(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池スタック（ＣＳ）と、
前記燃料電池スタックの近傍に配置されており、前記燃料電池スタックから排出された前記燃料ガスを燃焼させる燃焼器（２０）と、
前記燃料電池スタックが配置されている空間と、前記燃焼器が配置されている空間と、の間を分けるように設けられたプレートと、を備え、
前記燃料電池スタックのうち前記燃焼器に近接した部位が局所的に加熱されることを抑制するように、前記燃焼器から前記燃料電池スタックへの伝熱を調整する第１調整手段（５２，ＣＵ）を更に備えたことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記第１調整手段は、
前記燃焼器の近傍に配置された冷却流路（５２）を有し、前記冷却流路に空気を通すことにより前記燃焼器を冷却するものであることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記第１調整手段は、
前記冷却流路を通過した高温の空気を通す流路であって、当該空気の熱が前記燃料電池スタックに伝達されるように配置された加熱流路（６２）を更に有することを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記第１調整手段は、
前記燃料電池スタックの温度に基づいて、前記冷却流路に対する空気の供給量を調整することを特徴とする、請求項２又は３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記第１調整手段は、
前記燃料電池スタックと前記燃焼器との間に形成された断熱流路（ＨＩＰ）を有し、前記断熱流路に空気を通すことにより前記燃料電池スタックへの伝熱を抑制するものであることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記第１調整手段は、
前記燃料電池スタックの温度に基づいて、前記断熱流路に対する空気の供給量を調整することを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記第１調整手段は、
前記燃料電池スタックに含まれる単セルの電圧に基づいて、前記燃焼器から前記燃料電池スタックへの伝熱を調整することを特徴とする、請求項１乃至３、５のいずれか１項に記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記燃料電池スタックに対する前記酸化剤ガスの供給量を調整する第２調整手段（ＢＬ１，ＣＵ）を更に備えたことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記第２調整手段は、
前記燃料電池スタックの温度に基づいて、前記燃料電池スタックに対する前記酸化剤ガスの供給量を調整することを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記第２調整手段は、
前記燃料電池スタックに含まれる単セルの電圧に基づいて、前記燃料電池スタックに対する前記酸化剤ガスの供給量を調整することを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池装置は、燃料ガス及び酸化剤ガスが持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電装置である。その発電効率は非常に高く、また排出されるガスも比較的クリーンであることから、次世代の発電装置として注目されている。
【０００３】
燃料電池装置の動作中においては、燃料電池スタックの温度は発電に適した温度に維持される。例えば、固体酸化物型の燃料電池装置の場合、燃料電池スタックは約７００度の高温に維持される。燃料ガス及び酸化剤ガスの供給によって燃料電池スタックの温度が低下してしまうことのないように、燃料ガス及び酸化剤ガスは、予め加熱されその温度を上昇させてから燃料電池スタックに供給される。
【０００４】
燃料電池装置の運転効率に鑑みれば、燃料電池スタックの温度の維持、及び燃料ガス及び酸化剤ガスの加熱のために、外部からエネルギーの供給を受けることは望ましくない。このため、発電に伴って燃料電池スタックで生じる発電熱と、燃料電池スタックから排出された燃料ガスを燃焼させることによって生じる燃焼熱とを有効に利用し、これらのみによって燃料電池スタックの温度の維持等を行うこと（所謂熱自立運転）が可能な燃料電池装置が開発されている。
【０００５】
