガスが流れる部分）は、Ａ層１７Ａの表面側の波型プレート４５が設けられている部分（即ち、触媒燃焼部３６を通過した後の排ガスが流れる部分）に対応する。このように、Ａ層１７Ａの表面側には混合ガスが流れ、Ａ層１７Ａの裏面側には排ガスが流れることで、Ａ層１７Ａの表面側と裏面側との間で熱交換が行われる。本実施形態の場合、Ａ層１７Ａの表面側において波型プレート４５が設けられている部分を流れる混合ガスに対して、Ａ層１７Ａの裏面側において波型プレート４６が設けられている部分を流れる排ガスが保有する熱が伝達される。即ち、Ａ層１７Ａの表面側において波型プレート４５が設けられている部分は、燃料電池ハウジング１の内部から外部へ排出される排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する原燃料ガスを加熱する第１加熱部２Ａとして機能する。
【００５１】
Ａ層１７Ａの表面側の波型プレート４５によって加熱された後の混合ガス（原燃料ガスと水蒸気との混合ガス）は、孔部３９を通ってＡ層１７Ａの裏面側へと排出される。
【００５２】
Ｂ層１７Ｂは、補助加熱手段４１と蓋部材４２とで構成されている。Ｃ層１７Ｃは、第２熱伝導部材４３で構成されている。
図７は、補助加熱手段４１の構成を説明する図である。補助加熱手段４１は、熱源としてのカートリッジヒーター４１ｃと、カートリッジヒーター４１ｃが内蔵される板状の熱伝導部材（第１熱伝導部材）４１ａとを有する。図７に示すように、板状の第１熱伝導部材４１ａの内部には、その板面に沿ってヒーター穴４１ｂが形成されている。そして、ヒーター穴４１ｂに対してカートリッジヒーター４１ｃが挿入されることで、そのカートリッジヒーター４１ｃで発生した熱が第１熱伝導部材４１ａに伝達される。カートリッジヒーター４１ｃは、通電されることでジュール熱を発する電気式ヒーターなどを利用できる。
【００５３】
Ｂ層１７Ｂにおいて、補助加熱手段４１と蓋部材４２とはＹ方向に沿って隣接して設けられている。そして、補助加熱手段４１と蓋部材４２とを組み合わせることで、Ａ層１７Ａの裏面側全体が覆われることになる。また、補助加熱手段４１と蓋部材４２とを組み合わせた状態で、長手方向（Ｙ方向）に沿って延びる混合ガス流路４０が形成されている。この混合ガス流路４０は、Ａ層１７Ａの裏面側に形成される溝４０ａとＢ層１７Ｂの表面側に形成される溝４０ｂとに囲まれた空間によって形成されるものである。そして、図５及び図６に示すように、Ａ層１７Ａの表面側から裏面側へと流れてきた原燃料ガスと水蒸気との混合ガスは、混合ガス流路４０を通過して混合ガス供給路７へと至る。
【００５４】
更に、本実施形態では、Ｃ層１７Ｃを構成する第２熱伝導部材４３が、Ｂ層１７Ｂの補助加熱手段４１及び蓋部材４２に対して接触するように設けられる。つまり、本実施形態の補助加熱手段４１は、熱源としてのカートリッジヒーター４１ｃと、カートリッジヒーター４１ｃが内蔵される板状の第１熱伝導部材４１ａと、第１熱伝導部材４１ａに接する板状の第２熱伝導部材４３とを有するように構成されている。その結果、補助加熱手段４１で発生した熱は、第２熱伝導部材４３に対して良好に伝達され、更にその第２熱伝導部材４３から蓋部材４２に対する熱伝導も良好に行われる。そして、蓋部材４２が保有する熱は、Ａ層１７Ａの裏面を流れる排ガスに対して伝達されることになる。
【００５５】
〔下段部分（Ｄ層１７Ｄ〜Ｈ層１７Ｈ）〕
図２及び図４及び図８に示すように、加熱装置２の下段部分は、排ガスが流れる３つの層（Ｄ層１７Ｄ、Ｆ層１７Ｆ、Ｈ層１７Ｈ）の間に、空気が流れる２つの層（Ｅ層１７Ｅ、Ｇ層１７Ｇ）を挟んだ構成となっている。図８に示すように、排ガスが流れるＤ層１７Ｄ及びＦ層１７Ｆ及びＨ層１７Ｈは互いに同じ形状であり、空気が流れるＥ層１７Ｅ及びＧ層１７Ｇは互いに同じ形状である。
【００５６】
