(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの供給により発電する複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形
燃料電池装置において、
前記複数の燃料電池セルを上面に立設配置するとともに、前記燃料電池セルの内部に設
けられた燃料ガス流路に燃料を供給するガスマニホールドと、
一側面に開放面を有し、蓋体により前記開放面が気密固定されるモジュール容器と、を
備え、
前記ガスマニホールドの底面に設けられた第１取付部材と、前記モジュール容器の内部
下面に設けられた第２取付部材とが、前記開放面に対向する前記モジュール容器の内壁面
の近傍において嵌合されているとともに、前記開放面の近傍で固定されていることで、前
記燃料電池セル及び前記ガスマニホールドが前記モジュール容器内に固定されて収容され、前記第１取付部材と前記第２取付部材とは、前記開放面と対向する前記モジュール容器の内壁面と前記ガスマニホールドとの間、及び前記開放面と前記ガスマニホールドとの間の空間で嵌合又は固定され、前記ガスマニホールドの底面と前記モジュール容器の内部下面との間には空隙が設けら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】
前記燃料電池セルの上方には、前記燃料ガスを生成し前記燃料電池セルへと供給する改
質器が配置され、前記改質器は前記モジュール容器の内部の天面と固定されていることを
特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
前記燃料電池セルと前記改質器の間には、前記燃料電池セルの発電反応に寄与しなかっ
た排ガスを燃焼させる燃焼空間が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の固体
酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
前記開放面に対向する前記モジュール容器の内壁面の近傍において、前記第２取付部材
は、前記開放面に対向する前記モジュール容器の内壁面の方向における前記ガスマニホー
ルドの位置決めを行う位置決め部を有することを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物
形燃料電池装置。
【請求項５】
前記開放面の近傍における前記第１取付部材と前記第２取付部材の固定は、ネジ止め又
は溶接による固定であることを特徴とする請求項４記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項６】
前記第１取付部材は、前記開放面に対向する前記モジュール容器の内壁面の近傍におい
て前記第２取付部材と嵌合する第１嵌合部材と、前記開放面の近傍で前記第２取付部材と
固定される第１固定部材とで構成されることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形
燃料電池装置。
【請求項７】
前記第２取付部材は、前記開放面に対向する前記モジュール容器の内壁面の近傍におい
て前記第１取付部材と嵌合する第２嵌合部材と、前記開放面との近傍で前記第１取付部材
と固定される第２固定部材とで構成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の固体
酸化物形燃料電池装置。
【請求項８】
前記第２取付部材の上面に、前記第１取付部材がスライドすることで前記ガスマニホー
ルドが前記開放面に対向するモジュール容器の近傍において嵌合する箇所へと誘導される
溝部を有することを特徴とする請求項３に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、内部に燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールに関し、特に固体酸化物形燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代のクリーンな発電装置として、発電効率の高い燃料電池を備えた燃料電池装置の開発が活発化している。燃料電池としては、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ）、直接形燃料電池（ＤＦＣ）等が知られている。特に固体酸化物形燃料電池は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を設け、一方の側に燃料ガス、他方の側に空気や酸素等の酸素含有ガスを供給することで動作する高効率の燃料電池である。
【０００３】
さらに、固体酸化物形燃料電池はクリーンな発電装置としてだけではなく、熱源から電力と熱を生成し供給する家庭用コージェネレーションシステムとして、設置スペースの限られたマンション等の集合住宅等に適合するコンパクトな固体酸化物形燃料電池装置の開発が進められている。そのため、固体酸化物形燃料電池装置の内部に配置され、固体酸化物形燃料電池セル（以下、燃料電池セルとも呼ぶ）を内部に収容した燃料電池モジュールも同様に小型化が求められており、燃料電池モジュール構成部品間の距離を可能な限り短くなるように設計される。
【０００４】
ところで、固体酸化物形燃料電池装置において、燃料電池モジュール容器の内部では収容した燃料電池セルの発電反応により、７００〜１０００℃の高温状態となる。そのため、燃料電池モジュール容器（以下、モジュール容器とも呼ぶ）をはじめ燃料電池モジュール構成部品は耐熱性を有する金属で構成されることとなる。しかし、燃料電池セルはセラミックスで構成されるものであるため、モジュール容器の内部に収容された燃料電池セルは燃料電池モジュール構成部品よりも強度の点で劣るものとなる。
【０００５】
そのため、燃料電池モジュールの組み立て時に、燃料電池セルをモジュール容器に収容した後にモジュール構成部品を組み付けると、特に燃料電池装置を小型化した場合、構成部品間の距離が短く作業スペースが確保されていないため、作業者自身やモジュール構成部品と接触することによって燃料電池セルが破損してしまう。さらに、モジュール容器は内部を気密固定する必要があり、燃料電池セル収容後に蓋体によって周囲を塞ぐ必要があるが、小型化によりモジュール容器の内壁と燃料電池セルとが極めて近接している。そのため、複数のモジュール容器蓋体を溶接して固定する場合には溶接による飛沫がモジュール容器内部に収容された燃料電池セルを汚染してしまう恐れがある。
【０００６】
ここで、特許文献１のように燃料電池モジュール容器の内部に複数の燃料電池セルを側面から挿入して燃料電池モジュールを組み立てることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−２６８６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
燃料電池モジュール組み立ての際には、上述した外的な要因によって燃料電池セルが破損や汚染するリスクを抑えるため、モジュール容器を蓋体で塞ぐ直前の工程で燃料電池セルをモジュール容器の内部に組み付けることが望ましい。しかし、特許文献１に開示の構成においてはモジュール容器の二側面（前後面）が開放されているため、蓋体によるモジュール容器の開放面の閉塞を２箇所において行わなくてはならず、燃料電池セルが溶接等の諸工程によって汚染されてしまうリスクが高くなる。これに対して、一側面のみに開放面が設けられたモジュール容器に燃料電池セルを収容して開放面を蓋体で塞ぐようにすると、燃料電池セルを収容した後の作業手順が少なくなり、外的な要因による燃料電池セルの破損や劣化のリスクを抑えることができると考えられる。
【０００９】
一方で、燃料電池セルの挿入後にモジュール容器の内部に固定する必要があるが、開放面が一側面のみに設けられているモジュール容器に燃料電池セルを挿入する場合、開放面以外の面ではモジュール容器の外方から固定作業が行うことができず、特に開放面に対向する壁面側では燃料電池セルを挿入した後の作業性が悪く固定作業は困難を極める。
【００１０】
以上のことから、一側面のみ開放されたモジュール容器において、一側面から燃料電池セルを挿入し、燃料電池セルとモジュール容器とを確実に固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する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本件発明の一の態様は、燃料ガスと酸化剤ガスの供給により発電する複数の燃料電池セルを備えた固体酸化物形燃料電池装置において、複数の燃料電池セルを上面に立設配置するとともに、燃料電池セルの内部に設けられた燃料ガス流路に燃料を供給するガスマニホールドと、一側面に開放面を有し、蓋体により開放面が気密固定されるモジュール容器と、を備え、ガスマニホールドの底面に設けられた第１取付部材と、モジュール容器の内部下面に設けられた第２取付部材とが、開放面に対向する前記モジュール容器の内壁面の近傍において嵌合されているとともに、開放面の近傍で固定されていることで、燃料電池セル及びガスマニホールドがモジュール容器内に固定されて収容され、第１取付部材と第２取付部材とは、開放面と対向するモジュール容器の内壁面とガスマニホールドとの間、及び開放面とガスマニホールドとの間の空間で嵌合又は固定され、ガスマニホールドの底面と前記モジュール容器の内部下面との間には空隙が設けられている。
【００１２】
ここで、本発明においては、「固定」とはネジ止めや溶接等によって一の部材と他の部材とが不可動な程度に一体的となった接続形態を意味し、「嵌合」とは一の部材と他の部材とが形状差（寸法の差）の組み合わせによって嵌まり合う分離可能な接続形態を意味するものとする。
【００１３】
このように構成された本件発明によれば、開放面が一側面しかないモジュール容器において、一側面から複数の燃料電池セルが上面に立設したガスマニホールドを挿入し、ガスマニホールドの底面に設けられた第１取付部材とモジュール容器の内部下面に設けられた第２取付部材とを、開放面と対向する面側で嵌合させ、さらに第１取付部材と第２取付部材とを開放面側で固定する（例えば、ネジ止めによって）。すなわち、開放面が一側面しかないモジュール容器において、特にモジュール容器と燃料電池セルとの距離を小さくしてコンパクトに設計されたモジュール容器において、一側面から複数の燃料電池セルを上方に備えたガスマニホールドをモジュール容器の下面に配設することが容易となる。そのため、組み立て時の接触による燃料電池セルの破損を防止でき、さらに挿入固定した後の工程が蓋で塞ぐのみであるため燃料電池セル汚染リスクが低減される。以上のことから、本件発明によれば、一側面に開放面を有する燃料電池モジュールの組み立て作業性の向上を実現することができる。
【００１５】
ところで、一側面が開放されたモジュール容器の開放面から見て、モジュール容器におけるガスマニホールドの幅方向は閉鎖されているため、ガスマニホールド幅方向で固定あるいは嵌合することは幅方向に大型化するばかりか、組み付け作業をするスペースがないため作業性が悪くなってしまう。
【００１６】
そこで、このように構成された本件発明によれば、モジュール容器の開放面から見て、第１取付部材と第２取付部材とを開放面と対向するモジュール容器内壁面側で嵌合させるため、モジュール容器をガスマニホールドの幅方向（例えば図１のＷ方向）でコンパクトにすることができる。その一方で、第１取付部材と第２取付部材の固定に関して、モジュール容器の外方から開放面から固定作業を行うことができるため、固定作業性が良い。以上のことから、燃料電池モジュールをコンパクトにしつつ作業性を向上させることができる。
