(57)【要約】      （修正有）【課題】所望の耐熱性を得ることができ、かつ加工に要する手間やコストを軽減することが可能な断熱構造を有する燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池装置１００は、燃料電池本体と、燃料電池本体を収容する容器と、燃料電池本体と容器との間の少なくとも一部に設けられる断熱材とを有する。断熱材と燃料電池本体との間に配置され、断熱材を保持する保持部材７１〜７５をさらに有し、断熱材と保持部材とは異なる材料から形成されている。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を収容する容器と、
前記燃料電池本体と前記容器との間の少なくとも一部に設けられる断熱体とを有する燃料電池装置であって、
前記断熱体と前記燃料電池本体との間に配置され、前記断熱体を保持する保持部材をさらに有し、
前記断熱体と前記保持部材とは異なる材料から形成されている燃料電池装置。
【請求項２】
前記保持部材の、前記断熱体と対向する面は平坦面である請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記断熱体は、平板状である請求項１又は２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記断熱体は、粉状または粒状の断熱体である請求項１又は２に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記断熱体は耐熱クロスで覆われている請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記燃料電池本体は、燃料電池セルスタックを有し、
前記保持部材は、前記燃料電池セルスタックに対向する面に凸部を有し、前記凸部により前記燃料電池セルスタック内の酸化剤の流れを整える請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記保持部材は絶縁材料からなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記断熱体の熱伝導率が、前記保持部材の熱伝導率よりも低い請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記断熱体は、静止空気の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記保持部材は、静止空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する断熱材料である請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電方式にはいくつかの種類が知られているが、近年では、高い発電効率の達成が可能な固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）が注目されている。
【０００３】
固体酸化物形燃料電池セルは、アノード極、電解質、カソード極を備えている。電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノード極は、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて電子及び水を発生させる。カソード極では、下記（１）式の電極反応、アノード極では下記（２）の電極反応がそれぞれ起こり、発電がなされる。
カソード極：    １／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（電解質）  ・・・（１）
アノード極：  Ｏ２−（電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−  ・・・（２）
燃料電池装置には、上記のような燃料電池セルが多数備えられ、これらは電気的に直列（および並列）に接続されて、燃料電池セルの集合体であるセルスタック（燃料電池スタック）を構成している。
【０００４】
燃料電池セルにおいて行われる上記の発電は、燃料電池セルの温度が上昇するほど電圧が上昇することが知られている。燃料電池セルの温度上昇は、主に発電により生じるジュール熱と、燃料電池セルにおける電気化学的反応で用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤を燃焼させることによって生じる熱に起因する。
【０００５】
また、アノード極に供給される水素富化ガス（水素リッチガス）は、一般に、改質触媒が充填された改質部に炭化水素系燃料を供給し、炭化水素系燃料改質反応によってこれを得る構成が知られている。改質部に供給された炭化水素系燃料は、下記反応式に従って反応して水素富化ガスを生じる。
ＣｍＨｎ＋ｍＨ２Ｏ  →  ｍＣＯ＋（（ｎ／２）＋ｍ）Ｈ２ 
この反応は吸熱反応であるため、高温において反応効率が向上する。
【０００６】
