(57)【要約】【課題】微量な水から生成された水蒸気と原燃料ガスとの混合性を適切に向上させることが可能な固体酸化物型燃料電池装置を提供する。【解決手段】本発明の固体酸化物型燃料電池装置１は、複数の燃料電池セル１６と、複数の燃料電池セル１６を収容する内側円筒部材６４と、内側円筒部材６４の外周面に沿って上下方向に延びる流路を有する燃料ガス供給流路２０と、を有し、燃料ガス供給流路２０には、下方から、第１の下部第２混合室２０１（蒸発部８６）、第２の下部第２混合室２０２、上部第２混合室２０３、第１混合室２０４、改質部９４の順で、これらが配置される。第１及び第２の下部第２混合室２０１、２０２、及び上部第２混合室２０３は、水蒸気及び原燃料ガスを水平方向に移動させる過程で混合させ、第１混合室２０４は、水蒸気及び原燃料ガスを上方向に上昇させる過程で混合させる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び酸化剤ガスを供給して反応させることにより発電する固体酸化物型燃料電池装置であって、
互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、
上記複数の燃料電池セルを収容する収容容器と、
上記酸化剤ガスを上記複数の燃料電池セルに供給する酸化剤ガス供給通路と、
上記収容容器の外周面に沿って上下方向に延びる流路を有し、上記燃料ガスを上記複数の燃料電池セルに供給する燃料ガス供給通路と、
上記燃料ガス供給通路内に設けられ、水蒸気と原燃料ガスとの混合ガスから上記燃料ガスを生成する改質器と、
上記燃料ガス供給通路内に設けられ、上記改質器に供給する水蒸気を生成する蒸発器と、
上記蒸発器で蒸発させる水を供給する水供給部と、
上記燃料ガス供給通路内に設けられ、上記水蒸気と上記原燃料ガスとを混合させる混合室と、を有し、
上記燃料ガス供給通路には、上方から上記改質器、上記混合室、上記蒸発器の順で、これらが配置され、
上記混合室は、水蒸気及び原燃料ガスを上方向に上昇させる過程で混合させる第１混合室と、水蒸気及び原燃料ガスを水平方向に移動させる過程で混合させる第２混合室と、を備えていることを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項２】
上記第２混合室は、上記収容容器における外周空間の水平方向の周囲全体に渡って設けられ、上下方向に分割された複数の空間として、少なくとも上部第２混合室及び下部第２混合室を備えている請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項３】
上記下部第２混合室から上記上部第２混合室へ水蒸気及び原燃料ガスが供給され、
上記下部第２混合室の入口と、上記上部第２混合室の入口となる上記下部第２混合室の出口とは、上記収容容器の中心軸を挟んで対向する反対の位置に設けられる請求項２に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項４】
上記下部第２混合室の出口は、水蒸気及び原燃料ガスが通過する通路を横断する長穴形状に構成されている請求項３に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項５】
上記第１混合室と上記上部第２混合室との間に、通過する水蒸気及び原燃料ガスを均一分散させるように、複数の孔が形成された分散板が設けられている請求項３に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項６】
上記複数の孔は、上記下部第２混合室の出口から遠い位置では、上記下部第２混合室の出口から近い位置よりも、上記分散板の上方に向けた水蒸気及び原燃料ガスの噴射供給が行われ易いように形成されている請求項５に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項７】
上記分散板は、上記下部第２混合室の出口から遠いほど圧力損失が低くなるように、上記孔の間隔又は径が場所で異なっている請求項６に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池装置に関し、特に、水蒸気と原燃料ガスとを混合させる混合室を備えた固体酸化物型燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（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】
固体酸化物型燃料電池では、水を蒸発させることで水蒸気を生成し、その水蒸気と原燃料ガスとを混合させた混合ガスを改質して燃料ガス（水素ガス）を取り出している。そのような固体酸化物型燃料電池が、例えば特許文献１及び２に開示されている。特許文献１には、複数の燃料電池セルを収容する収容容器の外周面に沿って上下方向に延びる燃料ガス供給通路を設け、水を蒸発させる蒸発部と混合ガスを改質する改質部とを燃料ガス供給通路中の上下方向に設けた固体酸化物型燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１７１７４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたような、収容容器の外周面全体に渡って改質器を設けた構成にあっては、改質器に吸熱反応を伴う水蒸気改質を行わせたとしても、改質器が存在する近傍だけが吸熱反応で冷やされてモジュール内に温度ムラを発生させ、この温度ムラに起因して改質器周辺のセルだけが冷やされてこの周辺のセルの耐久性が著しく悪化してしまうという固体酸化物型燃料電池固有の課題を確実に回避することができる。よってこの改質器の構造は極めて有用な構造である。
【０００６】
しかしながら、出願人はこの構造の検討を進めていく中で、熱ムラを回避できるという有用なメリットがある一方で、この構造においては、解決しなければならない特有の課題があることを新たに見出した。
具体的には、固体酸化物型燃料電池では、非常に微量な水から生成した水蒸気を原燃料ガスと均一に混合させ、かつ均一に混合させたガスを改質器に均等に分散させて供給する必要があるが、熱ムラを防止するためにモジュールの周囲全体に改質器を配置した特許文献１の構成では、改質器の入口側の表面積が非常に大きくなるため、この改質器の表面積の広さに対応させて混合ガスを均一に分散供給するためには、微量な水を改質器の入口表面に対応させて大きく分散させる必要がある。ガスを均一に分散させることも難しいが、微量な水を均一に分散させ、その上で均一な混合ガスを生成し、更にその上でこの混合ガスを改質器に均一に供給することが求められるものであり、混合ガスの混合性、混合ガスの改質器への均一供給という点で課題が見出されたものである。
【０００７】
本発明は、微量な水から生成された水蒸気と原燃料ガスとの混合性を飛躍的に向上させ、かつ均一に混合された原燃料ガスを改質器に均一に分散供給することが可能な固体酸化物型燃料電池装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスを供給して反応させることにより発電する固体酸化物型燃料電池装置であって、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルを収容する収容容器と、酸化剤ガスを複数の燃料電池セルに供給する酸化剤ガス供給通路と、収容容器の外周面に沿って上下方向に延びる流路を有し、燃料ガスを複数の燃料電池セルに供給する燃料ガス供給通路と、燃料ガス供給通路内に設けられ、水蒸気と原燃料ガスとの混合ガスから燃料ガスを生成する改質器と、燃料ガス供給通路内に設けられ、改質器に供給する水蒸気を生成する蒸発器と、蒸発器で蒸発させる水を供給する水供給部と、燃料ガス供給通路内に設けられ、水蒸気と原燃料ガスとを混合させる混合室と、を有し、燃料ガス供給通路には、上方から改質器、混合室、蒸発器の順で、これらが配置され、混合室は、水蒸気及び原燃料ガスを上方向に上昇させる過程で混合させる第１混合室と、水蒸気及び原燃料ガスを水平方向に移動させる過程で混合させる第２混合室と、を備えていることを特徴としている。
通常、固体酸化物型燃料電池装置における発電室は、下側よりも上側の方が温度が高くなるような温度勾配が生じるため、この温度勾配によって、収容容器の外周面に沿って上下方向に延びる燃料ガス供給通路内には上昇気流が生じる。水蒸気及び原燃料ガスは、そのような上昇気流によって、燃料ガス供給通路を下流側から上流側へと流れていく、つまり蒸発器、混合室、改質器の順にガスや水蒸気が滞留したり残留したりすることで混合不良になることなく、全量が確実に上昇気流によって上方に移動するため、この上昇気流混合という思想によって安定的でかつ確実な混合性を実現させることができた。更に本発明においては、第１混合室では、この上昇気流を利用して水蒸気と原燃料ガスとを混合させ、一方で、新たに第２混合室を設け、ここでは、上昇気流に対向する水平方向の移動を利用して水蒸気と原燃料ガスとを安定的にゆっくりと混合させる技術思想を導入した。これにより、水蒸気及び原燃料ガスを上方向に上昇させる過程でのみ混合させる構成と比較して、言い換えると上昇気流を利用して水蒸気及び原燃料ガスを上方向にのみ移動させる構成と比較して、水蒸気と原燃料ガスとをゆっくりと混合させることができる。したがって、本発明によれば、燃料ガス供給通路が収容容器の外周面全体に渡って設けられた広い構成であっても微量な水から生成された水蒸気を均一に分散させた上で、燃料ガスと均一に混合でき、混合性の高い混合ガスを上昇気流に乗せて改質器の表面積に均一に分散供給できるようになったものである。
【０００９】
本発明において、好ましくは、第２混合室は、収容容器における外周空間の水平方向の周囲全体に渡って設けられ、上下方向に分割された複数の空間として、少なくとも上部第２混合室及び下部第２混合室を備えている。
このように構成された本発明においては、上昇気流に対向する水平方向の移動を利用して水蒸気と原燃料ガスとを混合させるように構成し、更に水平方向での混合を行う第２混合室を上下方向に複数設けたため、水蒸気と原燃料ガスとの混合を更にゆっくりと行うことができることから、微量な水を更に確実に均一分散させて、微量な水蒸気からなる均一な混合ガスを確実に生成することができたものである。
【００１０】
本発明において、好ましくは、下部第２混合室から上部第２混合室へ水蒸気及び原燃料ガスが供給され、下部第２混合室の入口と、上部第２混合室の入口となる下部第２混合室の出口とは、収容容器の中心軸を挟んで対向する反対の位置に設けられる。