【００１７】
また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、燃料電池セルの上方には、燃料ガスを生成し燃料電池セルへと供給する改質器が配置され、改質器はモジュール容器の内部の天面と固定されていることを特徴とする。
【００１８】
このように構成された本件発明によれば、排ガスを燃焼させて燃料電池セルの上部に配置した改質器を昇温させる熱自立型の固体酸化物形燃料電池装置において、改質器がモジュール容器の内部の天面と接続されているため、複数の燃料電池セルが上面に立設したガスマニホールドを内部に挿入して、蓋体によってモジュール容器を塞げばよいので、作業手順が大幅に簡素化され、作業性が向上する。
【００１９】
また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、燃料電池セルと改質器の間には、燃料電池セルの発電反応に寄与しなかった排ガスを燃焼させる燃焼空間が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
このように構成された本件発明によれば、複数の燃料電池セルが上面に立設したガスマニホールドの取付の際には、燃焼空間を取付作業を行うためのスペースとして用いることができるため、燃料電池セルを上面に備えたガスマニホールドのハンドリング性が向上し、強度の低い燃料電池セルが上部の改質器やモジュール容器側壁に接触して破損することを防止することができる。すなわち、燃焼空間を燃料電池セルと改質器の間に設けたことによって、燃料電池セルの作業スペースを別途設ける必要がなく、モジュール容器を小型にできる。
【００２１】
また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、開放面に対向するモジュール容器の内壁面の近傍において、第２取付部材は、開放面に対向するモジュール容器の内壁面の方向におけるガスマニホールドの位置決めを行う位置決め部を有する。
【００２２】
ここで、上方に複数の燃料電池セルを備えたガスマニホールドは、モジュール容器内部に図１のＬ方向に挿入されて、組み立てられる。その際に、モジュール容器の開放面と対向する内壁面側の作業性の悪い空間においてガスマニホールドと対向するモジュール内壁面が衝突してしまい、ガスマニホールド上方に配置された燃料電池セルの破損に繋がる可能性がある。
【００２３】
そこで、このように構成された本件発明によれば、モジュール容器の開放面と対向する内壁面側において、第２取付部材にはガスマニホールドをモジュール容器の内部に挿入した際に、奥行き方向（例えば図１のＬ方向）側で位置決めさせる位置決め部が設けられている。そのため、第２取付部材に設けられた位置決め部がガスマニホールドのストッパーとして働くため、位置合わせの作業性を向上させつつ、確実に第１取付部材と第２取付部材とを奥行き方向で、且つ対向する内壁面側の近傍で嵌合させることができる。
【００２４】
また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、開放面の近傍における第１取付部材と第２取付部材の固定は、ネジ止め又は溶接による固定である。
【００２５】
このように構成された本件発明によれば、一側面にのみ設けられた開放面の近傍において、モジュール容器外方からの固定作業を開放面側で行い、第１取付部材と第２取付部材とが接触する部分をネジ止めや溶接などによって固定する。つまり、上述のように第１固定部材と第２固定部材とは対向した面側で嵌合しているため、作業性の良い開放面側のみからの固定作業だけで、開放面側と開放面と対向する内壁面側とでモジュール容器とガスマニホールドとを確実に設置することができる。
【００２６】
また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、第１取付部材は、開放面に対向するモジュール容器の内壁面の近傍において第２取付部材と嵌合する第１嵌合部材と、開放面の近傍で第２取付部材と固定される第１固定部材とで構成される。
【００２７】
このように構成された本件発明によれば、開放面近傍で固定させる部分と開放面と対向するモジュール容器の内壁面近傍で嵌合部に対応する部分にのみ第１取付部材を設けることで必要最小限の大きさとなるため、第１取付部材とモジュール容器の内部下面との接触面積が小さくなる。すなわち、燃料電池セルの発電熱がガスマニホールドに伝熱し、その熱が第１取付部材を介してモジュール容器に熱伝導することによって外気へ放熱することを抑制することができる。
【００２８】
第２取付部材は、開放面に対向する前記モジュール容器の内壁面の近傍において第１取付部材と嵌合する第２嵌合部材と、開放面との近傍で第１取付部材と固定される第２固定部材とで構成される。
【００２９】
このように構成された本件発明によれば、開放面近傍で固定させる部分と開放面と対向するモジュール容器の内壁面近傍で嵌合部に対応する部分にのみ第２取付部材を設けることで必要最小限の大きさとなるため、第２取付部材とモジュール容器内部下面との接触面積が小さくなる。すなわち、燃料電池セルの発電熱がガスマニホールドに伝熱し、その熱が第１取付部材を介してモジュール容器に熱伝導することによって外気へ放熱することを抑制することができる。
【００３０】
また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、第２取付部材の上面に、第１取付部材がスライドすることでガスマニホールドが開放面に対向するモジュール容器の近傍において嵌合する箇所へと誘導される溝部を有する。
【００３１】
このように構成された本件発明によれば、嵌合部まで溝部がレールの役割をして固定部材と接続されたガスマニホールドを導くため、レールに沿って挿入するだけで嵌合部に導かれ、燃料電池セルが破損することはなく、位置合わせが自動的に行えるため、作業性が向上する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、一側面のみ開放されたモジュール容器において、一側面から燃料電池セルを挿入しモジュール容器と確実に固定することができ、小型化と作業性向上を両立した固体酸化物形燃料電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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のモジュール容器の斜視図である。
【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部分側面断面図を示したものである。
【図３】本発明の一実施形態における第１取付部材を構成する第１固定部材と第１嵌合部材が設けられたガスマニホールドの底面を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施形態における第２取付部材を構成する第２固定部材（ａ）と第２嵌合部材（ｂ）の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態における第１取付部材と第２固定部材が固定（ａ）／嵌合（ｂ）する具体構造を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の全体構成図である。
【図７】本発明の一実施例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８】図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【図１０】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図１１】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【図１２】本発明の一実施例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側面断面図である。
【図１３】本発明の一実施例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７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１４】本発明の一実施例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上部の部分断面図である。
【図１５】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器の周囲を流れる排気ガスの説明図である。
【図１６】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器及び排気ガス誘導部材の側面断面斜視図である。
【図１７】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器及び排気ガス誘導部材の正面断面斜視図である。
【図１８】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器の貫通孔を流れる排気ガスの説明図である。
【図１９】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の熱交換部の正面断面図である。
【図２０】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の天板と排気管の接続部分の説明図である。
【図２１】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の天板上の発電用空気供給通路の説明図である。
【図２２】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の天板下の排気通路の説明図である。
【図２３】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置のプレートフィンの斜視図である。
【図２４】本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の空気通路カバーの側板とモジュール容器の側板との間に配置されたプレートフィンの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
はじめに、本発明の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１００１について、図１〜図５を用いて説明する。
【００３５】
図１は、一側面に開放面１０１６を有する燃料電池モジュール１００１の高さ方向（Ｈ）、幅方向（Ｗ）、奥行き方向（Ｌ）を示した斜視図であり、図２はモジュール容器１０１４の内部構造を示す部分側面断面図を示している。図３はガスマニホールドの底面斜視図であり第１取付部材１０００を示している。ここで、図４は第２取付部材１００２を示すものであり、（ａ）は第２固定部材１００２ａを示し、（ｂ）は第２嵌合部材１００２ｂを示している。さらに、図５の（ａ）は第１固定部材１０００と第２固定部材との固定方法を示しており、（ｂ）は嵌合方法を示している。
【００３６】
