(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置において、
互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、
これら複数の燃料電池セルを収容するモジュールケースと、
上記モジュールケースの周囲を覆うように設けられた断熱材と、
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、
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、
上記モジュールケース内に配置され、水蒸気により原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成し、この燃料ガスを上記燃料ガス供給通路に供給する改質器と、
上記複数の燃料電池セルにおいて発電に利用されずに残った燃料ガスを燃焼させ、燃焼熱により上記改質器を加熱する燃焼部と、
上記改質器よりも上方に設けられ、上記モジュールケースから排出すべき排気ガスが通過する排気通路と、
上記モジュールケースの外側の上記断熱材内に設けられ、供給された水と上記排気通路内を通過する排気ガスとの間で熱交換を行うことにより水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガスを上記改質器に供給する蒸発器と、を有し、
この蒸発器と上記断熱材との間には、上記蒸発器の温度を監視する温度センサが配置されており、
上記蒸発器は、その内部の下方に形成されると共に上記排気通路が接続される排気通路室と、この排気通路室の上方に形成された蒸発室と、を備え、上記温度センサは、上記排気通路室の外側底面且つ上記断熱材内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２】
上記排気通路室は、この排気通路室を伝熱する排気通気口が形成された第１伝熱プレートを備え、この第１伝熱プレートは、上記蒸発室の底面と上記排気通路室の底面とを掛け渡すように配置されている請求項１記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
上記第１伝熱プレートと上記排気通路室の底面との接触部及び上記温度センサの検出部は、互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置されている請求項２記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
上記排気通路室内には、燃焼触媒が配置され、上記温度センサは、上記燃焼触媒が設けられた上記排気通路室の外側底面と上記断熱材との間に配置されている請求項２又は３に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項５】
上記蒸発器の上面には、上記蒸発器を加温するヒータが配置され、上記蒸発室内には、その上面と底面とを掛け渡すように第２伝熱プレートが設けられ、上記温度センサは、上記蒸発器の底面に配置されている請求項２乃至４の何れか１項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項６】
上記蒸発器の底面には、上記温度センサを下方側から支持する温度センサ支持部材が設けられ、上記温度センサは、上記温度センサ支持部材と上記蒸発器の底面との間に挿入されることにより上記蒸発器に対して支持され、上記温度センサ支持部材は、上記温度センサが挿入された状態で上記温度センサの検出部が上記蒸発器に対して露出されるように、上記蒸発器の底面と対向する側が開放されている請求項２乃至５の何れか１項に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項７】
上記温度センサ支持部材は、上記温度センサが挿入される挿入口を形成する挿入側端部を備え、この挿入側端部は、その挿入口の開口断面が入口側程拡張するようにラッパ状に形成されている請求項６記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項８】
上記挿入側端部は、上記蒸発器の底面から外側に突出している請求項７記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項９】
上記温度センサは、上記蒸発器の底面の一方側に少なくとも２つ設けられて幅方向に所定距離を置いて配置され、上記第１伝熱プレートが上記排気通路室の底面に接触している幅は、上記所定距離よりも大きい請求項６記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項１０】
上記少なくとも２つの温度センサのそれぞれは、上記蒸発器の一方側から上記温度センサ支持部材に挿入されて支持される請求項９記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項１１】
上記温度センサ支持部材は、上記温度センサが挿入されて支持される凹部と、この凹部の両側に形成されるフランジ部と、を備えていると共に、断面が逆ハット状に形成されており、上記フランジ部は、上記蒸発器の底面にスポット溶接により固定されている請求項６記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池装置に関し、特に、複数の燃料電池セルを収容するモジュールケースの外部に蒸発器が設けられた固体酸化物形燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池装置（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】
従来から、複数の燃料電池セルを収容するモジュールケースの外部に蒸発器が設けられた固体酸化物形燃料電池装置として、例えば、特許文献１に記載されているように、改質器に供給する水蒸気を生成する蒸発器（気化器）が周囲の熱量を大きく奪うことに起因する、起動工程でのモジュール内温度の昇温性能の悪化や、燃料電池モジュールの温度ムラ（熱ムラ）などを抑制する観点から、蒸発器がモジュールケース外部の排気通路内に設けられているものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２２１６５９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、このようにモジュールケース外部に設けられた蒸発器の構造では、モジュールケース内より温度環境が安定しないため、温度センサによる温度監視が重要であるが、温度センサが排気通路中の排気気流の影響を直接受けることになるため、温度を正確に監視することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、排気気流や放熱の影響を受けることなく、蒸発器が有する熱量を正確に測定することができる固体酸化物形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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置において、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、これら複数の燃料電池セルを収容するモジュールケースと、上記モジュールケースの周囲を覆うように設けられた断熱材と、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、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、上記モジュールケース内に配置され、水蒸気により原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成し、この燃料ガスを上記燃料ガス供給通路に供給する改質器と、上記複数の燃料電池セルにおいて発電に利用されずに残った燃料ガスを燃焼させ、燃焼熱により上記改質器を加熱する燃焼部と、上記改質器よりも上方に設けられ、上記モジュールケースから排出すべき排気ガスが通過する排気通路と、上記モジュールケースの外側の上記断熱材内に設けられ、供給された水と上記排気通路内を通過する排気ガスとの間で熱交換を行うことにより水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガスを上記改質器に供給する蒸発器と、を有し、この蒸発器と上記断熱材との間には、上記蒸発器の温度を監視する温度センサが配置されており、上記蒸発器は、その内部の下方に形成されると共に上記排気通路が接続される排気通路室と、この排気通路室の上方に形成された蒸発室と、を備え、上記温度センサは、上記排気通路室の外側底面且つ上記断熱材内に配置されていることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、従来の固定酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）では、蒸発器がモジュールケースの内部に配置されていたため、蒸発器による熱量損失が多く、また蒸発器の蒸発部の配置位置における温度降下が大きいことにより、燃料電池セルにおいて熱斑が発生し、燃料電池セルを劣化させるという問題が生じており、このような問題を解決するための手段として、蒸発器をモジュールケースの外部に配置することが主流になりつつある。その一方で、蒸発器では、昇温状態に基づいてＳＯＦＣでは欠かせない水蒸気を生成するが、この水蒸気の生成不良が生じると、燃料電池セルや改質器に炭素が付着するコーキング等の大きな影響を与えるため、モジュールケース内より温度環境が安定しない外部の蒸発器の構造では温度センサによる温度監視が重要になっている。
また、従来のように、排気通路中に蒸発器を配置した形態では、温度センサが排気気流の影響を直接受けることになるため、温度を正確に監視することができないという問題があった。これに対し、本発明では、モジュールケースの周囲を覆う断熱材の内部に蒸発器を設け、この蒸発器と断熱材との間には、蒸発器の温度を監視する温度センサを配置することにより、排気気流や放熱の影響を受けることなく、蒸発器が有する熱量を正確に測定することができる。したがって、温度管理が厳しい条件下でのモジュールケースの外側の蒸発器であっても、正確な水蒸気の生成状態を推定することができ、安定した運転制御を行うことができる。
また、排気通路室の高温の排気は上方の蒸発室を加熱して蒸発室への熱量投入が大きくなるため、排気通路室の底面は温度が低い状態となるが、温度センサが、排気通路室の外側底面に配置されていることにより、温度センサは、蒸発器の蒸発室を直接監視するのではなく、蒸発室の温度よりも低い排気通路室の外側底面の温度を測定することになる。
したがって、蒸発室内の実際の温度が水蒸気ができない温度であるにもかかわらず、蒸発可能な高い温度として誤測定することを防止することができる。
さらに、排気通路室の外側底面では、蒸発器内に投入される水による温度降下の影響を受け難いため、温度センサが温度を正確に測定できると共に、断熱材内に配置された温度センサの効果と合わせて、より正確な温度測定が可能となる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、上記排気通路室は、この排気通路室を伝熱する排気通気口が形成された第１伝熱プレートを備え、この第１伝熱プレートは、上記蒸発室の底面と上記排気通路室の底面とを掛け渡すように配置されている。
このように構成された本発明においては、排気通路室を伝熱する排気通気口が形成された第１伝熱プレートが蒸発室の底面と排気通路室の底面とを掛け渡すように配置されていることにより、蒸発室の温度状態を蒸発室の底面から第１伝熱プレートを介して排気通路室の外側底面の温度センサに伝えることができるため、蒸発器内の温度状態をさらに正確に測定することができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、上記第１伝熱プレートと上記排気通路室の底面との接触部及び上記温度センサの検出部は、互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置されている。
