(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複数の燃料電池セルを有する固体酸化形燃料電池装置において、
上記複数の燃料電池セルを収容する燃料電池セル収容容器と、
上記燃料電池セル収容容器の外表面を覆うように設けられ、この燃料電池セル収容容器内の熱が外部に放熱されることを抑制する真空断熱層と、
上下方向に延びる上記複数の燃料電池セルが並設され、供給された上記燃料ガスと上記酸化剤ガスとの反応により発電を行う発電部と、
上記酸化剤ガスを上記発電部に供給するための酸化剤ガス供給流路と、
上記燃料ガスを上記発電部に供給するための燃料ガス供給流路と、
上記燃料ガス供給流路に接続され、この燃料ガス供給流路から供給された上記燃料ガスを集約して上記発電部の上記燃料電池セルに供給する燃料ガス集約部と、
上記発電部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る燃焼部と、
上記燃焼部において発生した排気ガスを上記燃料電池セル収容容器から排出するための排気ガス排出流路と、
を有し、
上記燃料電池セル収容容器の内部に、上記燃焼部、上記発電部、上記燃料ガス集約部が、この順で上から下に配置されており、
上記真空断熱層は、上記燃料ガス集約部よりも下方に延び、その下端部が上記燃料ガス集約部よりも下方に位置し、且つ、上記燃料電池セル収容容器内の熱を伝熱するヒートブリッジが発生するヒートブリッジ発生部を下端部にのみ有し、
上記燃料ガス集約部の下方に設けられており、上記燃料電池セル収容容器内の熱が上記真空断熱層の上記ヒートブリッジ発生部へ伝熱されることを抑制する伝熱抑制部と、
上記排気ガスにより加熱されて、水蒸気により原燃料ガスを改質して上記燃料ガスを生成する改質部と、
上記排気ガス排出流路内に設けられており、上記排気ガスにより加熱されて原燃料ガスを脱硫して、脱硫した原燃料ガスを上記改質部に供給するための脱硫器と、
を更に有し、
上記脱硫器は、上記燃料電池セル収容容器内において上記燃料ガス供給流路よりも中央側の位置に設けられ、上記伝熱抑制部を構成する、ことを特徴とする固体酸化形燃料電池装置。
【請求項２】
上記燃料ガス供給流路内に設けられており、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気を上記改質部に供給する蒸発部を更に有し、
上記蒸発部は、上記燃料ガス集約部よりも下方に設けられ、上記伝熱抑制部を構成する、請求項１に記載の固体酸化形燃料電池装置。
【請求項３】
上記蒸発部は、上記真空断熱層側の上記燃料ガス供給流路を構成する側壁に、蒸発させる水を溜める水溜め部を備える、請求項２に記載の固体酸化形燃料電池装置。
【請求項４】
上記燃料ガス供給流路は、円又は楕円環状の内部空間を形成するように構成され、
上記蒸発部は、リング状に形成され、上記燃料ガス供給流路によって形成される上記内部空間の内周面全体に渡って設けられている、請求項３に記載の固体酸化形燃料電池装置。
【請求項５】
上記排気ガス排出流路内に設けられ、上記排気ガスを浄化する燃焼触媒器を更に有し、
上記燃焼触媒器は、上記燃料ガス供給流路を構成する側壁を挟んで上記蒸発部と対面する位置に設けられ、上記伝熱抑制部を構成する、請求項２に記載の固体酸化形燃料電池装置。
【請求項６】
上記真空断熱層の下部に対応する箇所に設けられた蓄熱材を更に有し、この蓄熱材は、上記伝熱抑制部を構成する、請求項１に記載の固体酸化形燃料電池装置。
【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、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させることにより発電する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」とも呼ぶ。）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、上記のような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内部の熱効率（熱利用率）を高めると共に、燃料電池モジュール外部の補機への熱影響を防止するために、燃料電池モジュール外部への熱の放出を抑制する試みがなされている。その一つとして、複数の燃料電池セル等を収容する燃料電池セル収容容器の周囲を断熱材で覆う方法が知られている。しかしながら、この方法では、断熱材が高価であるため、固体酸化物形燃料電池装置のコストが高くなってしまう。また、特に家庭用の固体酸化物形燃料電池装置では装置の小型化が求められているが、燃料電池セル収容容器の周囲を断熱材で覆うと、装置の小型化を実現するのが困難となってしまう。
【０００４】
他方で、上記のような断熱材を用いる代わりに、燃料電池セル収容容器の周囲を真空断熱する方法、つまり燃料電池セル収容容器の外表面を真空断熱層で覆う方法が知られている。この方法によれば、固体酸化物形燃料電池装置の低コスト化及び小型化を実現することができる。このような真空断熱層を適用する技術が、例えば特許文献１及び２に開示されている。特許文献１には、燃料電池スタックの上部及び側面部を真空断熱容器で覆い、燃料電池スタックの下部を断熱材で支持する技術が提案されている。また、特許文献２には、燃料電池組立体の外周部に真空断熱空間を設ける技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１３８７２１号公報
【特許文献２】特開２００５−６３８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように燃料電池セル収容容器の外表面を真空断熱層で覆う構成においては、真空断熱層を形成する部材を他の部材に溶接や接合する部分などが必ず存在する。そのような溶接部分や接合部分などでは、燃料電池セル収容容器内で発生した発電熱や排熱が真空断熱層を形成する外壁を伝って真空断熱層の外部へと放熱してしまう現象（以下では適宜「ヒートブリッジ」と呼ぶ。）が発生する。そのようなヒートブリッジにより真空断熱層の外部へ放熱されると、燃料電池モジュール内部の熱効率が低下してしまったり、燃料電池モジュール外部の補機に熱影響を与えてしまったりする。上記した特許文献１及び２に記載された技術では、このような真空断熱層を適用する場合に生じるヒートブリッジに対する対策が十分でなかった。
【０００７】
従って、本発明は、燃料電池セル収容容器の外表面を真空断熱層で覆った固体酸化形燃料電池装置において、ヒートブリッジによる伝熱に起因する燃料電池モジュール外部への放熱を適切に抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルを有する固体酸化形燃料電池装置において、複数の燃料電池セルを収容する燃料電池セル収容容器と、燃料電池セル収容容器の外表面を覆うように設けられ、この燃料電池セル収容容器内の熱が外部に放熱されることを抑制する真空断熱層と、上下方向に延びる複数の燃料電池セルが並設され、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電を行う発電部と、酸化剤ガスを発電部に供給するための酸化剤ガス供給流路と、燃料ガスを発電部に供給するための燃料ガス供給流路と、燃料ガス供給流路に接続され、この燃料ガス供給流路から供給された燃料ガスを集約して発電部の燃料電池セルに供給する燃料ガス集約部と、発電部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る燃焼部と、燃焼部において発生した排気ガスを燃料電池セル収容容器から排出するための排気ガス排出流路と、を有し、燃料電池セル収容容器の内部に、燃焼部、発電部、燃料ガス集約部が、この順で上から下に配置されており、真空断熱層は、燃料ガス集約部よりも下方に延び、その下端部が燃料ガス集約部よりも下方に位置し、且つ、燃料電池セル収容容器内の熱を伝熱するヒートブリッジが発生するヒートブリッジ発生部を下端部にのみ有し、燃料ガス集約部の下方に設けられており、燃料電池セル収容容器内の熱が真空断熱層のヒートブリッジ発生部へ伝熱されることを抑制する伝熱抑制部と、排気ガスにより加熱されて、水蒸気により原燃料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質部と、排気ガス排出流路内に設けられており、排気ガスにより加熱されて原燃料ガスを脱硫して、脱硫した原燃料ガスを改質部に供給するための脱硫器と、を更に有し、脱硫器は、燃料電池セル収容容器内において燃料ガス供給流路よりも中央側の位置に設けられ、伝熱抑制部を構成する、ことを特徴とする。
【０００９】
このように構成された本発明においては、燃料電池セル収容容器の内部に、燃焼部、発電部、燃料ガス集約部を上から下に順に配置したので、燃焼部及び発電部が比較的高温となり、燃料ガス集約部が比較的低温となるため、燃料電池セル収容容器内の上部に高温領域が形成され、燃料電池セル収容容器内の下部に低温領域が形成される。つまり、燃料電池セル収容容器の内部に、上部が高温であり下部が低温である温度分布が形成される。このような温度分布は、上方に熱が移動し高温となる一方で下方が低温になるという自然現象に適ったものである。
他方で、本発明では、燃料電池セル収容容器内の熱を、燃料電池セル収容容器内の流路を形成する側壁や真空断熱層を形成する内側壁などから、真空断熱層を形成する外側壁へと伝熱させて、真空断熱層の外部に放出させるヒートブリッジ発生部を、真空断熱層の下端部にのみ設ける。この場合、真空断熱層は下端部のみが開放されている、つまり、真空断熱層を形成する内側壁と外側壁とが下端部において連結されている。また、本発明では、真空断熱層を燃料ガス集約部よりも下方にまで延長して形成し、真空断熱層の下端部のヒートブリッジ発生部を燃料ガス集約部よりも下方に設けている。
【００１０】