図１、２に示すように、改質器１０２０で生成された燃料ガスは燃料ガス供給管１００６を通過してガスマニホールド１００４の内部に供給される。なお、改質器１０２０で生成された燃料ガスの一部は水添脱硫器用水素取出管１０３４を通る。このガスマニホールド１００４の天面は、複数の燃料電池セル１０１２を支持するための貫通孔を備えた下支持板１０１０で構成されており、閉塞されたモジュール容器１０１４内部において、ガスマニホールド１００４内の燃料ガスが複数の燃料電池セル１０１２内に供給される。また、発電用空気は発電用空気導入管１０２８から、空気通路カバー１０２２の内壁とモジュール容器１０１４の外壁との間に形成される通路に供給され、その後発電用空気は吹出口１０２４から発電室１００８に供給される。ここで燃料電池セル１０１２は供給された発電用空気と燃料ガスとで発電反応を行う。また発電に寄与しなかった残余の燃料ガスと発電用空気は燃料電池セル１０１２の上方に設けられた燃焼空間１０３０において燃焼され、排ガス排出口１０３２からモジュール容器１０１４の外部へと排出される。
【００３７】
ところで、燃料電池モジュール１００１は小型化を目的として、図２に示すように、改質器１０２０と燃料電池セル１０１２との距離など、内部構成部品の距離を極力短く構成し、燃料電池モジュール１００１の内部をコンパクトに設計している。一方で、燃料電池セル１０１２はセラミックスで構成されるが、それに対してモジュール容器１０１４は耐熱性の観点から金属製の部材で形成されるため、燃料電池セル１０１２はモジュール容器１０１４よりも強度が低いものとなる。そのため、特に燃料電池装置を小型化した場合、部品間距離を短くすると作業スペースが十分ではなく、燃料電池セル１０１２を設置した後に、改質器１０２０の組み付けやモジュール容器１０１４の組み立てを行うと、接触による燃料電池セル１０１２の破損リスクが高くなってしまう。
【００３８】
さらに、モジュール容器１０１４は開放面１０１６を有しており、蓋体１０１８を溶接固定し、燃料電池セル１０１２をモジュール容器１０１４内部に収容した状態で気密密封される。しかし、上述のように小型化を目的としてモジュール容器１０１４の壁面と燃料電池セル１０１２との距離を短くした場合、蓋体１０１８をモジュール容器１０１４に溶接して固定する場合には、溶接による飛沫が燃料電池セル１０１２に付着しやすく、燃料電池セルの汚染のリスクが高くなる。そのため、燃料電池モジュール１００１をコンパクトにする場合には、燃料電池セルを収容した後の溶接回数を少なくすることが望ましい。
【００３９】
ここで、図１、２に示すように、モジュール容器１０１４は一側面に開放面１０１６を有しており、ガスマニホールド１００４の上方に燃料電池セル１０１２が配置された状態で開放面１０１６からモジュール容器１０１４の内部にスライド式に挿入され（図２の黒矢印）、蓋体１０１８によってモジュール容器１０１４の開放面を塞いでいる（図１の黒矢印）。これにより、一側面のみに開放面１０１６を有するモジュール容器１０１４に蓋体１０１８を溶接固定する直前に燃料電池セル１０１２を挿入するため、接触や溶接飛沫による破損・劣化のリスクを抑えることができる。
【００４０】
しかしながら、モジュール容器１０１４の一側面のみに開放面１０１６を設けて開放面１０１６から燃料電池セル１０１２を挿入する場合には、上述した外的な要因による燃料電池セル１０１２の破損や劣化のリスクを抑えることができるが、開放面１０１６以外の側面側ではモジュール容器１０１４の外側からモジュール容器１０１４とガスマニホールド１００４との固定作業を行うことができない。さらに、モジュール容器１０１４とガスマニホールド１００４との固定は一側面方向だけでは確実に固定することはできず、当然対応する箇所にて固定する必要がある。特に開放面１０１６と対向する内壁面（以下、対向面１０１７と呼ぶこともある）側では周囲が閉鎖されている上に、ガスマニホールド１０１４の挿入後に固定作業を行う必要があり、大変作業性が悪い。
【００４１】
ここで、本実施形態におけるモジュール容器１０１４の内部下面と、上方に燃料電池セル１０１２を備えたガスマニホールド１００４との固定構造について図１乃至５を用いて説明する。
【００４２】
本件発明の一実施形態によれば、図３に示すように、ガスマニホールド１００４の底面に第１取付部材１０００を設けている。第１取付部材１０００は第１固定部材１０００ａと第１嵌合部材１０００ｂとから構成されており、それぞれはガスマニホールドの底面と接続されている。また、図４に示すように、第２取付部材１００２は第２固定部材１００２ａと第２嵌合部材１００２ｂとで構成されており、それぞれはモジュール容器１０１４の内部の下面に配置されている（図２参照）。さらに、図５（ａ）に示すように第１固定部材１０００ａと第２固定部材１００２ａとはネジ止めによって固定され、図５（ｂ）に示すように第１嵌合部材１０００ｂと第２嵌合部材１００２ｂとは嵌合することによって、モジュール容器１０１４の内部に配置される。具体的には下記に詳述していく。
【００４３】
まず、上方に燃料電池セル１０１２が立設されたガスマニホールド１００４はモジュール容器１０１４の開放面１０１６からスライド式に挿入され（図２参照）、対向面１０１７側に設けられた第２嵌合部材１００２ｂとガスマニホールド１００４の底面に設けられた第１嵌合部材１０００ｂと嵌合する。
【００４４】
具体的には、図３に示すように、第１嵌合部材１０００ｂはプレート状の部材であり、ガスマニホールド１００４よりも突出した嵌合部Ｂが形成されるように構成される。また、図４（ｂ）に示すように第２嵌合部材１００２ｂは、第１嵌合部材１０００ｂと嵌合する嵌合部Ｂを備えている。さらに、第二嵌合部材１００２ｂは、嵌合するとともにガスマニホールド１００４が挿入方向に進みすぎて対向面１０１７と接触することを防ぎ、モジュール容器１０１４の内部の所定の位置に位置決めする機能を有する位置決め部１０４０を備えている。
【００４５】
ここで、図４（ｂ）に示すように、第２嵌合部材１００２ｂは、上面視において開放側１０３６と閉鎖側１０３８とを有するコの字形状の板状部材において閉鎖側１０３６を上方に折り曲げることによって位置決め部１０４０と嵌合する嵌合部Ｂが形成される。図２を参照すると、第２嵌合部材１００２ｂは、閉鎖側１０３８が対向面１０１７側の内壁近傍で且つ対向面１０１７側を向くように配置されており、第１嵌合部材１０００ｂと第２嵌合部材１００２ｂの嵌合部Ｂで嵌合する。
【００４６】
したがって、このように構成された本発明の一実施形態によれば、図５（ｂ）に示すように、一側面に開放面１０３８を有するモジュール容器１０１４において、ガスマニホールド１００４がモジュール容器１０１４の内部にスライド挿入され（図２の黒矢印）、対向面１０１７側においてモジュール容器１０１４の内部下面に配置されている第２嵌合部材１００２ｂと第１嵌合部材１０００ｂとを嵌合させることができる。
【００４７】
すなわち、第２嵌合部材１００２ｂの上方に折り曲げた形成された位置決め部１０４０がガスマニホールド１００４のストッパーとして働くことで、ガスマニホールド１００４は挿入方向に単にスライドさせるのみで確実に配置位置の位置決めをしつつ嵌合させることができる。そのため、組み付け時の作業性や燃料電池セル１０１２保護の観点からも好適である。なお、本実施形態においては、上記の構成で第１嵌合部材１０００ｂと第２嵌合部材１００２ｂとを嵌合をさせているが、嵌合方法はこれに限るものではなく、対向面１０１７側にて嵌合させることができればよい。
【００４８】
つぎに、図２に示すように、モジュール容器１０１４の内部にガスマニホールド１００４を挿入し、第１嵌合部材１０００ｂと第２嵌合部材１００２ｂを嵌合させた後は、開放面１０１６側において、ガスマニホールド１００４の底面に設けられた第１固定部材１０００ａと第２固定部材１００２ａとをネジ止めによって固定する。
【００４９】
本実施形態において、図２に示すように、開放面１０１６側に設けられた第１固定部材１０００ａにはガスマニホールド１００４の底面よりも上方に、モジュール容器１０１４の下面と略水平になるように固定部Ａを形成している（図３参照）。また、第２嵌合部材１００２ｂはモジュール容器１０１４の内部下面よりも上方に下面に対して略水平になるように固定部Ａが形成されており（図４参照）、第１固定部材１０００ａと第２固定部材１００２ａが接触する固定部Ａでネジ止めされている（図５参照）。なお、ここでは２箇所でネジ止めしているが、固定できれば良いため２箇所のみに限るものではない。また、本件発明の一実施形態では、燃料電池セル１０１２汚染抑制の観点からネジ止めしているが、溶接飛沫の対策を施していれば溶接によって固定しても良い。
【００５０】
以上のことから、本発明の一実施形態によれば、一側面のみ開放面１０１６を有するモジュール容器１０１４において、モジュール容器１０１４の外側からの固定作業が困難な対向面１０１７側では、第１取付部材１０００と第２取付部材１００２を嵌合させ、外方からの固定作業が可能な開放面１０１６側で第１取付部材１０００と第２取付部材１００２を固定している。そのため、十分に作業スペースが確保できないモジュール容器１０１４においても、燃料電池セル１０１２の破損を防ぎながらガスマニホールド１００４をモジュール容器１０１４の内部に組み付けることができる。
【００５１】
また、図２に示すように固定部Ａと嵌合部Ｂとは開放面１０１６側と開放面に対向する対向面１０１７側になるように形成される。これは、図１に示すように開放面１０１６から見てガスマニホールド１０１４の幅方向（Ｗ方向）は閉塞されているため、ガスマニホールド１０１４の幅方向（Ｗ方向）で固定・嵌合することは燃料電池モジュール１００１が幅方向（Ｗ方向）に大型化するばかりか、組み付け作業をするスペースもなく作業性が悪い。本件発明の実施形態によれば、固定作業のために、燃料電池モジュール１００１のＷ方向に不要なスペースを作ることなくコンパクトに形成しつつ、組立作業性を向上させることができる。
【００５２】
さらに、第２取付部材１００２の上面に、第１取付部材１０００がスライドすることで、ガスマニホールド１００４が嵌合部Ｂへと誘導される溝部を形成してもよい。このように形成することで、ガスマニホールド１０１４をスライドしてモジュール容器１０１４の内部に挿入する際に、嵌合部Ｂへと直線的に誘導されるため、モジュール容器１０１４の壁面に接触することによる燃料電池セル１０１２の破損を防止することができる上に、位置合わせが容易となる。すなわち、燃料電池セル１０１２の破損を防止しながら、作業性を向上させることができる。
【００５３】
ところで、従来は、改質器１０２０は燃焼空間１０３０からの燃焼熱を受けるように配置する必要があり、燃料電池セル１０１２の上方に配置されていた。そのため、モジュール容器１０１４の下面から改質器１０２０を燃料電池セル１０１２の上方に支持するための支持板等によって支持固定する必要があった。
【００５４】
そこで、図１に示すように本発明の一実施形態によれば、モジュール容器１０１４の上方空間に改質器１０２０が設置されており、燃料電池セル１０１２と改質器１０２０との間には燃焼空間１０３０が設けられている。つまり、モジュール容器１０１４の組み立ての際には燃焼空間１０３０を作業空間として用いることができる。そのため、ガスマニホールド１００４のハンドリング性が向上し燃料電池セル１０１２が改質器１０２０やモジュール容器１０１４の壁面と接触することなく固定することができる。
【００５５】
