(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池であって、
原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、
外表面に供給された酸化剤ガスと、前記改質器から内部流路に供給された燃料ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの下方に位置し、前記燃料電池セルに前記酸化剤ガスを上方に向けて供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記複数の燃料電池セルを収容するモジュール容器と、
前記モジュール容器内の前記複数の燃料電池セルの上方に設けられ、前記複数の燃料電池セルの発電に寄与しなかった酸化剤ガス及び燃料ガスを燃焼させ排ガスを生成する燃焼部と、
前記モジュール容器の一側面に形成された挿通孔を挿通するように設置され、前記燃焼部において前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスに着火する着火装置と、
前記着火装置の下方に位置する前記複数の燃料電池セルのうちの一部の前記燃料電池セルの上端に設けられた、前記酸化剤ガス供給手段から供給された酸化剤の前記燃焼部への流れを遮断する酸化剤ガス遮蔽部材と、を備え、
前記着火装置は前記酸化剤ガス遮蔽部材の直上において前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスに着火し、
さらに、前記酸化剤ガス供給手段により供給される酸化剤ガスを、前記酸化剤ガス遮蔽部材の上方へ誘導する酸化剤ガス誘導部を備える、固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項２】
上面視において、前記酸化剤ガス誘導部は、前記酸化剤ガス遮蔽部材と重なり合っている、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項３】
前記燃料電池セルの上端には、前記内部流路に接続され、前記発電に寄与しなかった燃料ガスを排出する前記燃料電池セルよりも小径の排出端を有するキャップが設けられ、
前記酸化剤ガス遮蔽部材は前記キャップに支持され、
前記酸化剤ガス誘導部の下端の位置は、前記酸化剤ガス遮蔽部材の上面の位置よりも高く、前記排出端の位置よりも低い、請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項４】
前記挿通孔の断面は円形であり、前記酸化剤ガス誘導部の下面は前記挿通孔と同心の弧面形状である、請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項５】
前記モジュール容器の一側面には内側に向かって円筒状に立設された円筒部が形成され、
前記挿通孔は前記円筒部内に形成されており、
前記円筒部の下面が前記酸化剤ガス誘導部として機能する、請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池装置。
【請求項６】
前記モジュール容器は水平断面が矩形状であり、
前記酸化剤ガス供給手段は、前記挿通孔が設けられた一側面を挟んで対向する前記モジュール容器の二側面のそれぞれの下方に設けられており、
前記挿通孔は上面視において前記酸化剤ガス供給手段の中間位置に設けられている、請求項４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、固体酸化物形燃料電池装置に関し、特に、原料ガスを改質して得られた燃料ガスと空気との反応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」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
【０００３】
このような固体酸化物形燃料電池装置では、例えば、特許文献１に記載されているように、燃料電池セルの上方に発電に寄与しなかった燃料ガス及び発電用空気を燃焼させる燃焼部が設けられており、燃焼部における着火時において燃焼部の気流を安定させるべく、燃料電池セルの上端に下方からの酸化剤ガスを遮断するためのスタックプレートが設けられている。
【０００４】
また、特許文献２に記載されているように、蒸発器をモジュール容器の外部に設けることにより、熱利用率を向上するとともに、モジュール容器をコンパクト化することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０８６９８号公報
【特許文献２】特開２０１２−２２１６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、引用文献１に記載されているような固体酸化物形燃料電池装置において、引用文献２に記載されているようにモジュール容器をコンパクト化しようとすると、モジュールケース内の酸化剤ガスの通路が狭くなり、流速が早くなる。このように酸化剤ガスの流速が早くなってしまうと、スタックプレートの下流側（上方）に充分な量の酸化剤ガスが回り込まず、着火不良が生じてしまう。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、モジュール容器の小型化を維持しつつ、安定的に燃焼部に着火可能な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】
【０００８】
本発明は、固体酸化物形燃料電池であって、原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、外表面に供給された酸化剤ガスと、改質器から内部流路に供給された燃料ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの下方に位置し、燃料電池セルに酸化剤ガスを上方に向けて供給する酸化剤ガス供給手段と、複数の燃料電池セルを収容するモジュール容器と、モジュール容器内の複数の燃料電池セルの上方に設けられ、複数の燃料電池セルの発電に寄与しなかった酸化剤ガス及び燃料ガスを燃焼させ排ガスを生成する燃焼部と、モジュール容器の一側面に形成された挿通孔を挿通するように設置され、燃焼部において酸化剤ガス及び燃料ガスに着火する着火装置と、着火装置の下方に位置する複数の燃料電池セルのうちの一部の燃料電池セルの上端に設けられた、酸化剤ガス供給手段から供給された酸化剤の燃焼部への流れを遮断する酸化剤ガス遮蔽部材と、を備え、着火装置は酸化剤ガス遮蔽部材の直上において酸化剤ガス及び燃料ガスに着火し、さらに、酸化剤ガス供給手段により供給される酸化剤ガスを、酸化剤ガス遮蔽部材の上方へ誘導する酸化剤ガス誘導部を備える、ことを特徴とする。
