(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池での発電後の残余の燃料ガスおよび前記発電後の残余の酸化剤ガスの一方である第１のガスが流入する第１の流入部と，
前記残余の燃料ガスおよび前記残余の酸化剤ガスの他方である第２のガスが流入する第２の流入部と，
前記第１の流入部から流入した前記第１のガスの通路を第１の幅のガス流入口を有する第１の通路及び当該第１の幅よりも広い第２の幅のガス流入口を有する第２の通路に区分する区分部と，
前記第１の通路に流入した一部の前記第１のガスおよび前記第２の流入部から流入した前記第２のガスを混合して燃焼する第１の混合部と，
前記第１の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記第２の通路に流入した他の一部の前記第１のガスを混合して燃焼する第２の混合部と，
を具備し、
前記第１の混合部に流入する前記第１のガスの量が，前記第２の混合部に流入する前記第１のガスの量より少ない
ことを特徴とする燃料電池用補助器。
【請求項２】
前記第２および第１の混合部それぞれに対応して配置され，かつ発電前の燃料ガスが順に流通する第１，第２の経路を有し，燃料ガスを改質する改質器をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池用補助器。
【請求項３】
前記区分部が，前記第１の流入部から流入する前記第１のガスの通路を３つ以上に区分し，
前記第２の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記区分部で区分され、前記第２の幅よりも広い第３の幅のガス流入口を有する第３の通路を通った前記第１のガスを混合して燃焼する第３の混合部，をさらに具備し，
前記第３の混合部が，前記第２の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記第３の通路を通った前記第１のガスを混合して燃焼するとともに、
前記第２の混合部に流入する前記第１のガスの量が、前記第３の混合部に流入する前記第１のガスの量より少ない
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用補助器。
【請求項４】
前記第３〜１の混合部それぞれに対応して配置され，かつ発電前の燃料ガスが順に流通する第１〜第３の経路を有し，燃料ガスを改質する改質器をさらに具備する
ことを特徴とする請求項３記載の燃料電池用補助器。
【請求項５】
前記第１のガスが，前記残余の酸化剤ガスであり，前記第２のガスが，前記残余の燃料ガスである，
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池用補助器。
【請求項６】
前記第１のガスが，前記残余の燃料であり，前記第２のガスが，前記残余の酸化剤ガスである，
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池用補助器。
【請求項７】
前記第２の流入部から流入した前記第２のガスの通路を第４の幅のガス流入口を有する第４の通路と、当該第４の幅よりも広い第５の幅のガス流入口を有する第５の通路に区分する第２の区分部をさらに具備し，
前記第１の混合部が，前記第１の通路に流入した一部の前記第１のガスおよび前記第４の通路に流入した一部の前記第２のガスを混合して燃焼し，
前記第２の混合部が，前記第１の混合部で燃焼後の排ガス，前記第２の通路に流入した他の一部の前記第１のガスおよび前記第５の通路に流入した他の一部の前記第２のガスを混合して燃焼する，
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用補助器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池用補助器を備えたことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料電池用補助器および燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。ＳＯＦＣは，例えば，板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを多数積層したスタック（燃料電池スタック）を有する。燃料極および空気極それぞれに，燃料ガスおよび酸化剤ガス（例えば，空気中の酸素）を供給し，固体電解質体を介して化学反応させることで，電力を発生させる。
【０００３】
ＳＯＦＣは，６００〜１０００℃という高温で動作させるので，この運転温度を維持するための構造が必要になっている。このため，燃料電池スタックと燃焼器を一体化した固体酸化物形燃料電池モジュールが用いられる。
【０００４】
燃焼器は，発電後の残余の燃料ガスおよび酸化剤ガスを混合して燃焼させるものであり，その内部での燃焼が均一であることが望ましい。
ここで，固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）向けの燃焼器について，燃焼温度を熱電対でモニタし，燃焼用空気ポンプを制御する技術が開示されている（特許文献１参照）。
しかしながら，この技術では，燃焼用空気ポンプが必要であり，低価格を狙うＳＯＦＣには不向きである。ＳＯＦＣでは，燃焼コントロールと過昇温防止を別の手段で行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−９２３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は，温度の均一性及び熱効率を向上した燃料電池用補助器および燃料電池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】