燃料電池装置において発電効率を高めるためには、このように生じた熱により、燃料電池セルまたは改質器を適切な温度に保持することが望ましい。そのために、例えば燃料電池装置内においてセルスタックを囲むように断熱材を設ける構造が知られている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１２９４８９号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０１６８５７号
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、断熱材を燃料電池装置内に適切に配置するためには断熱材を所望の形状・寸法に加工するとともに燃料電池装置内の所定位置に保持する必要がある。しかし、断熱性に優れる断熱材は加工性に劣る、または、断熱性および加工性が共に優れる断熱材はコストが高いなど、断熱性、加工性、およびコスト性が両立する断熱材を選択することは容易ではない。
【０００９】
そこで、本考案は、上記の課題を解決することを目的とし、所望の耐熱性を得ることができ、かつ加工に要する手間やコストを軽減することが可能な断熱構造を有する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】
【００１０】
本考案の態様に従えば、
燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を収容する容器と、
前記燃料電池本体と前記容器との間の少なくとも一部に設けられる断熱体とを有する燃料電池装置であって、
前記断熱体と前記燃料電池本体との間に配置され、前記断熱体を保持する保持部材をさらに有し、
前記断熱体と前記保持部材とは異なる材料から形成されている燃料電池装置が提供される。
【００１１】
本考案の燃料電池装置では、燃料電池本体と容器との間の少なくとも一部に保持部材を設けることで、断熱体を容器内の所定位置に、特に燃料電池本体に対して配置、保持している。したがって、断熱体の加工の手間及びコストを軽減して、所望の断熱性能を有する最適な断熱構造を得ることができる。
【００１２】
本考案の燃料電池装置において、前記保持部材の前記断熱体と対向する面は平坦であってよく、前記断熱体は平板状であってよい。このような形状とすることで、前記保持部材と前記断熱体との接触を緊密とすることができ、無用な対流を防止するとともに断熱性能を向上することができる。また、前記断熱体を平板状とすることで、断熱体の市場からの入手が容易となり、断熱体の加工に要する手間やコストを削減することができる。
【００１３】
本考案の燃料電池装置において、前記断熱体は粉状または粒状であってよい。粉状または粒状の断熱体を用いることで、断熱体の成型加工に要する手間やコストをより削減することができる。
【００１４】
本考案の燃料電池装置において、前記平板状の断熱体、粉状または粒状断熱体は耐熱クロスで覆われていてもよい。耐熱クロスで覆うことで、断熱材料の前記容器内への飛散を抑制することができる。
【００１５】
本考案の燃料電池装置において、前記燃料電池本体が燃料電池セルスタックを有するとともに、前記保持部材が前記燃料電池セルスタックに対向する面に凸部を有し、前記凸部により前記燃料電池セルスタック内の酸化剤の流れを整えてもよい。前記保持部材に凸部を設けることで、断熱体に凸部を設ける場合に比べて加工に要する手間及びコストを軽減することができる。
【００１６】
本考案の燃料電池装置において、前記保持部材は絶縁材料からなっていてもよい。前記保持部材を絶縁材料とすることで、前記保持部材を前記燃料電池セルスタックに接触させることが可能となり、酸化剤の流れを整えることができる。
【００１７】
本考案の燃料電池装置において、前記断熱体の熱伝導率が、前記保持部材の熱伝導率よりも低くてもよい。
【００１８】
本考案の燃料電池装置において、前記断熱体は、静止空気の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有していてもよい。これにより、より高い断熱性能を得ることができる。
【００１９】
本考案の燃料電池装置において、前記保持部材は、静止空気の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する断熱材料であってもよい。支持部材に断熱性能を有する部材を用いることによって、より高い断熱性能を得ることができる。
【考案の効果】
【００２０】
本考案の燃料電池装置によれば、加工に要する手間やコストを低減しつつ、所望の断熱効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、本考案の実施形態に係る燃料電池装置の内部の断熱構造体の配置を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本考案の変形例に係る燃料電池装置の内部の断熱構造体の配置を示す断面図である。
【図３】図３は、本考案の他の実施形態に係る燃料電池装置の内部の断熱構造体の配置を示す断面図である。
【図４】図４は、本考案の第１の組立形態に係る燃料電池装置の組み立ての様子を示す概略図である。
【図５】図５は、本考案の第２の組立形態に係る燃料電池装置の組み立ての様子を示す概略図である。
【図６】図６は、本考案の第３の組立形態に係る燃料電池装置の組み立ての様子を示す概略図である。
【考案を実施するための形態】