下記特許文献１に記載の燃料電池装置では、燃料電池スタック、燃料ガスを燃焼させる燃焼室、酸化剤ガスの加熱を行う熱交換器等が、断熱材で囲まれた狭い空間内において互いに接近した状態で配置されている。このような構成により、外部への熱の放散が抑制されるため、熱自立運転を行うことが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２３３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の燃料電池では、燃料電池スタック等の構成要素が狭い空間内に集約された結果として、燃料ガスを燃焼させる燃焼室が燃料電池スタックの近傍に配置された構成となっている。このため、燃焼室で生じる燃焼熱により、燃料電池スタックの一部が局所的に加熱されることとなる。その結果、燃料電池スタックの温度分布が不均一なものとなり、大きな温度差が生じてしまうことがある。燃料電池スタックにおけるこのような温度差は、燃料電池装置の運転効率の低下に繋がるだけでなく、燃料電池スタックを構成するセルを破損させてしまうこともあるので、望ましくない。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスを燃焼させる燃焼器が燃料電池スタックの近傍に配置された構成としながらも、燃料電池スタックにおける温度差を抑制することのできる燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を受けて発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタックの近傍に配置されており、燃料電池スタックから排出された燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、燃料電池スタックが配置されている空間と、燃焼器が配置されている空間と、の間を分けるように設けられたプレートと、を備え、燃料電池スタックのうち燃焼器に近接した部位が局所的に加熱されることを抑制するように、燃焼器から燃料電池スタックへの伝熱を調整する第１調整手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る燃料電池では、第１調整手段により、燃焼器から燃料電池スタックへの伝熱が調整される。当該調整は、燃料電池スタックにおける温度差を抑制するように行われる。例えば、燃料電池スタックの一部が燃焼器からの熱により局所的に高温となり過ぎるような場合には、燃焼器から燃料電池スタックへの伝熱を抑制するような調整が行われる。これにより、燃料電池スタックの局所的な温度上昇が抑制されて、燃料電池スタックにおける温度差が抑制される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料ガスを燃焼させる燃焼器が燃料電池スタックの近傍に配置された構成としながらも、燃料電池スタックにおける温度差を抑制することのできる燃料電池装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池装置の内部構造を示す模式図である。
【図２】図１に示される燃料電池装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示される燃料電池装置の制御装置によって行われる処理を示すフローチャートである。
【図４】変形例に係る燃料電池装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示される燃料電池装置の制御装置によって行われる処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る燃料電池装置の内部構造を示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る燃料電池装置の内部構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、本発明の第１実施形態に係る燃料電池装置ＦＣは、燃料電池スタックＣＳ（セルスタック）と、ケーシング１０と、燃焼器２０と、改質ユニット３０と、制御装置ＣＵと、を備えている。
【００１５】
燃料電池スタックＣＳは、複数の燃料電池セル（不図示）の集合体である。各燃料電池セルは、固体酸化物形の燃料電池セル（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）であって、平板状の固体電解質の一方側の面に燃料極（アノード）が形成され、他方側の面に空気極（カソード）が形成された構成となっている。これら燃料極及び空気極は、いずれも導電性のセラミックスで形成された多孔質体である。
【００１６】
燃料電池スタックＣＳでは、全ての燃料電池セルが上下方向に積層されており、これらが電気的に直列接続された状態となっている。具体的には、燃料電池スタックＣＳは、一対のエンドプレート（不図示）の間に複数の燃料電池セルを積層してなるサブスタックを、その積層方向に沿って更に複数重ねた構成となっている。それぞれの燃料電池セルの間にはインターコネクタが介在している。燃料電池スタックＣＳは、スタックアダプタＡＤを介してベースプレートＢＰの上面側に立設されている。