このように構成された本発明によれば、下部第２混合室におけるガスの入口と出口とを最も距離が大きくなるように構成するという簡単な構成で、上昇気流に伴う水平方向のゆっくりとした移動過程でゆっくりと混合させることができるため、水蒸気と原燃料ガスとの混合性をより均一化させることができたものである。
【００１１】
本発明において、好ましくは、下部第２混合室の出口は、水蒸気及び原燃料ガスが通過する通路を横断する長穴形状に構成されている。
このように構成された本発明においては、下部第２混合室の出口をガスが通過する通路を横断する長穴形状に構成することにより、混合ガスは上昇気流の影響で通路の上壁に張り付くように水平方向に移動するが、通路を横断する長穴形状に出口穴が形成されているため、確実に残ることなく上層の第２混合室に混合ガスが移動し、混合ガス不足になることを防止できる。また、下部第２混合室の出口穴を、通路を横断するような円形に構成すると穴径が大きくなり過ぎて圧損が低く、通路をゆっくりと混合ガスが移動せず早く改質器に到達して混合不足になるという課題があった。また逆に、小さな穴にすると出口穴から上層に移動せず水平移動を続けてしまう混合ガスが発生し、改質器に到達する混合ガスが減ってガス不足になったり、また、小径の穴から混合ガスが勢いよく上層の第２混合室に噴射されるような形になって、混合をゆっくり行えず混合性を均一にできなかったりするなどの課題があった。長穴形状にすることでこれらの課題を一掃できたものである。
【００１２】
本発明において、好ましくは、第１混合室と上部第２混合室との間に、通過する水蒸気及び原燃料ガスを均一分散させるように、複数の孔が形成された分散板が設けられている。
このように構成された本発明においては、複数の孔が形成された分散板を第１混合室と上部第２混合室との間に設けることにより、混合性が高まったガスを分散板の上方に向けて均一分散させることができる。よって、分散板上方の第１混合室において、燃料ガス供給通路内の上昇気流を利用して更に安定的にガスを混合させることが可能となる。また、分散板の上方に向けてガスを均一分散させることにより、改質器への投入ガスの分散性も均一にすることが可能となる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、複数の孔は、下部第２混合室の出口から遠い位置では、下部第２混合室の出口から近い位置よりも、分散板の上方に向けた水蒸気及び原燃料ガスの噴射供給が行われ易いように形成されている。
このように構成された本発明によれば、分散板の上方に向けたガスの均一分散性を適切に確保することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、分散板は、下部第２混合室の出口から遠いほど圧力損失が低くなるように、孔の間隔又は径が場所で異なっている。
このように構成された本発明によれば、分散板の上方に向けたガスの均一分散性を簡易な構成にて実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の固体酸化物型燃料電池装置によれば、微量な水から生成された水蒸気と原燃料ガスとの混合性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている排気集約室の部分を拡大して示す断面図である。
【図５】図２におけるV−V断面である。
【図６】（ａ）下端がカソードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）下端がアノードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による蒸発部の作用を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態による混合板の具体的な構成を説明するための斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態による分散板の平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による混合板及び分散板等の作用を説明するための図である。
【図１１】本発明の変形例による分散板の平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による分散板の平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による改質部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（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。
【００１８】
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を介して燃料電池セル収容容器８が配置されている。この燃料電池セル収容容器８内の内部には発電室１０が構成され、この発電室１０の中には複数の燃料電池セル１６が同心円状に配置されており、これらの燃料電池セル１６により、燃料ガスと酸化剤ガスである空気の発電反応が行われる。
【００１９】
各燃料電池セル１６の上端部には、排気集約室１８が取り付けられている。各燃料電池セル１６において発電反応に使用されずに残った残余の燃料（オフガス）は、上端部に取り付けられた排気集約室１８に集められ、この排気集約室１８の天井面に設けられた複数の噴出口から流出される。流出した燃料は、発電室１０内で発電に使用されずに残った空気により燃焼され、排気ガスが生成されるようになっている。
【００２０】
次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４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２６と、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置であ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から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。
【００２１】
なお、燃料ブロア３８を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール２内に配置された脱硫器３６と、熱交換器３４、電磁弁３５を介して燃料電池セル収容容器８の内部に導入される。脱硫器３６は、燃料電池セル収容容器８の周囲に環状に配置されており、原燃料ガスから硫黄を除去するようになっている。また、熱交換器３４は、脱硫器３６において温度上昇した高温の原燃料ガスが直接電磁弁３５に流入し、電磁弁３５が劣化されるのを防止するために設けられている。電磁弁３５は、燃料電池セル収容容器８内への原燃料ガスの供給を停止するために設けられている。
【００２２】
補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である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）を備えている。
【００２３】
さらに、補機ユニット４には、燃料電池モジュール２からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置５０が備えられている。この温水製造装置５０には、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、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。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュール２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。
【００２４】
次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールに内蔵された燃料電池セル収容容器の内部構造を説明する。図２は燃料電池セル収容容器の断面図であり、図３は燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
図２に示すように、燃料電池セル収容容器８内の空間には、複数の燃料電池セル１６が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように燃料流路である燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、酸化剤ガス供給流路２２が順に同心円状に形成されている。ここで、排ガス排出流路２１及び酸化剤ガス供給流路２２は、酸化剤ガスを供給／排出する酸化剤ガス流路として機能する。
【００２５】
まず、図２に示すように、燃料電池セル収容容器８は、概ね円筒状の密閉容器であり、その側面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ５６、及び排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８が接続されている。さらに、燃料電池セル収容容器８の上端面からは、排気集約室１８から流出した残余燃料に点火するための点火ヒーター６２が突出している。
【００２６】
図２及び図３に示すように、燃料電池セル収容容器８の内部には、燃料電池セル１６の周囲を取り囲むように、内側から順に、発電室構成部材である内側円筒部材６４、外側円筒部材６６、内側円筒容器６８、外側円筒容器７０が配置されている。上述した燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、及び酸化剤ガス供給流路２２は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。即ち、排ガス排出流路２１は燃料ガス供給流路２０を取り囲むように配置され、酸化剤ガス供給流路２２は排ガス排出流路２１を取り囲むように配置されている。また、燃料電池セル収容容器８の下端側の開放空間は、燃料を各燃料電池セル１６に分散させる燃料ガス分散室７６の底面を構成する概ね円形の分散室底部材７２により塞がれている。
【００２７】