【０００９】
上記構成の本発明によれば、酸化剤ガス誘導部により酸化剤ガス供給手段から供給された酸化剤ガスを酸化剤ガス遮蔽部材の上方に誘導するため、着火装置により安定的に燃焼部に着火することができる。すなわち、燃焼部の着火装置の周囲に特段の装置を設けることなく、酸化剤ガス遮蔽部材の上方に充分な酸化剤ガスを供給することができ、これにより、モジュール容器の小型化を実現しつつ、安定的に燃焼部を着火することができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、上面視において、酸化剤ガス誘導部は、酸化剤ガス遮蔽部材と重なり合っている。
上記構成の本発明によれば、モジュール容器の下方から上昇する酸化剤ガスを、より安定して酸化剤ガス遮蔽部材の上方に誘導することができる。これにより、より安定的な燃焼部の着火を実現できる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、燃料電池セルの上端には、内部流路に接続され、発電に寄与しなかった燃料ガスを排出する燃料電池セルよりも小径の排出端を有するキャップが設けられ、酸化剤ガス遮蔽部材はキャップに支持され、酸化剤ガス誘導部の下端の位置は、酸化剤ガス遮蔽部材の上面の位置よりも高く、排出端の位置よりも低い。
上記構成の本発明によれば、酸化剤ガス遮蔽部材と、酸化剤ガス誘導部の間隔が狭くなるため、酸化剤ガスをより効率良く、酸化剤ガス遮蔽部材の上方へと誘導することが可能になる。さらに、上記構成の本発明によれば、酸化剤ガス遮蔽部材の上方かつ、キャップの排出端よりも低い位置に酸化剤ガス誘導部が位置しているため、装置の搬送時などに酸化剤ガス遮蔽部材が離脱してモジュール容器の底部に落下するのを防止できる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、挿通孔の断面は円形であり、酸化剤ガス誘導部の下面は挿通孔と同心の弧面形状である。
仮に挿通孔の断面が矩形であり、酸化剤ガス誘導部の下面が水平平面状である場合には、酸化剤ガス遮断部材の上方へ酸化剤ガスを良好に誘導できるものの、酸化剤ガスの流れを阻害しすぎるため、広範囲において酸化剤ガスの流れを乱してしまう。これに対して、上記構成の本発明によれば、必要最低限の酸化剤ガスを酸化剤ガス遮蔽部材の上方に誘導することができ、最低限の範囲の酸化剤ガスの流れのみが乱され、広範囲にわたり酸化剤ガスの流れに大きな影響を与えることがない。
【００１３】
本発明において、好ましくは、モジュール容器の一側面には内側に向かって円筒状に立設された円筒部が形成され、挿通孔は円筒部内に形成されており、円筒部の下面が酸化剤ガス誘導部として機能する。
例えば、バーリング加工によりモジュール容器の一側面に着火装置のための挿通孔を形成すれば、モジュール容器の内側に円筒状に立設された円筒部が形成される。上記構成の本発明によれば、着火装置のために必要な挿通孔を形成することにより、酸化剤ガス誘導部として機能する円筒部も形成することができるため、簡単な構成で安定的に燃焼部に着火することが可能になる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、モジュール容器は水平断面が矩形状であり、酸化剤ガス供給手段は、挿通孔が設けられた一側面を挟んで対向するモジュール容器の二側面のそれぞれの下方に設けられており、挿通孔は上面視において酸化剤ガス供給手段の中間位置に設けられている。
酸化剤ガス誘導部の下面を挿通孔と同心の弧面とした場合には、酸化剤ガスが直下から酸化剤ガス誘導部に向かって送られないと、十分に酸化剤ガス遮断部材上の着火装置まで酸化剤ガスを供給することができない。これに対して、上記構成の本発明によれば、酸化剤ガス供給手段は、挿通孔が設けられた一側面を挟んで対向するモジュール容器の二側面のそれぞれの下方に設けられているため、対向する二側面に設けられた酸化剤ガス供給手段から供給された酸化剤ガスが中央で合流し、上方に向かって流れる。このため、酸化剤ガスが酸化剤ガス誘導部の直下から上方に向かって流れることとなり、着火装置に確実に酸化剤ガスを供給することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、モジュール容器の小型化を維持しつつ、安定的に燃焼部に着火可能な固体酸化物形燃料電池装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿った断面図である。
【図４】モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【図５】図２における点火装置近傍を拡大して示す鉛直断面図である。
【図６】図５におけるVI−VI断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図８】図２と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図である。
【図９】図３と同様の、図２のIII-III線に沿った断面図である。
【図１０】図５と同様の、図２の点火装置近傍の拡大鉛直断面図である。
【図１１】立ち上がり部がスタックプレートの脱落を防止している様子を示す鉛直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物形燃料電池装置を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。図１に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
【００１９】
燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材７を介して金属製のモジュールケース８が内蔵されている。この密閉空間であるモジュールケース８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤ガス（以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が収容置されている。この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（図６参照）が直列接続されて構成されている。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。
【００２０】
燃料電池モジュール２のモジュールケース８の発電室１０の上方には、燃焼部としての燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった（発電に寄与しなかった）残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、排気ガス（言い換えると燃焼ガス）を生成するようになっている。さらに、モジュールケース８は断熱材７により覆われており、燃料電池モジュール２内部の熱が、外気へ発散するのを抑制している。また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器１２０が配置され、残余ガスの燃焼熱によって改質器１２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。
【００２１】
さらに、ハウジング６内においてモジュールケース８の上方には、蒸発器１４０が断熱材７内に設けられている。蒸発器１４０は、供給された水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガス（以下では「燃料ガス」と呼ぶこともある。）をモジュールケース８内の改質器１２０に供給する。
【００２２】
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、都市ガス等の原料ガスの供給減である燃料供給源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。
【００２３】
なお、本実施形態では、装置の起動時に改質器１２０内において、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）のみが生じるＰＯＸ工程から、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）と水蒸気改質反応（ＳＲ）が混在したオートサーマル改質反応（ＡＴＲ）が生じるＡＴＲ工程を経て、水蒸気改質反応のみが生じるＳＲ工程が行われるように構成してもよいし、ＰＯＸ工程を省略してＡＴＲ工程からＳＲ工程に移行されるように構成してもよいし、ＰＯＸ工程及びＡＴＲ工程を省略してＳＲ工程のみが行われるように構成してもよい。なお、ＳＲ工程のみが行われる構成では、改質用空気流量調整ユニット４４は不要である。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。図２は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿った断面図であり、図４は、モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。
【００２６】
図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール２は、断熱材７で覆われたモジュールケース８の内部に設けられた燃料電池セル集合体１２及び改質器１２０を有すると共に、モジュールケース８の外部で且つ断熱材７内に設けられた蒸発器１４０を有する。
【００２７】
まず、モジュールケース８は、図４に示すように、略矩形の天板８ａ，底板８ｃ，これらの長手方向（図２の左右方向）に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板８ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板８ａ及び底板８ｃの幅方向（図３の左右方向）に延びる辺同士を連結する閉鎖側板８ｄ，８ｅからなる。
【００２８】
モジュールケース８は、空気通路カバー１６０によって天板８ａ及び側板８ｂが覆われている。空気通路カバー１６０は、天板１６０ａと、対向する一対の側板１６０ｂとを有する。天板１６０ａの略中央部分には、排気管１７１を貫通させるための開口部１６７と、発電用空気導入管７４を接続するための開口部１６０ｃと、が設けられている。天板１６０ａと天板８ａとの間、及び、側板１６０ｂと側板８ｂとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュールケース８の外側と断熱材７との間、具体的にはモジュールケース８の天板８ａ及び側板８ｂと、空気通路カバー１６０の天板１６０ａ及び側板１６０ｂとの間には、天板１６０ａ及び側板１６０ｂの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路１６１ａ，１６１ｂが形成されている（図３参照）。
【００２９】
モジュールケース８の側板８ｂの下部には、複数の貫通孔である吹出口８ｆが設けられている（図４参照）。発電用空気は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａのうち、モジュールケース８の閉鎖側板８ｅ側の略中央部に設けられた発電用空気導入管７４から空気通路１６１ａ内に供給される（図２参照）。そして、発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂを通って、吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される（図３、図４参照）。すなわち、対向する一対の側板８ｂに形成された吹出口８ｆが本発明における、燃料電池セルに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段として機能する。
【００３０】