このような本発明によれば、燃料電池セル収容容器の低温領域に真空断熱層のヒートブリッジ発生部が位置するので、燃料電池セル収容容器の高温領域に真空断熱層のヒートブリッジ発生部が位置する場合と比較して、ヒートブリッジ発生部の周囲の温度が低いため、ヒートブリッジ発生部が受ける熱量を小さくすることができる。その結果、ヒートブリッジ発生部が外部へと伝熱する熱量を低減することができる、つまりヒートブリッジ発生部による伝熱を緩和することができる。よって、本発明によれば、燃料電池セル収容容器内の熱がヒートブリッジ発生部を介して真空断熱層外部へと放出されることに起因する、燃料電池モジュール内の熱効率の低下及び燃料電池モジュール外の補機への熱影響を適切に抑制することが可能となる。
また、本発明によれば、ヒートブリッジ発生部を真空断熱層の下端部にのみ設けるよう構成しているので、真空断熱層の複数個所においてヒートブリッジが発生することがない。そのため、簡易な構成によって、ヒートブリッジの発生を抑制することができる。
燃料ガス集約部の下方（つまり低温領域）に伝熱抑制部を設けているので、この伝熱抑制部が、燃料電池セル収容容器内の流路を形成する側壁などを上方から下方へと熱が伝わることを抑制することで、真空断熱層のヒートブリッジ発生部が受ける熱量を更に小さくすることができる。その結果、ヒートブリッジ発生部が外部へと伝熱する熱量を適切に低減することができる。
また、排気ガス排出流路内に脱硫器を設けているので、排気ガスの熱を脱硫器によって奪うことができ、真空断熱層のヒートブリッジ発生部が排気ガスから受ける熱を適切に低下させることができる。この場合、脱硫器は排気ガスの熱によって昇温するため熱源となるが、本発明では、燃料電池セル収容容器内において燃料ガス供給流路よりも中央側の位置に脱硫器を設けているので、つまり脱硫器をヒートブリッジ発生部から離れた位置に設けているので、脱硫器の熱がヒートブリッジ発生部に伝わりにくくなる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、燃料ガス供給流路内に設けられており、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気を改質部に供給する蒸発部を更に有し、蒸発部は、燃料ガス集約部よりも下方に設けられ、伝熱抑制部を構成する。
このように構成された本発明においては、燃料ガス集約部の下方（つまり低温領域）に蒸発部を設けているので、燃料電池セル収容容器の低温領域において上方から下方へと伝わる熱を、蒸発部での水の蒸発に利用して、蒸発部によって奪う（吸熱）ことができる。したがって、上記のような燃焼部、発電部、燃料ガス集約部の配置構成により形成された低温領域内の壁面などの温度を、蒸発部によって更に低下させることができる。その結果、真空断熱層のヒートブリッジ発生部が受ける熱を適切に低下させることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、蒸発部は、真空断熱層側の燃料ガス供給流路を構成する側壁に、蒸発させる水を溜める水溜め部を備える。
このように構成された本発明においては、蒸発部が、真空断熱層側の燃料ガス供給流路を構成する側壁に、蒸発させる水を溜める水溜め部を備えているので、この水溜め部に溜まった水によって、燃料ガス供給流路の側壁を上方から下方へと伝わる熱を常時奪い続けることができる。よって、真空断熱層のヒートブリッジ発生部が受ける熱を効果的に低下させることができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、燃料ガス供給流路は、円又は楕円環状の内部空間を形成するように構成され、蒸発部は、リング状に形成され、燃料ガス供給流路によって形成される内部空間の内周面全体に渡って設けられている。
このように構成された本発明においては、リング状の蒸発部を、燃料ガス供給流路によって形成される内部空間の内周面全体に渡って設けているので、つまり上記した水溜め部を当該内部空間の内周面全体に渡って設けているので、燃料ガス供給流路の側壁を上方から下方へと伝わる熱をより効果的に奪うことができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、排気ガス排出流路内に設けられ、排気ガスを浄化する燃焼触媒器を更に有し、燃焼触媒器は、燃料ガス供給流路を構成する側壁を挟んで蒸発部と対面する位置に設けられ、伝熱抑制部を構成する。
このように構成された本発明においては、燃料ガス供給流路を構成する側壁を挟んで蒸発部と対面する位置に燃焼触媒器を設けているので、燃焼触媒器は比較的高温で作動するものであるが、そのような燃焼触媒器の熱を蒸発部によって適切に奪うことができる。そのため、真空断熱層のヒートブリッジ発生部が燃焼触媒器から受ける熱を適切に低下させることができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、真空断熱層の下部に対応する箇所に設けられた蓄熱材を更に有し、この蓄熱材は、伝熱抑制部を構成する。
このように構成された本発明においては、真空断熱層の下部に対応する箇所に蓄熱材を設けているので、蓄熱材の蓄熱機能により、燃料電池セル収容容器内を上方から下方へと伝わる熱を蓄熱材が奪うことで、真空断熱層のヒートブリッジ発生部が受ける熱を適切に低下させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料電池セル収容容器の外表面を真空断熱層で覆った固体酸化形燃料電池装置において、ヒートブリッジによる伝熱に起因する燃料電池モジュール外部への放熱を適切に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを備えた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燃料電池モジュールの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの主な部材を分解して示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による燃料電池モジュールに内蔵されている排気集約室の部分を拡大して示す断面図である。
【図５】図２におけるV−V断面である。
【図６】本発明の一実施形態による蒸発部の説明図である。
【図７】（ａ）下端がカソードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）下端がアノードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態による燃料電池セル収容容器における配線形態の説明図であって、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの一部分の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による固体酸化形燃料電池装置の主な作用効果の説明図であって、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールの概略断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例による排気ガス排出流路の拡大断面図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例による真空断熱容器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による燃料電池モジュールを備えた固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを備えた固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）１は、本発明の一実施形態による燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
【００２１】
燃料電池モジュール２は、真空断熱層７を形成する真空断熱容器６を備え、この真空断熱容器６は、燃料電池セル収容容器８を覆うように設けられている。この燃料電池セル収容容器８内の内部には発電部としての発電室１０が構成され、この発電室１０の中には複数の燃料電池セル１６が同心円状に配置されており、これらの燃料電池セル１６により、燃料ガスと酸化剤ガスである空気の発電反応が行われる。
【００２２】
各燃料電池セル１６の上端部には、排気集約室１８が取り付けられている。各燃料電池セル１６において発電反応に使用されずに残った残余の燃料（オフガス）は、上端部に取り付けられた排気集約室１８に集められ、この排気集約室１８の上部に設けられた複数の噴出口から流出される。流出した燃料は、発電室１０内で発電に使用されずに残った空気により燃焼され、排気ガスが生成されるようになっている。
【００２３】
次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置である水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。
【００２４】
なお、燃料ブロア３８を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール２内に配置された脱硫器３６を介して燃料ガス供給流路２０（図２）に供給される。また、脱硫器３６においては、原燃料ガスに水素ガスを添加しておくことにより、原燃料ガス中の硫黄成分を除去することができる。このため、補機ユニット４には、原燃料ガスに水素ガスを添加するための凝縮器３３、オリフィス３４及び電磁弁３５が内蔵されている。これらの構成及び作用については後述する。
【００２５】
また、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）を備えている。
【００２６】
さらに、補機ユニット４には、燃料電池モジュール２からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置５０が備えられている。この温水製造装置５０には、水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュール２により発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