本発明に係る燃料電池用補助器は，燃料電池での発電後の残余の燃料ガスおよび前記発電後の残余の酸化剤ガスの一方である第１のガスが流入する第１の流入部と，前記残余の燃料ガスおよび前記残余の酸化剤ガスの他方である第２のガスが流入する第２の流入部と，前記第１の流入部から流入する第１のガスを２以上に区分する区分部と，前記区分部で区分された一部の第１のガスおよび前記第２の流入部から流入する第２のガスを混合して燃焼する第１の混合部と，前記第１の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記区分された他の一部の第１のガスを混合して燃焼する第２の混合部と，を具備する。
【０００８】
残余の燃料ガスおよび残余の酸化剤ガスの一方を２以上に区分し，第１，第２の混合部で混合することで，燃料ガスと酸化剤ガスの混合時の発熱を第１，第２の混合部に分散でき，温度の均一性を向上できる。
【０００９】
（１）ここで，前記区分部から前記第１の混合部に流入する第１のガスの量が，前記区分部から前記第２の混合部に流入する第１のガスの量より，小さくしても良い。
第１，第２の混合部での発熱を段階的に大きくすることができる。即ち，燃焼の状態（発熱による熱量）をコントロールすることができる。
【００１０】
（２）（１）において，前記第２および第１の混合部それぞれに対応して配置され，かつ発電前の燃料ガスが順に流通する第１，第２の経路を有し，燃料ガスを改質する改質器をさらに具備しても良い。
【００１１】
改質器での改質反応（吸熱反応）は未改質の燃料ガスの量が多い上流の方が盛んである。このため，発熱量が段階的に大きくなる第１，第２の混合部を改質器での経路の下流，上流に対応して配置することで，発熱と吸熱をバランスさせ，温度の均一性及び熱効率を向上できる。
【００１２】
（３）前記区分部が，前記第１の流入部から流入する第１のガスを３つ以上に区分し，前記第２の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記区分部で区分された更なる他の一部の第１のガスを混合して燃焼する第３の混合部，をさらに具備し，前記第３の混合部が，前記第２の混合部で燃焼後の排ガスおよび前記区分部で区分された更なる他の一部の第１のガスを混合して燃焼しても良い。
【００１３】
残余の燃料ガスおよび残余の酸化剤ガスの一方を３以上に区分し，第１〜第３の混合部で混合することで，燃料ガスと酸化剤ガスの混合時の発熱を第１〜第３の混合部に分散できる。よって，温度の均一性を更に向上できる。
【００１４】
（４）（３）において，前記第３〜１の混合部それぞれに対応して配置され，かつ発電前の燃料ガスが順に流通する第１〜第３の経路を有し，燃料ガスを改質する改質器をさらに具備しても良い。
【００１５】
改質器での改質反応（吸熱反応）は未改質の燃料ガスの量が多い上流の方が盛んである。このため，発熱量が段階的に大きくなる第１〜第３の混合部を改質器での経路の下流，中流，上流に対応して配置することで，発熱と吸熱をバランスさせ，温度の均一性及び熱効率を更に向上できる。
【００１６】
（５）前記第１のガスが，前記残余の酸化剤ガスであり，前記第２のガスが，前記残余の燃料ガスであっても良い。燃料ガスに比べて，酸化剤ガスの流量が大きくて制御し易いため，第１のガスを残余の酸化剤ガスとすることが特に良い。
【００１７】
（６）前記第１のガスが，前記残余の燃料であり，前記第２のガスが，前記残余の酸化剤ガスであっても良い。
【００１８】
（７）前記第２の流入部から流入する第２のガスを２以上に区分する第２の区分部をさらに具備し，前記第１の混合部が，前記区分部で区分された一部の第１のガスおよび前記第２の区分部で区分された一部の第２のガスを混合して燃焼し，前記第２の混合部が，前記第１の混合部で燃焼後の排ガス，前記区分部で区分された他の一部の第１のガスおよび前記第２の区分部で区分された他の一部の第２のガスを混合して燃焼しても良い。
【００１９】
残余の燃料ガスおよび残余の酸化剤ガスの双方を２以上に区分し，混合することで，燃料ガスと酸化剤ガスの混合時の発熱を更に分散できる。
【００２０】
燃料電池が，上記に記載の燃料電池用補助器を備えても良い。燃料電池での温度の均一性の確保が可能となる。また，燃料電池の熱効率が向上できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば，温度の均一性及び熱効率を向上した燃料電池用補助器および燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０を表す斜視図である。
【図２】燃料電池スタック１００，補助器２００を表す分解斜視図である。
【図３】燃料電池スタック１００，補助器２００を表す一部断面図である。
【図４】燃料電池スタック１００を表す分解斜視図である。
【図５】補助器２００を表す上面図である。
【図６】補助器２００の第１層２１０を表す上面図である。
【図７】補助器２００の第１層２１０を表す斜視図である。
【図８】補助器２００の第２層２２０を表す斜視図である。
【図９】補助器２００の第３層２３０を表す斜視図である。
【図１０】変形例に係る第３層２３０ａを表す斜視図である。
【図１１】本発明の比較例に係る補助器２００ｘの第１層２１０ｘを表す斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る補助器２００ａの第１層２１０ａを表す斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る補助器２００ｂの第１層２１０ｂを表す斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る補助器２００ｃの第１層２１０ｃを表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は，本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０を表す斜視図である。図２，図３はそれぞれ，燃料電池スタック１００，補助器２００を表す分解斜視図および一部断面図である。図３では，後述の貫通孔１１２，１１４を結ぶ線に沿って，燃料電池スタック１００を切断した状態を示している。