また、空気通路１６１ａ，１６１ｂの内部には、第１及び第２排気通路１７２ａ、１７２ｂ内の排気ガスと空気通路１６１ａ，１６１ｂ内の空気との間の熱交換を促進する熱交換促進部材としてのプレートフィン１６２，１６３が設けられている（図３参照）。プレートフィン１６２は、モジュールケース８の天板８ａと空気通路カバー１６０の天板１６０ａの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられている。すなわち、プレートフィン１６２は、空気通路１６１ａ内の後述する第１排気通路１７２ａに対応する部分に設けられている。また、プレートフィン１６３は、モジュールケース８の側板８ｂと空気通路カバー１６０の側板１６０ｂとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット１６よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられている。すなわち、プレートフィン１６３は、空気通路１６１ｂ内の後述する第２排気通路１７２ｂ及び排気集中部１７６に対応する部分に設けられている。
【００３１】
空気通路１６１ａ，１６１ｂを流れる発電用空気は、特にプレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の内側のモジュールケース８内（具体的には天板８ａ，側板８ｂに沿って設けられた排気通路）を通過する排気ガスとの間で熱交換を行い、加熱されることとなる。このようなことから、空気通路１６１ａ，１６１ｂにおいてプレートフィン１６２，１６３が設けられた部分は、熱交換器（熱交換部）として機能する。なお、プレートフィン１６２が設けられた部分が主たる熱交換器部分を構成し、プレートフィン１６３が設けられた部分が従たる熱交換器部分を構成する。
【００３２】
次に、蒸発器１４０は、モジュールケース８の天板８ａ上で水平方向に延びるように固定されている。また、蒸発器１４０とモジュールケース８との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材７の一部分７ａが配置されている（図２及び図３参照）。
【００３３】
具体的には、蒸発器１４０は、長手方向（図２の左右方向）の一側端側に、水及び原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい）を供給する燃料供給配管６３と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管８２（図３参照）とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管１７１の上端部が連結されている。排気管１７１は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａに形成された開口部１６７を貫通して下方へ延び、モジュールケース８の天板８ａ上に形成された排気口１１１に連結されている。排気口１１１は、モジュールケース８内の燃焼室１８で生成された排気ガスをモジュールケース８の外へ排出する開口部であり、モジュールケース８の上面視略矩形の天板８ａのほぼ中央部に形成されている。
【００３４】
また、蒸発器１４０は、図２及び図３に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース１４１を有している。この蒸発器ケース１４１は、２つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース１４２と下側ケース１４３とを、これらの間に中間板１４４を挟んだ状態で接合して形成されている。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、本実施形態の蒸発器１４０は、燃焼触媒器を含んでいる。
【００３８】
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。
【００３９】
更に、図２に示すように、混合部１４０Ｃには、改質器１２０に混合ガスを供給するための混合ガス供給管１１２が接続されている。この混合ガス供給管１１２は、排気管１７１の内部を通過するように配置されており、一端が中間板１４４に形成された開口１４４ａに連結され、他端が改質器１２０の天面に形成された混合ガス供給口１２０ａに連結されている。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ内，排気管１７１内を通過してモジュールケース８内まで鉛直下方に延び、そこで略９０°屈曲されて天板８ａに沿って水平方向に延びた後、下方へ略９０°屈曲されて改質器１２０に連結されている。
【００４０】
次に、改質器１２０は、燃焼室１８の上方でモジュールケース８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置され、モジュールケース８の天板８ａとの間に排気ガス誘導部材１３０を介して所定距離隔てられて状態で、天板８ａに対して固定されている。改質器１２０は、上面視で外形略矩形であるが、中央部に貫通孔１２０ｂが形成された環状構造体であり、上側ケース１２１と下側ケース１２２とが接合された筐体を有している。この貫通孔１２０ｂは、天板８ａに形成された排気口１１１と上面視で重なるように位置し、好ましくは、貫通孔１２０ｂの中央位置に排気口１１１が形成される。
【００４１】
改質器１２０の長手方向の一端側（モジュールケース８の閉鎖側板８ｅ側）では、上側ケース１２１に設けられた混合ガス供給口１２０ａに混合ガス供給管１１２が連結されており、他端側（閉鎖側板８ｄ側）では、燃料ガス供給管６４が下側ケース１２２に、脱硫器３６まで延びる水添脱硫器用水素取出管６５が上側ケース１２１にそれぞれ連結されている。したがって、改質器１２０は、混合ガス供給管１１２から混合ガス（つまり水蒸気が混合された原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい））を受け取り、内部で混合ガスを改質し、燃料ガス供給管６４及び水添脱硫器用水素取出管６５から改質後のガス（即ち、燃料ガス）を排出するように構成されている。
【００４２】