【００２２】
［第１の組立形態］
図４に、本発明の第１の組立形態に係る燃料電池装置１００の分解斜視図を示す。燃料電池装置１００は、発電部１、改質部４、少なくとも発電部１を内包する排ガス隔壁３０、発電部１を内包した排ガス隔壁３０および改質部４を内包する内殻４０、内殻４０を内包する外殻５０を備える。燃料電池装置１００、排ガス隔壁３０、内殻４０、外殻５０についての方向の定義は、図４の右下部に示す通りである。
【００２３】
発電部１は、複数の燃料電池セル（不図示）を集合し電気的に直列（および並列）に接続してなるセルスタック２と、セルスタック２が立設される台座３を含んで構成される。発電部１には燃料電池セルが多数備えられ、これらは電気的に直列（および並列）に接続されて、燃料電池セルの集合体であるセルスタック２を構成している。燃料電池セルの形状および配列は任意に選択することができるため、図４中のセルスタック２は、個々の燃料電池セルの図示を省略してセルスタック２のみを概略的に示したものである。なお、セルスタック２への水素富化燃料の供給は、燃料分配機能を有する台座３からなされる。水素富化燃料は、改質部４から供給される。また、セルスタック２への酸化剤の供給は、酸化剤供給部材１２（図１（ｂ）（ｃ））を介してなされる。
【００２４】
改質部４には、改質触媒が充填されており、原燃料導入部５から水素含有燃料（原燃料）が改質部４に供給される。改質部４は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して、水素富化燃料（改質ガス）を生成する。水素含有燃料（原燃料）としては、一般に炭化水素系燃料が用いられる。ここでいう炭化水素系燃料とは、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物をいう。例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素系燃料として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
【００２５】
改質部４での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の公知の改質方式を採用できる。本実施形態の改質部４としては、水蒸気改質反応を用いる改質部４を例示する。水蒸気改質を用いる場合は、改質部４の入口側に水気化部（不図示）を設け、外殻５０の外部から供給される水を気化して、水蒸気を生成する。または、改質部４の外部で気化された水蒸気を改質部４に供給してもよい。改質部４の出口側（前方の下側）には、生成された改質ガスを発電部１に供給するための改質ガス供給部６が接続され、改質ガス供給部６は発電部１の台座３に接続されている。なお、改質部４は発電部１の上方に配置されている。発電部１と改質部４との間に画成されるオフガス燃焼エリア９で、発電に用いられなかったアノードオフガスおよびカソードオフガスとが燃焼し、改質部４を加熱するように構成されている。
【００２６】
排ガス隔壁３０は、上部開放のチャンネル状又は上部開放のＵ溝状に形成されている。発電部１は、排ガス隔壁３０の左側面３１および右側面３２と底面３５に囲まれた空間に内包される。
【００２７】
発電部１を収容した排ガス隔壁３０、および改質部４は、直方体状の内殻４０に収納される。本実施形態では、内殻４０の前側面４３および後側面４４が取り外し可能に構成される。内殻４０の前側面４３および後側面４４を取り外した状態で、発電部１を収容した排ガス隔壁３０が収納され、内殻４０の前側面４３および後側面４４が取り付けられる。排ガス隔壁３０の左側面３１と内殻４０の左側面４１との間、排ガス隔壁３０の右側面３２と内殻４０の右側面４２との間、および、排ガス隔壁３０の底面３５と内殻４０の底面４５との間には空間が画成され、当該空間が排ガスが流通する排ガス流路２１（図１（ａ）（ｃ））となる。オフガス燃焼エリア９で発生し、排ガス隔壁３０の左側面３１と内殻４０の左側面４１との間の空間、及び排ガス隔壁３０の右側面３２と内殻４０の右側面４２との間の空間を通過して排ガス隔壁３０の底面３５と内殻４０の底面４５との間の空間に到達した排ガスは、排ガス出口２２（図１（ｂ）（ｃ））から燃料電池装置１００の外部に導出される。
【００２８】
排ガス隔壁３０、および改質部４を収容した内殻４０は、直方体状の外殻５０に収納される。本実施形態では、外殻５０の前側面５３および後側面５４が取り外し可能に構成される。前側面５３および後側面５４を取り外した状態で、発電部１、排ガス隔壁３０を収容した内殻４０が収納され、前側面５３および後側面５４が取り付けられる。内殻４０の左側面４１と外殻５０の左側面５１との間、内殻４０の右側面４２と外殻５０の右側面５２との間、内殻４０の底面４５と外殻５０の底面５５との間、および、内殻４０の上面４６と外殻５０の上面５６との間には空間が画成される。外殻５０の底面５５に酸化剤入口（図示せず）が形成され、内殻４０と外殻５０との間に酸化剤が導入される。内殻４０の底面４５と外殻５０の底面５５との間の空間、内殻４０の左側面４１と外殻５０の左側面５１との間の空間、内殻４０の右側面４２と外殻５０の右側面５２との間の空間、内殻４０の上面４６と外殻５０の上面５６との間の空間に向かって酸化剤が流通する。内殻４０の上面４６と外殻５０の上面５６との間の空間に到達した空気は、酸化剤供給部材１２（図１（ｃ））を介してセルスタック２に供給される。