内側円筒部材６４は、概ね円筒状の中空体であり、その上端及び下端は開放されている。また、内側円筒部材６４の内壁面には、分散室形成板である円形の第１固定部材６３が気密的に溶接されている。この第１固定部材６３の下面と、内側円筒部材６４の内壁面と、分散室底部材７２の上面により、燃料ガス分散室７６が画定される。また、第１固定部材６３には、各々燃料電池セル１６を挿通させる複数の挿通穴６３ａが形成されており、各燃料電池セル１６は、各挿通穴６３ａに挿通された状態で、セラミック接着剤により第１固定部材６３に接着されている。このように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、燃料電池モジュール２を構成する部材間相互の接合部には、セラミック接着剤が充填され、硬化されることにより、各部材が相互に気密的に接合されている。
【００２８】
外側円筒部材６６は、内側円筒部材６４の周囲に配置される円筒状の管であり、内側円筒部材６４との間に円環状の流路が形成されるように、内側円筒部材６４と概ね相似形に形成されている。さらに、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間には中間円筒部材６５が配置されている。中間円筒部材６５は、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間に配置された円筒状の管であり、内側円筒部材６４の外周面と中間円筒部材６５の内周面の間には改質部９４が構成されている。また、中間円筒部材６５の外周面と、外側円筒部材６６の内周面の間の円環状の空間は、燃料ガス供給流路２０として機能する。このため、改質部９４及び燃料ガス供給流路２０は、燃料電池セル１６における発熱及び排気集約室１８上端における残余燃料の燃焼により熱を受ける。また、内側円筒部材６４の上端部と外側円筒部材６６の上端部は溶接により気密的に接合されており、燃料ガス供給流路２０の上端は閉鎖されている。さらに、中間円筒部材６５の下端と、内側円筒部材６４の外周面は、溶接により気密的に接合されている。
【００２９】
内側円筒容器６８は、外側円筒部材６６の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、外側円筒部材６６との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が外側円筒部材６６と概ね相似形に形成されている。この内側円筒容器６８は、内側円筒部材６４の上端の開放部を覆うように配置される。外側円筒部材６６の外周面と、内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間は、排ガス排出流路２１（図２）として機能する。この排ガス排出流路２１は、内側円筒部材６４の上端部に設けられた複数の小穴６４ａを介して内側円筒部材６４の内側の空間と連通している。また、内側円筒容器６８の下部側面には、排ガス流出口である排ガス排出パイプ５８が接続されており、排ガス排出流路２１が排ガス排出パイプ５８に連通される。
【００３０】
排ガス排出流路２１の下部には、燃焼触媒６０及びこれを加熱するためのシースヒーター６１が配置されている。
燃焼触媒６０は、排ガス排出パイプ５８よりも上方に、外側円筒部材６６の外周面と内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間に充填された触媒である。排ガス排出流路２１を下降した排気ガスは、燃焼触媒６０を通過することにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ５８から排出される。
シースヒーター６１は、燃焼触媒６０の下方の、外側円筒部材６６の外周面を取り囲むように取り付けられた電気ヒーターである。固体酸化物型燃料電池装置１の起動時において、シースヒーター６１に通電することにより、燃焼触媒６０が活性温度まで加熱される。
【００３１】
外側円筒容器７０は、内側円筒容器６８の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、内側円筒容器６８との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が内側円筒容器６８と概ね相似形に形成されている。内側円筒容器６８の外周面と、外側円筒容器７０の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路２２として機能する。また、外側円筒容器７０の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ５６が接続されており、酸化剤ガス供給流路２２が酸化剤ガス導入パイプ５６に連通される。
【００３２】
分散室底部材７２は、概ね円形の皿状の部材であり、内側円筒部材６４の内壁面にセラミック接着剤により気密的に固定される。これにより、第１固定部材６３と分散室底部材７２の間に、燃料ガス分散室７６が構成される。また、分散室底部材７２の中央には、バスバー８０（図２）を挿通させるための挿通管７２ａが設けられている。各燃料電池セル１６に電気的に接続されたバスバー８０は、この挿通管７２ａを通して燃料電池セル収容容器８の外部に引き出される。また、挿通管７２ａには、セラミック接着剤が充填され、燃料ガス分散室７６の気密性が確保されている。さらに、挿通管７２ａの周囲には、断熱材７２ｂ（図２）が配置されている。
【００３３】
内側円筒容器６８の天井面から垂下するように、発電用の空気を噴射するための、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ７４が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ７４は、内側円筒容器６８の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セル１６が配置される。酸化剤ガス噴射用パイプ７４の上端が内側円筒容器６８の天井面に取り付けられることにより、内側円筒容器６８と外側円筒容器７０の間に形成されている酸化剤ガス供給流路２２と酸化剤ガス噴射用パイプ７４が連通される。酸化剤ガス供給流路２２を介して供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ７４の先端から下方に噴射され、第１固定部材６３の上面に当たって、発電室１０内全体に広がる。
【００３４】
燃料ガス分散室７６は、第１固定部材６３と分散室底部材７２の間に構成される円筒形の気密性のあるチャンバーであり、その上面に各燃料電池セル１６が林立されている。第１固定部材６３の上面に取り付けられた各燃料電池セル１６は、その内側の燃料極が、燃料ガス分散室７６の内部と連通されている。各燃料電池セル１６の下端部は、第１固定部材６３の挿通穴６３ａを貫通して燃料ガス分散室７６の内部に突出し、各燃料電池セル１６は第１固定部材６３に、接着により固定されている。
【００３５】
図２に示すように、内側円筒部材６４には、第１固定部材６３よりも下方に複数の小穴６４ｂが設けられている。内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間は、複数の小穴６４ｂを介して燃料ガス分散室７６内に連通されている。供給された燃料は、外側円筒部材６６の内周と中間円筒部材６５の外周の間の空間を一旦上昇した後、内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間を下降し、複数の小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６内に流入する。燃料ガス分散室７６に流入した燃料は、燃料ガス分散室７６の天井面（第１固定部材６３）に取り付けられた各燃料電池セル１６の燃料極に分配される。
【００３６】
さらに、燃料ガス分散室７６内に突出している各燃料電池セル１６の下端部は、燃料ガス分散室７６内でバスバー８０に電気的に接続され、挿通管７２ａを通して電力が外部に引き出される。バスバー８０は、各燃料電池セル１６により生成された電力を、燃料電池セル収容容器８の外部へ取り出すための細長い金属導体であり、碍子７８を介して分散室底部材７２の挿通管７２ａに固定されている。バスバー８０は、燃料ガス分散室７６の内部において、各燃料電池セル１６に取り付けられた集電体８２と電気的に接続されている。また、バスバー８０は、燃料電池セル収容容器８の外部において、インバータ５４（図１）に接続される。なお、集電体８２は、排気集約室１８内に突出している各燃料電池セル１６の上端部にも取り付けられている（図４）。これら上端部及び下端部の集電体８２により、複数の燃料電池セル１６が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル１６が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー８０に接続される。
【００３７】
次に、図４及び図５を参照して、排気集約室の構成を説明する。
図４は排気集約室の部分を拡大して示す断面図であり、図５は、図２におけるV−V断面である。
図４に示すように、排気集約室１８は、各燃料電池セル１６の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室１８の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４が貫通して延びている。
【００３８】
図５に示すように、内側円筒部材６４の内壁面には、排気集約室１８支持用の３つのステー６４ｃが等間隔に取り付けられている。図４に示すように、各ステー６４ｃは金属製の薄板を折り曲げた小片であり、排気集約室１８を各ステー６４ｃの上に載置することにより、排気集約室１８は内側円筒部材６４と同心円上に位置決めされる。これにより、排気集約室１８の外周面と内側円筒部材６４の内周面の間の隙間、及び排気集約室１８の内周面と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面との間の隙間は、全周で均一になる（図５）。
【００３９】
排気集約室１８は、集約室上部材１８ａ及び集約室下部材１８ｂが気密的に接合されることにより構成されている。
集約室下部材１８ｂは、上方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための円筒部が設けられている。
集約室上部材１８ａは、下方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための開口部が設けられている。集約室上部材１８ａは、集約室下部材１８ｂの上方に開口したドーナツ型断面の領域に嵌め込まれる形状に構成されている。