このように構成された本発明においては、第１伝熱プレートと蒸発器の排気通路室の底面との接触部及び温度センサの検出部が、互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置されているため、蒸発室等の蒸発器の上層の温度をより正確に測定することができる。すなわち、第１伝熱プレートが排気通路室内の排気で加温されているため、第１伝熱プレートと排気通路室の底面との接触部及び温度センサの検出部を互いに上下方向に対向する位置に配置した場合には、互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置されている場合に比べて、第１伝熱プレートと排気通路室の底面との接触部の直下の温度センサが蒸発器内の温度をより高い温度で検出されてしまう可能性があるが、第１伝熱プレートと蒸発器の排気通路室の底面との接触部と温度センサの検出部を互いにずらした位置に配置する簡易な構成により、排気熱の熱伝導に基づく蒸発器内の温度を正確に推定することができるようになる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、上記排気通路室内には、燃焼触媒が配置され、上記温度センサは、上記燃焼触媒が設けられた上記排気通路室の外側底面と上記断熱材との間に配置されている。
このように構成された本発明においては、蒸発器内の下層の排気通路室内に燃焼触媒が配置されているため、排気通路室の外側底面に配置された温度センサによって、燃焼触媒の状態と蒸発器の温度状態を同時に監視することができる。また、排気通路室内を通過する排気に加えて、燃焼触媒による発熱反応の発生により、蒸発器の加熱を同時に行うことができるため、気化促進が可能になる。さらに、燃焼触媒の触媒熱が第１伝熱プレートにより蒸発器内で伝熱されるため、効果的な気化促進が可能になる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、上記蒸発器の上面には、上記蒸発器を加温するヒータが配置され、上記蒸発室内には、その上面と底面とを掛け渡すように第２伝熱プレートが設けられ、上記温度センサは、上記蒸発器の底面に配置されている。
このように構成された本発明においては、蒸発器を加温する気化促進用のヒータを蒸発器の上面に配置すると共に、蒸発室内には、その上面と底面とを掛け渡すように第２伝熱プレートを配置することにより、蒸発器の上面のヒータによる蒸発器の昇温が、蒸発室内の第２伝熱プレートから排気通路室内の第１伝熱プレートを経て蒸発器の底面の温度センサに伝達されるため、蒸発器の底面に配置された温度センサであっても正確に温度測定が可能となる。また、蒸発器の下面に温度センサを配置すると共に、蒸発器の上面にヒータを配置することにより、蒸発器周辺の構造を簡素化し、製造コストの低減や組付性の向上を同時に実現することができる。さらに、断熱材内に蒸発器を収容するための収納部の形状もシンプルになり、断熱性能差が生じることも抑制することができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、上記蒸発器の底面には、上記温度センサを下方側から支持する温度センサ支持部材が設けられ、上記温度センサは、上記温度センサ支持部材と上記蒸発器の底面との間に挿入されることにより上記蒸発器に対して支持され、上記温度センサ支持部材は、上記温度センサが挿入された状態で上記温度センサの検出部が上記蒸発器に対して露出されるように、上記蒸発器の底面と対向する側が開放されている。
このように構成された本発明においては、温度センサを下方側から支持する温度センサ支持部材における蒸発器の底面と対向する側が開放されており、温度センサが、温度センサ支持部材と蒸発器の底面との間に挿入されることにより蒸発器に対して支持された状態で温度センサの検出部を蒸発器に対して露出させることができるため、温度センサが、直接的に蒸発器の底面の温度を検出することができ、遅れなく正確に温度を監視することができる。したがって、断熱材と蒸発器の底面との間に温度センサを配置したことにより、正確な温度測定が可能となるにも関わらず蒸発器内の温度を推定するには距離が離れているため、時間的な遅れが生じやすいという問題を解消することができる。また、温度センサが断熱材内に配置されており、気流の影響等を受けるものではないため、温度センサの検出部が露出されていても問題はなく、温度センサを温度センサ支持部材と蒸発器の底面との間に挿入して支持する簡易な構造にすることにより、温度センサの取付強度が不要になり、簡単な組付けを実現することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、上記温度センサ支持部材は、上記温度センサが挿入される挿入口を形成する挿入側端部を備え、この挿入側端部は、その挿入口の開口断面が入口側程拡張するようにラッパ状に形成されている。
このように構成された本発明においては、温度センサが挿入される温度センサ支持部材の挿入側端部が、その挿入口の開口断面が入口側程拡張するようにラッパ状に形成されているため、温度センサを温度センサ支持部材の挿入側端部から容易に差し込むことができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、上記挿入側端部は、上記蒸発器の底面から外側に突出している。
このように構成された本発明においては、温度センサが挿入される温度センサ支持部材の挿入側端部が蒸発器の底面から外側に突出しているため、温度センサを挿入側端部の挿入口に挿入する際に見やすくすることができると共に、挿入側端部が蒸発器の底面以外の部分から外側に突出している場合に比べて、簡易な構成で組付け性の低下を解消することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、上記温度センサは、上記蒸発器の底面の一方側に少なくとも２つ設けられて幅方向に所定距離を置いて配置され、上記第１伝熱プレートが上記排気通路室の底面に接触している幅は、上記所定距離よりも大きい。
このように構成された本発明においては、温度センサが蒸発器の底面の一方側に少なくとも２つ設けられて幅方向に所定距離を置いて配置されているため、蒸発器の温度や燃焼触媒の温度について、複数の温度センサで異なる複数箇所で検出して正確に把握することができる。また、第１伝熱プレートが排気通路室の底面に接触している幅が温度センサ同士の所定距離よりも大きいため、異なる箇所に設けられた複数の温度センサに対して第１伝熱プレートから正確に熱伝導させることができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、上記少なくとも２つの温度センサのそれぞれは、上記蒸発器の一方側から上記温度センサ支持部材に挿入されて支持される。
このように構成された本発明においては、少なくとも２つの温度センサのそれぞれが、蒸発器の一方側から温度センサ支持部材に挿入されて支持されるため、一側方から複数の温度センサを同じように挿入して固定することができる。これにより、温度センサを蒸発器の底面に配置する構造であっても、容易に温度センサを支持できる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、上記温度センサ支持部材は、上記温度センサが挿入されて支持される凹部と、この凹部の両側に形成されるフランジ部と、を備えていると共に、断面が逆ハット状に形成されており、上記フランジ部は、上記蒸発器の底面にスポット溶接により固定されている。
このように構成された本発明においては、温度センサ支持部材が、温度センサが挿入されて支持される凹部と、この凹部の両側に形成されるフランジ部とを備えていると共に、断面が逆ハット状に形成されており、フランジ部が蒸発器の底面にスポット溶接により固定されていることにより、蒸発器に対する温度センサ支持部材の組み付けが容易になることに加えて、第１伝熱プレートを経由して蒸発器の底面に伝わった熱がフランジ部に伝熱して温度センサに素早く伝えることができる。したがって、正確かつ迅速に蒸発器の温度を監視することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の固体酸化物形燃料電池装置によれば、排気気流や放熱の影響を受けることなく、蒸発器が有する熱量を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置（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形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置のモジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、燃料電池モジュールを示す正面断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿った燃料電池モジュールの断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の概略図である。
【図１０】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の内部構造を示す斜視断面図である。
【図１１】図１０のＡ部拡大図である。
【図１２】図１０のＢ部拡大図である。
【図１３】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の蒸発室における燃料供給配管の供給口と仕切り板との関係を示す概略図である。
【図１４】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の排気通路室における仕切り板について斜め上方から見た斜視図である。
【図１５】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器における充填材導入口に取り付けられた状態の蓋部材を示す概略図である。
【図１６】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器について斜め下方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
つぎに、添付図面を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。
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形燃料電池装置（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。
【００２２】
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を介して金属製のモジュールケース８が内蔵されている。この密閉空間であるモジュールケース８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤ガス（以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、８個の燃料電池セルスタック１４（詳細は図６で後述する）を備え、この燃料電池セルスタック１４は、各々が燃料電池セルを含む、１６本の燃料電池セルユニット１６（詳細は図５で後述する）から構成されている。この例では、燃料電池セル集合体１２は、１２８本の燃料電池セルユニット１６を有する。燃料電池セル集合体１２は、複数の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
【００２３】