【００２４】
図１に示すように，燃料電池システム１０は，固体酸化物形燃料電池２０，制御部３０を有する。固体酸化物形燃料電池２０は，燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する装置であり，燃料電池スタック１００，補助器２００，発熱体３００を有する。
【００２５】
燃料ガスとしては，水素，還元剤となる炭化水素，水素と炭化水素との混合ガス，及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス，これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず，例えば，天然ガス，ナフサ，石炭ガス化ガス等が挙げられる。この燃料ガスとしては水素が好ましい。これらの燃料ガスは１種のみを用いてもよいし，２種以上を併用することもできる。また，５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有していてもよい。
【００２６】
酸化剤ガスとしては，酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に，この混合ガスには８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスが含有されていてもよい。これらの酸化剤ガスのうちでは安全であって，且つ安価であるため，空気（約８０体積％の窒素が含まれている。）が好ましい。
【００２７】
制御部３０は，固体酸化物形燃料電池２０，特に，燃料電池スタック１００での発電状態を制御する。例えば，温度センサ（熱電対等）により燃料電池スタック１００の温度をモニタし，燃料電池スタック１００への燃料ガス（または酸化剤ガス）の供給量を目標値になるように補正させる。
【００２８】
燃料電池スタック１００は，略直方体形状をなし，上面１０１，底面１０２，貫通孔１１１〜１１８を有し，部材１２０が接続される。貫通孔１１１〜１１４は，上面１０１，底面１０２の辺近傍（後述の枠部１６０の辺近傍）を貫通し，貫通孔１１５〜１１８は，上面１０１，底面１０２の頂点近傍（後述の枠部１６０の頂点近傍）を貫通する。貫通孔１１１〜１１８にはそれぞれ，連結部材（締結具であるボルト４１〜４８，ナット５１〜５８）が取り付けられる。なお，ナット５３，５７は，判りやすさのために，図１〜図３いずれにおいても図示を省略している。
【００２９】
上面１０１側および底面１０２側それぞれでの貫通孔１１１の開口に，部材１２０および後述の部材２５０が配置される。部材１２０（部材１２１）の貫通孔，貫通孔１１１，および部材２５０の貫通孔２５４にボルト４１が挿通され，ナット５１がねじ込まれる。この結果，ボルト４１，ナット５１によって，部材１２０，燃料電池スタック１００，および補助器２００（部材２５０）が接続される。
【００３０】
部材１２０は，部材１２１，導入管１２２を有する。部材１２１は，略円筒形状をなし，略平面状の上面および底面，曲面状の側面，上面と底面間を貫通する貫通孔を有する。部材１２１の貫通孔と導入管１２２の内部とが連通する。
【００３１】
部材１２１の貫通孔と貫通孔１１１の径は略同一である。これらの径より，ボルト４１の軸の径が小さいことで，部材１２１の貫通孔とボルト４１の軸間，および貫通孔１１１とボルト４１の軸間を酸化剤ガス（空気）が通過する。即ち，酸化剤ガス（空気）が導入管１２２から流入し，部材１２１の貫通孔，および貫通孔１１１を経由して，燃料電池スタック１００内に流入する。
【００３２】
貫通孔１１１は部材２５０の貫通孔２５４と連通するが，部材２５０の下面２５２は，ナット５１によって封止される。この結果，底面１０２側の貫通孔１１１の開口からの酸化剤ガス（空気）の流入，流出が防止される。
【００３３】
貫通孔１１２および後述する部材２６０の貫通孔２６４にボルト４２が挿通され，ナット５２がねじ込まれる。この結果，ボルト４２，ナット５２によって，燃料電池スタック１００と補助器２００（部材２６０）が接続される。ここで，貫通孔１１２の径より，ボルト４２の軸の径が小さいことで，貫通孔１１２とボルト４２の軸間を発電後の残余の燃料ガスが通過する。即ち，貫通孔１１２は，燃料電池スタック１００から補助器２００に発電後の残余の燃料ガスを供給する流路として機能する。
【００３４】
貫通孔１１３および後述する部材２７０の貫通孔２７４にボルト４３が挿通され，ナット５３がねじ込まれる。この結果，ボルト４３，ナット５３によって，燃料電池スタック１００と補助器２００（部材２７０）が接続される。ここで，貫通孔１１３の径より，ボルト４３の軸の径が小さいことで，貫通孔１１３とボルト４３間を発電後の残余の酸化剤ガスが通過する。即ち，貫通孔１１３は，燃料電池スタック１００から補助器２００に発電後の残余の酸化剤ガスを供給する流路として機能する。
【００３５】
貫通孔１１４および後述の部材６０の貫通孔６４にボルト４４が挿通され，ナット５４がねじ込まれる。ここで，貫通孔１１４の径より，ボルト４４の軸の径が小さいことで，貫通孔１１４とボルト４４間を改質後の燃料ガスが通過する。即ち，貫通孔１１４は，補助器２００から燃料電池スタック１００に改質後の燃料ガスを供給する流路として機能する。
【００３６】
燃料電池スタック１００は，発電単位である平板形の燃料電池セル１５０が複数個積層されて構成される。複数個の燃料電池セル１５０が電気的に直列に接続される。
【００３７】