【００４０】
集約室下部材１８ｂの周囲の壁の内周面と集約室上部材１８ａの外周面の間の隙間にはセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、大径シールリング１９ａが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。大径シールリング１９ａは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００４１】
一方、集約室下部材１８ｂ中央の円筒部の外周面と、集約室上部材１８ａ中央の開口部の縁の間にもセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、小径シールリング１９ｂが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。小径シールリング１９ｂは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００４２】
集約室下部材１８ｂの底面には複数の円形の挿通穴１８ｃが設けられている。各挿通穴１８ｃには燃料電池セル１６の上端部が夫々挿通され、各燃料電池セル１６は各挿通穴１８ｃを貫通して延びている。各燃料電池セル１６が貫通している集約室下部材１８ｂの底面上にはセラミック接着剤が流し込まれ、これが硬化されることにより、各燃料電池セル１６の外周と各挿通穴１８ｃの間の隙間が気密的に充填されると共に、各燃料電池セル１６が集約室下部材１８ｂに固定されている。
【００４３】
さらに、集約室下部材１８ｂの底面上に流し込まれたセラミック接着剤の上には、円形薄板状のカバー部材１９ｃが配置され、セラミック接着剤の硬化により集約室下部材１８ｂに固定されている。カバー部材１９ｃには、集約室下部材１８ｂの各挿通穴１８ｃと同様の位置に複数の挿通穴が設けられており、各燃料電池セル１６の上端部はセラミック接着剤の層及びカバー部材１９ｃを貫通して延びている。
【００４４】
一方、排気集約室１８の天井面には、集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口１８ｄが設けられている（図５）。各噴出口１８ｄは、集約室上部材１８ａに、円周上に配置されている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル１６の上端から排気集約室１８内に流出し、排気集約室１８内で集約された燃料は各噴出口１８ｄから流出し、そこで燃焼される。
【００４５】
次に、図２を参照して、燃料供給源３０から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間の空間で構成されている燃料ガス供給流路２０の下部には、水蒸気改質用の水を蒸発させるための蒸発部８６が設けられている。蒸発部８６は、外側円筒部材６６の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板８６ａ及び水供給パイプ８８から構成されている。また、蒸発部８６は、発電用の空気を導入するための酸化剤ガス導入パイプ５６よりも下方で、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８よりも上方に配置されている。傾斜板８６ａは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材６６の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板８６ａの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板８６ａの内周縁と、内側円筒部材６４の外壁面との間には隙間が設けられている。
【００４６】
水供給パイプ８８は内側円筒部材６４の下端から燃料ガス供給流路２０内に鉛直方向に延びるパイプであり、水流量調整ユニット２８から供給された水蒸気改質用の水が、水供給パイプ８８を介して蒸発部８６に供給される。水供給パイプ８８の上端は、傾斜板８６ａを貫通して傾斜板８６ａの上面側まで延び、傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面との間に留まる。傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。
【００４７】
また、蒸発部８６の下方には、複数の噴射口９１ａが等間隔に設けられた円環状の金属板としての隔壁９１を挟んで、原燃料ガスを燃料ガス供給流路２０内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ９０を介して燃料ガス供給流路２０に導入される。燃料ガス供給パイプ９０は、内側円筒部材６４の下端から燃料ガス供給流路２０内に鉛直方向に延びるパイプである。また、燃料ガス供給パイプ９０の上端は、隔壁９１よりも下方に位置している。燃料ガス供給パイプ９０から導入された原燃料ガスは、一旦、隔壁９１の下側の空間に滞留した後、各噴射口９１ａを通って隔壁９１の上側の空間（つまり蒸発部８６が設けられた空間）に噴射される。そして、噴射口９１ａから噴射された原燃料ガスは、傾斜板８６ａの下側に導入され、傾斜板８６ａの傾斜により流路を絞られながら傾斜板８６ａの上側へ上昇する。傾斜板８６ａの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部８６で生成された水蒸気と共に上昇する。
【００４８】
燃料ガス供給流路２０内の蒸発部８６上方には、外側円筒部材６６の内周と内側円筒部材６４の外周の間の円環状の空間を上下に隔てるように設けられた円環状の金属板である混合板１１０が設けられている。この混合板１１０の円周上には１つの連通孔１１０ａが設けられており、連通孔１１０ａにより混合板１１０の上側の空間と下側の空間が連通されている。連通孔１１０ａは、水供給パイプ８８及び燃料ガス供給パイプ９０が設けられた位置に対応する位置と、混合板１１０の中心軸（内側円筒部材６４や外側円筒部材６６などの中心軸に一致する）を挟んで対向する反対側の位置に設けられている。噴射口９１ａから噴射された原燃料ガス及び蒸発部８６で生成された水蒸気は、一旦、混合板１１０の下側の空間に滞留した後、連通孔１１０ａを通って混合板１１０の上側の空間に導入される。
【００４９】
混合板１１０の上方には、外側円筒部材６６の内周と内側円筒部材６４の外周の間の円環状の空間を上下に隔てるように設けられた円環状の金属板である混合板１１１が更に設けられている。混合板１１１は、混合板１１０と接近して配置されている。この混合板１１１の円周上には１つの連通孔１１１ａが設けられており、連通孔１１１ａにより混合板１１１の上側の空間と下側の空間が連通されている。連通孔１１１ａは、混合板１１０において連通孔１１０ａが設けられた位置に対応する位置と、混合板１１１の中心軸（内側円筒部材６４や外側円筒部材６６などの中心軸に一致する）を挟んで対向する反対側の位置に設けられている。混合板１１０の連通孔１１０ａから導入された原燃料ガス及び水蒸気は、混合板１１０と混合板１１１との間の空間を移動して、混合板１１１の連通孔１１１ａを通って混合板１１１の上側の空間に導入される。この場合、混合板１１０と混合板１１１との間の空間における上下方向幅が狭いため、原燃料ガス及び水蒸気は、水平方向に移動していき、その過程で混合される。
【００５０】
混合板１１１の上方には、外側円筒部材６６の内周と中間円筒部材６５の外周の間の円環状の空間を上下に隔てるように設けられた円環状の金属板である分散板１１２が更に設けられている。分散板１１２は、混合板１１１と離間して配置されている。具体的には、分散板１１２と混合板１１１との上下方向距離は、混合板１１０と混合板１１１との上下方向距離よりも長い。分散板１１２の円周上には複数の連通孔１１２ａが設けられており、これらの連通孔１１２ａにより分散板１１２の上側の空間と下側の空間が連通されている。混合板１１１の連通孔１１１ａから導入された原燃料ガス及び水蒸気は、混合板１１１と分散板１１２との間の空間を移動して、各連通孔１１２ａを通って分散板１１２の上側の空間に導入される。この場合、混合板１１１と分散板１１２との間の空間における上下方向幅が広いため、原燃料ガス及び水蒸気は、上方向に移動していき、その過程で混合される。
【００５１】
他方で、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の円環状の空間の上部には、改質部９４が設けられている。また、改質部９４の上部には、金属板である分散板１１３が設けられている。分散板１１３は、改質部９４の上端を覆うように円環状に構成されており、複数の連通孔１１３ａが等間隔に設けられている。上記した分散板１１２の連通孔１１２ａを通過した原燃料ガス及び水蒸気は、分散板１１２の上方へと上昇していき、その後、外側円筒部材６６の上面の内側の壁に衝突することで下降して、分散板１１３の各連通孔１１３ａを通って改質部９４に流入する。この場合、分散板１１３に設けられた複数の連通孔１１３ａにより、改質部９４に対して均一に混合ガスが導入される。
【００５２】
改質部９４は、各燃料電池セル１６の上部と、その上方の排気集約室１８の周囲を取り囲むように配置されている。改質部９４は、内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられた触媒保持板（図示せず）と、これにより保持された改質触媒９６によって構成されている。
このように、改質部９４内に充填された改質触媒９６に、改質部９４の上流側の燃料ガス供給流路２０で混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部９４内においては、式（１）に示す水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2              （１）
【００５３】
改質部９４において改質された燃料ガスは、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の空間を下方に流れ、燃料ガス分散室７６に流入して、各燃料電池セル１６に供給される。水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるが、反応に要する熱は、排気集約室１８から流出するオフガスの燃焼熱、及び各燃料電池セル１６において発生する発熱により供給される。