燃料電池モジュール２のモジュールケース８の発電室１０の上方には、燃焼部としての燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、排気ガス（言い換えると燃焼ガス）を生成するようになっている。さらに、モジュールケース８は断熱材７により覆われており、燃料電池モジュール２内部の熱が、外気へ発散するのを抑制している。また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器１２０が配置され、残余ガスの燃焼熱によって改質器１２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。
【００２４】
さらに、ハウジング６内においてモジュールケース８の上方には、蒸発器１４０が断熱材７内に設けられている。蒸発器１４０は、供給された水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガス（以下では「燃料ガス」と呼ぶこともある。）をモジュールケース８内の改質器１２０に供給する。
【００２５】
つぎに、補機ユニット４は、燃料電池モジュール２からの排気中に含まれる水分を結露させた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から供給された燃料を遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）と、電源喪失時において、燃料流量調整ユニット３８から流出する燃料ガスを遮断するバルブ３９を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用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）と、改質器１２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
なお、本実施形態では、装置の起動時に改質器１２０内において、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）のみが生じるＰＯＸ工程から、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）と水蒸気改質反応（ＳＲ）が混在したオートサーマル改質反応（ＡＴＲ）が生じるＡＴＲ工程を経て、水蒸気改質反応のみが生じるＳＲ工程が行われるように構成してもよいし、ＰＯＸ工程を省略してＡＴＲ工程からＳＲ工程に移行されるように構成してもよいし、ＰＯＸ工程及びＡＴＲ工程を省略してＳＲ工程のみが行われるように構成してもよい。なお、ＳＲ工程のみが行われる構成では、改質用空気流量調整ユニット４４は不要である。
【００２６】
つぎに、燃料電池モジュール２には、排気ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４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、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。また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。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。
【００２７】
つぎに、図２〜図４を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図４は、モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【００２８】
図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール２は、断熱材７で覆われたモジュールケース８の内部に設けられた燃料電池セル集合体１２及び改質器１２０を有すると共に、モジュールケース８の外部で且つ断熱材７内に設けられた蒸発器１４０を有する。
【００２９】
まず、モジュールケース８は、図４に示すように、略矩形の天板８ａ，底板８ｃ，これらの長手方向（図２の左右方向）に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板８ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板８ａ及び底板８ｃの幅方向（図３の左右方向）に延びる辺同士を連結する閉鎖側板８ｄ，８ｅからなる。
【００３０】
モジュールケース８は、空気通路カバー１６０によって天板８ａ及び側板８ｂが覆われている。空気通路カバー１６０は、天板１６０ａと、対向する一対の側板１６０ｂとを有する。天板１６０ａの略中央部分には、排気管１７１を貫通させるための開口部１６７が設けられている。天板１６０ａと天板８ａとの間、及び、側板１６０ｂと側板８ｂとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュールケース８の外側と断熱材７との間、具体的にはモジュールケース８の天板８ａ及び側板８ｂと、空気通路カバー１６０の天板１６０ａ及び側板１６０ｂとの間には、酸化剤ガス供給通路としての空気通路１６１ａ，１６１ｂが形成されている（図３参照）。
【００３１】
モジュールケース８の側板８ｂの下部には、複数の貫通孔である吹出口８ｆが設けられている（図４参照）。発電用空気は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａのうち、モジュールケース８の閉鎖側板８ｅ側の略中央部に設けられた発電用空気導入管７４から流路方向調整部１６４を介して空気通路１６１ａ内に供給される（図２、図４参照）。そして、発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂを通って、吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される（図３、図４参照）。
【００３２】
また、空気通路１６１ａ，１６１ｂの内部には、熱交換促進部材としてのプレートフィン１６２，１６３が設けられている（図３参照）。プレートフィン１６２は、モジュールケース８の天板８ａと空気通路カバー１６０の天板１６０ａの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられ、プレートフィン１６３は、モジュールケース８の側板８ｂと空気通路カバー１６０の側板１６０ｂとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット１６よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられている。
【００３３】
空気通路１６１ａ，１６１ｂを流れる発電用空気は、特にプレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の内側のモジュールケース８内（具体的には天板８ａ，側板８ｂに沿って設けられた排気通路）を通過する排気ガスとの間で熱交換を行い、加熱されることとなる。このようなことから、空気通路１６１ａ，１６１ｂにおいてプレートフィン１６２，１６３が設けられた部分は、熱交換器（熱交換部）として機能する。なお、プレートフィン１６２が設けられた部分が主たる熱交換器部分を構成し、プレートフィン１６３が設けられた部分が従たる熱交換器部分を構成する。
【００３４】
つぎに、蒸発器１４０は、モジュールケース８の天板８ａ上で水平方向に延びるように固定されている。また、蒸発器１４０とモジュールケース８との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材７の一部分７ａが配置されている（図２及び図３参照）。
【００３５】
具体的には、蒸発器１４０は、長手方向（図２の左右方向）の一側端側に、水及び原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい）を供給する燃料供給配管６３と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管８２（図３参照）とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管１７１の上端部が連結されている。排気管１７１は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａに形成された開口部１６７を貫通して下方へ延び、モジュールケース８の天板８ａ上に形成された排気口１１１に連結されている。排気口１１１は、モジュールケース８内の燃焼室１８で生成された排気ガスをモジュールケース８の外へ排出する開口部であり、モジュールケース８の上面視略矩形の天板８ａのほぼ中央部に形成されている。
【００３６】
また、蒸発器１４０は、図２及び図３に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース１４１を有している。この蒸発器ケース１４１は、２つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース１４２と下側ケース１４３とを、これらの間に中間板１４４を挟んだ状態で接合して形成されている。
【００３７】
したがって、蒸発器ケース１４１は、上下方向に二層構造となっており、下層部分には、排気管１７１から供給された排気ガスが通過する排気通路部１４０Ａが形成され、上層部分には、燃料供給配管６３から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部１４０Ｂと、蒸発部１４０Ｂで生成された水蒸気と燃料供給配管６３から供給された原燃料ガスとを混合させる混合部１４０Ｃが設けられている。
【００３８】
図２及び図３に示すように、蒸発部１４０Ｂ及び混合部１４０Ｃは、複数の連通孔（スリット）１４５ａが形成された仕切り板１４５により蒸発器１４０を仕切った空間にて形成されている。また、蒸発部１４０Ｂ内には、アルミナボール（図示せず）が充填されている。
また、排気通路部１４０Ａは、同様に複数の連通孔を有する２つの仕切り板１４６，１４７により排気ガスの上流側から下流側にかけて３つの空間に仕切られている。そして、２番目の空間に燃焼触媒（図示せず）が充填されている。すなわち、本実施形態の蒸発器１４０は、上下方向の二層構造のうちの下層構造に燃焼触媒器を含んでいる。
【００３９】
このような蒸発器１４０では、蒸発部１４０Ｂ内の水と排気通路部１４０Ａを通過する排気ガスとの間で熱交換が行われ、排気ガスの熱により蒸発部１４０Ｂ内の水が蒸発して、水蒸気が生成されることとなる。また、混合部１４０Ｃ内の混合ガスと排気通路部１４０Ａを通過する排気ガスとの間で熱交換が行われ、排気ガスの熱により混合ガスが昇温されることとなる。
【００４０】
さらに、図２に示すように、混合部１４０Ｃには、改質器１２０に混合ガスを供給するための混合ガス供給管１１２が接続されている。この混合ガス供給管１１２は、排気管１７１の内部を通過するように配置されており、一端が中間板１４４に形成された開口１４４ａに連結され、他端が改質器１２０の天面に形成された混合ガス供給口１２０ａに連結されている。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ内，排気管１７１内を通過してモジュールケース８内まで鉛直下方に延び、そこで略９０°屈曲されて天板８ａに沿って水平方向に延びた後、下方へ略９０°屈曲されて改質器１２０に連結されている。
【００４１】
つぎに、改質器１２０は、燃焼室１８の上方でモジュールケース８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置され、モジュールケース８の天板８ａとの間に排気ガス誘導部材１３０を介して所定距離隔てられて状態で、天板８ａに対して固定されている。改質器１２０は、上面視で外形略矩形であるが、中央部に貫通孔１２０ｂが形成された環状構造体であり、上側ケース１２１と下側ケース１２２とが接合された筐体を有している。この貫通孔１２０ｂは、天板８ａに形成された排気口１１１と上面視で重なるように位置し、好ましくは、貫通孔１２０ｂの中央位置に排気口１１１が形成される。