改質器１２０は、その内部空間が２つの仕切り板１２３ａ，１２３ｂによって３つの空間に仕切られることにより、改質器１２０内に、混合ガス供給管１１２からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部１２０Ａと、混合ガスを改質するための改質触媒（図示せず）が充填された改質部１２０Ｂと、改質部１２０Ｂを通過したガスを排出するガス排出部１２０Ｃと、が形成されている（図２参照）。改質部１２０Ｂは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに設けられた複数の連通孔（スリット）を通って移動可能となっている。また、改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
【００４３】
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。
【００４４】
改質部１２０Ｂでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板１２３ｂを通過してガス排出部１２０Ｃに供給される。
ガス排出部１２０Ｃでは、燃料ガスが燃料ガス供給管６４、及び、水添脱硫器用水素取出管６５へ排出される。
【００４５】
燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管６４は、モジュールケース８内を閉鎖側板８ｄに沿って下方へ延び、底板８ｃ付近で略９０°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内へ入り、更にマニホールド６６内で逆側の閉鎖側板８ｅ付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。このマニホールド６６の上方には、燃料電池セルユニット１６を支持するための貫通孔を備えた下支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。また、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。
【００４６】
図５は、図２における点火装置近傍を拡大して示す鉛直断面図であり、図６は図５におけるVI−VI断面図である。図５及び図６に示すように、モジュールケース８の閉鎖側板８ｅには、燃料電池セルユニット１６の上端よりもわずかに高い位置に円形の挿通孔８ｇが形成されている。この挿通孔８ｇは、バーリング加工により形成されており、挿通孔８ｇの縁には円筒状の立ち上がり部８ｈがモジュールケース８の内部に向かって、閉鎖側板８ｅに対して垂直に立ち上がっている。
【００４７】
挿通孔８ｇには、円筒状の円筒部材１８２が、内側端部が立ち上がり部８ｈの内側端部と一致するように嵌め込まれている。円筒部材１８２内には、点火装置８３が嵌め込まれている。点火装置８３は、円筒部材１８２内に配置された点火装置本体１８０と、点火装置本体１８０からモジュールケース８の内部に延びる点火部材１８１とを有する。点火部材１８１は、例えば、先端に放電可能な一対の電極を備えた部材であり、点火装置本体１８０から電力が加えられることにより、火花を放出する。点火部材１８１の先端は、幅方向中央、かつ、閉鎖側板８ｅ側から一列目と二列目の燃料電池セルユニット１６の間に位置している。なお、上記の立ち上がり部８ｈが本発明の酸化剤ガス誘導部として機能する。また、立ち上がり部８ｈの下面は、挿通孔８ｇと同心の弧面形状を呈している。
【００４８】
また、図６に示すように、幅方向中央の２列、かつ、閉鎖側板８ｅ側から２列の燃料電池セルユニット１６の上部には、スタックプレート１９０が設けられている。スタックプレート１９０は、略正方形の耐熱性を有する板材からなり、燃料電池セルユニット１６に相当する位置に円形の開口が形成されている。スタックプレート１９０は、開口に縦横２列ずつの燃料電池セルユニット１６の燃料ガス流路細管９８が挿通することにより、燃料電池セルユニット１６のキャップとして機能する内側電極端子８６に支持されている。
【００４９】
立ち上がり部８ｈの下端は、スタックプレート１９０の上面の高さ位置よりも上方、かつ、燃料電池セルユニット１６の燃料ガス流路細管９８の上端の位置よりも下方に位置している。また、立ち上がり部８ｈの先端部は、燃料電池セルユニット１６の上方まで延出しており、上面視において、立ち上がり部８ｈは燃料電池セルユニット１６と重なり合っている。
【００５０】
排気ガス誘導部材１３０は、改質器１２０と天板８ａとの間でモジュールケース８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排気ガス誘導部材１３０は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板１３１及び上部誘導板１３２と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板１３３，１３４とを備えている（図２，図３参照）。上部誘導板１３２は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板１３１に連結されている。連結板１３３，１３４は、上端部が天板８ａに連結され、下端部が改質器１２０に連結されており、これにより、排気ガス誘導部材１３０及び改質器１２０を天板８ａに固定している。
【００５１】
下部誘導板１３１は、幅方向（図３の左右方向）の中央部が下方に向けて突出する凸状段部１３１ａが形成されている。一方、上部誘導板１３２は、下部誘導板１３１と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部１３２ａが形成されている。凸状段部１３１ａと凹部１３２ａは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管１１２は、モジュールケース８内でこの凹部１３２ａ内を水平方向に延びた後、閉鎖側板８ｅ付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板１３２及び下部誘導板１３１を貫通して、改質器１２０に連結されている。
【００５２】
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（ガス断熱層）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。
【００５３】