【００５４】
次に、図６を参照して、燃料電池セル１６について説明する。
本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置１においては、燃料電池セル１６として、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルが採用されている。各燃料電池セル１６上には、複数の単セル１６ａが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより１本の燃料電池セル１６が構成されている。各燃料電池セル１６は、その一端がアノード（陽極）、他端がカソード（陰極）となるように構成され、複数の燃料電池セル１６のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。
【００５５】
図６（ａ）は、下端がカソードにされている燃料電池セル１６の下端部を拡大して示す断面図であり、図６（ｂ）は、下端がアノードにされている燃料電池セル１６の下端部を拡大して示す断面図である。
【００５６】
図６に示すように、燃料電池セル１６は、細長い円筒状の多孔質支持体９７と、この多孔質支持体９７の外側に横縞状に形成された複数の層から形成されている。多孔質支持体９７の周囲には、内側から順に、燃料極層９８、反応抑制層９９、固体電解質層１００、空気極層１０１が夫々横縞状に形成されている。このため、燃料ガス分散室７６を介して供給された燃料ガスは、各燃料電池セル１６の多孔質支持体９７の内部を流れ、酸化剤ガス噴射用パイプ７４から噴射された空気は、空気極層１０１の外側を流れる。燃料電池セル１６上に形成された各単セル１６ａは、一組の燃料極層９８、反応抑制層９９、固体電解質層１００、及び空気極層１０１から構成されている。１つの単セル１６ａの燃料極層９８は、インターコネクタ層１０２を介して、隣接する単セル１６ａの空気極層１０１に電気的に接続されている。これにより、１本の燃料電池セル１６上に形成された複数の単セル１６ａが、電気的に直列に接続される。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、燃料電池セル１６のカソード側端部には、多孔質支持体９７の外周に電極層１０３ａが形成され、この電極層１０３ａの外側にリード膜層１０４ａが形成されている。カソード側端部においては、端部に位置する単セル１６ａの空気極層１０１と電極層１０３ａが、インターコネクタ層１０２により電気的に接続されている。これらの電極層１０３ａ及びリード膜層１０４ａは、燃料電池セル１６端部において第１固定部材６３を貫通し、第１固定部材６３よりも下方に突出するように形成されている。電極層１０３ａは、リード膜層１０４ａよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層１０３ａに集電体８２が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル１６ａの空気極層１０１がインターコネクタ層１０２、電極層１０３ａを介して集電体８２に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第１固定部材６３の挿通穴６３ａの縁とリード膜層１０４ａの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル１６は、リード膜層１０４ａの外周で第１固定部材６３に固定される。
【００５８】
図６（ｂ）に示すように、燃料電池セル１６のアノード側端部においては、端部に位置する単セル１６ａの燃料極層９８が延長されており、燃料極層９８の延長部が電極層１０３ｂとして機能する。電極層１０３ｂの外側にはリード膜層１０４ｂが形成されている。これらの電極層１０３ｂ及びリード膜層１０４ｂは、燃料電池セル１６端部において第１固定部材６３を貫通し、第１固定部材６３よりも下方に突出するように形成されている。電極層１０３ｂは、リード膜層１０４ｂよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層１０３ｂに集電体８２が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル１６ａの燃料極層９８が、一体的に形成された電極層１０３ｂを介して集電体８２に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第１固定部材６３の挿通穴６３ａの縁とリード膜層１０４ｂの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル１６は、リード膜層１０４ｂの外周で第１固定部材６３に固定される。
【００５９】
図６（ａ）（ｂ）においては、各燃料電池セル１６の下端部の構成を説明したが、各燃料電池セル１６の上端部における構成も同様である。なお、上端部においては、各燃料電池セル１６は、排気集約室１８の集約室下部材１８ｂに固定されているが、固定部分の構成は下端部における第１固定部材６３に対する固定と同様である。
【００６０】
次に、多孔質支持体９７及び各層の構成を説明する。
多孔質支持体９７は、本実施形態においては、フォルステライト粉末、及びバインダーの混合物を押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層９８は、本実施形態においては、ＮｉＯ粉末及び１０ＹＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3−９０ｍｏｌ％ＺｒＯ2）粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。
【００６１】
反応抑制層９９は、本実施形態においては、セリウム系複合酸化物（ＬＤＣ４０。すなわち、４０ｍｏｌ％のＬａ2Ｏ3−６０ｍｏｌ％のＣｅＯ2）等により構成された薄膜であり、これにより、燃料極層９８と固体電解質層１００の間の化学反応を抑制している。
固体電解質層１００は、本実施形態においては、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.2Ｏ3の組成のＬＳＧＭ粉末により構成された薄膜である。この固体電解質層１００を介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーが生成される。
【００６２】
空気極層１０１は、本実施形態においては、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2Ｏ3の組成の粉末により構成された導電性の薄膜である。
インターコネクタ層１０２は、本実施形態においては、ＳＬＴ（ランタンドープストロンチウムチタネート）により構成された導電性の薄膜である。燃料電池セル１６上の隣接する単セル１６ａはインターコネクタ層１０２を介して接続される。
電極層１０３ａ、１０３ｂは、本実施形態においては、燃料極層９８と同一の材料で形成されている。
リード膜層１０４ａ、１０４ｂは、本実施形態においては、固体電解質層１００と同一の材料で形成されている。
【００６３】
次に、図１及び図２を参照して、固体酸化物型燃料電池装置１の作用を説明する。
まず、固体酸化物型燃料電池装置１の起動工程において、燃料ブロア３８が起動され、燃料の供給が開始されると共に、シースヒーター６１への通電が開始される。シースヒーター６１への通電が開始されることにより、その上方に配置された燃焼触媒６０が加熱されると共に、内側に配置された蒸発部８６も加熱される。燃料ブロア３８により供給された燃料は、脱硫器３６、熱交換器３４、電磁弁３５を介して、燃料ガス供給パイプ９０から燃料電池セル収容容器８の内部に流入する。流入した燃料は、燃料ガス供給流路２０内を上端まで上昇した後、改質部９４内を下降し、内側円筒部材６４の下部に設けられた小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置１の起動直後においては、改質部９４内の改質触媒９６の温度が十分に上昇していないため、燃料の改質は行われない。
【００６４】
燃料ガス分散室７６に流入した燃料ガスは、燃料ガス分散室７６の第１固定部材６３に取り付けられた各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）を通って排気集約室１８に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置１の起動直後においては、各燃料電池セル１６の温度が十分に上昇しておらず、また、インバータ５４への電力の取り出しも行われていないため、発電反応は発生しない。
【００６５】
排気集約室１８に流入した燃料は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出される。噴出口１８ｄから噴出された燃料は、点火ヒーター６２により点火され、そこで燃焼される。この燃焼により、排気集約室１８の周囲に配置された改質部９４が加熱される。また、燃焼により生成された排気ガスは、内側円筒部材６４の上部に設けられた小穴６４ａを通って排ガス排出流路２１に流入する。高温の排気ガスは、排ガス排出流路２１内を下降し、その内側に設けられた燃料ガス供給流路２０を流れる燃料、外側に設けられた酸化剤ガス供給流路２２内を流れる発電用の空気を加熱する。さらに、排気ガスは、排ガス排出流路２１内に配置された燃焼触媒６０を通ることにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ５８を通って燃料電池セル収容容器８から排出される。
【００６６】
排気ガス及びシースヒーター６１により蒸発部８６が加熱されると、蒸発部８６に供給された水蒸気改質用の水が蒸発され、水蒸気が生成される。水蒸気改質用の水は、水流量調整ユニット２８により、水供給パイプ８８を介して燃料電池セル収容容器８内の蒸発部８６に供給される。蒸発部８６で生成された水蒸気と、燃料ガス供給パイプ９０を介して供給された燃料とは、改質器９４までの燃料ガス供給流路２０を移動していく過程で十分に混合される（詳細は後述する）。
【００６７】
こうして混合された燃料及び水蒸気は、分散板１１３に設けられた複数の連通孔１１３ａを通って改質部９４に流入する。改質部９４の改質触媒９６が改質可能な温度まで上昇している状態においては、燃料及び水蒸気の混合ガスが改質部９４を通過する際、水蒸気改質反応が発生し、混合ガスが水素を多く含む燃料に改質される。改質された燃料は、小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６に流入する。小穴６４ｂは燃料ガス分散室７６の周囲に多数設けられ、燃料ガス分散室７６として十分な容積が確保されているため、改質された燃料は、燃料ガス分散室７６内に突出している各燃料電池セル１６に均等に流入する。