【００４２】
改質器１２０の長手方向の一端側（モジュールケース８の閉鎖側板８ｅ側）では、上側ケース１２１に設けられた混合ガス供給口１２０ａに混合ガス供給管１１２が連結されており、他端側（閉鎖側板８ｄ側）では、燃料ガス供給管６４が下側ケース１２２に、脱硫器３６まで延びる水添脱硫器用水素取出管６５が上側ケース１２１にそれぞれ連結されている。したがって、改質器１２０は、混合ガス供給管１１２から混合ガス（つまり水蒸気が混合された原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい））を受け取り、内部で混合ガスを改質し、燃料ガス供給管６４及び水添脱硫器用水素取出管６５から改質後のガス（即ち、燃料ガス）を排出するように構成されている。
【００４３】
改質器１２０は、その内部空間が２つの仕切り板１２３ａ，１２３ｂによって３つの空間に仕切られることにより、改質器１２０内に、混合ガス供給管１１２からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部１２０Ａと、混合ガスを改質するための改質触媒（図示せず）が充填された改質部１２０Ｂと、改質部１２０Ｂを通過したガスを排出するガス排出部１２０Ｃと、が形成されている（図２参照）。改質部１２０Ｂは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに設けられた複数の連通孔（スリット）を通って移動可能となっている。また、改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
【００４４】
混合ガス受入部１２０Ａには、蒸発器１４０から混合ガス供給管１１２を介して供給された混合ガスが混合ガス供給口１２０ａを通して噴出される。この混合ガスは、混合ガス受入部１２０Ａ内で拡張されて噴出速度が低下し、仕切り板１２３ａを通過して改質部１２０Ｂに供給される。
改質部１２０Ｂでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板１２３ｂを通過してガス排出部１２０Ｃに供給される。
ガス排出部１２０Ｃでは、燃料ガスが燃料ガス供給管６４、及び、水添脱硫器用水素取出管６５へ排出される。
【００４５】
燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管６４は、モジュールケース８内を閉鎖側板８ｄに沿って下方へ延び、底板８ｃ付近で略９０°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内へ入り、更にマニホールド６６内で逆側の閉鎖側板８ｅ付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。このマニホールド６６の上方には、燃料電池セルスタック１４を支持するための貫通孔を備えた下支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。また、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。
【００４６】
排気ガス誘導部材１３０は、改質器１２０と天板８ａとの間でモジュールケース８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排気ガス誘導部材１３０は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板１３１及び上部誘導板１３２と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板１３３，１３４とを備えている（図２，図３参照）。上部誘導板１３２は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板１３１に連結されている。連結板１３３，１３４は、上端部が天板８ａに連結され、下端部が改質器１２０に連結されており、これにより、排気ガス誘導部材１３０及び改質器１２０を天板８ａに固定している。
【００４７】
下部誘導板１３１は、幅方向（図３の左右方向）の中央部が下方に向けて突出する凸状段部１３１ａが形成されている。一方、上部誘導板１３２は、下部誘導板１３１と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部１３２ａが形成されている。凸状段部１３１ａと凹部１３２ａは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管１１２は、モジュールケース８内でこの凹部１３２ａ内を水平方向に延びた後、閉鎖側板８ｅ付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板１３２及び下部誘導板１３１を貫通して、改質器１２０に連結されている。
【００４８】
排気ガス誘導部材１３０は、上部誘導板１３２、下部誘導板１３１、連結板１３３，１３４によって、断熱層として機能する内部空間であるガス溜１３５が形成されている。このガス溜１３５は、燃焼室１８と流体連通している。すなわち、上部誘導板１３２、下部誘導板１３１、連結板１３３，１３４は、所定の隙間を形成するように連結されており、気密的には連結されていない。ガス溜１３５には、運転中に燃焼室１８から排気ガスが流入したり、停止時に外部から空気が流入したりすることが可能となっているが、総じてガス溜１３５の内外間のガスの移動は緩やかである。
【００４９】
上部誘導板１３２は、天板８ａと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板１３２と天板８ａとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる排気通路１７２が形成されている。この排気通路１７２は、モジュールケース８の天板８ａを挟んで空気通路１６１ａと並設されており、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内のプレートフィン１６２，１６３と同様なプレートフィン１７５が配置されている。このプレートフィン１７５は、プレートフィン１６２と上面視で略同一箇所に設けられており、天板８ａを挟んで上下方向に対向している。空気通路１６１ａ及び排気通路１７２のうち、プレートフィン１６２，１７５が設けられた部分において、空気通路１６１ａを流れる発電用空気と排気通路１７２を流れる排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われて、排気ガスの熱により発電用空気が昇温されることとなる。
【００５０】
また、改質器１２０は、モジュールケース８の側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器１２０と側板８ｂとの間には、排気ガスを下方から上方へ通過させる排気通路１７３が形成されている。また、排気ガス誘導部材１３０も側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、排気通路１７３は、排気ガス誘導部材１３０と側板８ｂとの間の通路を含んで天板８ａまで延びている。排気通路１７３は、天板８ａと側板８ｂとの角部に位置する排気ガス導入口１７２ａで排気通路１７２と連通している。この排気ガス導入口１７２ａは、モジュールケース８内で長手方向に延びている。
【００５１】
さらに、下部誘導板１３１は、改質器１２０の上側ケース１２１の天面から所定の上下方向距離を隔てて配置されており、下部誘導板１３１と上側ケース１２１との間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂは、貫通孔１２０ｂを下方から上方へ向けて通過した排気ガスを通過させる排気通路１７４を形成している。この排気通路１７４は、改質器１２０の上方で排気通路１７３と合流する。
【００５２】
つぎに、図５を参照して、燃料電池セルユニット１６について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図５に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子８６とを備えている。
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００５３】
燃料電池セル８４の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路細管９８が形成されている。
【００５４】
この燃料ガス流路細管９８は、内側電極端子８６の中心から燃料電池セル８４の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド６６（図２参照）から、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃料ガス流路８８に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路８８から、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃焼室１８（図２参照）に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。
【００５５】
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００５６】
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００５７】
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
【００５８】
つぎに、図６を参照して、燃料電池セルスタック１４について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図６に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６は、８本ずつ２列に並べて配置されている。
各燃料電池セルユニット１６は、下端側がセラミック製の長方形の下支持板６８（図２参照）により支持され、上端側は、両端部の燃料電池セルユニット１６が４本ずつ、概ね正方形の２枚の上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
【００５９】
さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される燃料極用接続部１０２ａと、空気極である外側電極層９２の外周面と電気的に接続される空気極用接続部１０２ｂとを接続するように一体的に形成されている。また、各燃料電池セルユニット１６の外側電極層９２（空気極）の外表面全体には、空気極側の電極として、銀製の薄膜が形成されている。この薄膜の表面に空気極用接続部１０２ｂが接触することにより、集電体１０２は空気極全体と電気的に接続される。
【００６０】
さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図６では左端の奥側）に位置する燃料電池セルユニット１６の空気極には、２つの外部端子１０４がそれぞれ接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の内側電極端子８６に接続され、上述したように、１２８本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
【００６１】
つぎに、図７及び図８を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。