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の上面と天板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第１排気通路１７２ａが形成されている。この第１排気通路１７２ａは、モジュールケース８の天板８ａを挟んで空気通路１６１ａと並設されており、第１排気通路１７２ａ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１７５ａが配置されている。このプレートフィン１７５ａ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。
【００５４】
上部誘導板１３２は、上部誘導板１３２の側面と側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板１３２の側面と側板８ｂとの間には、長手方向及び上下方向に延びる第２排気通路１７２ｂが形成されている。第２排気通路１７２ｂは上部において第１排気通路１７２ａと連通している。第２排気通路１７２ｂ内にも、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１７５ｂが配置されている。このプレートフィン１７５ｂは、下端が下部誘導板１３１の高さまで延びている。
【００５５】
空気通路１６１ａ、１６１ｂと、第１及び第２排気通路１７２ａ、１７２ｂのうち、プレートフィン１６２、１６３、１７５ａ、１７５ｂが設けられた部分において、空気通路１６１ａ、１６１ｂを流れる発電用空気と第１及び第２排気通路１７２ａ、１７２ｂ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。
【００５６】
また、改質器１２０は、モジュールケース８の側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器１２０と側板８ｂとの間には、排気ガスを下方から上方へ通過させる第３排気通路１７３が形成されている。
【００５７】
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第４排気通路１７４を形成している。この第４排気通路１７４は、改質器１２０の上方、かつ、側板８ｂの近傍で第３排気通路１７３と合流し、排気ガスが集中する排気集中部１７６が形成される。
【００５８】
次に、図７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７は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【００５９】
図７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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
この燃料ガス流路細管９８は、内側電極端子８６の中心から燃料電池セル８４の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド６６（図２参照）から、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃料ガス流路８８に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路８８から、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃焼室１８（図２参照）に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
燃料電池セル集合体１２は、各燃料電池セルユニット１６の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が、他の燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面に電気的に接続されることにより、１２８本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されて構成される。
【００６７】
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。図８は、図２と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図９は、図３と同様の、図２のIII-III線に沿った断面図である。図１０は、図５と同様の、図２の点火装置近傍の拡大鉛直断面図である。図８乃至図１０は、それぞれ、図２、図３、及び図５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。
【００６８】
図８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。
【００６９】
混合部１４０Ｃ内で形成された混合ガス（燃料ガス）は、混合ガス供給管１１２を通って、モジュールケース８内の改質器１２０に供給される。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ，排気管１７１，及び第１排気通路１７２ａ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。
【００７０】
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。
【００７１】
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からマニホールド６６内に供給され、マニホールド６６から各燃料電池セルユニット１６内に供給される。
【００７２】
また、図８及び図９に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管７４から空気通路１６１ａに供給される。発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内において、プレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の下部のモジュールケース８内に形成された第１及び第２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。