【００６８】
一方、空気流量調整ユニット４５により供給された酸化剤ガスである空気は、酸化剤ガス導入パイプ５６を介して酸化剤ガス供給流路２２に流入する。酸化剤ガス供給流路２２に流入した空気は、内側を流れる排気ガスにより加熱されながら酸化剤ガス供給流路２２内を上昇する。酸化剤ガス供給流路２２内を上昇した空気は、燃料電池セル収容容器８内の上端部で中央に集められ、酸化剤ガス供給流路２２に連通された酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入する。酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入した空気は下端から発電室１０内に噴射され、噴射された空気は第１固定部材６３の上面に当たって発電室１０内全体に広がる。発電室１０内に流入した空気は、排気集約室１８の外周壁と内側円筒部材６４の内周壁の間の隙間、及び排気集約室１８の内周壁と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面の間の隙間を通って上昇する。
【００６９】
この際、各燃料電池セル１６の外側（空気極側）を通って流れる空気の一部は発電反応に利用される。また、排気集約室１８の上方に上昇した空気の一部は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出する燃料の燃焼に利用される。燃焼により生成された排気ガス、及び発電、燃焼に利用されずに残った空気は、小穴６４ａを通って排ガス排出流路２１に流入する。排ガス排出流路２１に流入した排気ガス及び空気は、燃焼触媒６０により一酸化炭素が除去された後、排出される。
【００７０】
このように、各燃料電池セル１６が発電可能な温度である６５０℃程度まで上昇し、各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）に改質された燃料が流れ、外側（空気極側）に空気が流れると、化学反応により起電力が発生する。この状態において、燃料電池セル収容容器８から引き出されているバスバー８０にインバータ５４が接続されると、各燃料電池セル１６から電力が取り出され、発電が行われる。
【００７１】
また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、発電用の空気は、発電室１０の中央に配置された酸化剤ガス噴射用パイプ７４から噴射され、発電室１０内を排気集約室１８と内側円筒部材６４の間の均等な隙間及び排気集約室１８と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の間の均等な隙間を通って上昇する。このため、発電室１０内の空気の流れは、ほぼ完全に軸対称の流れとなり、各燃料電池セル１６の周囲には、ムラなく空気が流れる。これにより、各燃料電池セル１６間の温度差が抑制され、各燃料電池セル１６で均等な起電力を発生することができる。
【００７２】
次に、図７を参照して、本実施形態による蒸発部８６の作用について説明する。図７は、蒸発部８６の傾斜板８６ａのみを外側円筒部材６６の壁を透視して示した側面図であり、傾斜板８６ａにより水が分散していく様子について説明するための図である。
【００７３】
まず、図７の上段に示すように、水供給パイプ８８から微量な水Ｗが流れ出て、その水Ｗは、傾斜板８６ａの上面に落ちて、傾斜板８６ａの傾斜により下に流れていく。次に、図７の中段に示すように、微量な水Ｗは、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面とで形成される間隙に、水滴として一旦溜まる。その直後に、図７の下段に示すように、微量な水Ｗは、水の毛細管現象によって、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面とで形成される間隙全体に広がっていく。つまり、微量な水Ｗは、傾斜板８６ａの外周縁の全周に沿って分散される。
【００７４】
なお、ここでいう「毛細管現象」は、一般的に広く用いられている現象、具体的には細管状物体（毛細管）内の水が表面張力により上昇していく現象を指すのではなく、地面とほぼ水平な方向に延びる狭い凹部（溝など）内の水が表面張力により移動していく現象を指す。後者の現象は、ヒートパイプ（ヒートポンプ）の技術分野などでも「毛細管現象」として使用されている。
【００７５】
このように、本実施形態では、毛細管現象を利用した蒸発部８６を用いることにより、水供給パイプ８８から蒸発部８６に供給された微量な水を適切に分散させることができる。その結果、水蒸気と原燃料ガスとの混合性を向上させることができ、Ｓ／Ｃ比（水蒸気と原燃料ガスに含まれる炭化水素のカーボン総量との量論比）の管理を適切に行うことが可能となる。また、蒸発部８６上の一部の領域に水が溜まり続けないため、蒸発部８６での突沸を防止することができる。そのため、燃料不足に伴う燃料電池セルの劣化などを防止することが可能となる。
【００７６】
また、本実施形態では、外側円筒部材６６の内壁面を利用して、その内壁面に傾斜板８６ａを設けることにより鋭角形状の凹部を形成するため、上記した毛細管現象を簡易な構成により実現することができる。
【００７７】
また、本実施形態では、円筒モジュールを採用しているため（図２参照）、微量な水に対して蒸発部８６の容積が大きく水が分散しにくい傾向にあるが、外側円筒部材６６の内周全周に渡る円環状の傾斜板８６ａを用いることにより、微量な水の安定した分散性を確保することができる。具体的には、本実施形態のような円環状の傾斜板８６ａにて構成された蒸発部８６を用いた場合には、円環状ではない角などがある環状（例えば矩形環状）の蒸発部を用いる構成と比較して、微量な水が速やかに蒸発部８６全体に行き渡るため、水を効果的に分散させることが可能となる。
【００７８】
また、本実施形態では、外側円筒部材６６の外周面上で、且つ蒸発部８６と対応する位置の周囲全体にシースヒーター６１を設けて（図２参照）、蒸発部８６の全周を加熱するため、蒸発部８６全体で均一に水蒸気を発生させることができる。また、固体酸化物型燃料電池装置１における低温からの起動時でも、シースヒーター６１で蒸発部８６を加熱することにより、改質部９４での改質に必要な水蒸気を蒸発部８６で適切に発生させることができる。更に、本実施形態では、蒸発部８６の傾斜板８６ａよりも上側にシースヒーター６１を設けることにより（図２参照）、傾斜板８６ａに対応する外側円筒部材６６の外周面上の位置を直接加熱しないため、微量な水が傾斜板８６ａを分散している最中に蒸発してしまうことを回避することができる。そのため、蒸発部８６全体で水蒸気を発生させることを適切に確保することができる。
【００７９】
なお、上記した実施形態では、外側円筒部材６６の内壁面に傾斜板８６ａを設け、傾斜板８６ａと外側円筒部材６６の内壁面とで形成される間隙によって鋭角形状の凹部を構成することにより、毛細管現象を実現していた。他の例では、このような傾斜板８６ａを用いる代わりに、傾斜していない、地面にほぼ水平な円環状の薄板を用い（傾斜板８６ａと同様に外側円筒部材６６の内壁面に固定する）、その薄板上に鋭角形状の凹部としての細長い溝を設けることによって、毛細管現象を実現してもよい。その場合、円環状の薄板上において水供給パイプ８８からの水が流れ落ちる箇所を含む円周を予め特定しておき、その円周全体に沿って溝を形成すればよい。
【００８０】
次に、図８を参照して、混合板１１０、１１１の具体的な構成について説明する。図８は、外側円筒部材６６の内周と内側円筒部材６４及び中間円筒部材６５の外周との間の空間に設けられた構成要素を、外側円筒部材６６の壁を透視して観察した斜視図を中央に示している。具体的には、水供給パイプ８８、燃料ガス供給パイプ９０、傾斜板８６ａ、混合板１１０、１１１、及び分散板１１２などの斜視図を示している。また、図８の右側には、混合板１１０に設けられた連通孔１１０ａ付近の部分拡大図を示し、図８の左側には、混合板１１１に設けられた連通孔１１１ａ付近の部分拡大図を示している。
【００８１】
図８の中央に示すように、混合板１１０、１１１は、それぞれ、１つの連通孔１１０ａ、１１１ａが設けられている。また、混合板１１０、１１１は、混合板１１０の連通孔１１０ａと混合板１１１の連通孔１１１ａとが混合板１１０、１１１の中心軸（外側円筒部材６６などの中心軸に一致する）を挟んで反対側に位置するように配置されている。つまり、混合板１１０、１１１は、連通孔１１０ａと連通孔１１１ａとを１８０度ずらして配置されている。
【００８２】
また、図８の右側及び左側に示すように、連通孔１１０ａ、１１１ａは、混合板１１０、１１１の半径方向に延びる長穴形状（言い換えると細長いスリット形状）に構成されている。つまり、連通孔１１０ａ、１１１ａは、混合板１１０と混合板１１１との間に形成されるガスが通過する通路を横断する長穴形状に構成されている。
【００８３】
次に、図９を参照して、分散板１１２の具体的な構成について説明する。図９は、分散板１１２の平面図を示している。図９では、参考のために、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する分散板１１２上の位置（具体的には、混合板１１１の連通孔１１１ａの位置を、分散板１１２が位置する水平面まで鉛直方向に移動させた位置）を破線で示している。
【００８４】
図９に示すように、分散板１１２には、複数の連通孔１１２ａが設けられている。連通孔１１２ａは、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置から離れるほど、その数が多くなるように（言い換えると連通孔１１２ａの密度が大きくなるように）、分散板１１２に形成されている。つまり、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置から離れるほど、連通孔１１２ａ同士の間隔が狭くなるように、分散板１１２に連通孔１１２ａが形成されている。より詳しくは、分散板１１２の各連通孔１１２ａから噴射されるガスの量を等しくするべく、混合板１１１の連通孔１１１ａから遠い位置では近い位置よりも分散板１１２の上方に向けたガスの噴射供給が行われ易いように（言い換えると連通孔１１２ａでの圧力損失が低くなるように）、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置からの距離に応じて連通孔１１２ａ同士の間隔が設計されている。なお、改質器に対する混合ガスの供給が略均一になれば良いものであって、等間隔の同径穴でも均一性が確保できる場合はそれでも良いことは言うまでもない。