排ガスが流れるＤ層１７Ｄ及びＦ層１７Ｆ及びＨ層１７Ｈの各層には、Ａ層１７Ａから排出された排ガスが、互いに連通する排ガス流入溜５０を経由して流入する。Ｄ層１７Ｄ及びＦ層１７Ｆ及びＨ層１７Ｈの各層は、短手方向（Ｘ方向）に沿って延びる５個の仕切部材３２によって６つの空間３０ａ〜３０ｆに仕切られている。尚、各仕切部材３２は各層の短手方向の全体に渡って延びておらず、隣接する空間同士は連通する。例えば、空間３０ａと空間３０ｂとは、その間に設けられる仕切部材３２によって仕切られているが、完全に隔離されている訳ではなく、排ガスが仕切部材３２の端部を回り込むように通流できる。また、空間３０ａ〜３０ｆには、短手方向（Ｘ方向）に沿って直線状に延びる谷部分と山部分とが長手方向（Ｙ方向）に向かって交互に配列されることで波型に形成された波型プレート３１ａ〜３１ｆが設けられている。つまり、各空間３０ａ〜３０ｆにおいて、排ガスは、長手方向（Ｙ方向）に向かって通流することがその波型部分によって制限される。Ｄ層１７Ｄの場合、排ガスは、排ガス流入溜５０から空間３０ａに流入し、その後、仕切部材３２を回り込みながら、空間３０ｂ、空間３０ｃ、空間３０ｄ、空間３０ｅ、空間３０ｆへと長手方向（Ｙ方向）に向かって順に流れ、最終的に排ガス流出溜５１へと至る。そして、排ガス流出溜５１から排気管２７を介して排気が行われる。
【００５７】
具体的には、Ｄ層１７Ｄにおいて、排ガスは、一つの空間内では、波型プレート３１ａ〜３１ｆによって長手方向（Ｙ方向）への通流が制限された状態で短手方向（Ｘ方向）へと流れる。その結果、排ガスは、各空間３０ａ〜３０ｆにおいて短手方向（Ｘ方向）に流れながら、次に長手方向（Ｙ方向）に隣接する空間に流入し、その空間内でも、波型プレート３１ａ〜３１ｆによって長手方向（Ｙ方向）への通流が制限された状態で短手方向（Ｘ方向）へ流れる。つまり、Ｄ層１７Ｄ全体で見ると、各空間３０ａ〜３０ｆにおいて短手方向（Ｘ方向）に蛇行しながら空間３０ａから空間３０ｆへと長手方向（Ｙ方向）に流れる。このように、Ｄ層１７Ｄでは、波型プレート３１ａ〜３１ｆによって、排ガスと波型プレート３１ａ〜３１ｆとの接触面積が大きくなることで、排ガスが保有する熱が波型プレート３１ａ〜３１ｆに、即ち、Ｄ層１７Ｄを構成する部材自体に伝達され易くなる。加えて、図８に示す例では、Ｄ層１７Ｄを構成する波型プレート３１ａ〜３１ｆや仕切部材３２などと一体化して、それの下方に仕切板を設けている。そして、この仕切板が、Ｄ層１７Ｄとその下方のＥ層１７Ｅとを隔てる部材となる。その結果、Ｄ層１７Ｄを構成する部材に伝達された熱は、この仕切板を介して、Ｄ層１７Ｄの下方に設けられるＥ層１７Ｅに対して更に伝達される。つまり、Ｄ層１７Ｄを流れる相対的に高温の排ガスと、Ｅ層１７Ｅを流れる相対的に低温の空気との間の熱交換が、熱伝導部材としての仕切板によって良好に行われることになる。
【００５８】
空気が流れるＥ層１７Ｅ及びＧ層１７Ｇは、排ガスが有する熱を用いて燃料電池セル１４に供給する酸化剤を加熱する第２加熱部２Ｂとして機能する。Ｅ層１７Ｅ及びＧ層１７Ｇの各層には、空気供給部２８から供給される空気（酸化剤としての酸素）が、互いに連通する空気流入溜５２を経由して流入する。Ｅ層１７Ｅ及びＧ層１７Ｇの各層は、短手方向（Ｘ方向）に沿って延びる５個の仕切部材３５によって６つの空間３３ａ〜３３ｆに仕切られている。尚、各仕切部材３５は各層の短手方向の全体に渡って延びておらず、隣接する空間同士は連通する。例えば、空間３３ａと空間３３ｂとは、その間に設けられる仕切部材３５によって仕切られているが、完全に隔離されている訳ではなく、空気が仕切部材３５の端部を回り込むように通流できる。また、空間３３ａ〜３３ｆには、短手方向（Ｘ方向）に沿って直線状に延びる谷部分と山部分とが長手方向（Ｙ方向）に向かって交互に配列されることで波型に形成された波型プレート３４ａ〜３４ｆが設けられている。つまり、各空間３３ａ〜３３ｆにおいて、空気は、長手方向（Ｙ方向）に向かって通流することがその波型部分によって制限される。Ｅ層１７Ｅの場合、空気は、空気流入溜５２から空間３３ａに流入し、その後、仕切部材３５を回り込みながら、空間３３ｂ、空間３３ｃ、空間３３ｄ、空間３３ｅ、空間３３ｆへと長手方向（Ｙ方向）に向かって順に流れ、最終的に空気流出溜５３へと至る。そして、空気流出溜５３から空気導入路８を介して燃料電池ハウジング１へと空気が供給される。