さらに、本発明の一実施形態によれば、図１、２に示すように改質器１０２０はモジュール容器１０１４の天面に固定されている。このように構成すれば、従来の改質器１０２０をモジュール容器１０１４の下面から支持するための支持板等が不要となり内部構造が簡素化されるだけでなく、モジュール容器１０１４の天面と改質器１０２０との間の距離をできるだけ小さく構成することができ、小型化に寄与する。さらに、燃料電池モジュール１００１の組み立ての際にも改質器１０２０が設けられたモジュール容器１０１４の内部に燃料電池セル１０１２を上方に備えたガスマニホールド１００４を配置するのみでよいため、組み立て性向上を実現することができる。なお、本実施形態においては、改質器１０２０に接続された燃料ガス供給管１００６ａとガスマニホールド１００４に接続された燃料ガス供給管１００６ｂとを連通させる必要があり、ユニオン継手等を用いて配管同士を接続させて一本の燃料供給配管１００６としているが、これに限るものではない。
【００５６】
ここで、モジュール容器１０１４の内部は高温状態であり、固体酸化物形燃料電池装置の熱利用率向上の観点から、内部の熱を外部に放熱させずに発電用空気の昇温などに再利用させることが燃料電池モジュール１００１に求められる。一方で、燃料電池セル１０１２は発電熱により高温状態となり、図２の一点鎖線矢印に示すように、発電熱が下支持板１０１０を介してガスマニホールド１００４壁面に伝熱する。その後、ガスマニホールド１００４に接触している第１取付部材１０００や第２取付部材１００２を介して、モジュール容器１０１４に燃料電池セル１０１２の熱が伝わってしまう。このため、モジュール容器１０１４内部の熱の散逸につながり、熱利用率の低下を招いてしまう。
【００５７】
そこで、本発明の一実施形態によれば、図２乃至４に示すように、第１取付部材１０００を第１固定部材１０００ａと第１嵌合部材１０００ｂとで構成し、第２取付部材１００２を第２固定部材１００２ａと第２嵌合部材１００２ｂで構成している。つまり、第１取付部材１０００または第２取付部材１００２は嵌合部Ａと固定部Ｂとに対応してそれぞれ２つの部材のみで構成されている。これは換言すると、嵌合部Ａと固定部Ｂとに対応する部分にのみ最小限の部材で構成することで、伝熱面積を小さくすることができる。そのため、燃料電池セル１０１２からガスマニホールド１００４に熱伝導した熱が、第１固定部材１０００や第２固定部材１００２を介してモジュール容器１０１４に伝わり放熱してしまうことを最小限に抑制することができる。
【実施例】
【００５８】
つぎに、図６〜２４を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００５９】
図６は、本発明の一実施例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６に示すように、本発明の一実施例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。
【００６０】
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容器８が内蔵されている。この密閉空間であるモジュール容器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（図１２参照）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（図１１参照）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。
【００６１】
燃料電池モジュール２のモジュール容器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、モジュール容器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。
【００６２】
さらに、ハウジング６内においてモジュール容器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。）をモジュール容器８内の改質器１２０に供給する。
【００６３】
次に、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。
【００６４】
次に、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。
【００６５】
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の一実施例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７は、本発明の一実施例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７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図９は、モジュール容器及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【００６６】
図７及び図８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容器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、モジュール容器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。
【００６７】
まず、モジュール容器８は、図９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７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８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。
【００６８】
モジュール容器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、モジュール容器８の外側と断熱材７との間、具体的にはモジュール容器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８参照）。
【００６９】
モジュール容器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９参照）。発電用空気は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａのうち、モジュール容器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７、図９参照）。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８、図９参照）。
【００７０】
また、空気通路１６１ａ，１６１ｂの内部には、熱交換促進部材としての板状のオフセットフィンであるプレートフィン１６２，１６３が設けられている（図８参照）。プレートフィン１６２は、モジュール容器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、モジュール容器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。
【００７１】
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容器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。
【００７２】
次に、蒸発器１４０は、モジュール容器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とモジュール容器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７及び図８参照）。
【００７３】
具体的には、蒸発器１４０は、長手方向（図７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８参照）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、モジュール容器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、モジュール容器８内の燃焼室１８で生成された排気ガスをモジュール容器８の外へ排出する開口部であり、モジュール容器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。
【００７４】
また、蒸発器１４０は、図７及び図８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。
【００７５】
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。
【００７６】
蒸発部１４０Ｂ及び混合部１４０Ｃは、複数の連通孔（スリット）が設けられた仕切り板により蒸発器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、本実施例の蒸発器１４０は、燃焼触媒器を含んでいる。
【００７７】
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。
【００７８】
更に、図７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容器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。
【００７９】
次に、改質器１２０は、燃焼室１８の上方でモジュール容器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、モジュール容器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。
【００８０】
改質器１２０の長手方向の一端側（モジュール容器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。
【００８１】
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７参照）。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。
【００８２】
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。
【００８３】
燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管６４は、モジュール容器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ガスマニホールド６６内へ入り、更にガスマニホールド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、燃料ガスがガスマニホールド６６内に供給される。このガスマニホールド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、ガスマニホールド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。
【００８４】