図７は、図２と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図８は、図３と同様の、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
なお、図７及び図８は、それぞれ、図２及び図３中にガスの流れを示す矢印を新たに付加した図であり、説明の便宜上、断熱材７を取り除いた状態の図を示している。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排気ガスの流れを示す。
【００６２】
図７に示すように、水及び原燃料ガス（燃料ガス）は、蒸発器１４０の長手方向の一端側に連結された燃料供給配管６３から蒸発器１４０の上層に設けられた蒸発部１４０Ｂ内に供給される。蒸発部１４０Ｂに供給された水は、蒸発器１４０の下層に設けられた排気通路部１４０Ａを流れる排気ガスにより加熱され水蒸気となる。この水蒸気と、燃料供給配管６３から供給された原燃料ガスとが、蒸発部１４０Ｂ内を下流方向に流れて行き、混合部１４０Ｃ内で混合される。混合部１４０Ｃ内の混合ガスは、下層の排気通路部１４０Ａを流れる排気ガスにより加熱される。
【００６３】
混合部１４０Ｃ内で形成された混合ガス（燃料ガス）は、混合ガス供給管１１２を通って、モジュールケース８内の改質器１２０に供給される。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ，排気管１７１，及び排気通路１７２を順に通過しているため、これらの通路を流れる排気ガスにより、混合ガス供給管１１２内の混合ガスは更に加熱される。
【００６４】
混合ガスは、改質器１２０内の混合ガス受入部１２０Ａ内に流入し、ここから仕切り板１２３ａを通過して改質部１２０Ｂに流入する。混合ガスは、改質部１２０Ｂにおいて改質されて燃料ガスとなる。こうして生成された燃料ガスは、仕切り板１２３ｂを通過して、ガス排出部１２０Ｃに流入する。
【００６５】
さらに、燃料ガスは、ガス排出部１２０Ｃから燃料ガス供給管６４と水添脱硫器用水素取出管６５とに分岐する。そして、燃料ガス供給管６４に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給管６４の水平部６４ａに設けられた燃料供給孔６４ｂからマニホールド６６内に供給され、マニホールド６６から各燃料電池セルユニット１６内に供給される。
【００６６】
また、図７及び図８に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管７４から空気通路１６１ａに供給される。発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内において、プレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の下部のモジュールケース８内に形成された排気通路１７２，１７３を通過する排気ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。特に、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａのプレートフィン１６２に対応してプレートフィン１７５が設けられているので、発電用空気は、プレートフィン１６２とプレートフィン１７５とを介して、排気ガスとより効率的な熱交換を行う。この後、発電用空気は、モジュールケース８の側板８ｂの下部に設けられた複数の吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される。
なお、本実施形態では、燃料電池セル集合体１２の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排気ガスとの間の熱交換は抑制される。したがって、燃料電池セル集合体１２の側方部位において、空気通路１６１ｂ内の発電用空気に上下方向の温度勾配が生じ難くなっている。
【００６７】
また、発電室１０内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図８に示すように、燃焼室１８で燃焼されて排気ガス（燃焼ガス）となり、モジュールケース８内を上昇していく。具体的には、排気ガスは、排気通路１７３と排気通路１７４とに分岐して、改質器１２０の外側面とモジュールケース８の側板８ｂとの間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂから改質器１２０と排気ガス誘導部材１３０との間をそれぞれ通過する。このとき、排気通路１７４を通過する排気ガスは、改質器１２０の貫通孔１２０ｂの上方に配置された凸状段部１３１ａによって幅方向に二分され、排気ガス誘導部材１３０の下部に留まることなく排気通路１７３に向けて誘導され、排気通路１７３を流れる排気ガスに素早く合流される。
【００６８】
その後、排気ガスは、排気ガス導入口１７２ａから排気通路１７２に流入する。排気通路１７２内では、排気ガスは、排気通路１７２を水平方向に流れていき、モジュールケース８の天板８ａの中央に形成された排気口１１１から流出する。
なお、排気ガスが排気通路１７３を上方へ流れていく際に、空気通路１６１ｂ内に設けられたプレートフィン１６３を介して、発電用空気と排気ガスとの間で熱交換が行われる。また、排気ガスが排気通路１７２を水平方向に流れていく際に、排気通路１７２内に設けられたプレートフィン１７５と、このプレートフィン１７５に対応して空気通路１６１ａ内に設けられたプレートフィン１６２とを介して、発電用空気と排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排気ガスの熱により発電用空気が昇温される。
【００６９】
そして、排気口１１１から流出した排気ガスは、モジュールケース８の外部に設けられた排気管１７１を通過して蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａに流入し、排気通路部１４０Ａを通過した後、蒸発器１４０から排気ガス排出管８２へ排出される。排気ガスは、蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａを流れる際に、上述したように、蒸発器１４０の混合部１４０Ｃ内の混合ガス及び蒸発部１４０Ｂ内の水と熱交換を行う。
【００７０】
つぎに、図２、図９〜図１６を参照して、蒸発器の構造の詳細について説明する。
図９は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の概略図であり、図１０は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の内部構造を示す斜視断面図であり、図１１は、図１０のＡ部拡大図であり、図１２は、図１０のＢ部拡大図である。
【００７１】
図９〜図１２に示すように、蒸発器１４０の上層の蒸発部１４０Ｂに形成される蒸発室１８０において、燃料供給配管６３の供給口６３ａが接続される上側ケース１４２の内壁１４２ａと仕切り板１４５との間の蒸発部領域Ｒ１内には、複数の粒子状の充填材であるアルミナボール１８２が充填されている。また、仕切り板１４５は、蒸発部領域Ｒ１内の充填材であるアルミナボール１８２がスリット１４５ａから蒸発部領域Ｒ１の外部に流出することを防ぐ充填材流出防止板として機能するようになっている。
また、図１１に示すように、燃料供給配管６３の供給口６３ａが接続される上側ケース１４２の内壁１４２ａ部分には、仕切り板１４８が充填材流出防止板として供給口６３ａを覆うように取り付けられている。この仕切り板１４８には、その横幅方向に延びる複数の連通孔（スリット）１４８ａが形成されており、これら複数のスリット１４８ａは、上下方向に配列されている。
さらに、図９、図１０及び図１２に示すように、仕切り板１４８のスリット１４８ａを通過した水蒸気は、蒸発器１４０の上層の混合部領域Ｒ３内で混合され、この混合ガス（燃料ガス）が混合ガス供給管１１２から改質器１２０に供給されるようになっている。
一方、蒸発器１４０の下層の排気通路部１４０Ａにおいて、２つの仕切り板１４６，１４７の間の排気通路部領域Ｒ２を形成する排気通路室（燃焼触媒室）１８４は、排気ガスの浄化機能を有する排気浄化触媒（いわゆる、燃焼触媒）を担持した複数の粒子状の充填材であるセラミックボール１８６が充填された燃焼触媒室となっている。また、これらの仕切り板１４６，１４７は、排気通路部領域Ｒ２内の充填材であるセラミックボール１８６が複数のスリット１４６ａ，１４７ａから蒸発部領域Ｒ１の外部に流出することを防ぐ充填材流出防止板として機能するようになっている。
なお、図１０においては、排気通路部１４０Ａの排気ガスの流れを矢印で示している。
【００７２】
また、蒸発器１４０は、蒸発部１４０Ｂの上部（上側ケース１４２の外側上面）に、セラミックヒータなどの加熱ヒータ１８８が設けられている。すなわち、蒸発器１４０においては、加熱ヒータ１８８、蒸発部１４０Ｂ（混合部１４０Ｃも含む）、排気通路部１４０Ａが、この順に上から下に配置されており、加熱ヒータ１８８の上部及び排気通路部１４０Ａの下部に上述した断熱材７（図２及び図３参照）が配置されている。
すなわち、蒸発器１４０は、燃料供給配管６３の供給口６３ａから蒸発器１４０の上層の蒸発室１８０内に供給される水について、加熱ヒータ１８８及び蒸発器１４０の下層の排気通路部１４０Ａの排気ガスによって加熱された蒸発室１８０内のアルミナボール１８２を通過させることにより蒸発させて、水蒸気を生成処理する処理装置であると共に、排気管１７１から蒸発器１４０の蒸発器１４０の下層の排気通路室１８４内に供給された排気ガスについて、排気通路室１８４内のセラミックボール１８６を通過させることにより浄化処理する処理装置でもあるため、燃料電池モジュール２における発電に関与する流体を処理する流体処理装置として機能するようになっている。
【００７３】
つぎに、図１３は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の蒸発室における燃料供給配管の供給口と仕切り板との関係を示す概略図である。
図１１及び図１３に示すように、仕切り板１４８は、燃料供給配管６３の供給口６３ａが接続される上側ケース１４２の内壁１４２ａの壁面に接続されて固定される接続部１９０を備えている。
また、図１３に示すように、仕切り板１４８は、燃料供給配管６３の供給口６３ａから供給される流体（水、燃料ガス）が通過可能な複数のスリット１４８ａを形成する流体通過面１９２を備えており、この流体通過面１９２の外側部分は、接続部１９０に接続されている。
さらに、図１３に示すように、仕切り板１４８の各スリット１４８ａは、供給口６３ａと流路方向に対向している対向領域１９４と、この対向領域１９４から外側に仕切り板１４８の接続部１９０まで延びる接続領域１９６を備えている。
【００７４】
また、図９及び図１３に示すように、仕切り板１４８の各スリット１４８ａの幅ｗ１は、蒸発部領域Ｒ１内の充填材であるアルミナボール１８２の直径ｄ１よりも小さく且つアルミナボール１８２の半径ｄ１／２よりも大きく設定されている。
【００７５】
つぎに、図１０及び図１１に示すように、蒸発器１４０の蒸発部領域Ｒ１と混合部領域Ｒ３とを区画する仕切り板１４５は、上側ケース１４２と中間板１４４とにより形成される流路方向（図１０に矢印で示す流路方向Ｆ１）及び蒸発器ケース１４１の長手方向に対して横方向（蒸発器ケース１４１の横幅方向）に延びるように配置されている。
また、図１２に示すように、仕切り板１４５は、上側ケース１４２内の上面１４２ｂに接続されて固定される接続部１９８を備えている。
さらに、図１２に示すように、仕切り板１４５は、接続部１９８における混合部領域Ｒ３側の端部から下方に延びて、蒸発部領域Ｒ１内の流体（水、燃料ガス）が混合部領域Ｒ３に通過可能な複数のスリット１４５ａを形成する流体通過面２００を備えている。