【００１７】
スタックアダプタＡＤは、内部に複数のガス流路（不図示）が形成された板状の部材である。後に説明するように、燃料電池スタックＣＳに対する燃料ガスの供給は、スタックアダプタＡＤを介して行われる。また、燃料電池スタックＣＳからのガスの排出（発電に供しなかった残余の燃料ガス及び空気の排出）も、スタックアダプタＡＤを介して行われる。ベースプレートＢＰは、ケーシング１０の内部に水平に配置された円形の金属板である。ベースプレートＢＰにより、ケーシング１０の内部空間は概ね上下２室に分けられている。
【００１８】
ケーシング１０は、燃料電池スタックＣＳ、燃焼器２０、改質ユニット３０等を内部に収容する略円柱形状の筐体である。ケーシング１０は、その側面及び上面の全体を断熱材（不図示）により覆われている。ケーシング１０は、第１筒状体１１０と、第２筒状体１２０と、第３筒状体１３０と、第４筒状体１４０と、第５筒状体１５０と、第６筒状体１６０とを有している。第１筒状体１１０、第２筒状体１２０、第３筒状体１３０、第４筒状体１４０、第５筒状体１５０、及び第６筒状体１６０は、いずれも金属製で中心軸周りに略円筒状に形成されており、それぞれの中心軸が同軸となるように配置されている。
【００１９】
第１筒状体１１０は、ケーシング１０のうち最も内側に配置された筒状体であって、燃料電池スタックＣＳ及びスタックアダプタＡＤをその内部に収容している。第１筒状体１１０の上端は水平な天板１８１によって塞がれている。また、第１筒状体１１０の下端はベースプレートＢＰの上面に当接した状態で固定されている。第１筒状体１１０の下端から上端までの高さは、スタックアダプタＡＤの下端から燃料電池スタックＣＳの上端までの高さよりも高くなっている。このため、天板１８１と燃料電池スタックＣＳの上端とは離間している。第１筒状体１１０の下部には、貫通穴である吹出口１１１が複数形成されている。これら複数の吹出口１１１は、同じ高さにおいて等間隔に並ぶよう形成されている。吹出口１１１は、燃料電池スタックＣＳに向けて供給される発電用の空気（酸化剤ガス）が通る穴である。
【００２０】
第２筒状体１２０は、第１筒状体１１０を外側から囲むように配置された筒状体である。第２筒状体１２０の内側面と第１筒状体１１０の外側面との間には、全周に亘って一定の隙間が形成されている。第２筒状体１２０と第１筒状体１１０との間に形成された空間は、発電用の空気が加熱されながら通る流路（空気流路４０３）となっている。
【００２１】
第２筒状体１２０の内径は、ベースプレートＢＰの外径と略等しい。第２筒状体１２０の下端部近傍における内側面は、全周に亘ってベースプレートＢＰの側面に当接している。当該当接部分において、第２筒状体１２０がベースプレートＢＰに対して固定されている。このような構成により、ベースプレートＢＰよりも下方側の空間と空気流路４０３との間を気体が出入りすることはできなくなっている。
【００２２】
第３筒状体１３０は、第２筒状体１２０を外側から囲むように配置された筒状体である。第３筒状体１３０の内側面と第２筒状体１２０の外側面との間には、全周に亘って一定の隙間が形成されている。第３筒状体１３０と第２筒状体１２０との間に形成された空間は、燃焼器２０における燃焼により生じた高温の燃焼排ガスが通る流路（燃焼排ガス流路４１１）となっている。第３筒状体１３０の上端は、第２筒状体１２０の上端よりも低い位置に配置されている。第３筒状体１３０はベースプレートＢＰの下端よりも更に下方側まで延びている。
【００２３】
第４筒状体１４０は、第３筒状体１３０を外側から囲むように配置された筒状体である。第４筒状体１４０の内側面と第３筒状体１３０の外側面との間には、全周に亘って一定の隙間が形成されている。第４筒状体１４０と第３筒状体１３０との間に形成された空間は、燃焼器２０における燃焼により生じた高温の燃焼排ガスが通る流路（燃焼排ガス流路４１２）となっている。
【００２４】
第２筒状体１２０の上端と第４筒状体１４０の上端とは、その高さ方向の位置が同一となっている。両者は、水平に配置された板である天板１８２により繋がれている。つまり、第２筒状体１２０の上端が天板１８２の内周端に繋れており、第４筒状体１４０の上端が天板１８２の外周端に繋れている。第３筒状体１３０の上端と天板１８２との間には隙間が形成されている。このため、燃焼排ガス流路４１１と燃焼排ガス流路４１２とは、それぞれの上端部において互いに繋がっている。
【００２５】
第３筒状体１３０の下端と第４筒状体１４０の内側面とは、水平に配置された板である底板１８３により繋がれている。つまり、燃焼排ガス流路４１２の下端が底板１８３により塞がれている。
【００２６】