さらに、固体酸化物形燃料電池装置１はコントローラ１０６を備え、コントローラ１０６は、マイクロプロセッサ、各種インターフェイス、メモリ、及びこれらを作動させるためのプログラム（以上図示せず）から構成されている。コントローラ１０６は、内蔵されたプログラムにより、補機ユニット４に内蔵された各装置（具体的には水流量調整ユニット２８、燃料ブロア３８及び空気流量調整ユニット４５）を制御すると共に、インバータ５４を制御して、燃料電池モジュール２からの電力の取り出しを制御するように構成されている。
【００２７】
次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による燃料電池モジュール２に内蔵された燃料電池セル収容容器の内部構造を説明する。図２は燃料電池モジュール２の断面図であり、図３は燃料電池セル収容容器２の主な部材を分解して示した断面図である。図２では、燃料ガス（水蒸気、原燃料ガス、原燃料ガスを水蒸気改質して生成される燃料ガスを含む）と、酸化剤ガスとしての空気と、排気ガスとの流れを矢印で示している。
【００２８】
図２に示すように、真空断熱容器６は、全体で見るとカップ状の部材であり、ジャケット式に構成され、内部空間に真空断熱層７を形成する（図３も参照）。真空断熱容器６は、燃料電池セル収容容器８の上面及び側面の全体を取り囲むように設けられており、それにより、燃料電池セル収容容器８の外表面のほぼ全体が、真空断熱容器６により形成される真空断熱層７によって覆われている。真空断熱層７は、下端部のみが開放されている。言い換えると、真空断熱層７を形成する内側壁と外側壁とが下端部において連結されている。このような真空断熱層７の下端部を構成する真空断熱容器６の下端部６ａは、燃料電池セル収容容器８内の熱を、真空断熱層７を形成する内側壁などから真空断熱層７を形成する外側壁へと伝熱させて、真空断熱容器６の外部に放出させるヒートブリッジが発生する部分（つまりヒートブリッジ発生部）に相当する。
【００２９】
また、図２に示すように、燃料電池セル収容容器８内の空間には、複数の燃料電池セル１６が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように燃料ガス供給流路２０排気ガス排出流路２１、酸化剤ガス供給流路２２が順に同心円状に形成されている。燃料電池セル収容容器８は、概ね円筒状の密閉容器であり、その底面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ５６が接続されると共に、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８が接続されている。
【００３０】
図２及び図３に示すように、燃料電池セル収容容器８の内部には、燃料電池セル１６の周囲を取り囲むように、内側から順に、発電室構成部材である内側円筒部材６４、外側円筒部材６６、内側円筒容器６８、外側円筒容器７０が配置されている。上述した燃料ガス供給流路２０、排気ガス排出流路２１、及び酸化剤ガス供給流路２２は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。即ち、燃料ガス供給流路２０は発電室１０を取り囲むように配置され、排気ガス排出流路２１は燃料ガス供給流路２０を取り囲むように配置され、酸化剤ガス供給流路２２は排気ガス排出流路２１を取り囲むように配置されている。また、燃料電池セル収容容器８の下端側の空間には、排気ガス排出流路２１によって導かれた排気ガスが流入する排気ガス室２１ｃが設けられている。
【００３１】
内側円筒部材６４は、概ね円筒状の中空体であり、その上端及び下端は開放されている。また、内側円筒部材６４の内壁面には、集約室形成板である円形の第１固定部材６３が気密的に溶接されている。この第１固定部材６３の下面と、内側円筒部材６４の内壁面と、集約室底部材７２の上面により、燃料ガス集約部としての燃料ガス集約室７６（言い換えると燃料ガス分散室）が画定される。また、第１固定部材６３には、各々燃料電池セル１６を挿通させる複数の挿通穴６３ａが形成されており、各燃料電池セル１６は、各挿通穴６３ａに挿通された状態で、セラミック接着剤により第１固定部材６３に接着されている。このように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池装置１においては、燃料電池モジュール２を構成する部材間相互の接合部には、セラミック接着剤が充填され、硬化されることにより、各部材が相互に気密的に接合されている。
【００３２】
外側円筒部材６６は、内側円筒部材６４の周囲に配置される円筒状の管であり、内側円筒部材６４との間に円環状の流路が形成されるように、内側円筒部材６４と概ね相似形に形成されている。さらに、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間には中間円筒部材６５が配置されている。中間円筒部材６５は、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間に配置された円筒状の管である。中間円筒部材６５の外周面と外側円筒部材６６の内周面と間の空間上部には改質部９４が構成されている。また、中間円筒部材６５の外周面と、外側円筒部材６６の内周面の間の円環状の空間は、燃料ガス供給流路２０として機能する。このため、改質部９４及び燃料ガス供給流路２０は、燃料電池セル１６における発熱及び排気集約室１８上端における残余燃料の燃焼により熱を受ける。また、内側円筒部材６４の上端部と外側円筒部材６６の上端部は溶接により気密的に接合されており、燃料ガス供給流路２０の上端は閉鎖されている。さらに、中間円筒部材６５の下端と、内側円筒部材６４の外周面は、溶接により気密的に接合されている。
【００３３】
内側円筒容器６８は、外側円筒部材６６の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、外側円筒部材６６との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が外側円筒部材６６と概ね相似形に形成されている。この内側円筒容器６８は、内側円筒部材６４の上端の開放部を覆うように配置される。外側円筒部材６６の外周面と、内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間は、排気ガス排出流路２１（図２）として機能する。この排気ガス排出流路２１は、内側円筒部材６４の上端部に設けられた複数の小穴６４ａを介して内側円筒部材６４の内側の空間と連通している。また、外側円筒部材６６の下部内周面と、内側円筒部材６４の下部外周面を接続するように、排気ガス横断通路２１ｂが設けられている。この排気ガス横断通路２１ｂにより、燃料ガス供給流路２０を横断して、排気ガス排出流路２１と排気ガス室２１ｃが連通される。
なお、排気ガス排出流路２１、排気ガス横断通路２１ｂ及び排気ガス室２１ｃは、それぞれ、排気ガスを燃料電池セル収容容器８から排出するための排気ガス排出流路を構成し、当該排気ガス排出流路は、排気ガス排出流路２１と排気ガス横断通路２１ｂとの接続箇所である屈曲部２２ａにおいて流路が燃料電池セル収容容器８の中央方向に屈曲される。これにより、この屈曲部２２ａよりも下流側の排気ガスの流路が、酸化剤ガス供給流路２２と離隔されることとなる。
【００３４】
排気ガス排出流路２１の下部には、燃焼触媒器６０及びこれを加熱するためのヒーターであるシースヒーター６１が配置されている。
燃焼触媒器６０は、排気ガス横断通路２１ｂよりも上方に、外側円筒部材６６の外周面と内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間に充填された触媒である。排気ガス排出流路２１を下降した排気ガスは、燃焼触媒器６０を通過することにより一酸化炭素が除去され、排気ガス横断通路２１ｂを通って排気ガス室２１ｃに流入する。
シースヒーター６１は、燃焼触媒器６０の下方の、外側円筒部材６６の外周面を取り囲むように取り付けられた電気ヒーターである。固体酸化物形燃料電池装置１の起動時において、シースヒーター６１に通電することにより、その近傍に配置されている燃焼触媒器６０が活性温度まで加熱される。
【００３５】
外側円筒容器７０は、内側円筒容器６８の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、燃料電池セル収容容器８の下端部にまで延びており、内側円筒容器６８との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が内側円筒容器６８と概ね相似形に形成されている。内側円筒容器６８の外周面と、外側円筒容器７０の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路２２として機能する。また、外側円筒容器７０の下端部には、酸化剤ガス導入パイプ５６が接続されており、酸化剤ガス供給流路２２が酸化剤ガス導入パイプ５６に連通される。
【００３６】
また、外側円筒容器７０の下端の部分は、それよりも上方に位置する部分よりも、大きな径を有するように構成されており、それにより、酸化剤ガス供給流路２２の上流端部分に酸化剤ガス供給部２２ａを形成している。酸化剤ガス供給部２２ａは、排気ガス排出流路２１の屈曲部２１ａよりも下方の位置に設けられ、燃料電池セル収容容器８内に空気を流入させる酸化剤ガス供給流路２２の上流端部分を構成する。具体的には、酸化剤ガス供給部２２ａを形成する流路は、この酸化剤ガス供給部２２ａよりも下流側を形成する流路よりも広く構成されている。つまり、酸化剤ガス供給部２２ａを形成する流路が拡大形成されている。上述した真空断熱層７を形成する内側壁の下端部分は、このような酸化剤ガス供給部２２ａに沿って形成されている。更に、酸化剤ガス供給部２２ａを形成する外側円筒容器７０の内壁面には、円環状の蓄熱材１１５が設けられ、この蓄熱材１１５は、外側円筒容器７０の側壁（真空断熱層７を形成する内側壁も含む）を伝わる熱を蓄熱するように機能する。
【００３７】
なお、真空断熱層７を形成する真空断熱容器６の内壁面及び／又は外側円筒容器７０の内壁面に、排気ガス排出流路２１において発生する輻射熱を反射する輻射反射部（例えば銅箔やアルミ箔などのメッキ）などを適用してもよい。これにより、高温となる排気ガス排出流路２１において発生する輻射熱を低減することができる。