図４に示すように，前記燃料電池セル１５０は，いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり，上下一対の金属製のインターコネクタ１５１，１５２の間に，セル本体１５３が配置される。セル本体１５３とインターコネクタ１５１，１５２の間に，空気流路１５４，燃料ガス流路１５５が配置される。
セル本体１５３は，固体電解質体１５６の上下に，空気極（カソード）１５７，燃料極（アノード）１５８が積層されて構成される。空気極１５７とインターコネクタ１５１との間に，その導通を確保するために集電体１５９が配置されている。
【００３８】
固体電解質体１５６の材料としては，例えばＺｒＯ2系セラミック，ＬａＧａＯ3系セラミック，ＢａＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＣｅＯ３系セラミック，ＳｒＺｒＯ３系セラミック，及びＣａＺｒＯ３系セラミック等が挙げられる。
【００３９】
空気極１５７の材料としては，例えば，各種の金属，金属の酸化物，金属の複酸化物等を用いることができる。金属としては，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ及びＲｈ等の金属又は２種以上の金属を含有する合金が挙げられる。更に，金属の酸化物としては，Ｌａ，Ｓｒ，Ｃｅ，Ｃｏ，Ｍｎ及びＦｅ等の酸化物（Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ，Ｃｅ２Ｏ３，Ｃｏ２Ｏ３，ＭｎＯ２及びＦｅＯ等）が挙げられる。また，複酸化物としては，少なくともＬａ，Ｐｒ，Ｓｍ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｏ，Ｆｅ及びＭｎ等を含有する複酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複酸化物，Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複酸化物，Ｌａ1−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複酸化物，Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複酸化物及びＳｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複酸化物等）が挙げられる。
【００４０】
燃料極１５８の材料としては，例えば，Ｎｉ及びＦｅ等の金属と，Ｓｃ，Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ２系セラミック，ＣｅＯ２系セラミック等のセラミックのうちの少なくとも１種との混合物などが挙げられる。また，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｎｉ及びＦｅ等の金属が挙げられる。これらの金属は１種のみでもよいし，２種以上の金属の合金でもよい。更に，これらの金属及び／又は合金と，上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物（サーメットを含む）が挙げられる。また，Ｎｉ及びＦｅ等の金属の酸化物と，上記セラミックの各々の少なくとも１種との混合物などが挙げられる。
【００４１】
燃料電池セル１５０は，その外周縁部に枠部１６０を有する。枠部１６０は，インターコネクタ１５１，１５２（の外周縁部），空気極フレーム１６１，絶縁フレーム１６２，セパレータ１６３（の外周縁部），燃料極フレーム１６４から構成される。空気極フレーム１６１，絶縁フレーム１６２，セパレータ１６３，燃料極フレーム１６４は，いずれも四角枠状であり，セラミックス製の絶縁フレーム１６２を除き，金属製である。なお，空気極フレーム１６１，燃料極フレーム１６４は，セラミックス製でもよい。セパレータ１６３は，セル本体１５３に接合され，空気流路１５４，燃料ガス流路１５５間でのガスの移動を遮断する。
【００４２】
枠部１６０に，前述の貫通孔１１１〜１１８に対応する貫通孔が形成される。図３では，貫通孔１１２，１１４の断面を図示している。貫通孔１１４を通じて，補助器２００から燃料ガス流路１５５に改質された燃料ガスが流入する。貫通孔１１２を通じて，燃料ガス流路１５５から補助器２００に発電後の燃料ガスが流出する。
【００４３】
以下，補助器２００の概略を説明する。
図３に示すように，補助器２００は，混合器２１，改質器２２，燃焼器２３（燃焼室２３ａ，２３ｂ）を有し，第１層２１０〜第３層２３０に区分される。混合器２１，改質器２２はそれぞれ，第１層２１０および第２層２２０に配置される。燃焼器２３中，燃焼室２３ａは第１層２１０〜第３層２３０に，燃焼室２３ｂは第３層２３０に配置される。
【００４４】
混合器２１は，仕切板２０７の上に配置され，改質された燃料ガスによる発電後の残余の燃料ガスと，発電後の残余の酸化剤ガスと，を混合して混合ガスを生成する。但し，混合器２１を仕切板２０７に直接接触させず，仕切板２０７に沿って配置しても良い。
【００４５】
混合器２１内で混合されたガスは，発火点以上の温度であれば，混合器２１（第１層２１０内）において燃焼する（いわゆる火焔燃焼）。
【００４６】
燃焼室２３ａ，２３ｂはそれぞれ，仕切板２２１および仕切板２０８上に（仕切板２２１，２０８に接触して）配置される。但し，燃焼室２３ａ，２３ｂをそれぞれ，仕切板２２１，２０８に直接接触させず，仕切板２２１，２０８に沿って配置しても良い。
【００４７】
燃料電池スタック１００から発生する，残余の燃料ガス（アノード排ガス）Ｇ０２，残余の酸化剤（カソード排ガス）Ｇ１２は混合器２１に流入し，混合される。残余の燃料ガスＧ０２は，燃料電池スタック１００の貫通孔１１２，後述の部材２６０の貫通孔２６４，連通孔２６５，および流入孔２６６を経由して，混合器２１に流入する。残余の酸化剤ガスＧ１２は，燃料電池スタック１００の貫通孔１１３，後述の部材２７０の貫通孔２７４，連通孔２７５，および流入孔２７６を経由して，混合器２１に流入する。