【００５９】
具体的には、Ｅ層１７Ｅにおいて、空気は、一つの空間内では、波型プレート３４ａ〜３４ｅによって長手方向（Ｙ方向）への通流が制限された状態で短手方向（Ｘ方向）へと流れる。その結果、空気は、各空間３３ａ〜３３ｆにおいて短手方向（Ｘ方向）に流れながら、次に長手方向（Ｙ方向）に隣接する空間に流入し、その空間内でも、波型プレート３４ａ〜３４ｅによって長手方向（Ｙ方向）への通流が制限された状態で短手方向（Ｘ方向）へ流れる。つまり、Ｅ層１７Ｅ全体で見ると、空気は、空間３３ａ〜３３ｆの各空間において短手方向（Ｘ方向）に蛇行しながら空間３３ａから空間３３ｆへと長手方向（Ｙ方向）に流れる。これらＥ層１７Ｅを構成する部材には、上述したようにＤ層１７Ｄから熱が伝達されている。その結果、Ｅ層１７Ｅでは、波型プレート３４ａ〜３４ｅによって、空気と波型プレート３４ａ〜３４ｅとの接触面積が大きくなることで、Ｅ層１７Ｅを構成する部材が保有する熱が空気に伝達され易くなる。そして、このＥ層１７Ｅで加熱された空気が空気導入路８を介して燃料電池ハウジング１の内部に導入され、セルスタック９での発電反応及び燃焼部１０での燃焼に利用される。加えて、図８に示す例では、Ｅ層１７Ｅを構成する波型プレート３４ａ〜３４ｆや仕切部材３５などと一体化して、それの下方に仕切板を設けている。そして、この仕切板が、Ｅ層１７Ｄとその下方のＦ層１７Ｆとを隔てる部材となる。その結果、Ｅ層１７Ｅの下方に設けられたＦ層１７Ｆ（排ガスが流れる層）が保有する熱が、この仕切板を介して、上方のＥ層１７Ｅに対して伝達される。つまり、Ｆ層１７Ｆを流れる相対的に高温の排ガスと、Ｅ層１７Ｅを流れる相対的に低温の空気との間の熱交換が、熱伝導部材としての仕切板によって良好に行われることになる。
【００６０】
尚、詳細な説明を省略するが、排ガスが流れるＦ層１７Ｆ及びＨ層１７Ｈの構成は上記Ｄ層１７Ｄと同様であり、空気が流れるＧ層１７Ｇの構成はＥ層１７Ｅと同様である。また、上述したのと同様に、Ｄ層１７Ｄ〜Ｈ層１７Ｈのそれぞれの間には、仕切板が設けられている。図８に示す例では、各層を構成する波型プレートや仕切部材などと一体化して、それの下方に仕切板を描いている。各層の間にこの仕切板を設けることで、上述したように、この仕切板を介して各層の間での熱交換、即ち、相対的に高温の排ガスと相対的に低温の空気との間の熱交換が良好に行われることになる。
【００６１】
加えて、図１に示すように、Ｅ層１７Ｅ及びＧ層１７Ｇで加熱された空気が通流する空気導入路８は、加熱装置２で加熱された空気（酸素）が燃料電池ハウジング１から熱の伝達を受けながら燃料電池ハウジング１の内部に導入されるように構成されている。具体的には、空気導入路８は、加熱装置２と外装ケース４との間の空間、及び、燃料電池ハウジング１と外装ケース４との間の空間に形成される。特に、燃料電池ハウジング１の最外郭を構成する側壁１ｂ及び上壁１ｃには高温の排ガスの熱が伝達されているため、空気導入路８を通流する空気がその側壁１ｂ及び上壁１ｃと接触することで、加熱装置２で加熱された後の空気が更に加熱されることになる。
【００６２】
以上のように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池ＦＣでは、改質器３に供給する原燃料ガスを加熱する第１加熱部２Ａと、排ガスが有する熱を用いて改質器３に供給する水を気化する気化部１６とを有する加熱装置２は、燃料電池ハウジング１の外部に設けられる。つまり、燃料電池ハウジング１の内部の熱は、原燃料ガスの加熱のために大きく消費されることはなく且つ水の気化のために大きく消費されることはない。その結果、燃料利用率が高い状態であっても（即ち、セルスタック９から排出されるオフガス中に含まれる燃料ガス成分が少ないことに伴って燃焼熱が相対的に低下した状態であっても）、燃料電池ハウジング１の内部での温度を安定して高く保つことができ、固体酸化物形燃料電池ＦＣの発電性能を維持することができる。