【００２９】
［第２の組立形態］
図５に、本発明の第２の組立形態に係る燃料電池装置１００の分解斜視図を示す。図５では、発電部１は図示を省略しているが、発電部１は図４と同様に排ガス隔壁３０に内包される。本実施形態では、外殻５０の上面５６が取り外し可能に構成される。外殻５０の上面５６を取り外した状態で発電部１、排ガス隔壁３０を収容した内殻４０が収納され、外殻５０の上面５６が取り付けられる。
【００３０】
［第３の組立形態］
図６に、本発明の第３の組立実施形態に係る燃料電池装置１００の分解斜視図を示す。図６では、発電部１は図示を省略しているが、発電部１は図４と同様に排ガス隔壁３０に内包される。本実施形態では、内殻４０は、第１組立形態の底面４５（図４）に相当する中空の箱形状を成す内殻ベース４７を備え、内殻ベース４７の上面における左右方向の端部近傍に設けられた、排ガスが流通するための一対のスリット４８を備える。外殻５０は、第１組立形態の底面５５（図４）に相当する中空の箱形状を成す外殻ベース５７を備え、外殻ベース５７の上面における左右方向の端部近傍に設けられた、酸化剤が流通するための一対のスリット５８を備える。
【００３１】
排ガス隔壁３０は、内殻ベース４７の上面側に形成された一対のスリット４８の左右方向の間に配置される。内殻４０は、排ガス隔壁３０、改質部４、内殻ベース４７の上面の一対のスリット４８を内包するように、内殻４０の左側面４１、右側面４２、前側面４３、後側面４４、内殻４０の上面４６、および内殻ベース４７を直方体状に組み立てて構成される。
【００３２】
内殻４０は、外殻ベース５７の上面に形成された一対のスリット５８の左右方向の間に配置される。外殻５０は、内殻４０および外殻ベース５７の上面の一対のスリット５８を内包するように、外殻５０の左側面５１、右側面５２、前側面５３、後側面５４、外殻５０の上面５６、および外殻ベース５７を直方体状に組み立てて構成される。
【００３３】
次に、本発明の燃料電池装置１００の構造及び動作について説明する。
【００３４】
［第１実施形態］
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、上述の第１〜第３の組立形態に基づいて得られる第１実施形態の燃料電池装置１００の部分的な概略断面図を示す。図１（ａ）は、燃料電池装置１００を、改質部４の上方で水平に切断し、上側から見た概略断面図である。図１（ｂ）は、燃料電池装置１００を左右方向の中心部で切断し、左側から見た概略断面図である。図１（ｃ）は、燃料電池装置１００を前後方向の中心部で切断し、前側から見た概略断面図である。なお、第１〜第３の組立形態に例示される方法により組み立てられた燃料電池装置１００は、それぞれ組立手順は異なっているが、本考案を適用するための主要な構造が共通に画成されている。
【００３５】
燃料電池装置１００が発電を行う際には、原燃料導入部５から改質部４へと都市ガス、灯油、ＬＰＧ等の水素含有燃料および水蒸気が供給される。改質部４に供給された水素含有燃料および水蒸気は、改質部４の内部に備えられた触媒およびオフガスの燃焼熱の作用などによって反応を生じ、水素富化ガスが生成される。改質部４で生成された水素富化ガスは、改質ガス供給部６および台座３を経て、セルスタック２のアノード極（不図示）に供給される。
【００３６】
酸化剤は、酸化剤入口（図示せず）から外殻５０の内部に取り込まれ、外殻５０と内殻４０との間の空間を流通し、内殻４０の上面４６から発電部１の方向に向かって配置された酸化剤供給部材１２を経て排ガス隔壁３０の内部に拡散される。酸化剤供給部材１２は、内部が空洞の扁平な直方体形状であり、改質部４を貫通、または、改質部４を避けて、下方に延在している。内殻４０と外殻５０との間の酸化剤流路（不図示）を流通する酸化剤は、酸化剤供給部材１２の上端に設けられた酸化剤供給入口１３からその内部に導入され、酸化剤供給部材１２の下端に設けられた酸化剤供給出口１４から排ガス隔壁３０の内部へ放出される。排ガス隔壁３０の内部へ放出された酸化剤は、燃料電池セル（不図示）のカソード極（不図示）に供給される。
【００３７】
発電部１は、改質ガス供給部６から燃料電池セルのアノード極に供給される改質ガスと、酸化剤供給部材１２から燃料電池セルのカソード極に供給される酸化剤とを利用して発電を行う。発電に利用されなかった余剰の燃料（アノードオフガス）および余剰の酸化剤（カソードオフガス）は、発電部１と改質部４の間のオフガス燃焼エリア９で燃焼される。このときの燃焼熱は改質部４の加熱に利用される。
【００３８】
発電部１の発電のために排ガス隔壁３０の内側で生じた排ガスは、排ガス隔壁３０と内殻４０との間に形成された空間である排ガス流路２１を流通して、排ガス出口２２から燃料電池装置１００の外部に排出される。
【００３９】
以上の動作において、セルスタック２においてはジュール熱が、オフガス燃焼エリア９においては水素富化ガスと酸化剤の燃焼による熱が発生する。燃料電池装置１００が高い発電効率を達成するためには、これらの熱の必要量を適切に燃料電池装置１００内に維持することが好ましいが、発生した熱の一部は、燃料電池装置１００の外部方向に向かって伝導する。その放熱量を抑制するために、燃料電池装置１００の内部には、各所に断熱材が配置されている。