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容器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７，図８参照）。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。
【００８５】
下部誘導板１３１は、幅方向（図８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、モジュール容器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。
【００８６】
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。
【００８７】
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、モジュール容器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。
【００８８】
また、改質器１２０は、モジュール容器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、モジュール容器８内で長手方向に延びている。
【００８９】
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。
【００９０】
次に、図１０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１０は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図１０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。
【００９１】
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。
【００９２】
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、ガスマニホールド６６（図７参照）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７参照）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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
次に、図１１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１１は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図１１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７参照）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。
【００９７】
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。
【００９８】
さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図１１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。
【００９９】
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の一実施例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１２は、図７と同様の、本発明の一実施例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１３は、図８と同様の、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１２及び図１３は、それぞれ、図７及び図８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。
【０１００】
図１２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。
【０１０１】
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、モジュール容器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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
更に、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からガスマニホールド６６内に供給され、ガスマニホールド６６から各燃料電池セルユニット１６内に供給される。
【０１０４】
また、図１２及び図１３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容器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、モジュール容器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、本実施例では、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行われない。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。
【０１０５】
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１３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、モジュール容器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容器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。
【０１０６】
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、モジュール容器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。
【０１０７】
そして、排気口１１１から流出した排気ガスは、モジュール容器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。
【０１０８】
次に、図１４〜図１８を参照して、本実施例の改質器の作用について説明する。図１４は、本発明の一実施例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上部の部分断面図であり、図１５は、改質器の周囲を流れる排気ガスの説明図であり、図１６及び図１７は、それぞれ改質器及び排気ガス誘導部材の側面断面斜視図及び正面断面斜視図であり、図１８は、改質器の貫通孔を流れる排気ガスの説明図である。
【０１０９】
図１４に示すように、発電室１０内に供給された発電用空気は、上方へ向けて移動し（図１４の破線矢印参照）、燃焼室１８でオフガスを燃焼させて排気ガスとなる。改質器１２０に貫通孔１２０ｂが形成されていない場合には、排気ガスは、燃焼室１８から、排気通路１７３（モジュール容器８の側板８ｂの内面に沿って延びる）のみを通って、モジュール容器８内の上部へ向けて移動することになる。この場合、発電用空気の流路分布は、燃料電池セル集合体１２に対して、上面視幅方向の両端部付近に偏ったものとなり、中央部分の燃料電池セルユニット１６への空気供給が十分でなくなり、この部分の燃料電池セルユニット１６を劣化させてしまうおそれがあった。
【０１１０】
そこで、本実施例では、改質器１２０に貫通孔１２０ｂを設けることにより、排気通路１７４（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との間に延びる）を形成している。これにより、本実施例では、排気ガスは、燃焼室１８から、排気通路１７４と排気通路１７３とに分岐して、モジュール容器８内の上部へ向けて移動することができる（図１５参照）。
【０１１１】
また、本実施例では、特に、排気通路１７４と排気通路１７３を流れる排気ガスの流量比が所定値になるように、特定的には、排気通路１７３よりも排気通路１７４を流れる排気ガスの流量が大きくなるように、排気通路１７３の通路断面積，改質器１２０の上側での排気通路１７４の通路断面積，貫通孔１２０ｂの開口面積や角部Ｒ形状，後述する連結凹部等が寸法設計されている。これにより、改質器１２０と燃料電池セル集合体１２との距離が接近していたとしても、排気ガスを確実に排気通路１７４へ流すことができる。このため、本実施例では、このような排気ガスの流れに伴い、発電用空気の流れは、上面視で燃料電池セル集合体１２の幅方向の両端部付近に偏ることなく、中央部分へも流れるため、発電室１０内での発電用空気の空気供給量のムラが抑制され、発電用空気の流れが均等化され易くなる。
【０１１２】
また、本実施例では、改質器１２０は、その底面に衝突する排気ガスによって加熱された後、排気通路１７３を通過する排気ガスにより幅方向の側方から加熱されると共に、貫通孔１２０ｂを通過する排気ガスにより中央部からも加熱される。このように、本実施例では、排気ガスによる改質器１２０の加熱を効率良く行うことができる。
【０１１３】
また、本実施例では、上面視で改質器１２０の貫通孔１２０ｂとモジュール容器８の排気口１１１とが少なくとも部分的に重なり合うように形成されている。より好適には、上面視で排気口１１１は、貫通孔１２０ｂの点対称な位置である、貫通孔１２０ｂの長手方向及び幅方向の中央部に配置されている。また、上面視で排気口１１１及び貫通孔１２０ｂは、燃料電池セル集合体１２の中央部分に配置されている。
【０１１４】
仮に、排気口１１１が、上面視で貫通孔１２０ｂに対して幅方向にずれて配置されている場合には、貫通孔１２０ｂから排気口１１１への排気ガスの流れが、少なくとも幅方向において不均等又は非対称になる。そして、このような排気ガスの流れに伴って、発電用空気の流れも幅方向において不均等になる。しかしながら、本実施例では、排気口１１１と貫通孔１２０ｂが上面視でモジュール容器８の中央部分に配置され、且つ、互いに重なり合う構成となっているため、貫通孔１２０ｂから排気口１１１への排気ガスの流れが、少なくとも幅方向において均等になり、発電用空気の流れも幅方向において均等になる。なお、改質器１２０も上面視でモジュール容器８の中央位置に配置されている。これにより、発電用空気の流路分布の偏りが抑制されて、中央部分及び両端部付近を含んで略均等に燃料電池セルユニット１６へ発電用空気を十分に供給することができるため、燃料電池セルユニット１６の劣化を抑制することが可能となる。
【０１１５】
また、本実施例では、改質器１２０の幅方向において、排気ガスの流量が対称（線対称）となるように、即ち、貫通孔１２０ｂを挟んで両側の排気通路１７３の流量が均等で流路分布の偏りがなくなるように、貫通孔１２０ｂは、上面視で改質器１２０を少なくとも幅方向に略等分に区分けするように線対称に形成されている。なお、本実施例では、貫通孔１２０ｂは、上面視で改質器１２０を長手方向にも略等分に区分けするように線対称に形成されている。
【０１１６】