【００３８】
また、酸化剤ガス供給部２２ａの下端部は、熱伝導性の低いセラミック接着剤１１７、１１８により接合されている。具体的には、セラミック接着剤１１７は、外側円筒容器７０の下端部と真空断熱容器６の下端部６ａとを接合し、セラミック接着剤１１８は、外側円筒容器７０の下端部と内側円筒容器６８の下端部とを接合する。この場合、下端部が開放されたカップ状の真空断熱容器６、外側円筒容器７０、内側円筒容器６８などを重ね合わせて、それらをセラミック接着剤１１７、１１８などにより接合することで、上述した複数の流路を容易に形成することができる（図３）。
【００３９】
集約室底部材７２は、概ね円形の皿状の部材であり、内側円筒部材６４の内壁面にセラミック接着剤により気密的に固定される。これにより、第１固定部材６３と集約室底部材７２の間に、燃料ガス集約室７６が構成される。また、集約室底部材７２の中央には、バスバー８０（図２）を挿通させるためのバスバー通路である挿通管７２ａが設けられている。各燃料電池セル１６に電気的に接続されたバスバー８０は、この挿通管７２ａを通して燃料電池セル収容容器８の外部に引き出される。また、挿通管７２ａには、セラミック接着剤が充填されることにより、バスバー８０が固定され、燃料ガス集約室７６の気密性が確保されている。また、セラミック接着剤は断熱性が高いため、燃料ガス集約室７６から、挿通管７２ａを介した熱の流失も抑制することができる。
【００４０】
さらに、内側円筒部材６４の内周面、集約室底部材７２の底面、及び挿通管７２ａの外周面によって画定される円環状の空間は、排気ガス室２１ｃとして利用される。この排気ガス室２１ｃには、その側面上部に排気ガス横断通路２１ｂが接続され、排気ガスが導入される。また、排気ガス室２１ｃの底面には、排ガス排出パイプ５８が接続され、この排ガス排出パイプ５８を通して排気ガスが燃料電池モジュール２の外部へ排出される。
【００４１】
図２に示すように、内側円筒部材６４の内周面、集約室底部材７２の底面、及び挿通管７２ａの外周面によって画定される円環状の空間内には断熱材が配置されている。この断熱材は、燃料ガス集約室７６（集約室底部材７２の底面）に沿って配置された断熱材板状部７３ａと、この断熱材板状部７３ａから挿通管７２ａの周囲を取り囲むように延びる断熱材突出部７３ｂから構成されている。これらの断熱材板状部７３ａ及び断熱材突出部７３ｂは、燃料ガス集約室７６と排気ガス室２１ｃとの間を断熱するように配置されている。
【００４２】
また、排気ガス室２１ｃ内には、断熱材突出部７３ｂを取り囲むように、水添脱硫器である脱硫器３６が配置されている。この脱硫器３６は、排気ガス室２１ｃに導入される排気ガスにより、触媒作用が可能な温度に加熱される。
【００４３】
一方、内側円筒容器６８の天井面から垂下するように、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ７４が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ７４は、内側円筒容器６８の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セル１６が配置される。酸化剤ガス噴射用パイプ７４の上端が内側円筒容器６８の天井面に取り付けられることにより、内側円筒容器６８と外側円筒容器７０の間に形成されている酸化剤ガス供給流路２２と酸化剤ガス噴射用パイプ７４が連通される。酸化剤ガス供給流路２２を介して供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ７４の先端から下方に噴射され、第１固定部材６３の上面に当たって、発電室１０内全体に広がる。
【００４４】
燃料ガス集約室７６は、第１固定部材６３と集約室底部材７２の間に構成される円筒形の気密性のあるチャンバーであり、その上面に各燃料電池セル１６が林立されている。第１固定部材６３の上面に取り付けられた各燃料電池セル１６は、その内側の燃料極が、燃料ガス集約室７６の内部と連通されている。各燃料電池セル１６の下端部は、第１固定部材６３の挿通穴６３ａを貫通して燃料ガス集約室７６の内部に突出し、各燃料電池セル１６は第１固定部材６３に、接着により固定されている。
【００４５】
図２に示すように、内側円筒部材６４には、第１固定部材６３よりも下方に複数の小穴６４ｂが設けられている。内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間は、複数の小穴６４ｂを介して燃料ガス集約室７６内に連通されている。供給された燃料は、外側円筒部材６６の内周と中間円筒部材６５の外周の間の空間を一旦上昇した後、内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間を下降し、複数の小穴６４ｂを通って燃料ガス集約室７６内に流入する。燃料ガス集約室７６に流入した燃料は、燃料ガス集約室７６で集約されて、その天井面（第１固定部材６３）に取り付けられた各燃料電池セル１６の燃料極に分配される。
【００４６】
さらに、燃料ガス集約室７６内に突出している各燃料電池セル１６の下端部は、燃料ガス集約室７６内でバスバー８０に電気的に接続され、挿通管７２ａを通して電力が外部に引き出される。バスバー８０は、各燃料電池セル１６により生成された電力を、燃料電池セル収容容器８の外部へ取り出すための細長い金属導体であり、碍子７８を介して集約室底部材７２の挿通管７２ａに固定されている。バスバー８０は、燃料ガス集約室７６の内部において、各燃料電池セル１６に取り付けられた集電体８２と電気的に接続されている。また、バスバー８０は、燃料電池セル収容容器８の外部において、インバータ５４（図１）に接続される。なお、集電体８２は、排気集約室１８内に突出している各燃料電池セル１６の上端部にも取り付けられている（図４）。これら上端部及び下端部の集電体８２により、複数の燃料電池セル１６が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル１６が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー８０に接続される。
【００４７】
次に、図４及び図５を参照して、排気集約室の構成を説明する。
図４は排気集約室の部分を拡大して示す断面図であり、図５は、図２におけるV−V断面である。
図４に示すように、排気集約室１８は、各燃料電池セル１６の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室１８の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４が貫通して延びている。
【００４８】
図５に示すように、内側円筒部材６４の内壁面には、排気集約室１８支持用の３つのステー６４ｃが等間隔に取り付けられている。図４に示すように、各ステー６４ｃは金属製の薄板を折り曲げた小片であり、排気集約室１８を各ステー６４ｃの上に載置することにより、排気集約室１８は内側円筒部材６４と同心円上に位置決めされる。これにより、排気集約室１８の外周面と内側円筒部材６４の内周面の間の隙間、及び排気集約室１８の内周面と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面との間の隙間は、全周で均一になる（図５）。
【００４９】
排気集約室１８は、集約室上部材１８ａ及び集約室下部材１８ｂが気密的に接合されることにより構成されている。
集約室下部材１８ｂは、上方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための円筒部が設けられている。
集約室上部材１８ａは、下方が開放された段付き円形カップ状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための開口部が設けられている。集約室上部材１８ａの下部は、集約室下部材１８ｂの上方に開口したドーナツ型断面の領域に嵌め込まれる形状に構成されている。
【００５０】
集約室下部材１８ｂの周囲の壁の内周面と集約室上部材１８ａの外周面の間の隙間にはセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、大径シールリング１９ａが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。大径シールリング１９ａは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００５１】
一方、集約室下部材１８ｂ中央の円筒部の外周面と、集約室上部材１８ａ中央の開口部の縁の間にもセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、小径シールリング１９ｂが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。小径シールリング１９ｂは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００５２】
集約室下部材１８ｂの底面には複数の円形の挿通穴１８ｃが設けられている。各挿通穴１８ｃには燃料電池セル１６の上端部が夫々挿通され、各燃料電池セル１６は各挿通穴１８ｃを貫通して延びている。各燃料電池セル１６が貫通している集約室下部材１８ｂの底面上にはセラミック接着剤が流し込まれ、これが硬化されることにより、各燃料電池セル１６の外周と各挿通穴１８ｃの間の隙間が気密的に充填されると共に、各燃料電池セル１６が集約室下部材１８ｂに固定されている。
【００５３】
さらに、集約室下部材１８ｂの底面上に流し込まれたセラミック接着剤の上には、円形薄板状のカバー部材１９ｃが配置され、セラミック接着剤の硬化により集約室下部材１８ｂに固定されている。カバー部材１９ｃには、集約室下部材１８ｂの各挿通穴１８ｃと同様の位置に複数の挿通穴が設けられており、各燃料電池セル１６の上端部はセラミック接着剤の層及びカバー部材１９ｃを貫通して延びている。
【００５４】