【００８５】
次に、図１０を参照して、混合板１１０、１１１及び分散板１１２等の作用について説明する。図１０は、隔壁９１、混合板１１０、１１１及び分散板１１２を介してガスが上方向に移動していく様子を説明するための図である。具体的には、図１０は、外側円筒部材６６の内周と内側円筒部材６４及び中間円筒部材６５の外周との間の空間に設けられた構成要素（図８に示したものと同様の構成要素）を、外側円筒部材６６の壁を透視して観察した側面図を示している。
【００８６】
まず、燃料ガス供給パイプ９０から噴射された原燃料ガスは、一旦、隔壁９１の下側の空間に滞留した後、隔壁９１の各噴射口９１ａを通過して隔壁９１の上側の空間に噴射される。そして、噴射口９１ａから噴射された原燃料ガスは、傾斜板８６ａの下側に導入され、傾斜板８６ａの傾斜により流路を絞られながら傾斜板８６ａの上側へ上昇する。他方で、水供給パイプ８８から供給された水Ｗは、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面とで形成される間隙全体に分散されて（図７参照）、傾斜板８６ａで蒸発して水蒸気となる。こうして生成された水蒸気は、噴射口９１ａから導入された原燃料ガスと共に、一旦、混合板１１０の下側の蒸発部８６が設けられた空間（第１の下部第２混合室２０１）に滞留する。そして、水蒸気及び原燃料ガスは、第１の下部第２混合室２０１の上壁をなす混合板１１０の連通孔１１０ａを通過して、混合板１１０の上側の空間（第２の下部第２混合室２０２）に導入される。
【００８７】
通常、燃料電池セル収容容器８内の発電室１０は下側よりも上側の方が温度が高くなるような温度勾配が生じるため、この温度勾配によって燃料ガス供給流路２０内には上昇気流が生じ、それにより、水蒸気及び原燃料ガスは燃料ガス供給流路２０内を上昇していく。そのため、第１の下部第２混合室２０１内の水蒸気及び原燃料ガスは、基本的には、このような上昇気流の影響を受けて、第１の下部第２混合室２０１内を上昇して、第１の下部第２混合室２０１の上壁をなす混合板１１０の連通孔１１０ａを通過していく。ここで、第１の下部第２混合室２０１では、水及び原燃料ガスが供給される箇所（水供給パイプ８８及び燃料ガス供給パイプ９０が設けられた箇所）と、水蒸気及び原燃料ガスの出口である混合板１１０の連通孔１１０ａとが、第１の下部第２混合室２０１の中心軸を挟んで反対側に位置する。そのため、多くの水蒸気及び原燃料ガスは、第１の下部第２混合室２０１内を水平方向に移動しながら上昇していく。つまり、第１の下部第２混合室２０１内の水蒸気及び原燃料ガスは、水平方向移動成分を多く含むこととなる。このような水平方向移動成分は燃料ガス供給流路２０内の上昇気流に対向するものとなるため、第１の下部第２混合室２０１内では水蒸気と原燃料ガスとがゆっくりと混合されることとなる。そのため、蒸発部８６が設けられた第１の下部第２混合室２０１内での水蒸気と原燃料ガスとの混合性を高めることができる。なお、第１の下部第２混合室２０１内での水蒸気及び原燃料ガスの水平方向の移動（後述する第２の下部第２混合室２０２内での水平方向の移動も含む）は、燃料ガス供給流路２０内の上昇気流に起因して生じるものである。
【００８８】
次に、混合板１１０の連通孔１１０ａを通過した水蒸気及び原燃料ガスは、混合板１１０と混合板１１１との間に形成された空間（第２の下部第２混合室２０２）を移動し、第２の下部第２混合室２０２の上壁をなす混合板１１１の連通孔１１１ａを通過する。この場合、混合板１１０と混合板１１１との間隔が狭く、且つ、混合板１１０の連通孔１１０ａと混合板１１１の連通孔１１１ａとが混合板１１０、１１１の中心軸を挟んで反対側に位置するため、第２の下部第２混合室２０２内の水蒸気及び原燃料ガスは水平方向に移動する。このような水平方向の移動は、燃料ガス供給流路２０内の上昇気流に対向するものとなるため、第２の下部第２混合室２０２内では水蒸気と原燃料ガスとがゆっくりと混合されることとなる。第２の下部第２混合室２０２では、そのような水平方向の移動過程でガスが混合される時間が比較的長いため、水蒸気と原燃料ガスとの混合性を大きく向上させることができる。
【００８９】
次に、混合板１１１の連通孔１１１ａを通過した水蒸気及び原燃料ガスは、混合板１１１と分散板１１２との間に形成された空間（上部第２混合室２０３）を移動し、上部第２混合室２０３の上壁をなす分散板１１２の連通孔１１２ａを通過する。この場合、混合板１１１と分散板１１２との間隔が比較的広く、且つ、分散板１１２に複数の連通孔１１２ａが設けられているため（図９参照）、水蒸気及び原燃料ガスは、燃料ガス供給流路２０内の上昇気流に応じて上部第２混合室２０３内を上方向に移動し、その過程で混合されることとなる。また、上部第２混合室２０３の上壁をなす分散板１１２は、上部第２混合室２０３の下壁をなす混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置から離れるほど、連通孔１１２ａの数が多くなるように構成されているため（図９参照）、図１０に示すように、多くの混合ガスは、上部第２混合室２０３内を水平方向に移動しながら上昇していく。つまり、上部第２混合室２０３内の水蒸気及び原燃料ガスは、水平方向移動成分を多く含むこととなる。
【００９０】
そして、分散板１１２の連通孔１１２ａを通過した水蒸気及び原燃料ガスは、分散板１１２上方の空間（第１混合室２０４）に導入される。上記したように、分散板１１２は、混合板１１１の連通孔１１１ａから遠い位置では近い位置よりもガスの噴射供給が行われ易いように、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置からの距離に応じて連通孔１１２ａ同士の間隔が設計されている（図９参照）。そのため、分散板１１２の各連通孔１１２ａからほぼ同量のガスが噴射されることにより、第１混合室２０４に対してガスが均一に供給されることとなる。この後、第１混合室２０４に導入された水蒸気及び原燃料ガスは、燃料ガス供給流路２０内の上昇気流に応じて第１混合室２０４を上方向に移動し、その過程で混合されることとなる。
【００９１】
このように、本実施形態では、水蒸気及び原燃料ガスを水平方向に移動させる過程で混合させる第１及び第２の下部第２混合室２０１、２０２及び上部第２混合室２０３と、水蒸気及び原燃料ガスを上方向に上昇させる過程で混合させる第１混合室２０４と、を上下方向に配置して、水蒸気及び原燃料ガスを混合させる。具体的には、最初に、第１及び第２の下部第２混合室２０１、２０２及び上部第２混合室２０３において水蒸気及び原燃料ガスを水平方向に移動させる過程で混合させ、次に、第１混合室２０４において水蒸気及び原燃料ガスを上方向に上昇させる過程で混合させる。したがって、本実施形態によれば、水蒸気及び原燃料ガスを上方向に上昇させる過程でのみ混合させる構成（つまり上昇気流を利用して水蒸気及び原燃料ガスを上方向にのみ移動させる構成）と比較して、水蒸気と原燃料ガスとをゆっくりと混合させることができる。そのため、水蒸気と原燃料ガスとの混合性を向上させることができる。
【００９２】
ここで、円筒モジュールを適用した固体酸化物型燃料電池装置１では、使用する微量な水に対して燃料ガス供給流路２０の容積が大きいため、水蒸気及び原燃料ガスを均一に分散させにくい。しかしながら、本実施形態では、水蒸気及び原燃料ガスを水平方向に移動させる過程及び上方向に上昇させる過程の両方で混合させるため、そのような微量な水から生成された水蒸気を原燃料ガスと適切に混合させることができる。
【００９３】
また、本実施形態では、上昇気流に対向する水平方向の移動を利用して水蒸気と原燃料ガスとを混合させる混合室を複数用いるため、水蒸気と原燃料ガスとの混合性を大きく向上させることができる。特に、第２の下部第２混合室２０２では、そのような水平方向の移動過程でガスが混合される時間が比較的長いため、水蒸気と原燃料ガスとをより効果的に混合させることができる。
【００９４】
また、本実施形態では、混合板１１０、１１１の連通孔１１０ａ、１１１ａをガスが通過する通路に沿った長穴形状に構成したため（図８参照）、連通孔を小径の円形に構成した場合と比較して、ガスを上方に確実に移動させることができる。また、本実施形態のように長穴形状に構成した連通孔１１０ａ、１１１ａによれば、小径の円形に構成した連通孔と比較して、連通孔１１０ａ、１１１ａからのガスの噴射速度を遅くし、ガスの移動速度を遅くすることができる。したがって、水蒸気と原燃料ガスとの混合性を効果的に確保することができる。つまり、水蒸気と原燃料ガスとの混合時間及び混合速度を安定化し、混合性を一定にすることが可能となる。
【００９５】
また、本実施形態では、複数の連通孔１１２ａが形成された分散板１１２（図９参照）を用いることにより、混合性が高まったガスを第１混合室２０４に向けて均一分散させることができる。よって、燃料ガス供給流路２０内の上昇気流を利用して更に安定的にガスを混合させることが可能となる。加えて、第１混合室２０４に向けてガスを均一分散させることにより、第１混合室２０４の下流側における改質部９４への投入ガスの分散性を均一にすることが可能となる。
【００９６】
なお、上記した実施形態では、下部第２混合室を２つ用いていたが（第１及び第２の下部第２混合室２０１、２０２）、変形例では、下部第２混合室を１つのみ用いてもよい。１つの変形例では、混合板１１１を取り外して、符号２０１の部屋のみを下部第２混合室として用いてもよい。その場合、符号２０２及び２０３の部屋を一体化した部屋を上部第２混合室として用いればよい。また、混合板１１０の連通孔１１０ａに対応する位置から離れるほど、連通孔１１２ａの数が多くなるように、分散板１１２を構成すればよい。別の変形例では、混合板１１０を取り外して、符号２０１及び２０２の部屋を一体化した部屋を下部第２混合室として用いてもよい。
【００９７】
なお、上記した実施形態では、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置から離れるほど、連通孔１１２ａ同士の間隔が狭くなるような分散板１１２を示した（図９参照）。他の例では、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置から離れるほど、連通孔の径が大きくなるような分散板を用いてもよい。図１１は、この変形例による分散板１１２’の平面図を示している。図１１では、図９と同様に、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する分散板１１２’上の位置を破線で示している。