ここで、図１２に示すように、仕切り板１４５の各スリット１４５ａについては、流路方向Ｆ１に対して縦方向に延び、その上端が接続部１９８まで形成された後、この接続部１９８において、蒸発部領域Ｒ１側に延びている。また、これら複数のスリット１４５ａは、仕切り板１４５の横幅方向に配列されている。
【００７６】
また、図９及び図１２に示すように、仕切り板１４５の各スリット１４５ａの幅ｗ２は、蒸発部領域Ｒ１内の充填材であるアルミナボール１８２の直径ｄ１よりも小さく且つアルミナボール１８２の半径ｄ１／２よりも大きく設定されている。
【００７７】
つぎに、図１４は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器の排気通路室における仕切り板について斜め上方から見た斜視図である。
図９、図１０、図１２及び図１４に示すように、排気通路部領域Ｒ２を区画する上流側の仕切り板１４６と下流側の仕切り板１４７のうち、上流側の仕切り板１４６は、排気管１７１から供給された流体（排気ガス）を通過させる複数のスリット１４６ａを形成する流体通過面２０２と、この流体通過面２０２の上部及び下部にそれぞれ形成される上側接続部２０４及び下側接続部２０６を備えている。
また、図１２及び図１４に示すように、仕切り板１４６の上側接続部２０４の上面２０４ａは、中間板１４４の下側面１４４ｂに接続されて固定されている。
一方、仕切り板１４６の下側接続部２０６の下面２０６ａは、下側ケース１４３内の底面１４３ａに接続されて固定されている。
さらに、仕切り板１４６の流体通過面２０２は、各スリット１４６ａが下側接続部２０６から上方の上側接続部２０４まで斜め上方に傾斜するように形成されている。
また、各スリット１４６ａは、排気通路室１８４の長手方向（流路方向Ｆ２）の両端部が上側接続部２０４及び下側接続部２０６のそれぞれの部分まで延びているが、仕切り板１４６の互いに横幅方向に配列されている。
【００７８】
つぎに、図９、図１１、図１２及び図１４に示すように、下流側の仕切り板１４７についても、上流側の仕切り板１４６と同様に、排気通路部領域Ｒ３内の流体（排気ガス）を通過させる複数のスリット１４７ａを形成する流体通過面２０８と、この流体通過面２０８の上部及び下部にそれぞれ形成される上側接続部２１０及び下側接続部２１２を備えている。
また、図１１及び図１４に示すように、仕切り板１４７の上側接続部２１０の上面２１０ａは、中間板１４４の下側面１４４ｂに接続されて固定されている。
一方、仕切り板１４７の下側接続部２１２の下面２１２ａは、下側ケース１４３内の底面１４３ａに接続されて固定されている。
さらに、仕切り板１４７の流体通過面２０８は、各スリット１４７ａが下側接続部２１２から上方の上側接続部２１０からまで斜め上方に傾斜するように形成されている。
また、各スリット１４７ａは、排気通路室１８４の長手方向（流路方向Ｆ２）の両端部が上側接続部２１０及び下側接続部２１２のそれぞれの部分まで延びていると共に、仕切り板１４７の互いに横幅方向に配列されている。
【００７９】
さらに、図９及び図１４に示すように、仕切り板１４６の各スリット１４６ａの幅ｗ３及び仕切り板１４７の各スリット１４７ａの幅ｗ４は、排気通路部領域Ｒ２内の充填材であるセラミックボール１８６の直径ｄ２よりも小さく且つセラミックボール１８６の半径ｄ２／２よりも大きく設定されている。
【００８０】
ここで、図１１及び図１２に示すように、流体（排気ガス）の流路方向Ｆ２及び下側ケース１４３内の水平方向に延びる底面１４３ａに対して傾斜する各仕切り板１４６，１４７の流体通過面２０２，２０８の傾斜角度αは、２０度以上８０度以下に設定されるのが好ましく、４５度に設定されるのが最も好ましい。
【００８１】
つぎに、再び、図１０に示すように、蒸発器１４０の蒸発器ケース１４１は、上側ケース１４２と下側ケース１４３を中間板１４４を介して重ね合わせた筐体からなる一体構造である。
すなわち、これらの上側ケース１４２の下側周縁部及び下側ケース１４３の上側周縁部のそれぞれに形成される鍔部１４２ｃ，１４３ｂは、中間板１４４を介して重ね合わされ、溶接固定されるようになっている。
また、これらの鍔部１４２ｃ，１４３ｂは、溶接しろとして利用できるため、蒸発器ケース１４１の内部が複雑な構造になっても、組み付け性を損なうことがないようになっている。
さらに、蒸発器１４０の組み立て時には、溶接しろとなる鍔部１４２ｃ，１４３ｂを掴んで作業することができるため、蒸発器ケース１４１の外壁を損傷しないようになっている。
なお、このような鍔部１４２ｃ，１４３ｂの溶接しろは、組み付け時に蒸発器ケース１４１の内壁と接触したり、熱膨張によって蒸発器ケース１４１の内壁と接触したりしないように、蒸発器ケース１４１の内壁との距離を十分に確保することができるような寸法に設定することが好ましい。
【００８２】
つぎに、図２、図３、図９及び図１０に示すように、仕切り板１４６の上流側に形成され且つ排気管１７１の出口が接続される上流側排気通路室１８４ａ内において、蒸発器１４０の出口側の混合ガス供給管１１２の近傍には、伝熱抑制板２１４（図１０参照）が設けられている。この伝熱抑制板２１４により、排気管１７１から蒸発器１４０の下層の排気通路室１８４ａに流入した直後の高温状態の排ガスが、蒸発器１４０の上層の混合部領域Ｒ３内の混合ガスやその近傍の混合ガス供給管１１２の混合ガスを極度に昇温させることを防ぐことができる共に、上流側排気通路室１８４ａ内の排ガスの熱量が奪われることを防ぐことができるようになっている。
なお、この伝熱抑制板２１４については、蒸発器１４０の出口側の混合ガス供給管１１２付近における混合ガスの昇温された温度を適切な範囲に設定することができるように、伝熱抑制板２１４の長さ等の形状を適宜調整することが好ましい。
【００８３】
つぎに、図９及び図１０に示すように、仕切り板１４６，１４７の間に形成される排気通路部領域Ｒ２内において、中間板１４４の下側面１４４ｂには、仕切り板２１６が取り付けられている。排気通路部領域Ｒ２内では、その下方から充填材であるセラミックボール１８６が充填されるため、排気通路部領域Ｒ２内の上方には、充填材であるセラミックボール１８６がない流路が形成され易くなる。そこで、このような箇所に仕切り板２１６を設けることにより、排気通路部領域Ｒ２内の上方を通過しようとする排気ガスについて、仕切り板２１６を通過させることにより、排ガスがセラミックボール１８６を必ず経由するように誘導することができるようになっている。
【００８４】
つぎに、図１０に示すように、蒸発室１８０の入口側付近における上側ケース１４２内の上面（天面）１４２ｂにおいては、その高さが部分的に高くなるように形成されており、この部分に設けられた充填材導入口２１８からアルミナボール１８２が導入され、蒸発室１８０内に充填されるようになっている。また、蒸発室１８０内にアルミナボール１８２が充填された後、充填材導入口２１８には、蓋部材２２０が取り付けられるようになっている。  さらに、図１０に示すように、上側ケース１４２内の上面（天面）１４２ｂには、蒸発室１８０内の流路方向Ｆ１に向かって斜め下方に形成されて、上側ケース１４２内の上面（天面）１４２ｂが徐々に低くなる逃がし部分２２２が設けられている。アルミナボール１８２を充填材導入口２１８から蒸発室１８０内に充填して詰め込む際に、この逃がし部分２２２により、アルミナボール１８２が蒸発室１８０内の流路方向Ｆ１に向かって充填されるため、アルミナボール１８２の充填詰め込みを容易にすることができるようになっている。
【００８５】
つぎに、図１５は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器における充填材導入口に取り付けられた状態の蓋部材を示す概略図である。
図１０及び図１５に示すように、充填材導入口２１８には、上面が下側に凹んだ蓋部材２２０が固定されて封止されており、充填材導入口２１８と蓋部材２２０との固定部に溶接しろ２２４を作りながら、蓋部材２２０が蒸発室１８０内のアルミナボール１８２を上方から押すことによって高密度化することができるようになっている。
【００８６】
つぎに、図１６は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の蒸発器について斜め下方から見た斜視図である。
なお、図１６においては、蒸発器の下方に配置される断熱材について一部破断した状態を示している。
図３、図１０及び図１６に示すように、蒸発器１４０と断熱材７の一部分７ａとの間には、細長い棒状の蒸発器入口温度用の温度センサ２３０と、この温度センサ２３０よりも短い棒状の蒸発器出口温度用の温度センサ２３２の２つの温度センサがそれぞれ配置されている。
蒸発器入口温度用の温度センサ２３０は、蒸発器１４０の上流側排気通路室１８４ａの入口付近、より具体的には、上流側排気通路室１８４ａの外側底面（下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ）と排気管１７１の出口１７１ａとの接続部付近で温度を監視するようになっている。
一方、蒸発器出口温度用の温度センサ２３２は、蒸発器１４０の下流側排気通路室１８４ｂの出口側付近、より具体的には、下流側排気通路室１８４ｂの外側底面（下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ）と排気ガス排出管８２との接続部付近の温度を監視するようになっている。
【００８７】
また、図１０及び図１６に示すように、蒸発器入口温度用の温度センサ２３０は、蒸発器１４０の排気通路室１８４の外側底面である蒸発器ケース１４１の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃと断熱材７との間に配置されている。
【００８８】
さらに、図１０に示すように、排気通路室１８４に設けられている２つの仕切り板１４６，１４７については、蒸発器１４０の上層の蒸発室１８０の外側底面である中間板１４４の下側面１４４ｂと、蒸発器１４０の下層の排気通路室１８４内の底面である下側ケース１４３内の底面１４３ａとを掛け渡すように配置されており、各スリット１４６ａ，１４７ａが排気通路室１８４を伝熱する排気通気口となる伝熱プレートとして機能するようにもなっている。
【００８９】
つぎに、図１０及び図１６に示すように、排気通路室１８４内の底面である下側ケース１４３内の底面１４３ａに接触している各仕切り板１４６，１４７のそれぞれの下側接続部２０６，２１２は、各温度センサ２３０，２３２の先端部付近に設けられた検出部２３０ａ，２３２ａに対して、互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置されている。
【００９０】
また、図１０に示すように、蒸発器１４０の上層の蒸発部領域Ｒ１と混合部領域Ｒ３とを区画する仕切り板１４５は、加熱ヒータ１８８が上方に配置される蒸発器１４０の蒸発室１８０内の上面（上側ケース１４２内の上面１４２ｂ）と蒸発室１８０内の底面（中間板１４４の上側面１４４ｃ）とを掛け渡すことにより、蒸発器１４０の上側ケース１４２の上面に配置された加熱ヒータ１８８から蒸発器１４０に加熱された熱を伝熱する伝熱プレートとして機能するようにもなっている。
【００９１】
つぎに、図１６に示すように、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃには、各温度センサ２３０，２３２を下方側から支持する温度センサ支持部材２３４，２３６がそれぞれ設けられており、各温度センサ２３０，２３２は、各温度センサ支持部材２３４，２３６と蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃとの間に挿入されることにより蒸発器１４０に対して支持されようになっている。
また、各温度センサ支持部材２３４，２３６は、各温度センサ２３０，２３２が挿入された状態で各温度センサ２３０，２３２の検出部２３０ａ，２３２ａが蒸発器１４０に対して露出されるように、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃと対向する側（上側）が開放されている。
【００９２】