【００４８】
混合器２１で混合された残余の燃料ガスおよび残余の酸化剤（混合ガスＧ２）は，燃焼器２３（燃焼室２３ａ，２３ｂ）中の燃焼用触媒により燃焼する。燃焼した混合ガスは配管２９３から排ガスＧ３として排出される。なお，燃焼用触媒を，燃焼室２３ａに配置せず，燃焼室２３ｂのみに配置してもよい。
【００４９】
改質器２２には，改質用の触媒が充填され，燃料ガスを改質する。燃料ガスＧ００は配管２９１から改質器２２に流入し，改質された燃料ガスＧ０１は配管２９２，部材６０の配管６６，貫通孔６４，燃料電池スタック１００の貫通孔１１４を経由して，燃料電池スタック１００に流入し，発電に用いられる。
【００５０】
以下，図２，図５〜図９に基づき，補助器２００の詳細を説明する。図５は，補助器２００の上面図である。図６は，補助器２００の第１層２１０を表す上面図である。補助器２００の上板２０１を除外し，かつ拡大された図である。図７〜図９はそれぞれ，補助器２００の上板２０１，仕切板２０７，２０８を除外して，補助器２００の第１層２１０〜第３層２３０の内部を表した斜視図である。
【００５１】
補助器２００は，上板２０１，底板２０２，側板２０３〜２０６，仕切板２０７，２０８を有する。上板２０１，底板２０２，側板２０３〜２０６は，補助器２００の内部と外部とを隔て，略直方体形状の空間を形成する。この空間は，仕切板２０７，２０８によって，上から順に，第１層２１０〜第３層２３０に仕切られる。
【００５２】
補助器２００の側板２０３〜２０５それぞれに部材（マニホールド）２５０〜２７０が接続される。部材２５０〜２７０はそれぞれ，平面状の上面２５１〜２７１，平面状の下面２５２〜２７２，曲面状の側面２５３〜２７３を有する。上面２５１〜２７１と下面２５２〜２７２の間に貫通孔２５４〜２７４が形成される。また，部材２６０，２７０は，貫通孔２６４〜２７４と第１層２１０の内部を連通する連通孔２６５，２７５および流入孔２６６，２７６を有する。
【００５３】
補助器２００の側板２０６に沿って，貫通孔１１４の底面１０２側に，部材６０が配置される。部材６０は，略円筒形状であり，平面状の上面６１，平面状の下面６２，曲面状の側面６３を有する。上面６１と下面６２の間に貫通孔６４が形成され，側面６３に貫通孔６４と連通する配管６６が接続される。
【００５４】
補助器２００には配管２９１〜２９３が接続される。
配管２９２，部材６０間に，部材７０が接続され，補助器２００から燃料電池スタック１００への改質された燃料ガスの供給が可能となる。部材７０は，部材７１，７２を有する。
部材７１は，互いに連通する中空を有し，互いに直角に配置される継ぎ手７３，７４を有する。
部材７２は，互いに連通する中空を有し，互いに直角に配置される配管７５，継ぎ手７６を有する。
【００５５】
継ぎ手７３，７４，７６は，配管２９２，７５，６６に締め込まれ，接続される。ここで，締め込みが完了するまで，部材７１，７２，６０はそれぞれ，回転および移動が可能である。
【００５６】
図５〜図７に示すように，混合器２１は仕切板２１１〜２１５，２１８で仕切られている。
仕切板２１１は，仕切板２１１１〜２１１４が連結されて構成される。
仕切板２１２は，仕切板２１２１〜２１２３が連結されて構成される。
仕切板２１３は，仕切板２１３１〜２１３３が連結されて構成される。
仕切板２１４は，仕切板２１４１〜２１４３が連結されて構成される。
仕切板２１８は，網が配置された開口２１９を有する。
【００５７】
残余の燃料ガスは，部材２６０から流入孔２６６を通じて，混合器２１に流入する。即ち，部材２６０は，燃料電池での発電後の残余の燃料ガスおよび前記発電後の残余の酸化剤ガスの一方または他方である第１，第２のガスが流入する流入部として機能する。
【００５８】
一方，残余の酸化剤ガスは，部材２７０から流入孔２７６を通じて，混合器２１に流入する。即ち，部材２６０は，燃料電池での発電後の残余の燃料ガスおよび前記発電後の残余の酸化剤ガスの一方または他方である第１，第２のガスが流入する流入部として機能する。
【００５９】
流入する残余の酸化剤ガスは，仕切板２１２，２１３によって，３つに区分される。即ち，仕切板２１２，２１３は，流入部から流入する第１のガスを２以上に区分する区分部として機能する。
【００６０】
このように，残余の燃料ガスは区分されず，残余の酸化剤ガスは，区分ガスＦ１〜Ｆ３の３つに区分される（図７参照）。残余の酸化剤ガスを区分して，残余の燃料ガスと混合させることで，混合器２１内での燃焼の均一化が図られる。
【００６１】
流入孔２６６からの残余の燃料ガスは，仕切板２１１と側板２０４，２０５で形成される空間内に流入する。
一方，流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスは，区分ガスＦ１〜Ｆ３の３つに区分され，（１）仕切板２１２と側板２０５で形成される空間内，（２）仕切板２１２，２１３で形成される空間内，（３）仕切板２１３，２１４で形成される空間内のそれぞれに流入する。
【００６２】
この結果，残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスは，次のように，合流点Ｐ１〜Ｐ３で合流（混合）する。即ち，合流点Ｐ１〜Ｐ３は，区分部で区分された一部の第１のガスおよび前記第２の流入部から流入する第２のガスを混合して燃焼する混合部として機能する。
【００６３】
残余の燃料ガスは，仕切板２１１に沿ってＹ方向，およびＸ方向に進み，合流点Ｐ１において，区分ガスＦ１と混合される。
合流点Ｐ１において混合されたガスは，仕切板２１２に沿って，―Ｙ方向，−Ｘ方向に進み，その後，仕切板２１１，２１４に沿って，−Ｙ方向，Ｘ方向に進み，合流点Ｐ２において，区分ガスＦ２と混合される。