一方、集約室上部材１８ａ上段の側面には、排気集約室１８内に集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口１８ｄが設けられている（図４）。各噴出口１８ｄは、集約室上部材１８ａ上段の側面に、等間隔に配置されている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル１６の上端から排気集約室１８内に流出し、排気集約室１８内で集約された燃料は各噴出口１８ｄから流出し、そこで燃焼される。従って、この発電室１０上方の排気集約室１８の周囲の空間は燃焼部１０ａとして機能する（図４）。
【００５５】
次に、図２及び図６を参照して、燃料供給源３０から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。図６は、本発明の一実施形態による蒸発部の説明図である。
【００５６】
まず、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間の空間で構成されている燃料ガス供給流路２０の下部には、水蒸気改質用の水蒸気を生成するための蒸発部８６が設けられている（図２）。蒸発部８６は、外側円筒部材６６の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板８６ａ及び水供給パイプ８８から構成されている。また、蒸発部８６は、排気ガス排出流路２１内に配置されたシースヒーター６１と、排気ガス室２１ｃ内に配置された断熱材板状部７３ａとの間に配置されている。傾斜板８６ａは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材６６の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板８６ａの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板８６ａの内周縁と、内側円筒部材６４の外壁面との間には隙間が設けられている。
【００５７】
水供給パイプ８８は内側円筒部材６４の下端から燃料ガス供給流路２０内に鉛直方向に延びるパイプであり、水流量調整ユニット２８から供給された水蒸気改質用の水が、水供給パイプ８８を介して蒸発部８６に供給される。水供給パイプ８８の上端（吐出口８８ａ）は、傾斜板８６ａを貫通して傾斜板８６ａの上面側まで延び、傾斜板８６ａの上面側に供給された水Ｗは、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面の間に留まる、詳しくは、水Ｗは、毛細管現象によって、傾斜板８６ａの外周縁の全周に沿って分散される（図６）。従って、このような傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面との間隙は、蒸発すべき水を溜める水溜め部８６ｃとして機能する。こうして水溜め部８６ｃに溜まった水Ｗは、シースヒーター６１や排気ガス排出流路２１を通る排気ガスにより加熱されて、蒸発して水蒸気となる。
【００５８】
また、蒸発部８６の下方には、原燃料ガスを燃料ガス供給流路２０内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、脱硫器３６及び燃料ガス供給パイプ９０を介して燃料ガス供給流路２０に導入される（図２）。燃料ガス供給パイプ９０は内側円筒部材６４の下端から燃料ガス供給流路２０内に鉛直方向に延びるパイプである。また、燃料ガス供給パイプ９０の上端は、傾斜板８６ａよりも下方に位置している。燃料ガス供給パイプ９０から流出した原燃料ガスは、傾斜板８６ａの下側に導入され、傾斜板８６ａの傾斜により流路を絞られながら傾斜板８６ａの上側へ上昇する。傾斜板８６ａの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部８６で生成された水蒸気と共に上昇しながら、十分に混合される。
【００５９】
さらに、中間円筒部材６５の上部、内周側及び外周側の円環状の空間には、改質部９４が設けられている。改質部９４は、各燃料電池セル１６の上部と、その上方の排気集約室１８の周囲を取り囲むように配置されている。改質部９４は、内側円筒部材６４の外壁面及び中間円筒部材６５の外壁面に取り付けられた触媒保持板（図示せず）と、これにより保持された改質触媒９６によって構成されている。
【００６０】
原燃料ガスと水蒸気の混合ガスは、中間円筒部材６５の外周と外側円筒部材６６の内周の間の流路を上方に流れた後、折り返して、内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の流路を下方に流れる。改質部９４内に充填された改質触媒９６に、混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部９４内においては、式（１）に示す水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2              （１）
【００６１】
この水蒸気改質反応ＳＲにより、原燃料ガスは、水素が豊富に含まれる燃料ガスに改質される。改質部９４において改質された燃料ガスは、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の空間を下方に流れ、燃料ガス集約室７６に流入して、各燃料電池セル１６に供給される。水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるが、反応に要する熱は、排気集約室１８から流出するオフガスの燃焼熱により供給される。
【００６２】
次に、図１及び図２を参照して、原燃料ガスに水素ガスを添加するための構成を説明する。
図２に示すように、燃料ガス集約室７６には、水素取出管９２が接続されている。この水素取出管９２は、燃料ガス集約室７６の内部と連通し、断熱材板状部７３ａを貫通し、さらに排気ガス室２１ｃを貫通して燃料電池モジュール２の外部まで延びている。図１に示すように、水素取出管９２は、補機ユニット４に内蔵された凝縮器３３に接続されている。燃料ガス集約室７６内の燃料ガスは、水素ガスと共に多くの水蒸気を含んでいる。凝縮器３３においては、燃料ガスに含まれている水蒸気が凝縮され、水素ガスと分離される。水蒸気を分離された水素ガスは、オリフィス３４及び電磁弁３５を介して、燃料供給源３０から供給された原燃料ガスに、燃料ブロア３８の上流側で混合される。水素ガスが添加された原燃料ガスは、燃料ブロア３８により脱硫器３６に送り込まれる。
【００６３】
燃料ガス集約室７６内の圧力は燃料ブロア３８の上流側の圧力よりも高いため、この圧力差により、改質された燃料ガスが燃料ガス集約室７６から取り出される。オリフィス３４は、燃料ガス集約室７６から燃料ブロア３８の上流側へ戻る流路に適度な流路抵抗を与え、適量の水素ガスが原燃料ガスに添加されるように調整されている。また、原燃料ガスへの水素の添加を行わないときは、電磁弁３５が閉弁される。
【００６４】
次に、図７を参照して、燃料電池セル１６について説明する。
本発明の実施形態による燃料電池モジュール２においては、燃料電池セル１６として、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルが採用されている。各燃料電池セル１６上には、複数の単セル１６ａが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより１本の燃料電池セル１６が構成されている。各燃料電池セル１６は、その一端がアノード（陽極）、他端がカソード（陰極）となるように構成され、複数の燃料電池セル１６のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。
【００６５】
図７（ａ）は、下端がカソードにされている燃料電池セル１６の下端部を拡大して示す断面図であり、図７（ｂ）は、下端がアノードにされている燃料電池セル１６の下端部を拡大して示す断面図である。
【００６６】
図７に示すように、燃料電池セル１６は、細長い円筒状の多孔質支持体９７と、この多孔質支持体９７の外側に横縞状に形成された複数の層から形成されている。多孔質支持体９７の周囲には、内側から順に、燃料極層９８、反応抑制層９９、固体電解質層１００、空気極層１０１が夫々横縞状に形成されている。このため、燃料ガス集約室７６を介して供給された燃料ガスは、各燃料電池セル１６の多孔質支持体９７の内部を流れ、酸化剤ガス噴射用パイプ７４から噴射された空気は、空気極層１０１の外側を流れる。燃料電池セル１６上に形成された各単セル１６ａは、一組の燃料極層９８、反応抑制層９９、固体電解質層１００、及び空気極層１０１から構成されている。１つの単セル１６ａの燃料極層９８は、インターコネクタ層１０２を介して、隣接する単セル１６ａの空気極層１０１に電気的に接続されている。これにより、１本の燃料電池セル１６上に形成された複数の単セル１６ａが、電気的に直列に接続される。
【００６７】
図７（ａ）に示すように、燃料電池セル１６のカソード側端部には、多孔質支持体９７の外周に電極層１０３ａが形成され、この電極層１０３ａの外側にリード膜層１０４ａが形成されている。カソード側端部においては、端部に位置する単セル１６ａの空気極層１０１と電極層１０３ａが、インターコネクタ層１０２により電気的に接続されている。これらの電極層１０３ａ及びリード膜層１０４ａは、燃料電池セル１６端部において第１固定部材６３を貫通し、第１固定部材６３よりも下方に突出するように形成されている。電極層１０３ａは、リード膜層１０４ａよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層１０３ａに集電体８２が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル１６ａの空気極層１０１がインターコネクタ層１０２、電極層１０３ａを介して集電体８２に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第１固定部材６３の挿通穴６３ａの縁とリード膜層１０４ａの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル１６は、リード膜層１０４ａの外周で第１固定部材６３に固定される。