【００７３】
この後、発電用空気は、モジュールケース８の側板８ｂの下部に設けられた複数の吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される。なお、本実施形態では、燃料電池セル集合体１２の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排気ガスとの間の熱交換は抑制される。したがって、燃料電池セル集合体１２の側方部位において、空気通路１６１ｂ内の発電用空気に上下方向の温度ムラが生じ難くなっている。
【００７４】
図１０に示すように、発電用空気は、モジュールケース８の対向する側板８ｂの下部に設けられた複数の吹出口８ｆから中央に向かって噴出される。そして、対向する側板８ｂの吹出口８ｆから噴出された発電用空気は、モジュールケース８内の幅方向中央で衝突し、燃料電池セルユニット１６の間を通り、燃焼室１８まで、上方に向かって流れる。ここで、点火装置８３の点火部材１８１の先端の下方に位置する縦横２列の燃料電池セルユニット１６の上方にはスタックプレート１９０が設けられている。このため、これら燃料電池セルユニット１６の下方から吹き上げられる発電用空気は、スタックプレート１９０により遮られ、側方に迂回して流れる。
これに対して、モジュールケース８の側板８ｅに沿って上方に流れる発電用空気は、立ち上がり部８ｈにおいてモジュールケース８の中心側（すなわち、図１０における左側に向けて誘導される。これにより、側板８ｅに沿って上方に流れる発電用空気は、スタックプレート１９０の上方に向けて斜め上方に流れる。これにより、スタックプレート１９０の上方に、点火装置８３により発火するのに十分な量の発電用酸素が供給される。
【００７５】
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９に示すように、燃焼室１８で燃焼されて排気ガス（燃焼ガス）となり、モジュールケース８内を上昇していく。具体的には、排気ガスは、第３排気通路１７３と第４排気通路１７４とに分岐して、改質器１２０の外側面とモジュールケース８の側板８ｂとの間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂから改質器１２０と排気ガス誘導部材１３０との間をそれぞれ通過する。このとき、第４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第３排気通路１７３に向けて誘導され、排気集中部１７６において第３排気通路１７３を流れる排気ガスに合流する。ここで、第２排気通路１７２内にはプレートフィン１７５ｂが設けられているため、第３排気通路１７３及び第４排気通路１７４を通過した排気ガスは排気集中部１７６において滞留する（図９のＡの部分）。
【００７６】
その後、排気ガスは、排気集中部１７６から第２排気通路１７２ｂに導入される。そして、第２排気通路１７２ｂを通過した排気ガスは、第１排気通路１７２ａを水平方向に流れていき、モジュールケース８の天板８ａの中央に形成された排気口１１１から流出する。
【００７７】
なお、排気ガスが排気集中部１７６に滞留する際に、空気通路１６１ｂ内の排気集中部１７６に対応する部分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。さらに、排気ガスが第２排気通路１７２ｂ及び第１排気通路１７２ａを流れていく際に、第２及び第１排気通路１７２ｂ、１７２ａ内に設けられたプレートフィン１７５ｂ、１７５ａと、空気通路１６１ａ、１６１ｂ内のプレートフィン１７５ｂ、１７５ａに対応する部分に設けられたプレートフィン１６２、１６３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。
【００７８】
そして、排気口１１１から流出した排気ガスは、モジュールケース８の外部に設けられた排気管１７１を通過して蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａに流入し、排気通路部１４０Ａを通過した後、蒸発器１４０から排気ガス排出管８２へ排出される。排気ガスは、蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａを流れる際に、上述したように、蒸発器１４０の混合部１４０Ｃ内の混合ガス及び蒸発部１４０Ｂ内の水と熱交換を行う。
【００７９】
なお、立ち上がり部８ｈは、スタックプレート１９０の脱落防止機構としても機能する。図１１は、立ち上がり部がスタックプレートの脱落を防止している様子を示す鉛直断面図である。例えば、本実施形態の固体酸化物形燃料電池装置１を搬送する際には、図１１に示すように、スタックプレート１９０が、燃料電池セルユニット１６の上面から浮き上がることがある。このようにスタックプレート１９０が浮き上がったとしても、立ち上がり部８ｈがスタックプレート１９０の上方まで延出しているため、スタックプレート１９０が立ち上がり部８ｈに衝突する。これにより、スタックプレート１９０は、これ以上浮き上がることはなく、燃料電池セルユニット１６の燃料ガス流路細管９８がスタックプレート１９０の開口から離脱することを防止できる。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池装置１によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、モジュールケース８の閉鎖側板８ｅに形成された立ち上がり部８ｈにより、発電用空気がスタックプレート１９０の上方に誘導される。これにより、点火装置８３により安定的に燃焼室１８に着火することができる。このように、本実施形態によれば、点火装置８３の周囲に新たな装置を設けることなく、モジュールケース８の小型化を実現しつつ、安定的な燃焼室１８の着火を実現できる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、立ち上がり部８ｈがスタックプレート１９０の上方まで延出しており、上面視において立ち上がり部８ｈと、スタックプレート１９０とが重なり合っている。