【００４０】
図１（ａ）〜（ｃ）に示されるように、発電部１は内殻４０の中央に配置されており、発電部１の周囲には、断熱構造体６１〜６５が配置されている。発電部１と排ガス隔壁３０の左側面３１との間には、排ガス隔壁３０の左側面３１に接するように断熱構造体６１が配置されている。同様に、発電部１と排ガス隔壁３０の右側面３２との間には、排ガス隔壁３０の右側面３２に接するように断熱構造体６２が配置されている。また、発電部１と内殻４０の前側面４３との間には、内殻４０の前側面４３に接するように断熱材構造体６３が配置されている。同様に、発電部１と内殻４０の後側面４４との間には、内殻４０の後側面４４に接するように断熱構造体６４が配置されている。さらに、発電部１の下方であって、発電部１と排ガス隔壁３０の底面３５との間には、断熱構造体６５が配置されている。
【００４１】
断熱構造体６１〜６５は、それぞれ保持部材７１〜７５、および、断熱材８１〜８５を含む複数層構造を有する。保持部材７１〜７５と断熱材８１〜８５とは、それぞれ異なる材料から成る。保持部材７１〜７５は、断熱材８１〜８５を排ガス隔壁３０の内部の所望位置に配置および保持する。
【００４２】
保持部材７３、７４は、下側端部７３ｅ、７４ｅ（図１（ｂ））において、排ガス隔壁３０の底面３５に接触している。保持部材７３は、発電部１と所定の間隔を隔て、かつ、内殻４０の前側面４３と所定の間隔を隔てて、左右方向に延在している。内殻４０の前側面４３と保持部材７３との間には断熱材８３が介装されている。保持部材７４は、発電部１と所定の間隔を隔て、かつ、内殻４０の後側面４４と所定の間隔を隔てて、左右方向に延在している。内殻４０の後側面４４と保持部材７４との間には断熱材８４が介装されている。
【００４３】
保持部材７１、７２は、下側端部７１ｅ、７２ｅ（図１（ｃ））において、排ガス隔壁３０の底面３５（図１（ｃ））に接触している。保持部材７１は、発電部１と所定の間隔を隔て、かつ、排ガス隔壁３０の左側面３１と所定の間隔を隔てて、前後方向に延在している。排ガス隔壁３０の左側面３１と保持部材７１との間には、断熱材８１が介装されている。保持部材７２は、発電部１と所定の間隔を隔て、かつ、排ガス隔壁３０の右側面３２と所定の間隔を隔てて、前後方向に延在している。排ガス隔壁３０の右側面３２と保持部材７２との間には、断熱材８２が介装されている。
【００４４】
保持部材７１の前側端部７１ｃは、内殻４０の前側面４３側に配置される断熱構造体６３の保持部材７３に接触し、後側端部７１ｄは、内殻４０の後側面４４側に配置される断熱構造体６４の保持部材７４に接触している。同様に、保持部材７２の前側端部７２ｃは、内殻４０の前側面４３側に配置される断熱構造体６３の保持部材７３に接触し、後側端部７２ｄは、内殻４０の後側面４４側に配置される断熱構造体６４の保持部材７４に接触している。
【００４５】
保持部材７１、７２は、内向き面（発電部１に対向する面）に、前後方向に帯状に延びる凸部７１ｇ、７２ｇをそれぞれ備える。凸部７１ｇ、７２ｇとセルスタック２との間には、３ｍｍ〜７ｍｍ程度の隙間が存在している。燃料電池装置１００は、発電のために酸化剤供給部材１２を介して排ガス隔壁３０の内部に取り込んだ酸化剤がセルスタック２の下方から上方に流動していく過程において、酸化剤を効果的にカソード極に接触させることが求められる。これに対処すべく、これらの凸部７１ｇ、７２ｇを備えることにより、酸化剤をカソード極近傍に集約させることができる。なお、凸部７１ｇ、７２ｇの凸形状は、排ガス隔壁３０内における酸化剤の拡散特性に応じて定めることができる。断熱材８１、８２を加工して、酸化剤をカソード極近傍に集約させるための凸部を設けることも考え得るが、この場合は断熱材８１、８２の材料として、成型加工や切削加工が可能であり、同時に断熱性能が所望の条件を満たす材料を選択する必要があるため、選択し得る断熱材の種類が限定される。つまり、保持部材７１、７２に凸部７１ｇ、７２ｇを形成することで、断熱材８１、８２を加工して、酸化剤をカソード極近傍に集約させるための凸部を設ける場合に比較して、加工に要する時間やコストを軽減することができる。なお、保持部材７１、７２は、凸部７１ｇ、７２ｇを備えていなくてもよい。
【００４６】
保持部材７３の左側端部７３ａは、排ガス隔壁３０の左側面３１に接触し、保持部材７３の右側端部７３ｂは、排ガス隔壁３０の右側面３２に接触している。同様に、保持部材７４の左側端部７４ａは、排ガス隔壁３０の左側面３１に接触し、保持部材７４の右側端部７４ｂは、排ガス隔壁３０の右側面３２に接触している。
【００４７】
保持部材７５は、排ガス隔壁３０の底面３５と所定の間隔を隔てて、水平方向に延在している。排ガス隔壁３０の底面３５と保持部材７５との間には、断熱材８５が介装されている。
【００４８】
保持部材７５の左側端部７５ａ（図１（ｃ））は、排ガス隔壁３０の左側面３１側に配置される断熱構造体６１の保持部材７１に接触し、保持部材７５の右側端部７５ｂは、排ガス隔壁３０の右側面３２側に配置される断熱構造体６２保持部材７２に接触している。また、保持部材７５の前側端部７５ｃは、内殻４０の前側面４３側に配置される断熱構造体６３の保持部材７３に接触し、後側端部７５ｄは、内殻４０の後側面４４側に配置される断熱構造体６４の保持部材７４に接触している。