【００６８】
図７（ｂ）に示すように、燃料電池セル１６のアノード側端部においては、端部に位置する単セル１６ａの燃料極層９８が延長されており、燃料極層９８の延長部が電極層１０３ｂとして機能する。電極層１０３ｂの外側にはリード膜層１０４ｂが形成されている。これらの電極層１０３ｂ及びリード膜層１０４ｂは、燃料電池セル１６端部において第１固定部材６３を貫通し、第１固定部材６３よりも下方に突出するように形成されている。電極層１０３ｂは、リード膜層１０４ｂよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層１０３ｂに集電体８２が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル１６ａの燃料極層９８が、一体的に形成された電極層１０３ｂを介して集電体８２に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第１固定部材６３の挿通穴６３ａの縁とリード膜層１０４ｂの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル１６は、リード膜層１０４ｂの外周で第１固定部材６３に固定される。
【００６９】
図７（ａ）（ｂ）においては、各燃料電池セル１６の下端部の構成を説明したが、各燃料電池セル１６の上端部における構成も同様である。なお、上端部においては、各燃料電池セル１６は、排気集約室１８の集約室下部材１８ｂに固定されているが、固定部分の構成は下端部における第１固定部材６３に対する固定と同様である。
【００７０】
次に、多孔質支持体９７及び各層の構成を説明する。
多孔質支持体９７は、本実施形態においては、フォルステライト粉末、及びバインダーの混合物を押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層９８は、本実施形態においては、ＮｉＯ粉末及び１０ＹＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3−９０ｍｏｌ％ＺｒＯ2）粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。
【００７１】
反応抑制層９９は、本実施形態においては、セリウム系複合酸化物（ＬＤＣ４０。すなわち、４０ｍｏｌ％のＬａ2Ｏ3−６０ｍｏｌ％のＣｅＯ2）等により構成された薄膜であり、これにより、燃料極層９８と固体電解質層１００の間の化学反応を抑制している。
固体電解質層１００は、本実施形態においては、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.2Ｏ3の組成のＬＳＧＭ粉末により構成された薄膜である。この固体電解質層１００を介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーが生成される。
【００７２】
空気極層１０１は、本実施形態においては、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2Ｏ3の組成の粉末により構成された導電性の薄膜である。
インターコネクタ層１０２は、本実施形態においては、ＳＬＴ（ランタンドープストロンチウムチタネート）により構成された導電性の薄膜である。燃料電池セル１６上の隣接する単セル１６ａはインターコネクタ層１０２を介して接続される。
電極層１０３ａ、１０３ｂは、本実施形態においては、燃料極層９８と同一の材料で形成されている。
リード膜層１０４ａ、１０４ｂは、本実施形態においては、固体電解質層１００と同一の材料で形成されている。
【００７３】
次に、図８を参照して、本発明の実施形態による燃料電池セル収容容器８における配線形態について説明する。図８は、燃料電池モジュール２の一部分の断面図である。
【００７４】
図８に示すように、燃料電池セル収容容器８の内部には、図示しない点火ヒーター（点火装置）に接続された配線１２２を収容する連通通路１２１が設けられ、この連通通路１２１を用いて配線１２２が設置されている。具体的には、連通通路１２１は、排気ガス排出流路２１内をその流路に沿って上方向に通過して、外側円筒部材６６及び内側円筒部材６４を貫通して燃料ガス供給流路２０を横断し（より詳しくは改質部９４の改質触媒９６を横断する）、燃焼部１０ａにまで延びるように設けられている。このような連通通路１２１を用いて配線１２２を燃料電池セル収容容器８内に引き込むことで、配線１２２を通過させるための開口などを真空断熱容器６に設ける必要がない。そのため、真空断熱容器６内の真空の維持や、真空断熱容器６の剛性（強度）の向上や、真空断熱容器６の構造の簡易化を実現することができる。
【００７５】
なお、上記したような連通通路１２１及び配線１２２を点火ヒーターに適用することに限定はされず、点火ヒーターに加えて、若しくは点火ヒーターの代わりに、燃料電池セル収容容器８内に設置すべきセンサ（温度センサや圧力センサなど）に連通通路１２１及び配線１２２を適用してもよい。また、図８で示した例では、連通通路１２１が排気ガス排出流路２１内をその流路に沿って上方向に通過していたが、他の例では、燃料ガス供給流路２０又は酸化剤ガス供給流路２２内にこれらの流路に沿って上方向に通過するように連通通路１２１を設けてもよい。
また、連通通路１２１を用いて配線することに限定はされず、他の例では、図８に示すように配線１２４を設けてもよい。具体的には、燃料電池セル収容容器８の外壁面（詳しくは上面及び側面）と真空断熱層７との間に、配線１２４を配置するための空間を設けて、この空間に配線１２４を配置してもよい。この場合、配線１２４は、燃料電池セル収容容器８の外側円筒容器７０の側面及び上面に沿って延びて、外側円筒容器７０に設けられた開口を通過して燃料電池セル収容容器８の内部にまで延びる。
【００７６】
次に、図１及び図２を参照して、固体酸化物形燃料電池装置１の作用を説明する。
まず、固体酸化物形燃料電池装置１の起動工程において、燃料ブロア３８が起動され、燃料の供給が開始されると共に、シースヒーター６１への通電が開始される。シースヒーター６１への通電が開始されることにより、その上方に配置された燃焼触媒器６０が加熱されると共に、内側に配置された蒸発部８６も加熱される。燃料ブロア３８により供給された燃料は、脱硫器３６を介して、燃料ガス供給パイプ９０から燃料ガス供給流路２０に流入する。流入した燃料は、燃料ガス供給流路２０内を上昇して改質部９４に至り、次いで、中間円筒部材６５と内側円筒部材６４の間の燃料ガス供給流路２０を下降し、内側円筒部材６４の下部に設けられた多数の小穴６４ｂを通って燃料ガス集約室７６に流入する。なお、固体酸化物形燃料電池装置１の起動直後においては、改質部９４内の改質触媒９６の温度が十分に上昇していないため、燃料の改質は行われない。
【００７７】
燃料ガス集約室７６に流入した燃料ガスは、燃料ガス集約室７６の第１固定部材６３に取り付けられた各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）を通って排気集約室１８に流入する。なお、固体酸化物形燃料電池装置１の起動直後においては、各燃料電池セル１６の温度が十分に上昇しておらず、また、インバータ５４への電力の取り出しも行われていないため、発電反応は発生しない。
【００７８】
排気集約室１８に流入した燃料は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出される。噴出口１８ｄから噴出された燃料は、点火ヒーター（図示せず）により点火され、各噴出口１８ｄの周りの空間である燃焼部１０ａにおいて燃焼される。この燃焼により、高温の燃焼ガスが生成され、燃焼部１０ａを取り囲むように配置されている改質部９４、及び燃焼部１０ａ下方の発電室１０内が加熱される。また、燃焼により生成された排気ガス（燃焼ガス）は、内側円筒部材６４の上部に設けられた小穴６４ａを通って排気ガス排出流路２１に流入する。高温の排気ガスは、排気ガス排出流路２１内を下降し、その内側に設けられた改質部９４、及び外側に設けられた酸化剤ガス供給流路２２内を流れる発電用の空気を加熱する（つまり排気ガスと酸化剤ガスとしての空気との間で熱交換が行われる）。
【００７９】
このように、燃焼部１０ａにおける燃焼熱、及び排気ガス排出流路２１内を流れる排気ガスの熱により、改質部９４は原燃料ガスを水蒸気改質可能な温度まで速やかに加熱される。さらに、排気ガスは、排気ガス排出流路２１内に配置された燃焼触媒器６０を通ることにより一酸化炭素が除去される。一酸化炭素が除去された排気ガスは、屈曲部２１ａを介して排気ガス横断通路２１ｂを通って半径方向内方に流れ、排気ガス室２１ｃに流入する。排気ガス室２１ｃに流入した排気ガスは、排気ガス室２１ｃ内に配置された脱硫器３６を加熱し、排ガス排出パイプ５８を通って燃料電池モジュールから排出される。
【００８０】
排気ガス及びシースヒーター６１により蒸発部８６が加熱されると、蒸発部８６に供給された水蒸気改質用の水が蒸発され、水蒸気が生成される。水蒸気改質用の水は、水流量調整ユニット２８により、水供給パイプ８８を介して燃料電池セル収容容器８内の蒸発部８６に供給される。蒸発部８６で生成された水蒸気と、燃料ガス供給パイプ９０を介して供給された原燃料ガスは、燃料ガス供給流路２０内で十分に混合される。
なお、蒸発部８６は、シースヒーター６１に隣接して配置されているため、起動後早期に温度が上昇し、水蒸気を生成できる状態となる。また、蒸発部８６は、シースヒーター６１と断熱材板状部７３ａの間に配置されているため、シースヒーター６１の熱が逃げにくく、早期に温度上昇する。さらに、蒸発部８６の下方、近傍には排気ガス横断通路２１ｂが設けられているため、蒸発部８６は排気ガス横断通路２１ｂ内を流れる排気ガスの熱によっても加熱される。
【００８１】