また、本実施例では、図１６及び図１７に示されているように、改質器１２０の貫通孔１２０ｂは、上面視略長円形であり、長手方向に延びるように形成されている。また、改質器１２０のハウジングは、上側ケース１２１及び下側ケース１２２からなる。上側ケース１２１及び下側ケース１２２の各々には、幅方向の両端部から貫通孔１２０ｂを連結するように内方へ窪んだ連結凹部１２１ａ，１２２ａが形成されている。本実施例では、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、それぞれ長手方向に離間して２つずつ形成されている。
【０１１７】
連結凹部１２２ａは、燃焼室１８から上昇してきた排気ガスが改質器１２０の下側ケース１２２の底面に衝突すると、この排気ガスを幅方向の両側、即ち、貫通孔１２０ｂ（排気通路１７４）及びモジュール容器８の側板８ｂに沿った排気通路１７３に誘導する。これにより、本実施例では、排気通路１７３に排気ガスの流れが偏ることなく、貫通孔１２０ｂに排気ガスを積極的に供給することが可能となる。
【０１１８】
また、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、改質器１２０の内部空間へ向けて突出している。具体的には、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、改質器１２０内の改質部１２０Ｂの流路を狭めるように内部空間へ向けて突出している。このため、混合ガスは、連結凹部１２１ａ，１２２ａによる突出部分によって流路を変更しながら改質部１２０Ｂを流れるので、混合ガスと改質触媒との接触機会及び接触時間が増える。これにより、本実施例では、混合ガスの改質効率を向上させることができる。さらに、改質触媒は改質器１２０の周囲を流れる排気ガスにより所定温度まで昇温されるが、混合ガスと改質触媒との接触機会・接触時間が増えることにより、昇温した改質触媒によって混合ガスを効率良く加熱することができる。
【０１１９】
また、本実施例では、上側ケース１２１及び下側ケース１２２は、同一の原ケース部材から形成されている。即ち、原ケース部材は、金属材料を所定の型を用いて成形（例えば、絞り加工）したものである。そして、同一の原ケース部材を加工することにより、上側ケース１２１と下側ケース１２２がそれぞれ形成される。このため、低コスト化と組み立て性の向上を両立することができる。また、改質器１２０のケースを１パーツ構成とすると、絞り加工では嵩高のケースを形成できないが、本実施例では、改質器１２０のケースを上側ケース１２１及び下側ケース１２２による２パーツ構成としているため、嵩高なケースを形成することができる。このため、容積を同一とした場合には、より底面積の小さな小型の改質器とすることができる。
【０１２０】
上側ケース１２１と下側ケース１２２は、それぞれ外周側のフランジ部１２１ｂ，１２２ｂと、貫通孔１２０ｂを形成する内周側のフランジ部１２１ｃ，１２２ｃを有しており、これらフランジ部を重ね合せた状態で溶接固定されている。外周側のフランジ部１２１ｂ，１２２ｂは、同一の幅を有しており、ケースの側方から容易に溶接作業を行うことが可能である。これに対して、内周側のフランジ部１２１ｃ，１２２ｃが同一の幅を有していた場合には、これらフランジ部を側方から溶接作業を行うことは困難であり、組み立て性が悪い。このため、本実施例では、内周側のフランジ部１２１ｃは、フランジ部１２２ｃよりも幅が狭くなるように原ケース部材から加工されている（図１７参照）。このため、フランジ部１２１ｃ，１２２ｃは、これらフランジ部の段差を利用して上側から溶接作業を容易に行うことが可能となり、組み立て性を向上させることができる。
【０１２１】
また、上側ケース１２１及び下側ケース１２２は、その内側面の角部（貫通孔１２０ｂの角部を含む）は、所定の曲率半径を有するＲ形状となるように湾曲形状とされている（図１６及び図１５の破線部Ａ参照）。曲率半径は、１．０ｍｍ〜３０ｍｍが好ましい。このため、本実施例では、ガスが改質器１２０の内部を通過する際に、角部にガスが滞留することが防止されるので、容器内にデッドスペースがなくなり改質触媒に対して均一にガスを流通させ易くなる。
【０１２２】
また、貫通孔１２０ｂの周面と下側ケース１２２の下面との接続部分又は角部は、貫通孔１２０ｂの周縁（連結凹部１２２ａの部分も含む）にわたって、所定の曲率半径となるようにＲ形状に形成されている（図１７の破線部Ａ参照）。即ち、図１８に示されているように、改質器１２０のケース断面は、改質器１２０の底面から貫通孔１２０ｂの周面（側面）にかけて、外側に向けて凸状となるＲ形状となっている。
【０１２３】
貫通孔１２０ｂの周面と下側ケース１２２の底面との角部が所定の曲率半径の断面円弧状に形成されていることにより、下側ケース１２２に衝突した排気ガスは貫通孔１２０ｂに向けて誘導され易くなる。そして、このような排気ガスの流れに引っ張られて、発電用空気も貫通孔１２０ｂに向けて誘導される。しかしながら、曲率半径が大きくなり過ぎると、貫通孔１２０ｂへ誘導される発電用空気が多くなり過ぎて、改質器１２０の外周側を通過する発電用空気が少なくなり過ぎ、発電室１０内での発電用空気の流路分布が不均等になってしまう。
【０１２４】
このため、本実施例では、排気通路１７３と排気通路１７４での発電用空気の流量比が適宜な値になるように、角部の曲率半径が１．０ｍｍ〜３０ｍｍに設定されており、これにより、中央部分及び周縁部分に配置された燃料電池セルユニット１６にそれぞれ十分な発電用空気を行き渡らせることができる。
【０１２５】
次に、図１４を参照して、本実施例の排気ガス誘導部材の作用について説明する。
本実施例では、蒸発器１４０をモジュール容器８の外部に配置しており、この配置により、モジュール容器８内で水の蒸発熱による局所的な温度低下（排気ガスの温度低下を含む）を防止し、排気ガスと発電用空気との熱交換をより効率的に行うように構成されている。したがって、本実施例では、燃料電池セルユニット１６の側方部分で熱交換を行うことを回避して、モジュール容器８の天板８ａ付近の限定された部位のみで実質的な熱交換を行うことを可能としている。
【０１２６】
このため、本実施例では、天板８ａを挟んでその上下に空気通路１６１ａ，排気通路１７２が形成され、この部分で実質的な熱交換が行われるように構成されている。しかしながら、装置の小型化を図る場合には、天板８ａの面積も小さくなるため、十分な熱交換を行うための面積が確保できなくなるおそれがある。そこで、本実施例では、排気通路１７２の入口と出口における排気ガスの温度差を可能な限り大きく維持することにより、高い熱交換効率を達成するように構成している。
【０１２７】
このため、本実施例では、排気ガス誘導部材１３０を採用している。排気ガス誘導部材１３０は、貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた排気ガスを、貫通孔１２０ｂと向かい合うように下方に向けて突出する凸状段部１３１ａに衝突させ、幅方向に方向付けて、速やかに排気ガス導入口１７２ａに誘導する。これにより、排気ガスは、排気ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留することなく、素早く排気ガス導入口１７２ａに向けて誘導される。
【０１２８】
排気ガス誘導部材１３０の上部には熱交換部として機能する排気通路１７２が形成されているため、排気ガス誘導部材１３０の上部の排気ガスは下部の排気ガスよりも低温である。したがって、排気通路１７４内で排気ガスが排気ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留すると、排気ガス誘導部材１３０を介して排気通路１７２内の排気ガスとの間で熱交換が生じて、排気通路１７４内の排気ガスの温度が低下するおそれがある。また、排気通路１７４内の排気ガスは、改質器１２０の上面や排気ガス誘導部材１３０の下面を通して熱を奪われるおそれがある。しかしながら、本実施例では、排気ガス誘導部材１３０の底面に凸状段部１３１ａを設けたことにより、改質器１２０の貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた高温の排気ガスを、排気ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留させることなく、速やかに側方に誘導することができるので、高い温度を維持したまま排気ガス導入口１７２ａに到達させることが可能となる。
【０１２９】
また、排気通路１７２では、幅方向の両端部（排気通路１７２の入口である排気ガス導入口１７２ａ）から中央部（特に、排気通路１７２の出口である排気口１１１）に向けて排気ガスが流れる際に、発電用空気との熱交換が行われるため、排気ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａ付近（図１４の破線部Ａ参照）での排気ガスの温度が最も低くなる。特に、凹部１３２ａの長手方向の中央部分に配置された排気口１１１付近の温度が最も低くなる。一方、排気通路１７４では、改質器１２０の貫通孔１２０ｂの上方、即ち、排気ガス誘導部材１３０の凸状段部１３１ａ付近（図１４の破線部Ｂ参照）の温度が最も高くなる。
【０１３０】
最も温度が低い破線部Ａの領域と最も温度が高い破線部Ｂの領域（図１４参照）とは、排気ガス誘導部材１３０を介して上下に位置するため、直線的な離間距離は小さい。このため、これらの領域間で熱交換が行われてしまうと、排気ガスの入口温度が低下するおそれがある。そこで、本実施例では、排気ガス誘導部材１３０のケース部材内にガス溜１３５（ガス室）を形成し、このガス溜１３５を断熱材として機能させている。これにより、本実施例では、排気ガス誘導部材１３０の上下の空間（即ち、排気通路１７２と排気通路１７４）との間、特に図１４の破線部Ａ及びＢの領域間の熱交換が遮断されるため、改質器１２０の貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた高温の排気ガスの温度低下が防止され、高温状態に維持したまま排気ガス導入口１７２ａへ流出させて、排気ガスの入口温度を高温に維持することができる。
【０１３１】
また、排気ガス誘導部材１３０が断熱材として機能するため、排気通路１７２内の排気ガスの熱が排気ガス誘導部材１３０によって奪われることが抑制され、排気通路１７２内の排気ガスと空気通路１６１ａ内の発電用空気との間の熱交換を促進させることができる。
さらに、排気通路１７２において、排気ガス誘導部材１３０の上部誘導板１３２が熱反射板として機能するため、上部誘導板１３２からの輻射熱を排気ガス及び空気に与えることができる。これにより、本実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。
【０１３２】
また、排気ガス誘導部材１３０は、伝熱性を有する部材（例えば、金属材料等）で形成されており、それ自体が熱伝導させる。したがって、高温の排気ガスが排気ガス誘導部材１３０の凸状段部１３１ａに衝突することにより凸状段部１３１ａが加熱されると、凸状段部１３１ａから排気ガス誘導部材１３０の他の部位への熱伝導を完全に遮断することはできない。このため、排気ガス誘導部材１３０の上面への熱伝導も生じ得る。そうすると、排気ガス誘導部材１３０の上面において、熱交換部を構成する排気通路１７２の上流側と下流側の温度差が縮小され、熱交換効率の向上に不利となる。
【０１３３】