合流点Ｐ２において混合されたガスは，仕切板２１３に沿って，―Ｙ方向，−Ｘ方向に進み，その後，側板２０４，２０３に沿って，−Ｙ方向，Ｘ方向に進み，合流点Ｐ３において，区分ガスＦ３と混合される。
合流点Ｐ３において混合されたガスは，側板２０３，２０６に沿って，Ｘ方向，Ｙ方向に進み，その後，開口２１９から燃焼室２３ａに流入する。
【００６４】
このように，流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスは区分ガスＦ１〜Ｆ３に区分され，合流点Ｐ１〜Ｐ３で，流入孔２６６からの残余の燃料ガスと合流し，残余の燃料ガスおよび残余の酸化剤ガスが混合した混合ガスが生成される。
合流点Ｐ１〜Ｐ３に分散してガスの混合がなされることから，燃焼時に混合器２１内での燃焼の均一性が図られる。
【００６５】
ここで，区分ガスＦ１〜Ｆ３の流量の比率を適正な値とすることで，混合器２１内の発熱量の均一化を促進することができる。例えば，図６に幅ｄ１〜ｄ３から求められた各区分ガス（Ｆ１〜Ｆ３）流路の断面積比を１：１：１〜１：２：３の範囲に調整し，かつ区分ガスＦ１〜Ｆ３の流量を段階的に大きくすることが考えられる。
このとき，後述のように，合流点Ｐ１〜Ｐ３を改質器２２の流路（経路点Ｑ３〜Ｑ１）と対応させることで，合流点Ｐ１〜Ｐ３での温度の均一性の向上が図られる。
【００６６】
図８に示すように，第２層２２０は仕切板２２１〜２２４で仕切られている。仕切板２２１には，配管２９１，２９２と連通する開口２２６，２２７を有する。開口２２６，２２７に対向して網２２８，２２９が配置される。
【００６７】
第２層２２０に，燃焼器２３の一部（燃焼室２３ａの一部）および改質器２２が配置される。
改質器２２は，燃料ガスを改質して改質ガスを生成するものであり，側板２０３〜２０５，仕切板２０７，２０８，２２１，およびこの空間内に充填される改質用の触媒から構成される。
【００６８】
改質用の触媒は，燃料ガスの改質，即ち燃料ガスを水素リッチの燃料ガスに改質するためのものであり，例えば微粒の金属ニッケルとセラミックス粉末のプレス体や，アルミナなどの耐熱性の高い多孔体上に金属ニッケルを担持した触媒である。なお，改質用の触媒として金属ニッケルの他に，例えばルテニウムを採用してもよい。
【００６９】
配管２９１，開口２２６から改質器２２内に燃料ガスが流入する。燃料ガスは，改質器２２内で仕切板２２２〜２２４により蛇行して進み，触媒によって改質される。改質された燃料ガスは，開口２２７，配管２９２，部材７０，６０を経て，燃料電池スタック１００に流入する。
【００７０】
ここで，燃料ガスの流路上の点（経路点，発電前の燃料ガスが順に流通する第１〜第２の経路）Ｑ３〜Ｑ１は，既述の合流点Ｐ１〜Ｐ３と対応して配置される。言い換えれば，合流点Ｐ１〜Ｐ３は改質器２２の流路の下流から上流にかけて配置される。これは合流点Ｐ１〜Ｐ３での発熱反応と，経路点Ｑ３〜Ｑ１での吸熱反応とを対応させるためである。燃料ガスの流路での吸熱反応は，未反応のガス成分が多い上流ほど大きく，下流に行くに従って小さくなる。このため，発熱量が順に大きくなる合流点Ｐ１〜Ｐ３を経路点Ｑ３〜Ｑ１に対応して配置することで，合流点Ｐ１〜Ｐ３での発熱反応をキャンセルし，温度の均一化が図れる。
【００７１】
図９に示すように，第３層２３０は仕切板２３１〜２３５で仕切られている。第３層２３０において側板２０５に，突出部２４０の内部と連通し，網を有する開口２３６が配置される。
【００７２】
第３層２３０に，燃焼器２３の一部（燃焼室２３ｂ）が配置される。
燃焼器２３は，混合ガスを燃焼するものであり，燃焼室２３ａ，２３ｂに区分される。
燃焼室２３ａは，第１層２１０〜第２層２２０に配置され，上板２０１，側板２０３，２０５，２０６，仕切板２１６，２２１で構成される。燃焼室２３ｂは，第３層２３０に配置され，底板２０２，側板２０３〜２０５，仕切板２０８で構成され，仕切板２３１〜２３５で仕切られる。
【００７３】
第３層２３０において，側板２０５に突出部２４０が接続される。突出部２４０は，上板，底板，３つの側板を有し，配管２９３と接続される。既述のように，突出部２４０は，開口２３６によって，燃焼室２３ｂと連通する。
【００７４】
開口２１９から燃焼室２３ａ，２３ｂに順に混合ガスが流入する。混合ガスは，燃焼室２３ａ内で−Ｚ方向に進み，燃焼室２３ｂに流入する。燃焼室２３ｂ内で仕切板２３１〜２３５により蛇行して進む。燃焼室２３ａ，２３ｂ内の燃焼用触媒によって混合ガスが燃焼，発熱する。燃焼した混合ガスは開口２３６，配管２９３を経て，外部に排出される。
【００７５】
燃焼用触媒としては，白金，ロジウム，パラジウムなどの貴金属触媒を採用できるが，ペロブスカイト酸化物などを用いると，耐熱性や長期耐久性が向上するので好ましい。燃焼用触媒の担体としては，一般的なコージエライトのハニカム担体や，自動車用の排ガス処理触媒の担体として用いられるフェライト系ステンレスも使用可能である。特に起動性を重視する場合には，金属担体の方が，熱伝導性や耐熱衝撃性に優れている。但し，高温での耐久性という点では，セラミックス担体が有利であり，要求により使い分けることが望ましい。
【００７６】
発熱体３００は，起動時に補助器２００を加熱するためのたとえば平面燃焼型ガスバーナーである。起動時において，補助器２００内の触媒の速やかな活性化を可能とする。
【００７７】
図１０は，変形例に係る第３層２３０ａを表す斜視図である。第３層２３０ａの燃焼室２３ｂ内に，ガイドＧ１，Ｇ２を有する仕切板２３８が配置され，その両側にハニカム触媒Ｃａ，Ｃｂが配置される。
【００７８】
ハニカム触媒Ｃａ，Ｃｂは，混合ガスの流入側（この例では，Ｘ軸方向プラス側）の面と流出側（この例では，Ｘ軸方向マイナス側）の面それぞれに開口し，互いに隔壁で区分される多数のセルを有する（ハニカム構造）。セルの形状は例えば，六角柱形状である。このセルの内面（隔壁）に触媒が固定配置される。混合ガスがハニカム触媒Ｃａ，Ｃｂのセル内を通過するときに，触媒により燃焼が促進される。