混合された原燃料ガス及び水蒸気は、燃料ガス供給流路２０内を上昇し、改質部９４に流入する。改質部９４の改質触媒９６が改質可能な温度まで上昇している状態においては、原燃料ガス及び水蒸気の混合気が改質部９４を通過する際、水蒸気改質反応が発生し、混合気が水素を多く含む燃料ガスに改質される。改質された燃料ガスは、燃料ガス供給流路２０内を下降し、小穴６４ｂを通って燃料ガス集約室７６に流入する。こうして燃料ガス供給流路２０を下降する際に、燃料ガスの流速が低下し、改質された燃料ガスと、水蒸気改質反応に使用されずに残った水蒸気が十分に混合される。燃料ガスと水蒸気が十分に混合されることにより、燃料ガスの混合ムラに起因する燃料枯れを防止することができる。また、燃料ガス供給流路２０内を流れる燃料ガスは、発電室１０内の熱によって加熱されるので、固体酸化物形燃料電池セル１６に導入される燃料ガスは適温に温度上昇され、固体酸化物形燃料電池セル１６への悪影響を防止することができる。ここで、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質部９４内で水蒸気改質反応が発生すると、周囲の熱が奪われる。この水蒸気改質反応に要する熱は、外側円筒部材６６を隔てて外側に位置する、排気ガス排出流路２１内を流れる排気ガスの熱によって賄われる。
【００８２】
燃料ガス集約室７６に流入した水素を豊富に含む燃料ガスは、各燃料電池セル１６に流入する一方、一部が水素取出管９２を通って燃料電池モジュール２の外へ取り出される。取り出された燃料ガス（水素）は、補機ユニット４の凝縮器３３、オリフィス３４、及び電磁弁３５を通って、燃料ブロア３８の上流側で原燃料ガスに添加される。水素が添加された原燃料ガスは、燃料ブロア３８により脱硫器３６に送り込まれる。排気ガス室２１ｃ内の脱硫器３６が排気ガスにより所定温度まで加熱された状態においては、原燃料ガス中の硫黄成分が、添加された水素と脱硫触媒により反応され、除去される。脱硫器３６において硫黄成分を除去された原燃料ガスは、上述したように、燃料ガス供給パイプ９０を通って燃料ガス供給流路２０に流入する。
【００８３】
一方、燃料ガス集約室７６から各燃料電池セル１６に流入した改質された燃料ガスは、各燃料電池セル１６の内部（燃料極側）を上昇する。なお、燃料ガス集約室７６の小穴６４ｂは、その周囲に多数設けられ、燃料ガス集約室７６として十分な容積が確保されているため、改質された燃料は、燃料ガス集約室７６内に突出している各燃料電池セル１６に均等に流入する。
【００８４】
一方、空気流量調整ユニット４５により供給された酸化剤ガスである空気は、酸化剤ガス導入パイプ５６を介して酸化剤ガス供給流路２２に流入する。酸化剤ガス供給流路２２に流入した空気は、内側を流れる排気ガスにより加熱されながら酸化剤ガス供給流路２２内を上昇する。酸化剤ガス供給流路２２内を上昇した空気は、燃料電池セル収容容器８内の上端部で中央に集められ、酸化剤ガス供給流路２２に連通された酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入する。酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入した空気は下端から発電室１０内に噴射され、噴射された空気は第１固定部材６３の上面に当たって発電室１０内全体に広がる。発電室１０内に流入した空気は、排気集約室１８の外周壁と内側円筒部材６４の内周壁の間の隙間、及び排気集約室１８の内周壁と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面の間の隙間を通って上昇する。
【００８５】
この際、各燃料電池セル１６の外側（空気極側）を通って流れる空気の一部は発電反応に利用される。また、排気集約室１８の上方に上昇した空気の一部は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出する燃料の燃焼に利用される。燃焼により生成された排気ガス、及び発電、燃焼に利用されずに残った空気は、小穴６４ａを通って排気ガス排出流路２１に流入する。排気ガス排出流路２１に流入した排気ガス及び空気は、燃焼触媒器６０により一酸化炭素が除去された後、排出される。
【００８６】
このように、各燃料電池セル１６が発電可能な温度である６５０℃程度まで上昇し、各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）に改質された燃料が流れ、外側（空気極側）に空気が流れると、化学反応により起電力が発生する。この状態において、燃料電池セル収容容器８から引き出されているバスバー８０にインバータ５４が接続されると、各燃料電池セル１６から電力が取り出され、発電が行われる。
【００８７】
次に、本発明の実施形態による固体酸化形燃料電池装置の作用効果について説明する。
【００８８】
まず、図９を参照して、本発明の実施形態による固体酸化形燃料電池装置の主な作用効果について説明する。図９は、本発明の実施形態による燃料電池モジュール２の概略断面図である。
【００８９】
図９に示すように、本実施形態では、燃料電池セル収容容器８の内部に、燃焼部１０ａ、発電室１０、燃料ガス集約室７６を上から下に順に配置したので、燃焼部１０ａ及び発電室１０が比較的高温となり、燃料ガス集約室７６が比較的低温となるため、燃料電池モジュール２の上部に高温領域Ｒ１（例えば７００℃程度）が形成され、燃料電池モジュール２の下部に低温領域Ｒ２（例えば２００℃程度）が形成される。つまり、本実施形態によれば、燃料電池セル収容容器８の内部に、上部が高温であり下部が低温である温度分布が形成される。このような温度分布は、上方に熱が移動し高温となる一方で下方が低温になるという自然現象に適ったものである。
【００９０】
他方で、本実施形態では、真空断熱容器６が形成する真空断熱層７は、下端部のみが開放されている、つまり、真空断熱層７を形成する内側壁と外側壁とが下端部において連結されている。このような真空断熱層７の下端部を構成する真空断熱容器６の下端部６ａは、燃料電池セル収容容器８内の熱（矢印Ａ１１参照）を、燃料電池セル収容容器８内の流路を形成する側壁及び真空断熱層７を形成する内側壁などから、真空断熱層７を形成する外側壁へと伝熱させて（矢印Ａ１２、Ａ１３参照）、真空断熱容器６の外部に放出させるヒートブリッジ発生部に相当する。本実施形態では、そのようなヒートブリッジ発生部を真空断熱層７の下端部にのみ設けている。また、本実施形態では、真空断熱層７を燃料ガス集約室７６よりも下方にまで延長して形成し、真空断熱層７の下端部のヒートブリッジ発生部を燃料ガス集約室７６よりも下方に設けている。より詳しくは、本実施形態では、真空断熱層７を燃料電池セル収容容器８の下端部にまで延長して形成し、真空断熱層７のヒートブリッジ発生部を燃料電池セル収容容器８の下端部に設けている。
【００９１】
このような本実施形態によれば、燃料電池セル収容容器８の低温領域Ｒ２に真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が位置するので、燃料電池セル収容容器８の高温領域Ｒ１に真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が位置する場合と比較して、ヒートブリッジ発生部の周囲の温度が低いため、ヒートブリッジ発生部が受ける熱量を小さくすることができる。その結果、ヒートブリッジ発生部が外部へと伝熱する熱量を低減することができる、つまりヒートブリッジ発生部による伝熱を緩和することができる。よって、本実施形態によれば、燃料電池セル収容容器８内の熱がヒートブリッジ発生部を介して真空断熱層７外部へと放出されることに起因する、燃料電池モジュール２内の熱効率の低下及び燃料電池モジュール２外の補機ユニット４への熱影響を適切に抑制することが可能となる。
【００９２】
また、本実施形態では、燃焼部１０ａ及び発電室１０よりも低温の燃料ガス集約室７６の下方に蒸発部８６を設けているので（図２参照）、つまり低温領域Ｒ２に蒸発部８６を設けているので、燃料電池セル収容容器８の低温領域Ｒ２において上方から下方へと伝わる熱（具体的には外側円筒部材６６の側壁を上方から下方へと伝わる熱）を、蒸発部８６での水の蒸発に利用して、蒸発部８６によって奪う（吸収）ことができる。したがって、上記のような燃焼部１０ａ、発電室１０、燃料ガス集約室７６の配置構成により形成された低温領域Ｒ２内の壁面などの温度を、蒸発部８６によって更に低下させることができる。その結果、真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が受ける熱を適切に低下させることができる。
特に、本実施形態では、蒸発部８６が、真空断熱層７側の燃料ガス供給流路２０を構成する側壁（つまり外側円筒部材６６の内側壁）に、蒸発させる水を溜める水溜め部８６ｃを備えているので（図６参照）、水溜め部８６ｃに溜まった水によって、外側円筒部材６６を上方から下方へと伝わる熱を常時奪い続けることができ、真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が受ける熱を効果的に低下させることができる。加えて、本実施形態では、リング状の蒸発部８６を外側円筒部材６６の内側壁の全周に渡って設けているので、つまり蒸発部８６の水溜め部８６ｃを外側円筒部材６６の内側壁の全周に渡って設けているので、外側円筒部材６６を上方から下方へと伝わる熱をより効果的に奪うことができる。
【００９３】
また、本実施形態では、排気ガスが流れる排気ガス室２１ｃ内に脱硫器３６を設けているので（図２参照）、排気ガスの熱を脱硫器３６によって奪うことができる。よって、真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が排気ガスから受ける熱を適切に低下させることができる。この場合、脱硫器３６は排気ガスの熱によって昇温するため熱源となるが、本実施形態では、燃料電池セル収容容器８内において燃料ガス供給流路２０よりも中央側の位置に脱硫器３６を設けているので、つまり脱硫器３６をヒートブリッジ発生部から離れた位置に設けているので、脱硫器３６の熱がヒートブリッジ発生部に伝わりにくくなる。
【００９４】