つぎに、図１６に示すように、各温度センサ支持部材２３４，２３６は、それぞれの温度センサ２３０，２３２が挿入される挿入口２３８ａ，２４０ａをそれぞれ形成する挿入側端部２３８，２４０を備えており、各挿入側端部２３８，２４０は、それぞれの挿入口２３８ａ，２４０ａの開口断面が入口側程拡張するようにラッパ状に形成されている。
また、各挿入側端部２３８，２４０の先端は、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ且つ側壁面１４３ｄよりも外側に突出している。
【００９３】
つぎに、図１６に示すように、各温度センサ２３０，２３２を支持する温度センサ支持部材２３４，２３６のそれぞれは、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃの一方側に設けられて、下側ケース１４３の横幅方向に互いに所定距離Ｌ１を置いて配置されている。
また、図１０、図１４及び図１６に示すように、各仕切り板１４６，１４７の下側接続部２０６，２１２が排気通路室１８４の底面（下側ケース１４３内の底面１４３ａ）に接触している幅（仕切り板１４６，１４７の下側接続部２０６，２１２の横幅）Ｌ２は、各温度センサ支持部材２３４，２３６同士の所定距離Ｌ１よりも大きくなるように設定されている。
【００９４】
つぎに、図１０及び図１６に示すように、２つの温度センサ２０６，２１２のそれぞれは、蒸発器１４０の一方側である図１６に示す下側ケースの側壁面１４３ｄの外側に位置する各挿入側端部２３８，２４０の挿入口２３８ａ，２４０ａから各温度センサ支持部材２３４，２３６に挿入されて支持されるようになっている。
【００９５】
また、図１６に示すように、各温度センサ支持部材２３４，２３６は、下側に突出してその内部に各温度センサ２３０，２３２が挿入されて支持される凹部を形成する突出部２４２，２４４と、これらの凹部を形成する突出部２４２，２４４の両側に形成されるフランジ部２４６，２４８とを備えている。これらの突出部２４２，２４４とフランジ部２４６，２４８とに形成される各温度センサ支持部材２３４，２３６の鉛直方向の断面は、逆ハット状に形成されており、各フランジ部２４６，２４８は、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃにスポット溶接により固定されている。
【００９６】
上述した本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、従来の固定酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）では、蒸発器がモジュールケースの内部に配置されていたため、蒸発器による熱量損失が多く、また蒸発器の蒸発部の配置位置における温度降下が大きいことにより、燃料電池セルにおいて熱斑が発生し、燃料電池セルを劣化させるという問題が生じており、このような問題を解決するための手段として、蒸発器をモジュールケースの外部に配置することが主流になりつつある。その一方で、蒸発器では、昇温状態に基づいてＳＯＦＣでは欠かせない水蒸気を生成するが、この水蒸気の生成不良が生じると、燃料電池セルや改質器に炭素が付着するコーキング等の大きな影響を与えるため、モジュールケース内より温度環境が安定しない外部の蒸発器の構造では温度センサによる温度監視が重要になっている。また、従来のように、排気通路中に蒸発器を配置した形態では、温度センサが排気気流の影響を直接受けることになるため、温度を正確に監視することができないという問題があった。これに対し、本発明では、モジュールケース８の周囲を覆う断熱材７の内部に蒸発器１４０を設け、この蒸発器１４０と断熱材７との間には、蒸発器１４０の温度を監視する温度センサ２３０，２３２を配置することにより、排気気流や放熱の影響を受けることなく、蒸発器１４０が有する熱量を正確に測定することができる。したがって、温度管理が厳しい条件下でのモジュールケース８の外側の蒸発器１４０であっても、正確な水蒸気の生成状態を推定することができ、安定した運転制御を行うことができる。
【００９７】
また、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、排気通路室１８４の高温の排気は上方の蒸発室１８０を加熱して蒸発室１８０への熱量投入が大きくなるため、蒸発器１４０の排気通路室１８４の外側底面（蒸発器ケース１４１の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ）は温度が低い状態となるが、温度センサ２３０，２３２が、蒸発器１４０の排気通路室１８４の外側底面（蒸発器ケース１４１の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ）に配置されていることにより、温度センサ２３０，２３２は、蒸発器１４０の蒸発室１８０を直接監視するのではなく、蒸発室１８０の温度よりも低い排気通路室１８４の外側底面（蒸発器ケース１４１の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ）の温度を測定することになる。
したがって、蒸発室１８０内の実際の温度が水蒸気ができない温度であるにもかかわらず、蒸発可能な高い温度として誤測定することを防止することができる。
また、蒸発器１４０の排気通路室１８４の外側底面（蒸発器ケース１４１の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ）では、燃料供給配管６３の供給口６３ａから蒸発器１４０の蒸発室１８０内に投入される水による温度降下の影響を受け難いため、温度センサ２３０，２３２が温度を正確に測定できると共に、断熱材７内に配置された温度センサ２３０，２３２の効果と合わせて、より正確な温度測定が可能となる。
【００９８】
さらに、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、蒸発器１４０の排気通路室１８４を伝熱する排気通気口であるスリット１４６ａ，１４７ａが形成された仕切り板１４６，１４７が、伝熱プレートとして、蒸発器１４０の上層の蒸発室１８０の外側底面である中間板１４４の下側面１４４ｂと、蒸発器１４０の下層の排気通路室１８４内の底面である下側ケース１４３内の底面１４３ａとを掛け渡すように配置されていることにより、蒸発室１８０の温度状態を蒸発室１８０の外側底面である中間板１４４の下側面１４４ｂから、各仕切り板１４６，１４７を介して、排気通路室１８４の外側底面である下側ケース１４３の外側底面１４３ｃの温度センサ２３０，２３２に伝えることができる。したがって、蒸発器１４０内の温度状態をさらに正確に測定することができる。
【００９９】
また、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、排気通路室１８４内の底面である下側ケース１４３内の底面１４３ａに接触している各仕切り板１４６，１４７のそれぞれの下側接続部２０６，２１２が、各温度センサ２３０，２３２の先端部付近に設けられた検出部２３０ａ，２３２ａに対して、互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置されているため、蒸発室１８０等の蒸発器の上層の温度をより正確に測定することができる。
すなわち、伝熱プレートである各仕切り板１４６，１４７が排気通路室１８４内の排気で加温されているため、排気通路室１８４内の底面である下側ケース１４３内の底面１４３ａに接触している各仕切り板１４６，１４７のそれぞれの下側接続部２０６，２１２が、各温度センサ２３０，２３２の先端部付近に設けられた検出部２３０ａ，２３２ａに対して、互いに上下方向に対向する位置に配置した場合には、互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置されている場合に比べて、各仕切り板１４６，１４７と排気通路室１８４内の底面である下側ケース１４３内の底面１４３ａとの接触部の直下の温度センサが蒸発器１４０内の温度をより高い温度で検出されてしまう可能性があるが、伝熱プレートである各仕切り板１４６，１４７のそれぞれの下側接続部２０６，２１２と蒸発器１４０の排気通路室１８４内の底面である下側ケース１４３内の底面１４３ａとの接触部について、温度センサ２３０，２３２の検出部２３０ａ，２３２ａに対して互いに上下方向に対向する位置からずらした位置に配置する簡易な構成により、排気熱の熱伝導に基づく蒸発器１４０内の温度を正確に推定することができるようになる。
【０１００】
さらに、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、蒸発器１４０内の下層の排気通路室１８４内に燃焼触媒が配置されているため、排気通路室１８４の外側底面である蒸発器ケース１４１の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃに配置された温度センサ２３０，２３２によって、排気通路室１８４内の燃焼触媒（セラミックボール１８６）の状態と蒸発器１４０の温度状態を同時に監視することができる。
また、排気通路室１８４内を通過する排気に加えて、燃焼触媒（セラミックボール１８６）による発熱反応の発生により、蒸発器１４０の加熱を同時に行うことができるため、気化促進が可能になる。
さらに、燃焼触媒の触媒熱が伝熱プレートである仕切り板１４６，１４７により蒸発器１４０内で伝熱されるため、効果的な気化促進が可能になる。
【０１０１】
また、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、蒸発器１４０を加温する気化促進用の加熱ヒータ１８８を蒸発器１４０の上側ケース１４２の外側上面に配置すると共に、蒸発室１８０内には、その上面（上側ケース１４２内の上面１４２ｂ）と底面（中間板１４４の上側面１４４ｃ）とを掛け渡す伝熱プレートである仕切り板１４５を配置することにより、蒸発器１４０の上側ケース１４２の外側上面の加熱ヒータ１８８による蒸発器１４０の昇温が、蒸発室１８０内の伝熱プレートである仕切り板１４５から排気通路室１８４内の伝熱プレートである仕切り板１４６，１４７を経て蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃの温度センサ２３０，２３２に伝達される。したがって、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃに配置された温度センサ２３０，２３２であっても正確に温度測定が可能となる。
また、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃに温度センサ２３０，２３２を配置すると共に、蒸発器１４０の上側ケース１４２の外側上面に加熱ヒータ１８８を配置することにより、蒸発器１４０周辺の構造を簡素化し、製造コストの低減や組付性の向上を同時に実現することができる。
さらに、断熱材７内に蒸発器１４０を収容するための収納部の形状もシンプルになり、断熱性能差が生じることも抑制することができる。
【０１０２】
さらに、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、各温度センサ２３０，２３２を下方側からそれぞれ支持する温度センサ支持部材２３４，２３６において、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃと対向する側（上側）が開放されており、各温度センサ２３０，２３２が、各温度センサ支持部材２３４，２３６と蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃとの間に挿入されることにより、蒸発器１４０に対して支持された状態で各温度センサ２３０，２３２の検出部２３０ａ，２３２ａを露出させることができる。したがって、各温度センサ２３０，２３２が、直接的に蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃの温度を検出することができ、遅れなく正確に温度を監視することができる。