この場合，開口２３６ａへの網の配置を省略できる。ハニカム触媒Ｃａ，Ｃｂでは，燃焼用触媒はセル内に固定されるため，ペレットタイプの触媒のようにガス流に流されないからである。
ここでは，第３層２３０ａに２つのハニカム触媒Ｃａ，Ｃｂを配置しているが，この個数を１，あるいは３以上と適宜に変更できる。
【００７９】
仕切板２３８，ガイドＧ１，Ｇ２は，ハニカム触媒Ｃａ，Ｃｂの位置決めに用いられる。但し，仕切板２３８，ガイドＧ１，Ｇ２を用いず，ハニカム触媒Ｃａ，Ｃｂを配置しても良い。
【００８０】
本実施形態では，混合器２１への残余の酸化剤ガス（カソード排ガスや空気）の導入口（流入孔２７６）を２つ以上（ここでは，３つ）に分割し，各導入口の幅（幅ｄ１〜ｄ３），および導入経路を調整することにより，混合器２１内の残余の燃料ガス（アノード排ガス）と残余の酸化剤ガスの混合部位（合流点Ｐ１〜Ｐ３）及び混合比率を制御し，混合ガスの燃焼状態を制御する。
【００８１】
混合部位を複数に分散することで，激しく局部的な燃焼を軽減し，混合器２１の劣化が防止される。即ち，残余の酸化剤ガスを分割し，段階的に残余の燃料ガスと混合することにより，残余の燃料ガスが少ない場合に初期の段階で燃焼が完了し，あとは酸化剤ガスにより希釈が行われるだけとなる。一方，残余の燃料ガスが多い場合においては酸化剤ガスが段階的に分割して送り込まれるため，分割された酸化剤ガスの分だけ燃焼する。更に２回目３回目でも投入された酸化剤ガスの分量だけ燃焼が進行する。つまり酸化剤ガス律則で燃焼が進み，燃焼が分散され燃焼熱が分散して発生するのでピーク温度が低下する。
【００８２】
そしてこの酸化剤ガスの分割数と割合により燃焼をコントロールする，これにより運転領域でも最適な燃焼状態を得ることが出来る。即ち，酸化剤ガスを，例えば２分割にし，初回混合と２回目混合の割合を空気量の割合で１：２とすると，初回混合時には少ない空気と混合するため酸欠状態となり燃焼が制限され，２回目混合時に残り空気を使って燃焼を完了する。このようにすることで燃焼部位の分散と燃焼コントロールが可能となる。
【００８３】
また，燃焼ガスと酸化剤ガスの混合部位を制御できるため，燃焼による熱を有効に隣接する吸熱器に伝熱することができる。即ち，酸化剤ガスを最後に投入するポイントを改質器２２の上流側に配置してやることで，燃焼のピーク温度を効率的に改質に利用できるようになる。
【００８４】
なお，この実施形態において，残余の燃焼ガスではなく，酸化剤ガスを分割したのは，制御の容易性を考慮したためである。仮に酸化剤ガスがカソード排ガスであった場合，圧倒的に流量が大きくハード的にコントロールし易い。（燃料電池投入流量比にしてカソード空気はアノード燃料の１０〜２０倍流れる）
【００８５】
（比較例）
本発明の比較例を説明する。図１１は，比較例に係る燃料電池の補助器２００ｘの第１層２１０ｘの内部を表した斜視図であり，図７と対応する。
【００８６】
第１層２１０ｘには，混合器２１ｘが配置される。混合器２１ｘは，仕切板２１１ｘ〜２１４ｘ，２１８ｘで仕切られる。仕切板２１８ｘには，網を有する開口２１９ｘが設置される。
混合器２１ｘでは，流入孔２６６からの残余の燃料ガスおよび流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスは，区分されず，合流点Ｐ０で合流する。即ち，流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスは，仕切板２１１ｘに沿って進み，流入孔２７６のすぐ前の合流点Ｐ０で残余の燃料ガスと混合される。混合されたガスは，仕切板２１２ｘ〜２１４ｘによって蛇行して進み，開口２１９ｘから燃焼器２３ａに排出される。
【００８７】
既述のように，第１の実施形態では，残余の酸化剤ガスを区分ガスＦ１〜Ｆ３の３つに区分し，合流点Ｐ１〜Ｐ３で残余の燃料ガスと混合している。これに対して，混合器２１ｘでは，１つの合流点Ｐ０で，残余の酸化剤ガスと残余の燃料ガスが混合される。このため，合流点Ｐ０での燃焼量（発熱量）が混合器２１ｘの他の領域での燃焼量（発熱量）より，過大となり，燃焼の均一性の確保が困難となる。
【００８８】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。図１２は，第２の実施形態に係る燃料電池の補助器２００ａの第１層２１０ａの内部を表した斜視図であり，図７と対応する。
【００８９】
第１層２１０ａには，混合器２１ａが配置される。混合器２１ａは，仕切板２１１ａ〜２１３ａ，２１８で仕切られる。仕切板２１８には網を有する開口２１９が設置される。
【００９０】
混合器２１ａでは，流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスが，仕切板２１２ａによって，区分ガスＦ１，Ｆ２に区分され，合流点Ｐ１１，Ｐ１２で残余の燃料ガスと合流する。即ち，流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスは，仕切板２１１ａに沿って進み，流入孔２７６のすぐ前の合流点Ｐ１１で区分ガスＦ１と混合される。合流点Ｐ１１で混合されたガスは，仕切板２１１ａ，２１２ａの間を進み，合流点Ｐ１２で，区分ガスＦ２と混合される。合流点Ｐ１２で混合されたガスは，仕切板２１３ａと側板２０３の間を進み，開口２１９から燃焼器２３ａに排出される。
【００９１】
第２の実施形態では，残余の酸化剤ガスが２つに区分されて，合流点Ｐ１１，Ｐ１２で，残余の燃料ガスと混合される。第１の実施形態と同様に，混合部位を複数に分散することで，局部的な燃焼を軽減し，混合器２１の劣化が防止される。
【００９２】
ここで，区分ガスＦ１，Ｆ２の流量を段階的に大きくすることができる。
このとき，合流点Ｐ１１，Ｐ１２を改質器２２の流路の下流，上流と対応させることで，合流点Ｐ１１，Ｐ１２での温度の均一性の向上が図られる。