【００６３】
加えて、加熱装置２は、気化部１６及び触媒燃焼部３６を同時に加熱可能な補助加熱手段４１を有する。つまり、気化部１６では、排ガスが有する熱に加えて、補助加熱手段４１から供給される熱を用いて改質器３に供給する水を気化することができるので、気化部１６にて、必要な量の水蒸気を安定して発生させることができる。また、触媒燃焼部３６では、供給される排ガスの温度が低くても補助加熱手段４１から供給される熱を用いて昇温されるので、十分な触媒活性を発揮させることができる。その結果、燃料電池ハウジング１から排出される排ガス中に含まれる未燃ガス（例えば、ＣＯ、Ｈ2等）が固体酸化物形燃料電池ＦＣから流出しないようにできる。
更に、従来技術では、燃料電池ハウジング１の内部と外部との両方に気化部を設け、それらの気化部を切り替えて使用していたが、本特徴構成では、気化部１６を燃料電池ハウジング１の外部に設けておけばよいので、装置構成を単純にできるという利点がある。
【００６４】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池ＦＣの構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態の図８には、排ガスが流れる層を３層（Ｄ層１７Ｄ、Ｆ層１７Ｆ、Ｈ層１７Ｈ）設け、それらの間に空気が流れる層を２層（Ｅ層１７Ｅ、Ｇ層１７Ｇ）設ける５層構造とした例を示したが、５層構造以外の構成に変更してもよい。
他にも、燃料電池ハウジング１の内部構造として、排ガスを、内部隔壁１ａよりも外側の、側壁１ｂ及び下壁１ｅとの間の空間に流すような例を説明したが、その内部構造についても適宜変更可能である。
【００６５】
＜２＞
上記実施形態では、第２熱伝導部材４３を補助加熱手段４１の一部として設ける例を説明したが、第２熱伝導部材４３を設けなくてもよい。つまり、補助加熱手段４１を、カートリッジヒーター４１ｃと、カートリッジヒーター４１ｃが内蔵される第１熱伝導部材４１ａによって構成してもよい。
【００６６】
＜３＞
上記実施形態において、燃料電池ハウジング１の平面視での形状と加熱装置２の平面視での形状とはほぼ同一形状に形成してある例、即ち、加熱装置２が、燃料電池ハウジング１の一つの外面である下壁１ｅの全体に相対した状態で設けられる例を説明したが、燃料電池ハウジング１及び加熱装置２の平面視での形状を互い異ならせてもよい。例えば、加熱装置２の平面視での形状を、燃料電池ハウジング１の平面視での形状よりも大きく又は小さく構成してもよい。
【００６７】
＜４＞
改質器３に供給される原燃料ガス（例えばＣＨ4等）と水（Ｈ2Ｏ）との混合場所については特に限定はない。例えば、図１では、改質器３に対して原燃料ガス（例えばＣＨ4等）と水（Ｈ2Ｏ）とが別々に導入される方式を説明し、図２及び図５などでは、原燃料ガスと水とが混合された状態で改質器３に導入される方式を説明したが、本発明に係る固体酸化物形燃料電池では何れの方式を採用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、装置の構成を複雑にせず且つ装置のコストを上昇させることなく、高い燃料利用率を達成しつつ、起動初期の段階から安定した性能を発揮させることができる固体酸化物形燃料電池に利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１  燃料電池ハウジング
２  加熱装置
２Ａ  第１加熱部
２Ｂ  第２加熱部
３  改質器
９  セルスタック
１０  燃焼部
１４  燃料電池セル
１６  気化部
１８  第１加熱空間
３６  触媒燃焼部
４１  補助加熱手段
４１ａ  第１熱伝導部材（熱伝導部材）
４１ｃ  カートリッジヒーター
４３  第２熱伝導部材
ＦＣ  固体酸化物形燃料電池
【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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