そこで、本実施例では、排気ガス誘導部材１３０の上面のうち排気ガスの温度が最も低くなる排気通路１７２の下流側の部位（即ち、幅方向の中央部分）に凹部１３２ａを形成することにより、排気通路１７２内で排気ガスの本流部分が通過する部分（凹部１３２ａが形成された部位以外の通路高さ位置であり、図１４ではプレートフィン１７５が位置する高さ位置）と排気ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａの底面との間の距離を大きくしている。これにより、排気通路１７２の下流側の部位において、排気ガスと排気ガス誘導部材１３０との間で熱交換が起き難くなり、凸状段部１３１ａから凹部１３２ａへの熱伝導が抑制される。即ち、凹部１３２ａが熱伝導により一旦昇温した後は、凹部１３２ａ付近で排気ガスとの熱交換が起き難いため、凹部１３２ａの温度は低下し難くなる。これにより、本実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。
【０１３４】
また、混合ガス供給管１１２は、排気口１１１からモジュール容器８内を通って、改質器１２０へ配管されている。このため、混合ガス供給管１１２内の混合ガスをモジュール容器８内で予熱することができるが、この予熱により排気ガスの熱が奪われるため、熱交換効率の向上にとって不利となる。そこで、本実施例では、排気ガスの温度が最も低くなっている排気通路１７２の下流側にある排気ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａ内に混合ガス供給管１１２を配置することにより、熱交換部での熱交換前の高温の排気ガスではなく、熱交換後の低温の排気ガスによって混合ガス供給管１１２を昇温させるように構成されている。これにより、排気ガスの熱が混合ガス供給管１１２によって過剰に奪われることが抑制され、混合ガスを予熱する効率（熱交換効率）を低減することができる。
【０１３５】
次に、図１９〜図２４を参照して、本実施例の熱交換器の作用について説明する。図１９は、本発明の一実施例による固体酸化物形燃料電池装置の熱交換部の横断面図であり、図２０は、モジュール容器の天板と排気管の接続部分の説明図であり、図２１は、モジュール容器の天板上の発電用空気供給通路の説明図であり、図２２は、モジュール容器の天板下の排気通路の説明図であり、図２３は、プレートフィンの斜視図であり、図２４は、空気通路カバーの側板とモジュール容器の側板との間に配置されたプレートフィンの説明図である。
【０１３６】
図１９に示すように、空気通路カバー１６０は、モジュール容器８に対して、長手方向の一端側（図１９の右側）にやや偏った位置に取り付けられている。具体的には、モジュール容器８の長手方向の他端側では、水添脱硫器用水素取出管６５が天板８ａを貫通して上方に延びているが、空気通路カバー１６０は、水添脱硫器用水素取出管６５を避けてモジュール容器８の長手方向の一端側にずらして配置されている。これにより、空気通路カバー１６０には、水添脱硫器用水素取出管６５を貫通させるための貫通孔を設けることが不要になる。また、空気通路カバー１６０に貫通孔を設けた場合には、水添脱硫器用水素取出管６５を貫通孔において溶接等により気密的に固定する必要があるが、このような複雑な加工工程も不要となる。
【０１３７】
また、図１９に示すように、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの一端側の端部中央部分には、開口部１６５が形成されており、この開口部１６５を覆うように流路方向調整部１６４が固定されている。発電用空気導入管７４を流れてきた発電用空気は、流路方向調整部１６４を介して開口部１６５を通って空気通路１６１ａ内へ供給される。発電用空気導入管７４は、少なくともその供給側端部が、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの長手方向に沿って水平に延びている（図９参照）。なお、本実施例では、発電用空気導入管７４の供給側端部が天板１６０ａ又は天板８ａと平行に延びているが、先端側が下がるように角度付けされていてもよい。
【０１３８】
流路方向調整部１６４は、発電用空気導入管７４を連結するための略半円形状の取付部１６４ａと、上方に突出するように形成された凸状流路部１６４ｂとを有する流路部材であり、天板１６０ａの開口部１６５を塞ぐように取り付けられている。凸状流路部１６４ｂは、取付部１６４ａから発電用空気の進行方向に沿って徐々に略半円形状の断面が相似的に縮小するカバー部材であり、内部に空気流路を形成している。したがって、内部空気流路は、先端側ほど上面が低くなり且つ幅も狭くなる。また、凸状流路部１６４ｂの下部は、開口部１６５を介して空気通路１６１ａと連通している。
【０１３９】
天板１６０ａの下に形成された空気通路１６１ａは、幅方向寸法及び長手方向寸法は大きいが、通路の高さは低くなるように形成されている。このため、モジュール容器８の天板８ａと空気通路カバー１６０の天板１６０ａとの間の距離（通路の高さ）は、発電用空気導入管７４の径寸法よりも小さいので、発電用空気導入管７４を空気通路１６１ａの高さ部分で空気通路カバー１６０に連結することは困難であり、仮に連結することができたとしても圧力損失が大きくなる。
【０１４０】
また、発電用空気導入管７４を上下方向に延びるように配置し、上方から開口部１６５を通して空気通路１６１ａ内に発電用空気を供給した場合には、発電用空気が空気通路１６１ａの下面に衝突し、側方の通路空間に向けて分散し難くなる。このため、発電用空気を空気通路１６１ａの全域にムラなく供給することが困難となり、局所的に熱交換効率が低下する部位が生じるため、全体として熱交換効率が低下してしまう。
【０１４１】
そこで、本実施例では、発電用空気導入管７４の供給側端部を、流路方向調整部１６４を介して空気通路カバー１６０の天板１６０ａに連結している。このように構成することにより、流路方向調整部１６４を別部材として空気通路カバー１６０に組み付けることが可能となると共に、発電用空気導入管７４を空気通路カバー１６０に連結する組み付け性が向上される。また、流路方向調整部１６４を空気通路カバー１６０に予め組み付けておき、その後、空気通路カバー１６０をモジュール容器８に組み付けることが可能である。
【０１４２】
しかしながら、この構成では、発電用空気導入管７４が空気通路１６１ａの上方にずれて位置することになり、発電用空気導入管７４と空気通路１６１ａ内の流路方向とは長手方向成分において略平行であるが、上下方向に離間することになる。このため、流路方向調整部１６４は、発電用空気導入管７４の供給側端部から離れるに従って、内部流路高さが低くなるように形成されている。これにより、凸状流路部１６４ｂは、発電用空気導入管７４から供給される発電用空気の流路方向を徐々に下方に向けて変更し、空気通路１６１ａの流路方向に対して緩やかな角度に角度付けて空気通路１６１ａへ発電用空気を送り出すことができる。
【０１４３】
さらに、凸状流路部１６４ｂは、発電用空気導入管７４の供給側端部から離れるに従って、内部流路高さが低くなることに加えて、内部流路幅が狭くなるように形成されている（図９参照）。したがって、凸状流路部１６４ｂは、進行方向に対して流路断面積が徐々に小さくなる。このため、発電用空気は、流路方向調整部１６４内で大きな抵抗を受けることなく、徐々に増速される。これにより、空気通路カバー１６０の長手方向の一端側から空気通路１６１ａに供給された発電用空気は、空気通路カバー１６０の長手方向の他端側まで到達可能であり、空気通路１６１ａの全域に発電用空気をムラなく供給することができる。
【０１４４】
また、流路方向調整部１６４を用いない場合には、発電用空気導入管７４から流路高さの低い空気通路１６１ａへの流入面積が小さくなるため、上述のように、圧力損失が大きくなってしまうが、流路方向調整部１６４を用いることにより、大きな流入面積を確保することができる。このため、本実施例では、圧力損失を小さくして、空気通路１６１ａにおいて、空気通路カバー１６０の長手方向の他端側まで発電用空気をスムーズに供給することができる。
【０１４５】
また、空気通路１６１ａ内には、排気管１７１の両側にモジュール容器８の長手方向に沿って２つの空気分配部材１６６が略平行に配置されている（図２０、図２１参照）。プレートフィン１６２は、空気分配部材１６６に対して、空気通路１６１ａの幅方向外側に配置されており、したがって、２つの空気分配部材１６６の間には、プレートフィン１６２のようなガスが移動する際の抵抗となる部材（排気管１７１を除く）が存在しない空間が形成される。
【０１４６】
空気分配部材１６６は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの長手方向の略全体の長さ範囲にわたって空気通路１６１ａを区画するように延びる長尺部材である。空気分配部材１６６は、長手方向に離間して所定間隔で形成された多数の貫通孔を有し、この貫通孔により空気通路１６１ａを幅方向に連通している（図１９参照）。また、空気分配部材１６６は、天板８ａと天板１６０ａとを連結している（図２０参照）。
【０１４７】
図２１に示すように、流路方向調整部１６４を介して供給された発電用空気は、空気通路カバー１６０の一端側（図２１の右側）から他端側に向けて２つの空気分配部材１６６の間を流れる。２つの空気分配部材１６６の間は、プレートフィンのような物理的な抵抗がないため、流路方向調整部１６４によって流速を速められて空気通路１６１ａ内に供給された発電用空気は、空気通路カバー１６０の他端側まで到達可能である。そして、発電用空気は、空気分配部材１６６の貫通孔を通って幅方向へ移動する。
【０１４８】
空気分配部材１６６の貫通孔を通過した発電用空気は、プレートフィン１６２，天板８ａ，排気通路１７２内のプレートフィン１７５を介して、排気ガスとの間で熱交換が行われ昇温される。その後、発電用空気は、空気通路１６１ａの幅方向の両端部に到達し、空気通路１６１ｂを経由して、モジュール容器８の側板８ｂに形成された吹出口８ｆから発電室１０内へ噴射される。
【０１４９】
流路方向調整部１６４は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの４つの端辺のうち、空気通路１６１ｂに連通する端辺（長手方向に延びる辺）とは異なる端辺（幅方向に延びる辺）に配置されている。このため、本実施例では、発電用空気を天板８ａ上の空気通路１６１ａ内で長手方向に沿って供給しつつ幅方向に供給することにより、その後、側板８ｂ上の空気通路１６１ｂに対して長手方向において均等に発電用空気を供給することができる。
【０１５０】
本実施例では、モジュール容器８の外側から空気通路カバー１６０を組み付けて固定することにより、モジュール容器８外に空気通路１６１ａ，１６１ｂを容易に形成することができる（図９参照）。また、モジュール容器８の天板８ａ及び側板８ｂ上に予めプレートフィン１６２，１６３を配置した後に、空気通路カバー１６０を配置することが可能であり、プレートフィン１６２，１６３の組み付け性も良好である。
【０１５１】
また、モジュール容器８に対して空気通路カバー１６０を外部から機械溶接を適用し固定することが可能であるため、量産化を図ることができる。特に、本実施例では、空気通路カバー１６０が共に矩形状の天板１６０ａ及び側板１６０ｂを備えているため、外郭が直線的に形成されており、自動機械による溶接の適用が容易である。
このように、本実施例では、空気通路の形成のための作業性が良好となり、製造コストを低減することが可能である。
【０１５２】