また、本実施形態では、燃料ガス供給流路２０を構成する側壁（つまり外側円筒部材６６の側壁）を挟んで蒸発部８６と対面する位置に燃焼触媒器６０を設けているので（図２参照）、燃焼触媒器６０は比較的高温で作動するものであるが、そのような燃焼触媒器６０の熱を蒸発部８６によって適切に奪うことができる。そのため、真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が燃焼触媒器６０から受ける熱を適切に低下させることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、真空断熱層７の下部に対応する箇所（具体的には酸化剤ガス供給部２２ａを形成する内壁面）に蓄熱材１１５を設けているので（図２参照）、蓄熱材１１５の蓄熱機能により、外側円筒容器７０の側壁（真空断熱層７を形成する内側壁も含む）を上方から下方へ伝わる熱を蓄熱材１１５が奪うことで、真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が受ける熱を適切に低下させることができる。こうして蓄熱材１１５に蓄熱されると、蓄熱材１１５が熱源となり得るが、蓄熱材１１５に蓄熱された熱は、蓄熱材１１５の周囲を流れる空気に伝達され（つまり蓄熱材１１５と空気との間で熱交換が行われる）、空気の昇温に寄与することとなる。そのため、蓄熱材１１５の熱が側壁を伝って下方へ伝達されることを抑制することができる。つまり、蓄熱材１１５の熱が真空断熱層７のヒートブリッジ発生部に伝熱されることを抑制することができる。
【００９６】
以上述べたように、蒸発部８６、脱硫器３６、燃焼触媒器６０及び蓄熱材１１５は、燃料電池セル収容容器８内の熱が真空断熱層７のヒートブリッジ発生部へ伝熱されることを抑制する伝熱抑制部として機能する。このような伝熱抑制部が、燃料電池セル収容容器８内の熱が真空断熱層７のヒートブリッジ発生部へ伝熱されることを抑制することで、ヒートブリッジ発生部が受ける熱量を小さくすることができ、その結果、ヒートブリッジ発生部が外部へと伝熱する熱量を低減することができる、つまりヒートブリッジ発生部による伝熱を緩和することができる。
【００９７】
ここで、別の観点から言うと、本実施形態では、燃料電池セル収容容器８に層状のケース間通路として排気ガス排出流路２１と酸化剤ガス供給流路２２とを隣接配置し、且つ、排気ガス排出流路２１の上部から高温の排気ガスを導入してこの排気ガスを下方に向かって流すと共に、酸化剤ガス供給流路２２の下部から低温の空気を導入してこの空気を上方に向かって流して（図２参照）、排気ガスと空気との間で熱交換が行われるようにすることで、つまり燃料電池セル収容容器８の下部において排気ガスの熱を空気によって奪うようにすることで、燃料電池セル収容容器８の下部が上部よりも低温となる状態を作り出している。そのため、上述したように、ヒートブリッジ発生部が真空断熱層７の下端部に位置し、この真空断熱層７の下端部が燃料電池セル収容容器８の下端部に対応するので、低温である燃料電池セル収容容器８の下端部にヒートブリッジ発生部が位置することとなるため、ヒートブリッジ発生部が受ける熱量を小さくすることができる。その結果、ヒートブリッジ発生部が外部へと伝熱する熱量を低減することができる、つまりヒートブリッジ発生部による伝熱を緩和することができる。よって、本実施形態によれば、燃料電池セル収容容器８内の熱がヒートブリッジ発生部を介して真空断熱層７外部へと放出されることに起因する、燃料電池モジュール２内の熱効率の低下及び燃料電池モジュール２外の補機ユニット４への熱影響を適切に抑制することが可能となる。
【００９８】
また、本実施形態によれば、排気ガスを排出する流路（排気ガス排出流路２１の下流側の流路）を屈曲部２１ａで屈曲させて、屈曲部２１ａの下流側の流路を酸化剤ガス供給流路２２から離隔させているので、つまり屈曲部２１ａの下流側の流路を真空断熱層７のヒートブリッジ発生部から離隔させているので（図２参照）、ヒートブリッジ発生部が排気ガスから受ける熱を適切に低下させることができる。
【００９９】
また、上記のように屈曲部２１ａの下流側の排気ガス排出流路を酸化剤ガス供給流路２２から離隔させると、この屈曲部２１ａの下方に位置する、酸化剤ガス供給流路２２に空気が供給される酸化剤ガス供給部２２ａが排気ガス排出流路から離隔されるので（図２参照）、この酸化剤ガス供給部２２ａに供給される空気が排気ガスによって昇温されることを抑制することができる。そのため、低温の空気を真空断熱層７のヒートブリッジ発生部の周辺に流すことができ、この低温の空気によってヒートブリッジ発生部を適切に冷却することが可能となる。したがって、ヒートブリッジ発生部が外部へと伝熱する熱量を適切に低減することができる。加えて、酸化剤ガス供給部２２ａ内を流れる低温の空気によって、酸化剤ガス供給部２２ａ付近の側壁を上方から下方へと伝わる熱を奪うことができ、真空断熱層７のヒートブリッジ発生部が受ける熱を適切に低下させることができる。
【０１００】
また、本実施形態によれば、酸化剤ガス供給部２２ａを形成する流路を、この酸化剤ガス供給部２２ａよりも下流側を形成する流路よりも広く構成し、つまり酸化剤ガス供給部２２ａを形成する流路を拡大し、真空断熱層７を形成する内側壁の下端部分をそのような酸化剤ガス供給部２２ａに沿って形成しているので、酸化剤ガス供給部２２ａ内の空気と真空断熱層７の下端部分（つまりヒートブリッジ発生部）との熱交換時間を長くすることができる、つまり熱交換距離を長くすることができる。そのため、酸化剤ガス供給部２２ａ内の空気と真空断熱層７のヒートブリッジ発生部との効果的な熱交換を実現することができ（言い換えると空気によるヒートブリッジ発生部の冷却面積を大きくすることができ）、酸化剤ガス供給流路２２に供給される空気によってヒートブリッジ発生部を効果的に冷却することができる。
【０１０１】
また、本実施形態によれば、真空断熱層７や酸化剤ガス供給流路２２などを構成する部材の下端部をセラミック接着剤１１７、１１８により接合するので、熱伝導性の低いセラミック接着剤１１７、１１８の存在により、燃料電池セル収容容器８の下端部を構成する部材から真空断熱層７のヒートブリッジ発生部へ熱が伝わりにくくすることができる。
【０１０２】
次に、上述した本発明の実施形態の変形例について説明する。
【０１０３】
図１０を参照して、本発明の実施形態の変形例による排気ガス排出流路について説明する。図１０は、本発明の実施形態の変形例による排気ガス排出流路の拡大断面図である。
【０１０４】
図１０に示すように、本変形例による排気ガス排出流路２１は、屈曲部２１ｅにおいて、上述した排気ガス横断通路２１ｂの代わりに（図２参照）、湾曲管２１ｆに連結されており、この湾曲管２１ｆは、下端部で排ガス排出パイプ５８と連結されている（排ガス排出パイプ５８を別途適用せずに、湾曲管２１ｆを延長して排出パイプ５８として機能させてもよい）。このような排気ガス排出流路２１及び湾曲管２１ｆによって形成される流路も、屈曲部２２ｅにおいて燃料電池セル収容容器８の中央方向に屈曲しており、それにより、屈曲部２２ｅよりも下流側の流路が、酸化剤ガス供給流路２２と離隔されることとなる。
【０１０５】
図１１を参照して、本発明の実施形態の変形例による真空断熱層について説明する。図１１は、本発明の実施形態の変形例による真空断熱容器の断面図である。
【０１０６】
図１１に示すように、本変形例による真空断熱容器６’は、その内部に、輻射熱を反射させる反射板６ｃが設けられている。反射板６ｃは、真空断熱容器６’の上面及び側面のそれぞれの内壁面と非接触の状態で、これらの内壁面に沿って延び、下端部において真空断熱容器６’の内壁に固定されている。このような反射板６ｃにより、真空断熱容器６’内には二つの真空断熱層７ａ、７ｂが形成される、つまり二重の真空断熱構造が形成される。
【０１０７】
上記の変形例によれば、真空断熱容器６’内に設けた反射板６ｃによって輻射熱を反射させることで、輻射熱が真空断熱容器６’の外壁に伝熱されることを抑制することができる。また、反射板６ｃは低温領域Ｒ２（図９参照）に対応する真空断熱容器６’の下部において固定されているため、反射板６ｃを介した熱の外部への放出を抑制することができる。つまり、反射板６ｃの真空断熱容器６’への固定箇所において熱が外部に伝熱されることとなるが、この固定箇所が低温領域Ｒ２に位置するため、反射板６ｃによって伝熱される熱量を低減することができる（伝熱を緩和することができる）。また、反射板６ｃによって仕切られた空間（真空断熱層７ａ、７ｂ）は、反射板６ｃの下方で連通するため、輻射熱を低減しつつも、輻射熱対策に起因する真空断熱構造の複雑化を回避することができる。
【０１０８】
なお、上記した実施形態で示した真空断熱容器６及び変形例で示した真空断熱容器６’について、輻射対策のために、それらの内壁面を銅箔やアルミ箔によって更にメッキしてもよい。
【０１０９】
また、上記した実施形態及び変形例では、所謂ジャケット式に構成された真空断熱容器６及び真空断熱容器６’（図３、図１１参照）にて真空断熱層を形成していたが、このように真空断熱層を形成することに限定はされない。他の例では、燃料電池セル収容容器を真空断熱容器としてのハウジングで覆い、このハウジングと燃料電池セル収容容器との間に真空断熱層を形成して、この真空断熱層の内部に上記したような流路を溶接することなどにより形成してもよい。
【符号の説明】
【０１１０】
１  固体酸化物形燃料電池装置
２  燃料電池モジュール
４  補機ユニット
６、６’  真空断熱容器
６ａ  真空断熱容器の下端部（ヒートブリッジ発生部）
６ｃ  反射板
７  真空断熱層
８  燃料電池セル収容容器
１０  発電室（発電部）
１０ａ  燃焼部
１６  燃料電池セル
２０  燃料ガス供給流路
２１  排気ガス排出流路
２１ａ、２１ｅ  屈曲部
２１ｆ  湾曲管
２１ｂ  排気ガス横断通路
２１ｃ  排気ガス室
２２  酸化剤ガス供給流路
２２ａ  酸化剤ガス供給部
２８  水流量調整ユニット（水供給装置）
３６  脱硫器
３８  燃料ブロア（燃料供給装置）
４５  空気流量調整ユニット（酸化剤ガス供給装置）
６０  燃焼触媒器
７６  燃料ガス集約室（燃料ガス集約部）
８６  蒸発部
８６ａ  傾斜板
８６ｃ  水溜め部
９４  改質部
９６  改質触媒
１０６  コントローラ
１１５  蓄熱材
１１７、１１８  セラミック接着剤
１２１  連通通路
１２２、１２４  配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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