これにより、モジュールケース８の下方から上昇する発電用空気を、より安定してスタックプレート１９０の上方に誘導することができ、より安定的な燃焼室１８の着火を実現できる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、立ち上がり部８ｈは、スタックプレート１９０の上面よりも高く、燃料電池セルユニット１６の燃料ガス流路細管９８の上端よりも低い位置に設けられている。これにより、立ち上がり部８ｈとスタックプレート１９０との間隔が狭くなり、酸化剤ガスをより効率良く、スタックプレート１９０の上方へと誘導することができる。さらに、固体酸化物形燃料電池装置１を搬送する際に、スタックプレート１９０が、燃料電池セルユニット１６の上面から浮き上がったとしても、燃料電池セルユニット１６の燃料ガス流路細管９８がスタックプレート１９０の開口から離脱し、モジュールケース８の底部に落下するのを防止できる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、挿通孔８ｇの断面が円形であり、立ち上がり部８ｈの下面は挿通孔８ｇと同心の弧面形状である。仮に挿通孔を矩形状とした場合には、立ち上がり部の下面が水平平面状となってしまう。このように立ち上がり部の下面を水平平面上とすると発電用空気の流れを大きく阻害しすぎてしまい、広範囲において酸化剤ガスの流れを乱してしまう。これに対して、本実施形態によれば、必要最低限の発電用空気がスタックプレート１９０の上方に誘導され、他の部位の発電用空気の流れに大きな影響を与えることがない。
【００８４】
また、本実施形態によれば、モジュールケース８の閉鎖側板８ｅには内側に向かって円筒状に立設された立ち上がり部８ｈが形成され、挿通孔８ｇは立ち上がり部８ｈ内に形成されており、立ち上がり部８ｈの下面が発電用空気をスタックプレート１９０の上方に誘導する酸化剤ガス誘導部として機能する。
例えば、バーリング加工によりモジュールケース８の閉鎖側板８ｅに点火装置８３のための挿通孔８ｇを形成すれば、モジュールケース８の内側に円筒状に立設された立ち上がり部８ｈが形成される。このように本実施形態によれば、点火装置８３のために必要な挿通孔８ｇを形成することにより、酸化剤ガス誘導部として機能する立ち上がり部８ｈも形成することができるため、簡単な構成で安定的に燃焼室１８に着火することが可能になる。
【００８５】
立ち上がり部８ｈの下面を挿通孔８ｇと同心の弧面形状とした場合には、発電用空気が立ち上がり部８ｈの直下から上方に向かって供給されなければ、十分にスタックプレート１９０の上方の点火装置８３まで発電用空気を供給することができない。これに対して、本実施形態によれば、モジュールケースは水平断面が矩形状であり、発電用空気は、モジュールケース８の対向する側板８ｂの吹出口８ｆから供給され、挿通孔８ｇは閉鎖側板８ｅの幅方向中央に設けられている。これにより、対向する側板８ｂの吹出口８ｆから供給された発電用空気は、幅方向中央において衝突し、上昇する。これにより、挿通孔８ｇには下方から上方に向かって発電用空気が流れることになり、点火装置８３まで確実に発電用空気を供給することができる。
【符号の説明】
【００８６】
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  ハウジング
７  断熱材
８  モジュールケース
８ａ  天板
８ｂ  側板
８ｃ  底板
８ｄ  閉鎖側板
８ｅ  閉鎖側板
８ｆ  吹出口
８ｇ  挿通孔
８ｈ  立ち上がり部
１０  発電室
１２  燃料電池セル集合体
１６  燃料電池セルユニット
１８  燃焼室
２４  水供給源
２６  純水タンク
２８  水流量調整ユニット
３０  燃料供給源
３２  ガス遮断弁
３６  脱硫器
３８  燃料流量調整ユニット
３９  バルブ
４０  空気供給源
４２  電磁弁
４４  改質用空気流量調整ユニット
４５  発電用空気流量調整ユニット
４６  第１ヒータ
４８  第２ヒータ
５０  温水製造装置
５２  制御ボックス
５４  インバータ
６３  燃料供給配管
６４  燃料ガス供給管
６４ａ  水平部
６４ｂ  燃料供給孔
６５  水添脱硫器用水素取出管
６６  マニホールド
６８  下支持板
７４  発電用空気導入管
８２  排気ガス排出管
８３  点火装置
８４  燃料電池セル
８６  内側電極端子
８８  燃料ガス流路
９０  内側電極層
９２  外側電極層
９４  電解質層
９６  シール材
９８  燃料ガス流路細管
１１１  排気口
１１２  混合ガス供給管
１２０  改質器
１２０Ａ  混合ガス受入部
１２０Ｂ  改質部
１２０Ｃ  ガス排出部
１２０ａ  混合ガス供給口
１２０ｂ  貫通孔
１２１  上側ケース
１２２  下側ケース
１２３ａ  仕切り板
１２３ｂ  仕切り板
１３０  排気ガス誘導部材
１３１  下部誘導板
１３１ａ  凸状段部
１３２  上部誘導板
１３２ａ  凹部
１３３  連結板
１３４  連結板
１３５  ガス断熱層（ガス溜）
１４０  蒸発器
１４０Ａ  排気通路部
１４０Ｂ  蒸発部
１４０Ｃ  混合部
１４１  蒸発器ケース
１４２  上側ケース
１４３  下側ケース
１４４  中間板
１４４ａ  開口
１６０  空気通路カバー
１６０ａ  天板
１６０ｂ  側板
１６１ａ  空気通路
１６１ｂ  空気通路
１６２  プレートフィン
１６３  プレートフィン
１６７  開口部
１７１  排気管
１７２ａ  第１排気通路
１７２ｂ  第２排気通路
１７３  第３排気通路
１７４  第４排気通路
１７５ａ  プレートフィン
１７５ｂ  プレートフィン
１７６  排気集中部
１８０  点火装置本体
１８１  点火部材
１８２  円筒部材
１９０  スタックプレート
【図１】
0006628084.tif 000002
【図２】
0006628084.tif 000003
【図３】
0006628084.tif 000004
【図４】
0006628084.tif 000005
【図５】
0006628084.tif 000006
【図６】
0006628084.tif 000007
【図７】
0006628084.tif 000008
【図８】
0006628084.tif 000009
【図９】
0006628084.tif 000010
【図１０】
0006628084.tif 000011
【図１１】
0006628084.tif 000012