また、本実施例では、モジュール容器８内には排気通路のみを形成すればよくなるため、製造が容易になる。更に、モジュール容器８内に排気通路が位置するので、排気ガスがモジュール容器８外に漏洩することを防止することができる。一方、空気通路はモジュール容器８外に位置するが、空気通路の気密性が確保できなくなった場合でも、発電用空気がモジュール容器８外に漏洩するだけに留めることができる。
【０１５３】
また、本実施例では、図２０に示すように、モジュール容器８の天板８ａの排気口１１１には排気管１７１が固定されている。このため、空気通路カバー１６０の開口部１６７に排気管１７１を挿入することにより、モジュール容器８に対して空気通路カバー１６０を位置決めすることができるので、良好な組付け性を確保することができる。
【０１５４】
さらに、空気通路カバー１６０の開口部１６７には、その周縁部が上方へ突出するように湾曲されることにより環状部１６７ａが形成されている。したがって、環状部１６７ａの曲面に沿って排気管１７１を開口部１６７に容易に挿入することができる。
また、環状部１６７ａと排気管１７１とを固定する際に、環状部１６７ａが溶接を行う際の接続しろとなる。このため、本実施例では、環状部１６７ａのような接続しろが無い場合と比べて、空気通路カバー１６０の開口部１６７と排気管１７１の周面とをより確実に溶接によって固定することができる。
このように、本実施例では、開口部１６７に上方へ突出する環状部１６７ａを設けたことにより、空気通路カバー１６０をモジュール容器８に組み付ける際の作業性を向上させることができる。
【０１５５】
本実施例では、上述のように、燃料電池セルユニット１６の側方部分での熱交換を行うことを回避して、モジュール容器８の天板８ａ付近で実質的な熱交換を行うこととしている。この場合、天板８ａの面積は燃料電池セルユニット１６の側方の側板８ｂの面積よりも小さくなるため、十分な熱交換を行うための面積が確保できないおそれがある。しかしながら、本実施例では、小さな面積でも十分な熱交換を行うことができるように、上述の排気ガス誘導部材１３０に加えて、熱交換距離延長部材１７６を設けている。
【０１５６】
図２２に示すように、排気ガス誘導部材１３０の上部誘導板１３２上には、混合ガス供給管１１２及び凹部１３２ａを挟んで幅方向の両側にプレートフィン１７５が配置されている。また、これらプレートフィン１７５の長手方向に延びる中央側の端辺に沿って、その内側に熱交換距離延長部材１７６が配置されている。２つの熱交換距離延長部材１７６は、長手方向に沿って略平行、且つ、排気口１１１に対して対称に配置されている。熱交換距離延長部材１７６は、その長さが天板８ａの長手方向長さの略半分である長尺な板状部材であり、その下端部が上部誘導板１３２に固定されると共に、上端部が天板８ａに当接されている（図２０参照）。
【０１５７】
排気通路１７３，１７４から排気ガス導入口１７２ａを介して排気通路１７２へ供給された排気ガスは、天板８ａの略中央部分に設けられた排気口１１１から排出される。したがって、熱交換距離延長部材１７６が無い場合には、排気ガスの流れは、排気ガス導入口１７２ａから排気口１１１へ直接的に向かうようになり、排気通路１７２の一部に排気ガスの流れが偏ってしまい、排気ガスから十分な熱量をプレートフィン１７５に伝えることができない。その結果、排気ガスと発電用空気との間の熱交換を十分に行うことができない。
【０１５８】
そこで、本実施例では、排気口１１１を挟んで２つの熱交換距離延長部材１７６を配置することにより、排気ガスを迂回させて排気口１１１へ導くように構成されている。具体的には、排気ガスは、排気ガス導入口１７２ａからプレートフィン１７５を通過しつつ、排気通路１７２の幅方向の中央部に向けて移動する。ところが、排気口１１１の両側には長手方向に沿って熱交換距離延長部材１７６が配置されているので、排気ガスは、熱交換距離延長部材１７６に衝突し、その長手方向の一端側又は他端側に迂回して、２つの熱交換距離延長部材１７６の間の空間に到達し、さらにこの空間を通過して排気口１１１に到達する。このように、本実施例では、排気ガスに熱交換距離延長部材１７６を迂回させることにより、排気通路１７２において排気ガスが流れる距離が延長されると共に、排気通路１７２の全面で熱交換が可能となる。これにより、排気ガスから十分な熱量を空気通路１６１ａ内の発電用空気に伝えることが可能となり、その結果、排気ガスと発電用空気との間の熱交換効率を向上させることができる。
【０１５９】
また、熱交換距離延長部材１７６は、その上端部が天板８ａに当接されているので（図２０参照）、排気ガスの熱を天板８ａに直接的に伝導させて、空気通路１６１ａ内の発電用空気を昇温させることができる。
さらに、空気通路１６１ａに供給された発電用空気は、排気管１７１の外周壁に衝突するため、排気管１７１の周囲付近は、空気密度が他の領域よりも高くなり（図２０の破線部Ａ参照）、排気管１７１は冷却される。一方、熱交換距離延長部材１７６の上端部は、排気管１７１（及び排気口１１１）付近の天板８ａと当接している（図２０、図２２参照）。このため、熱交換距離延長部材１７６から温度が低下された排気管１７１への熱伝導が促進されるので、より効率的に空気通路１６１ａ内の発電用空気を昇温させることが可能である。
【０１６０】
次に、図２３に示すように、プレートフィン１６２，１６３，１７５は、矩形状の薄い金属板をプレス加工することにより形成されており、平面部２００と、平面部２００に所定間隔で形成され、平面部２００の両面側に向けてそれぞれ突出する突出部２０２とを備えている。突出部２０２は、平面部２００の一部を切り欠いて台形状に展伸させたものであり、傾斜部２０２ａと天板部２０２ｂからなる。突出部２０２の傾斜部２０２ａと天板部２０２ｂは、平面部２００から離間しており、離間した部位に開口２０２ｃが形成されている。このように形成されたプレートフィンでは、平面部２００の両側面に沿ってガスが流れる際に、ガスと平面部２００とが直接的に熱交換を行う以外に、ガスが突出部２０２に衝突することにより、ガスと突出部２０２とが熱交換を行う。これにより、ガスとプレートフィンとの間で効率よく熱交換を行うことができる。
【０１６１】
また、ガスと突出部２０２との衝突により、ガスの流路方向が変更される。具体的には、突出部２０２の傾斜部２０２ａの外側面（開口２０２ｃと逆側の面）又は内側面（開口２０２ｃ側の面）に衝突することにより、ガスの流路は側方へ変更される。これにより、ガスは、全体としては流路に沿った方向に流れるが、局所的には種々の方向に流れて互いに混じり合うため分散性が向上される。
【０１６２】
また、図２４に示すように、プレートフィン１６３は、モジュール容器８の側板８ｂと空気通路カバー１６０の側板１６０ｂに挟まれて配置されている。プレートフィン１６３は、側板８ｂとは突出部２０２の天板部２０２ｂで接触しているが、側板１６０ｂとは天板部２０２ｂに設けた突起部２０３を介して接触している。
【０１６３】
突起部２０３は、天板部２０２ｂよりも接触面積が小さくなるように形成されており、例えば、天板部２０２ｂの一部を外方へ突出させることにより形成することができる。また、突起部２０３は、熱伝導性の良好なプレートフィンとは別部材とすることもできる。この場合、プレートフィンよりも熱伝導性の低い材料で形成すると好適である。
【０１６４】
突起部２０３は、側板１６０ｂ側のすべての突出部２０２の天板部２０２ｂに設けられてはおらず、少なくとも１つの天板部２０２ｂに設けられている。このため、側板１６０ｂに向けて突出する突出部２０２のうち、ほとんどの突出部２０２が側板１６０ｂと接触せず、１つ又は少数の突出部２０２のみが突起部２０３を介して側板１６０ｂと接触している。
【０１６５】
このように、プレートフィン１６３は、接触面積が小さく、好ましくは熱伝導性が低い突起部２０３を介して、側板１６０ｂと接触している。このため、プレートフィン１６３から側板１６０ｂを介して外部の断熱材７へ熱を放散させること（熱損失）を抑制することが可能となり、排気通路１７３の排気ガスと空気通路１６１ｂの発電用空気との間の熱交換効率より向上させることができる。なお、プレートフィン１６２でも同様である。
【産業上の利用可能性】
【０１６６】
本発明にかかる固体酸化物形燃料電池装置は、一側面のみ開放された固体酸化物形燃料電池モジュール容器において幅広く有用である。
【符号の説明】
【０１６７】
１      固体酸化物形燃料電池装置
２      燃料電池モジュール
７，７ａ  断熱材
８      モジュール容器
８ａ    天板
８ｂ    側板
８ｄ，８ｅ  閉鎖側板
１０      発電室
１６      燃料電池セルユニット
１８      燃焼空間
６３      燃料供給配管
６４      燃料ガス供給管（燃料ガス供給通路）
６６      ガスマニホールド
７４      発電用空気導入管
８２      排気ガス排出管
１１１      排気口    
１１２      混合ガス供給管
１２０      改質器
１２０ｂ    貫通孔
１３０      排気ガス誘導部材
１３１ａ    凸状段部
１３２ａ    凹部
１３５      ガス溜
１４０      蒸発器
１６０      空気通路カバー
１６０ａ    天板
１６０ｂ    側板
１６１ａ，１６１ｂ  空気通路
１６２，１６３  プレートフィン
１６４      流路方向調整部
１７１      排気管
１７２ａ    排気ガス導入口
１７２      排気通路
１７３      排気通路（第２排気通路）
１７４      排気通路（第１排気通路）
１７５      プレートフィン
１０００      第１取付部材
１０００ａ    第１固定部材
１０００ｂ    第１嵌合部材
１００１      燃料電池モジュール
１００２      第２取付部材
１００２ａ    第２固定部材
１００２ｂ    第２嵌合部材
１００４      ガスマニホールド
１００６，１００６ａ，１００６ｂ      燃料ガス供給管
１００８      発電室
１０１０      下支持板
１０１２      燃料電池セル
１０１４      モジュール容器
１０１６      開放面
１０１７      対向面
１０１８      蓋体
１０２０      改質器
１０２２      空気通路カバー
１０２４      吹出口
１０２６      開口部
１０２８      発電用空気導入管
１０３０      燃焼空間
１０３２      排ガス排出口
１０３４      水添脱硫器用水素取出管
１０３６      開放側
１０３８      閉鎖側
Ａ      固定部
Ｂ      嵌合部
【図１】
0006587203.tif 000002
【図２】
0006587203.tif 000003
【図３】
0006587203.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006587203.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006587203.tif 000008
【図８】
0006587203.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0006587203.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006587203.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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