【００９３】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。図１３は，第３の実施形態に係る燃料電池の補助器２００ｂの第１層２１０ｂの内部を表した斜視図であり，図７と対応する。
【００９４】
第１層２１０ｂには，混合器２１ｂが配置される。混合器２１ｂは，仕切板２１１ｂ〜２１５ｂ，２１８で仕切られる。仕切板２１８には網を有する開口２１９が設置される。
【００９５】
混合器２１ｂでは，仕切板２１１ｂの３つの開口２１１ｂａ〜２１１ｂｃにより，流入孔２６６からの残余の燃料ガスが，区分ガスＯ１〜Ｏ３の３つに区分され，合流点Ｐ２１〜Ｐ２３で合流する。即ち，流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスは，仕切板２１３ｂに沿って進み，開口２１１ｂａのすぐ前の合流点Ｐ２１で区分ガスＯ１と混合される。合流点Ｐ２１で混合されたガスは，仕切板２１３ｂ，２１４ｂ，２１５ｂによって蛇行し，開口２１１ｂｂのすぐ前の合流点Ｐ２２で区分ガスＯ２と混合される。合流点Ｐ２２で混合されたガスは，仕切板２１１ｂ，２１５ｂの間を進み，開口２１１ｂｃのすぐ前の合流点Ｐ２３で区分ガスＯ３と混合される。合流点Ｐ２３で混合されたガスは，仕切板２１５ａと側板２０３の間を進み，開口２１９から燃焼器２３ａに排出される。
【００９６】
第３の実施形態では，残余の燃料ガスが３つに区分されて，合流点Ｐ２１〜Ｐ２３で，残余の酸化剤ガスと混合される。第１の実施形態と同様に，混合部位を複数に分散することで，激しく局部的な燃焼を軽減し，混合器２１の劣化が防止される。即ち，残余の酸化剤ガスに替えて，残余の燃料ガスを区分することでも，局部的な燃焼を軽減し，混合器２１の劣化が防止される。
【００９７】
ここで，区分ガスＯ１〜Ｏ３の流量を段階的に大きくすることができる。
このとき，合流点Ｐ２１〜Ｐ２３を改質器２２の流路の下流，中流，上流と対応させることで，合流点Ｐ２１〜Ｐ２３での温度の均一性の向上が図られる。
【００９８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を説明する。図１４は，第４の実施形態に係る燃料電池の補助器２００ｃの第１層２１０ｃの内部を表した斜視図であり，図７と対応する。
【００９９】
第１層２１０ｃには，混合器２１ｃが配置される。混合器２１ｃは，仕切板２１１ｃ〜２１７ｃ，２１８で仕切られる。仕切板２１８には開口２１９が設置される。
混合器２１ｃでは，仕切板２１２ｃ，２１３ｃにより，流入孔２７６からの残余の酸化剤ガスが，区分ガスＦ１〜Ｆ３の３つに区分される。また，仕切板２１１ｃの３つの開口２１１ｃａ〜２１１ｃｃにより，流入孔２６６からの残余の燃料ガスが，区分ガスＯ１〜Ｏ３の３つに区分される。
【０１００】
区分ガスＦ１〜Ｆ３，Ｏ１〜Ｏ３が，合流点Ｐ３１〜Ｐ３５で合流する。即ち，区分ガスＦ１は，仕切板２１２ｃに沿って進み，開口２１１ｃａのすぐ前の合流点Ｐ３１で区分ガスＯ１と混合される。合流点Ｐ３１で混合されたガスは，仕切板２１２ｃ，２１５ｃの間を進み，合流点Ｐ３２で区分ガスＦ２と混合される。合流点Ｐ３２で混合されたガスは仕切板２１３ｃ，２１５ｃの間を進み，開口２１１ｃｂのすぐ前の合流点Ｐ３３で区分ガスＯ２と混合される。合流点Ｐ３３で混合されたガスは，仕切板２１３ｃ，２１６ｃの間を進み，合流点Ｐ３４で区分ガスＦ３と混合される。合流点Ｐ３４で混合されたガスは，仕切板２１６ｃ，２１７ｃの間を進み，開口２１１ｃｃのすぐ前の合流点Ｐ３５で区分ガスＯ３と混合される。合流点Ｐ３５で混合されたガスは，仕切板２１７ｃと側板２０３の間を進み，開口２１９から燃焼器２３ａに排出される。
【０１０１】
第４の実施形態では，残余の酸化剤ガスと燃料ガスの双方が３つに区分されて，合流点Ｐ３１〜Ｐ３５で，混合される。混合部位を複数に分散することで，激しく局部的な燃焼を軽減し，混合器２１の劣化が防止される。酸化剤ガスと燃料ガスの双方を区分することで，より効果的に局部的な燃焼を軽減し，混合器２１の劣化が防止される。
【０１０２】
ここで，区分ガスＦ１〜Ｆ３，区分ガスＯ１〜Ｏ３それぞれの流量を段階的に大きくすることができる。
このとき，合流点Ｐ３１〜Ｐ３５を改質器２２の流路の下流から上流と対応させることで，合流点Ｐ３１〜Ｐ３５での温度の均一性の向上が図られる。
【０１０３】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１０４】
上記の第１〜第４の実施形態では，（１）酸化剤ガスを３つに，（２）酸化剤ガスを２つに，（３）燃料ガスを３つに，（４）酸化剤ガスおよび酸化剤ガスの双方を３つに，区分し，混合している。即ち，酸化剤ガスと酸化剤ガスの一方または双方を複数に区分し，混合することで，混合器２１での温度の均一性を確保できることが判る。
【符号の説明】
【０１０５】
１０    燃料電池システム
２０    固体酸化物形燃料電池
２１    混合器
２２    改質器
２３    燃焼器
２３ａ，２３ｂ  燃焼室
３０    制御部
１００  燃料電池スタック
１５０  燃料電池セル
２００  補助器
３００  発熱体
【図１】
0005659329.tif 000002
【図２】
0005659329.tif 000003
【図３】
0005659329.tif 000004
【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】
0005659329.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005659329.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0005659329.tif 000013
【図１３】
0005659329.tif 000014
【図１４】
0005659329.tif 000015