【００４９】
保持部材７１〜７５の外向き面（発電部１に対向する面の反対側の面）は、平坦な面として形成されている。このように平坦な面とすることで、保持部材７１〜７５と断熱材８１〜８５の接触がより緊密となり、不要なガス対流が抑制されるため、断熱性能を向上させることができる。また、市場において比較的容易に入手可能な断熱材は両面が平坦であるボード状であることが多い。保持部材７１〜７５の、断熱材８１〜８５と対向する面が平坦でない場合に、これら両面が平坦な断熱材を介装すると、保持部材７１〜７５と、断熱材８１〜８５との間に隙間が生じる。断熱性を向上させるためには、これらの隙間は可能な限り低減することが望ましい。したがって、保持部材７１〜７５の、断熱材８１〜８５と対向する面を平坦にすることにより、断熱材８１〜８５の加工の手間を軽減し、断熱材を緊密に介装することができる。なお、断熱材の介装は、第１〜第３の組立形態として例示した、燃料電池装置１００の組立構造に応じて、組み立て中の適切な段階において介装することができる。
【００５０】
本発明においては、断熱材８１〜８５は、任意の断熱材料から形成することができる。一般に、低熱伝導率の材料ほど断熱性に優れる。特に熱伝導率が静止空気よりも低い材料は高い断熱性能を発揮することから、断熱材８１〜８５の材料として、静止空気より低い熱伝導率を有する断熱材を用いることが好ましい。なお保護熱板法による静止空気の熱伝導率は、４００℃において、０．０４ｋｃａｌ／（ｍ・ｈ・℃）＝０．０４６４Ｗ（ｍ・Ｋ）、６００℃において、０．０５ｋｃａｌ／（ｍ・ｈ・℃）＝０．０５８Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００５１】
静止空気より低い熱伝導率を有する断熱材としてマイクロポーラス断熱材（ナノサイズのヒュームドシリカ粒子の成形体）が入手可能である。具体的には、ボード状（平板状）のマイクロポーラス断熱材を使用することができる。
【００５２】
なお、ボード状断熱材を耐熱クロス（耐熱布）で覆ったものを使用してもよい。このようにすることで、断熱材８１〜８５を介装する際に、排ガス隔壁３０または内殻４０と断熱材８１〜８５との擦れ合いによる断熱材８１〜８５の粉化を抑制することができ、組立性が向上する。また、上記擦れ合いの他、燃料電池装置１００の運搬時や運転時に粉化した断熱材８１〜８５が、燃料電池装置１００内に飛散することによる当該粉のセルスタック２への付着や、酸化剤供給部材１２の開口部（酸化剤供給入口１３、酸化剤供給出口１４）付近に当該粉が堆積することによる開口部（酸化剤供給入口１３、酸化剤供給出口１４）の閉塞を抑制することができる。これによって、より長期にわたって発電性能を維持することができる。また、耐熱クロスの編み方は任意であるが、なるべく強度の高い編み方が好ましい。例えば、耐熱クロスとして、ステンレスクロスを用いることができる。また、耐熱クロスにアルミシートを貼り付け、または蒸着してもよい。これにより、水分を含むガスが流通する燃料電池装置１内での使用において、耐水性を向上することができる。
【００５３】
また、断熱材を耐熱クロスで覆ったものを使用する場合、断熱材の種類として、例えば粉状または粒状の断熱材を選択することもできる。断熱材８１〜８５は、保持部材７１〜７５と排ガス隔壁３０または内殻４０との間で挟持されるため、断熱材８１〜８５自体で形状を保持する必要がないからである。これにより、断熱材の種類の選択性が向上する。また、粉状または粒状の断熱材の充填量や熱伝導率を任意に選択することにより、燃料電池装置１００の寸法選択性を高めることができる。
【００５４】
また、排ガス隔壁３０および内殻４０の内部において、セルスタック２が配置される空間と断熱材８１〜８５が配置される空間との連通を、保持部材７１〜７５で完全に遮断する構造とした場合は、粉状または粒状の断熱材を、耐熱クロスで覆わずに使用することができる。これにより、耐熱クロスで覆われた断熱材を用いる場合と同等の効果を得ることができる。
【００５５】
排ガス隔壁３０の内部は、発電部１の発電中には７５０℃程度の高温に達する。したがって、保持部材７１〜７５の材料としては、この高温に耐えられる程度の耐熱性を有する材料であれば、セラミックス、金属などの任意の材料を用いることができる。例えば、シリカ、アルミナ系の材料を使用することができる。特に、セルスタック２の近傍に配置される断熱構造体６１〜６４の保持部材７１〜７４は、絶縁性の材料を用いてもよい。保持部材を絶縁性の材料とすることで、前記保持部材を前記燃料電池セルスタックに接触させることが可能となり、酸化剤の流れをより好適に整えることができ、酸化剤をカソード極近傍により好適に集約することが可能となる。
【００５６】