【００９８】
図１１に示すように、分散板１１２’には、複数の連通孔１１２ａ’が等間隔に設けられている。連通孔１１２ａ’は、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置から離れるほど、その径が大きくなるように、分散板１１２’に形成されている。詳しくは、分散板１１２’の各連通孔１１２ａ’から噴射されるガスの量を等しくするべく、混合板１１１の連通孔１１１ａから遠い位置では近い位置よりも分散板１１２’の上方に向けたガスの噴射供給が行われ易いように（言い換えると連通孔１１２ａ’での圧力損失が低くなるように）、混合板１１１の連通孔１１１ａに対応する位置からの距離に応じて連通孔１１２ａ’の径が設計されている。このような分散板１１２’によっても、上記した分散板１１２と同様の作用及び効果が得られる。
【００９９】
次に、図１２を参照して、改質部９４の上部に設けられた分散板１１３の構成及び作用について具体的に説明する。図１２は、分散板１１３の平面図を示している。図１２に示すように、分散板１１３は、円環状に構成されており、複数の連通孔１１３ａが等間隔に設けられている。
【０１００】
本実施形態のように、発電室１０を形成する内側円筒部材６４の外周面に沿って燃料ガス供給流路２０を形成した構成（図２参照）では、発電室１０内の温度分布にムラがあると、燃料ガス供給流路２０を通過する混合ガスがこのムラの影響を受ける傾向にある。具体的には、発電室１０の局所的高温領域に対応する部分では上昇気流が強くなる。その結果、上昇気流を利用して混合ガスを改質部９４に供給する構成では、改質部９４の改質触媒９６に対して混合ガスが均一に供給されなくなり、改質ムラが発生してしまう。これに対処すべく、本実施形態では、図１２に示したような複数の連通孔１１３ａが等間隔に設けられた分散板１１３を、改質部９４の入口よりも上流側の燃料ガス供給流路２０中に配設した（図２参照）。こうすることで、分散板１１３によって、改質部９４の改質触媒９６に対する混合ガスの供給量のばらつきを抑制することができる、つまり改質触媒９６に対する混合ガスの供給量を安定化することができる。したがって、本実施形態によれば、改質部９４の改質触媒９６に対して均等に混合ガスを供給することができ、改質部９４での安定した改質反応を確保することが可能となる。また、分散板１１３は、複数の連通孔１１３ａが設けられた円環状のプレートであるため、簡易な構成にて、改質部９４に対する混合ガスの供給の均等化を実現することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、燃料ガス供給流路２０は、その通路が上方から下方へと折り返され、折り返し部分の下方に改質部９４が配置されており、分散板１１３は、その折り返し部分と改質部９４との間の燃料ガス供給流路２０中に設けられている（図２参照）。これにより、燃料ガス供給流路２０を折り返さずに、上昇気流によって上昇された混合ガスを改質部９４に直接供給する構成と比較して、燃料ガス供給流路２０の折り返し部分において混合ガスの平面的な分散性を是正することができる。したがって、本実施形態によれば、こうして燃料ガス供給流路２０の折り返し部分において平面的な分散性が是正された混合ガスを、分散板１１３を通して改質部９４に供給することにより、改質部９４に対する混合ガスの供給量を効果的に安定化することができる。そのため、改質部９４において、より安定性の高い改質を行わせることが可能となる。
【０１０２】
また、本実施形態では、分散板１１３だけでなく、分散板１１３の上流側の燃料ガス供給流路２０中にも分散板１１２を設けているため（図２、図９参照）、発電室１０内の温度分布にムラがあっても、簡易な構成にて、混合ガスの平面的な分散性を効果的に確保することができる。更に、本実施形態では、そのような分散板１１２を水蒸気と原燃料ガスとを混合させる空間（具体的には上部第２混合室２０３）の上部に設けているため、混合されたガスの分散板１１２からの噴射量を均一化することができる。そのため、燃料ガス供給流路２０内の上昇気流も均一化することができ、改質部９４に対する混合ガスの供給量を効果的に安定化することができる。
【０１０３】
次に、図１３を参照して、改質部９４の構成及び作用について具体的に説明する。図１３は、水平面に沿って切断した改質部９４（内側円筒部材６４及び中間円筒部材６５も含む）の断面図を示している。図１３に示すように、改質部９４は、周方向に均等間隔に配置された複数の仕切り部材９４ａが設けられている。各仕切り部材９４ａは、中間円筒部材６５の内周から内側円筒部材６４の外周まで延びていると共に、改質部９４の上下方向に沿って延びている。改質部９４は、このような複数の仕切り部材９４ａによって仕切られた各部屋に改質触媒９６が充填されている。
【０１０４】
また、仕切り部材９４ａによって仕切られた各部屋内の改質触媒９６のそれぞれに対して、分散板１１３における同じ数の連通孔１１３ａからガスが供給されるように、改質部９４に設ける仕切り部材９４ａの数（つまり改質部９４を仕切り部材９４ａで仕切ることにより形成する部屋の数）、及び分散板１１３に設ける連通孔１１３ａの数などが設定されている。図１２及び図１３に示した分散板１１３及び改質部９４の例では、分散板１１３には１２個の連通孔１１３ａが設けられ、改質部９４には１２枚の仕切り部材９４ａが設けられている。この例では、１２枚の仕切り部材９４ａにより形成された１２の部屋内の改質触媒９６のそれぞれに対して、分散板１１３における１個の連通孔１１３ａからガスが供給されるように、改質部９４に対して分散板１１３が配置される。
【０１０５】
なお、分散板１１３に設ける連通孔１１３ａの数、及び改質部９４に設ける仕切り部材９４ａの数は、図１２及び図１３に示したものに限定はされない。好適には、分散板１１３に設ける連通孔１１３ａの数を、改質部９４に設ける仕切り部材９４ａの数よりも多くし、仕切り部材９４ａによって仕切られた１つの部屋に対して、複数の連通孔１１３ａからガスが供給されるようにするとよい。
【０１０６】
このように、本実施形態では、周方向に均等間隔に配置された複数の仕切り部材９４ａを改質部９４に設けて、複数の仕切り部材９４ａによって仕切られた各部屋に改質触媒９６を充填することにより、改質部９４内における改質触媒９６の充填量を均一化することができる。つまり、改質部９４内における改質触媒９６の充填量のムラを抑制することができる。改質触媒９６の充填量にムラがあると、充填量が少ない箇所へ混合ガスが流れ易くなるため、改質部９４において改質ムラが発生する傾向にある。しかしながら、本実施形態のように改質部９４内における改質触媒９６の充填量を均一化することにより、改質触媒９６に対して均等に混合ガスを供給することができる。特に、本実施形態では、そのように改質触媒９６の充填量が均一化された改質部９４に対して、上記した分散板１１３を介して混合ガスを供給するため、改質部９４での安定した改質反応を効果的に確保することが可能となる。したがって、改質部９４において水素を安定して発生させることが可能となる。
【０１０７】
なお、上記した実施形態では、改質部９４の上端に分散板１１３を設けていたが、具体的には、分散板１１３の底面が改質部９４の上端に接触するように分散板１１３を配置していたが（図２参照）、分散板１１３を改質部９４に対して離間させて配置してもよい。但し、燃料ガス供給流路２０の折り返し部分と改質部９４との間の燃料ガス供給流路２０中に分散板１１３を配置するのが好ましい。
【０１０８】
また、上記した実施形態では、混合板１１１と分散板１１３との間の燃料ガス供給流路２０中に１枚の分散板１１２のみを設けていたが（図２参照）、混合板１１１と分散板１１３との間の燃料ガス供給流路２０中に、分散板１１２の他に、１枚以上の分散板を更に設けてもよい。
【０１０９】
また、上記した実施形態では、固体酸化物型燃料電池装置１を円筒モジュールとして構成し、蒸発部８６、混合板１１０、１１１、分散板１１２、１１３などを円環状に構成していたが、固体酸化物型燃料電池装置１を楕円筒モジュールとして構成し、蒸発部８６、混合板１１０、１１１、分散板１１２、１１３などを楕円環状に構成してもよい。
【０１１０】
また、上記した実施形態では、内側円筒部材６４、中間円筒部材６５及び外側円筒部材６６を利用して、蒸発部８６及び混合室２０１〜２０３を形成していた。つまり、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６との間の空間、及び中間円筒部材６５と外側円筒部材６６との間の空間に、蒸発部８６及び混合室２０１〜２０３を設けていた。他の例では、内側円筒部材６４、中間円筒部材６５及び外側円筒部材６６とは別の部材を用いて、蒸発部８６及び混合室２０１〜２０３を形成してもよい。具体的には、蒸発部８６及び混合室２０１〜２０３を、内側円筒部材６４、中間円筒部材６５及び外側円筒部材６６により構成される本体とは別体であるパッケージユニットとして構成して、そのパッケージユニットを本体に対して連結することとしてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１    固体酸化物型燃料電池装置
２    燃料電池モジュール
１０    発電室
２０    燃料ガス供給流路（燃料ガス供給通路）
２２    酸化剤ガス供給流路（酸化剤ガス供給通路）
６１    シースヒーター
６４    内側円筒部材（収容容器）
６５    中間円筒部材
６６    外側円筒部材
８６    蒸発部（蒸発器）
８６ａ  傾斜板
８８    水供給パイプ
９０    燃料ガス供給パイプ
９４    改質部（改質器）
９４ａ  仕切り部材
９６    改質触媒
１１０    混合板
１１０ａ  連通孔
１１１    混合板
１１１ａ  連通孔
１１２    分散板
１１２ａ  連通孔
１１３    分散板
１１３ａ  連通孔
２０１    第１の下部第２混合室
２０２    第２の下部第２混合室
２０３    上部第２混合室
２０４    第１混合室
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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