また、断熱材７と蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃとの間に各温度センサ２３０，２３２を配置したことにより、正確な温度測定が可能となるにも関わらず蒸発器１４０の蒸発室１８０内の温度を推定するには距離が離れているため、時間的な遅れが生じやすいという問題を解消することができる。
さらに、各温度センサ２３０，２３２が断熱材７内に配置されており、気流の影響等を受けるものではないため、各温度センサ２３０，２３２の検出部２３０ａ，２３２ａが露出されていても問題はなく、各温度センサ２３０，２３２を各温度センサ支持部材２３４，２３６と蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃとの間に挿入して支持する簡易な構造にすることにより、各温度センサ２３０，２３２の取付強度が不要になり、簡単な組付けを実現することができる。
【０１０３】
また、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、各温度センサ２３０，２３２が挿入される各温度センサ支持部材２３４，２３６の各挿入側端部２３８，２４０について、それぞれの挿入口２３８ａ，２４０ａの開口断面が入口側程拡張するようにラッパ状に形成されているため、各温度センサ２３０，２３２を各温度センサ支持部材２３４，２３６の各挿入側端部２３８，２４０から容易に差し込むことができる。
【０１０４】
さらに、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、各温度センサ２３０，２３２が挿入される各温度センサ支持部材２３４，２３６の各挿入側端部２３８，２４０が蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ且つ側壁面１４３ｄよりも外側に突出しているため、各温度センサ２３０，２３２を各挿入側端部２３８，２４０の挿入口２３８ａ，２４０ａに挿入する際に見やすくすることができると共に、各挿入側端部２３８，２４０が蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃ以外の部分から外側に突出している場合に比べて、簡易な構成で組付け性の低下を解消することができる。
【０１０５】
また、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、各温度センサ２３０，２３２が蒸発器１４０の底面の一方側に設けられて、下側ケース１４３の横幅方向に互いに所定距離Ｌ１を置いて配置されているため、蒸発器１４０の蒸発室１８０の温度や排気通路室１８４の燃焼触媒の温度について、複数の温度センサ２３０，２３２で異なる複数箇所で検出して正確に把握することができる。
また、各仕切り板１４６，１４７の下側接続部２０６，２１２が排気通路室１８４の底面（下側ケース１４３内の底面１４３ａ）に接触している幅Ｌ２が、各温度センサ支持部材２３４，２３６同士の所定距離Ｌ１よりも大きくなるように設定されているため、異なる箇所に設けられた複数の温度センサ２３０，２３２に対して伝熱プレートである各仕切り板１４６，１４７から正確に熱伝導させることができる。
【０１０６】
さらに、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、２つの温度センサ２３０，２３２のそれぞれが、蒸発器１４０の一方側である図１６に示す下側ケースの側壁面１４３ｄの外側に位置する各挿入側端部２３８，２４０の挿入口２３８ａ，２４０ａから各温度センサ支持部材２３４，２３６に挿入されて支持されるため、一側方から複数の温度センサ２３０，２３２を同じように挿入して固定することができる。これにより、温度センサ２３０，２３２を蒸発器１４０下側ケース１４３の外側底面１４３ｃに配置する構造であっても、容易に温度センサ２３０，２３２を支持することができる。
【０１０７】
また、本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば、各温度センサ支持部材２３４，２３６は、下側に突出してその内部に各温度センサ２３０，２３２が挿入されて支持される凹部を形成する突出部２４２，２４４と、これらの凹部を形成する突出部２４２，２４４の両側に形成されるフランジ部２４６，２４８とを備えており、これらの突出部２４２，２４４とフランジ部２４６，２４８とに形成される各温度センサ支持部材２３４，２３６の鉛直方向の断面が、逆ハット状に形成されており、各フランジ部２４６，２４８が、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃにスポット溶接により固定されているため、蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃに対する各温度センサ支持部材２３４，２３６の組み付けが容易になることに加えて、伝熱プレートである仕切り板１４６，１４７を経由して蒸発器１４０の下側ケース１４３の外側底面１４３ｃに伝わった熱が各フランジ部２４６，２４８に伝熱して各温度センサ２３０，２３２に素早く伝えることができる。したがって、正確かつ迅速に蒸発器１４０の温度を監視することができる。
【０１０８】
なお、本実施形態では、蒸発器１４０の温度を監視する温度センサと、この温度センサを支持する温度センサ支持部材については、それぞれ２つずつ設けた形態について説明したが、３つ以上の複数の温度センサと温度センサ支持部材を設けてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１    固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）
２    燃料電池モジュール
４    補機ユニット
６    ハウジング
７    断熱材
７ａ  一部分
８    モジュールケース
８ａ  天板
８ｂ  側板
８ｃ  底板
８ｄ  閉鎖側板
８ｄ  閉鎖側板
８ｆ  吹出口
１０    発電室
１２    燃料電池セル集合体
１４    燃料電池セルスタック
１６    燃料電池セルユニット
１８    燃焼室
２４    水供給源
２６    純水タンク
２８    水流量調整ユニット
３０    燃料供給源
３２    ガス遮断弁
３６    脱硫器
３８    燃料流量調整ユニット
３９    バルブ
４０    空気供給源
４２    電磁弁
４４    改質用空気流量調整ユニット
４５    発電用空気流量調整ユニット
４６    ヒータ
４８    ヒータ
５０    温水製造装置
５２    制御ボックス
５４    インバータ
６３    燃料供給配管
６３ａ  供給口
６４    燃料ガス供給管
６４ａ  水平部
６４ｂ  燃料供給孔
６５    水添脱硫器用水素取出管
６６    マニホールド
６８    下支持板
７４    発電用空気導入管
８２    排気ガス排出管
８３    点火装置
８４    燃料電池セル
８６    内側電極端子
８８    燃料ガス流路
９０    内側電極層
９０ａ  上部
９０ｂ  外周面
９０ｃ  上端面
９２    外側電極層
９４    電解質層
９６    シール材
９８    燃料ガス流路細管
１００    上支持板
１０２    集電体
１０２ａ  燃料極用接続部
１０２ｂ  空気極用接続部
１０４    外部端子
１１１    排気口
１１２    混合ガス供給管
１２０    改質器
１２０Ａ  混合ガス受入部
１２０Ｂ  改質部
１２０Ｃ  ガス排出部
１２０ａ  混合ガス供給口
１２０ｂ  貫通孔
１２０ｃ  改質部
１２１    上側ケース
１２２    下側ケース
１２３ａ  仕切り板
１２３ｂ  仕切り板
１３０    排気ガス誘導部材
１３１    下部誘導板
１３１ａ  段部
１３２    上部誘導板
１３２ａ  凹部
１３３    連結板
１３４    連結板
１３５    ガス溜
１４０    蒸発器
１４０Ａ  排気通路部
１４０Ｂ  蒸発部
１４０Ｃ  混合部
１４１    蒸発器ケース
１４２    上側ケース
１４２ａ  上側ケースの内壁
１４２ｂ  上側ケース内の上面
１４２ｃ  鍔部
１４３    下側ケース
１４３ａ  下側ケース内の底面
１４３ｂ  鍔部
１４３ｃ  下側ケースの外側底面（排気通路室の外側底面）
１４３ｄ  下側ケースの側壁面
１４４    中間板
１４４ａ  開口
１４４ｂ  中間板の下側面
１４４ｃ  中間板の上側面
１４５    仕切り板（第２伝熱プレート）
１４５ａ  連通孔（スリット）
１４６    仕切り板（第１伝熱プレート）
１４６ａ  連通孔（スリット）（排気通気口）
１４７    仕切り板（第１伝熱プレート）
１４７ａ  連通孔（スリット）（排気通気口）
１４８    仕切り板
１４８ａ  連通孔（スリット）
１６０    発電用空気供給ケース
１６０ａ  天板
１６０ｂ  側板
１６１    発電用空気供給通路
１６１ａ  空気通路
１６１ｂ  空気通路
１６２    プレートフィン
１６３    プレートフィン
１７１    排気管
１７１ａ  排気管の出口
１７２    排気通路
１７２ａ  排気ガス導入口
１７３    排気通路
１７４    排気通路
１７５    プレートフィン
１８０    蒸発室
１８２    アルミナボール
１８４    排気通路室
１８４ａ  上流側排気通路室
１８４ｂ  下流側排気通路室
１８６    セラミックボール
１８８    加熱ヒータ
１９０    仕切り板の接続部
１９２    仕切り板の流体通過面
１９４    燃料供給配管の供給口と対向するスリットの対向領域
１９６    スリットの接続領域
１９８    仕切り板の接続部
２００    仕切り板の流体通過面
２０２    仕切り板の流体通過面
２０４    仕切り板の上側接続部
２０４ａ  仕切り板の上側接続部の上面
２０６    仕切り板の下側接続部
２０６ａ  仕切り板の下側接続部の下面
２０８    仕切り板の流体通過面
２１０    仕切り板の上側接続部
２１０ａ  仕切り板の上側接続部の上面
２１２    仕切り板の下側接続部
２１２ａ  仕切り板の下側接続部の下面
２１４    伝熱抑制板
２１６    仕切り板
２１８    導入口
２２０    蓋部材
２２２    逃がし部分
２２４    溶接しろ
２３０    蒸発器入口温度用の温度センサ
２３０ａ  検出部
２３２    蒸発器出口温度用の温度センサ
２３２ａ  検出部
２３４    温度センサ支持部材
２３６    温度センサ支持部材
２３８    温度センサ支持部材の挿入側端部
２３８ａ  挿入口
２４０    温度センサ支持部材の挿入側端部
２４０ａ  挿入口
２４２    突出部（凹部）
２４４    突出部（凹部）
２４６    フランジ部
２４８    フランジ部
Ｌ１    温度センサ支持部材同士の距離
Ｌ２    仕切り板（第１伝熱プレート）の下側接続部の横幅
Ｒ１    蒸発部領域
Ｒ２    排気通路部領域
Ｒ３    混合部領域
【図１】
0006497509.tif 000002
【図２】
0006497509.tif 000003
【図３】
0006497509.tif 000004
【図４】
0006497509.tif 000005
【図５】
0006497509.tif 000006
【図６】
0006497509.tif 000007
【図７】
0006497509.tif 000008
【図８】
0006497509.tif 000009
【図９】
0006497509.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0006497509.tif 000015
【図１５】
0006497509.tif 000016
【図１６】
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