或いは、保持部材７１〜７５の材料として、断熱材８１〜８５として用いる断熱材より加工に要するコストや手間が少ない、あるいは、粉化しにくい断熱材料を用いてもよい。断熱性能を備えない材料から成る保持部材７１〜７５と断熱材８１〜８５の組み合わせと、断熱性能を備える材料から成る保持部材７１〜７５と断熱材８１〜８５の組み合わせを比較すると、後者の方が、断熱材８１〜８５の条件（断熱材の厚さや熱伝導率）を緩和することができる。例えば、断熱材８１〜８５として熱伝導率の低い材料を用い、保持部材７１〜７５として、断熱材８１〜８５より熱伝導率が高いものの比較的加工性が高い断熱材料を用いることができる。具体例としては、保持部材としてイソウール（登録商標）を用い、断熱部材としてボード状のロスリム（登録商標）ボードを用いることができる。イソウールの熱伝導率は６００℃において０．０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ロスリムボードの熱伝導率は６００℃において０．０３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。このような材料選択を行うことで、比較的高価である低熱伝導率の断熱材料の使用量を削減することができる。また、断熱材８１〜８５として、粉化しやすいが熱伝導率が低い材料を用い、保持部材として熱伝導率は低いが粉化しにくい、あるいは、熱伝導率が低くかつ粉化しにくいが高価である材料を用いることもできる。、このような材料選択を行うことで、断熱構造体全体のコストを低減することができ、または加工の手間を低減することができる。
【００５７】
［第１実施形態の変形例］
図２（ａ）〜（ｃ）に、上述の第１〜第３の組立形態に基づいて得られる第１実施形態の燃料電池装置１００の変形例の部分的な概略断面図を示す。本変形例においては、断熱構造体６１〜６５の配置が、上記の第１実施形態とは異なる。以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については、その説明を省略する。図２（ａ）は、燃料電池装置１００を、改質部４の上方で水平に切断し、上側から見た概略断面図である。図２（ｂ）は、燃料電池装置１００を左右方向の中心部で切断し、左側から見た概略断面図である。図２（ｃ）は、燃料電池装置１００を前後方向の中心部で切断し、前側から見た概略断面図である。なお、第１〜第３組立形態に例示される方法により組み立てられた燃料電池発電装置１００は、それぞれ組立手順は異なっているが、構成品の配置は共通である。
【００５８】
保持部材７５は、排ガス隔壁３０の底面３５と所定の間隔を隔てて、水平方向に延在している。保持部材７５の左側端部７５ａは、排ガス隔壁３０の左側面３１に接触し、保持部材７５の右側端部７５ｂは、排ガス隔壁３０の右側面３２に接触している。保持部材７５の前側端部７５ｃは、内殻４０の前側面４３側に接触し、後側端部７５ｄは、内殻４０の後側面４４に接触している。排ガス隔壁３０の底面３５と保持部材７５との間には、断熱材８５が介装されている。
【００５９】
保持部材７１、７２は、下側端部７１ｅ、７２ｅにおいて、保持部材７５に接触している。保持部材７１および７２は、発電部１と所定の間隔を隔て、かつ、排ガス隔壁３０の左右側面３１、３２とそれぞれ所定の間隔を隔てて、それぞれ前後方向に延在している。排ガス隔壁３０の左側面３１と保持部材７１との間には断熱材８１が、排ガス隔壁３０の右側面３２と保持部材７２との間には断熱材８２が介装されている。
【００６０】
保持部材７３、７４は、下側端部７３ｅ、７４ｅにおいて、保持部材７５に接触している。保持部材７３、７４は、発電部１と所定の間隔を隔て、かつ、内殻４０の前後側面４３、４４と所定の間隔を隔てて、それぞれ左右方向に延在している。内殻４０の前側面４３と保持部材７３との間には断熱材８３が、内殻４０の後側面４４と保持部材７４との間には断熱材８４が介装されている。
【００６１】
保持部材７３の左側端部７３ａは、断熱構造体６１の保持部材７１に接触し、保持部材７３の右側端部７３ｂは、断熱構造体６２の保持部材７２に接触している。同様に、保持部材７４の左側端部７４ａは、断熱構造体６１の保持部材７１に接触し、保持部材７４の右側端部７４ｂは、断熱構造体６２の保持部材７２に接触している。
【００６２】
このように断熱構造体を配置しても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態の燃料電池装置２００を前後方向の中心部で切断し、前側から見た概略断面図である。以下の説明において、第１実施形態と同じ構成については、その説明を省略する。第２実施形態の燃料電池装置２００は、第１実施形態の燃料電池装置１００と異なり、排ガス隔壁３０を備えない。断熱構造体６１は内殻４０の左側面４１に、断熱構造体６２は内殻４０の右側面４２に、断熱構造体６５は内殻４０の底面４５に、それぞれ接触している。発電のために発生した排ガスは、内殻４０の上面４６に形成された排ガス出口２２から燃料電池装置２００の外部へと排出される。
【００６４】
また、第１実施形態の説明では、燃料電池装置１００の内部には、断熱構造体６１〜６５の全てが配置されるものとしたが、図６に示す第２実施形態の燃料電池装置２００は、発電部１の下部に断熱構造体６５の保持部材７５を有さず、断熱材８５が配置されるのみである。この場合、例えば、保持部材７１および７２のセルスタック２と対向する面に凹部７１ｈ、７２ｈを設ける。そして、当該凹部７１ｈ、７２ｈで台座３を挟持することにより、発電部１を支持することができる。ここで、断熱材８５を省略してもよく、または、凹部７１ｈ、７２ｈにより、台座３ではなく保持部材７５を挟持して、断熱材８５を省略してもよい。
【００６５】
また、断熱構造体６５の省略に代えて、またはこれに加えて、発電部１の前後左右側面に位置する断熱構造体６１〜６４のいずれかを省略してもよい。要求される断熱性能や断熱材の加工性を考慮して、任意の箇所に本考案を適用することができる。
【００６６】
以上、本考案の図１〜図３の断熱構造を有する燃料電池装置１００、２００を実施形態として説明してきたが、本考案はこれらの具体例に限定されず、本考案の範囲内で改変することができる。例えば、保持部材７１〜７５は、それらの位置決めまたは自立のために、嵌合部、フック等の係合部、脚部等を適宜備えていてもよい。また、断熱材８１〜８５が、配置されるべき位置からずれることを抑制するために、保持部材７１〜７５または断熱材８１〜８５は、係止部を適宜備えていてもよい。図１〜図３においては、断熱構造体６１〜６５同士、断熱構造体６１〜６５と排ガス隔壁部３０、または断熱構造体６１〜６５と内殻４０が接触するように配置しているが、上記のような位置決め構造または係止部を備える場合には、接触していなくてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態においては、第１〜第３の組立形態として、酸化剤が、内殻４０の底面４５と外殻５０の底面５５との空間、内殻４０の左右側面４１、４２と外殻５０の左右側面５１、５２との空間、内殻４０の上面４６と外殻５０の上面５６との空間の順に流通するものとして説明したが、本考案を実施するうえで、酸化剤および排ガスの流路構造はこれらに限定されない。例えば、内殻４０の左右側面４１、４２と外殻５０の左右側面５１、５２に代えて、または追加して、内殻４０の前後側面４３、４４と外殻５０の前後側面５３、５４との間の空間に酸化剤を流通させてもよい。または、酸化剤入口を外殻５０の上面５６に形成し、内殻４０の上面４６と外殻５０の上面５６との間の空間にのみ酸化剤を流通させてもよい。あるいは、外殻５０を省略して、配管等により酸化剤供給部材１２に酸化剤を供給する構造にしてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態においては、水素富化ガスが台座３を経てアノード極に供給され、酸化剤が酸化剤供給部材１２により排ガス隔壁３０内部に放出されてカソード極に到達する発電部１を例示したが、これに限定されない。例えば、アノード極が燃料電池セルの表面側に、カソード極が燃料電池セルの内側に形成される形態のセルスタック２を用いる場合は、台座３に対して酸化剤を供給し、排ガス隔壁３０内部に水素富化ガスを供給することができる。また、水素富化ガスおよび酸化剤ガスを、それぞれセパレータを用いてアノード極およびカソード極に供給するプレート積層形状のセルスタック２を用いる場合は、水素富化ガスまたは酸化剤のいずれも排ガス隔壁３０内に充満する構造である必要はない。
【００６９】
また、上記実施形態においては、原料導入部５から水素含有燃料および水蒸気を供給するものとしたが、原料導入部５とは別に水蒸気を供給するための導入部を設け、水素含有燃料と水蒸気を異なる導入部から改質部４に導入する構成としてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態においては、改質部４として直方体形状のものを例示したが、様々な形状のものを用いることが可能である。例えば、円筒形状のものを用いることができる。また、改質部４に代えて、脱水素反応部を備えてもよい。この場合、水素含有燃料として、有機ハイドライドを脱水素反応部に導入する。オフガス燃焼熱を利用して脱水素反応を行い、分離された水素をセルスタック２に供給する。更に、水素含有燃料として、水素富化ガスまたは純水素を用いる場合は、改質部４自体を省略して水素富化ガスまたは純水素を直接セルスタック２に供給することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の燃料電池装置は、断熱材を保持する保持部材を用いることで、断熱材の加工の手間およびコストを軽減するとともに、断熱材の種類の選択性を向上させることができる断熱構造を備えている。それゆえ、本考案を用いることで、所望の断熱性能を有する燃料電池装置の製造コストの低減、または設計自由度の向上を実現することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  発電部
２  セルスタック
３  台座
４  改質部
５  原燃料導入部
６  改質ガス供給部
９  オフガス燃焼エリア
１２  酸化剤供給部材
１３  酸化剤供給入口
１４  酸化剤供給出口
２１  排ガス流路
２２  排ガス出口
３０  排ガス隔壁
４０  内殻
５０  外殻
６１〜６５  断熱構造体
７１〜７５  保持部材
８１〜８５  断熱材
１００、２００  燃料電池装置
【図１】
0003186133.tif 000003
【図２】
0003186133.tif 000004
【図３】
0003186133.tif 000005
【図４】
0003186133.tif 000006
【図５】
0003186133.tif 000007
【図６】
0003186133.tif 000008