第４筒状体１４０の下部（底板１８３よりも僅かに上方側）には、ガス排出管１９１が接続されている。ガス排出管１９１の内部空間は燃焼排ガス流路４１２に通じている。ガス排出管１９１は、燃焼排ガス流路４１２を通った燃焼排ガスをケーシング１０の外部に排出するための配管である。
【００２７】
第４筒状体１４０は、第３筒状体１３０の下端よりも更に下方側まで延びている。第４筒状体１４０の下端には、当該下端から外側に向かって延びる水平なフランジ部１４１が形成されている。フランジ部１４１は、燃料電池装置ＦＣが設置される際においてケーシング１０の固定に利用されるフランジである。
【００２８】
第４筒状体１４０の下端部近傍には、水平な円板である底板１８４が配置されている。底板１８４の外径は第４筒状体１４０の内径と略等しい。底板１８４は、その外側面全体を第４筒状体１４０の内側面に当接させた状態で固定されている。底板１８４の下方側の空間には断熱材ＴＩが配置されている。
【００２９】
第５筒状体１５０は、ケーシング１０のうち最も外側に配置された筒状体であり、第４筒状体１４０の上部を外側から囲むように配置されている。第５筒状体１５０の内側面と第４筒状体１４０の外側面との間には、全周に亘って一定の隙間が形成されている。第５筒状体１５０と第４筒状体１４０との間に形成された空間は、発電用の空気が加熱されながら通る流路（空気流路４０１）となっている。
【００３０】
第５筒状体１５０は、第１筒状体１１０、第２筒状体１２０、第３筒状体１３０、及び第４筒状体１４０のいずれの上端よりも更に上方側まで延びている。第５筒状体１５０の上端は水平な天板１８５によって塞がれている。天板１８５と天板１８２との間には隙間４０２が形成されている。空気流路４０１の上端部と空気流路４０３の上端部とは、隙間４０２を介して互いに繋がっている。
【００３１】
第５筒状体１５０の下端と第４筒状体１４０の外側面とは、水平に配置された板である底板１８６により繋がれている。つまり、空気流路４０１の下端が底板１８６により塞がれている。
【００３２】
第５筒状体１５０の下部（底板１８６よりも僅かに上方側）には、第１空気導入管１９２が接続されている。第１空気導入管１９２の内部空間は空気流路４０１に通じている。第１空気導入管１９２は、発電用の空気をケーシング１０の内部に導入するための配管である。
【００３３】
第６筒状体１６０は、第３筒状体１３０の内側であり且つベースプレートＢＰの下方側となる位置に配置された筒状体である。第６筒状体１６０は、上方側の部分である上円筒部１６１と、下方側の部分である下円筒部１６２とを有している。上円筒部１６１の径は下円筒部１６２の径に比べて小さい。上円筒部１６１の下端と下円筒部１６２の上端とは、水平に配置された板である中間部１６３で繋がれている。上円筒部１６１の上端はベースプレートＢＰの下面に当接している。下円筒部１６２の下端は底板１８４の上面に当接している。
【００３４】
下円筒部１６２の外径は第３筒状体１３０の内径よりも小さい。このため、第３筒状体１３０と第６筒状体１６０との間には全周に亘って隙間が形成されている。また、当該隙間には改質ユニット３０が配置されているが、改質ユニット３０と第６筒状体１６０との間にも全周に亘って隙間が形成されている。以下の説明においては、第６筒状体１６０の内側に形成された空間を「内側空間６０１」とも称する。また、第６筒状体１６０の下円筒部１６２と、改質ユニット３０の内側円筒３２０との間に形成された空間を、「外側空間６０２」とも称する。
【００３５】
下円筒部１６２のうち、改質ユニット３０の下端部よりも低い位置には、貫通穴である流出口１６５が複数形成されている。これら複数の流出口１６５は、同じ高さにおいて等間隔に並ぶよう形成されている。これら流出口１６５により、内側空間６０１と外側空間６０２とが連通されている。流出口１６５は、燃焼器２０における燃焼により生じた高温の燃焼排ガスが通る穴である。
【００３６】
燃焼器２０は、発電に供しなかった残余の燃料ガス（以下、「残余燃料」とも称する）及び発電に供しなかった残余の空気（以下、「残余空気」とも称する）を混合して燃焼させるためのバーナーである。尚、後に説明するように、燃焼器２０には第２空気導入管５０からも空気（冷却用空気）が供給される。
【００３７】
燃焼器２０はステンレス鋼により形成されている。燃焼器２０は、全体が略円柱形状に形成されており、ベースプレートＢＰの下面のうち中央から下方に向けて突出するように配置されている。また、上面視において、燃焼器２０はケーシング１０の中央となる位置（上円筒部１６１の中心軸に沿った位置）に配置されている。このように、燃焼器２０は、燃料電池スタックＣＳの近傍（本実施形態では下方側の近傍）に配置されている。ここで、「燃料電池スタックＣＳの近傍」とは、燃焼器２０からの燃焼熱が燃料電池スタックＣＳに直接的又は間接的に到達し、これにより燃料電池スタックＣＳの温度が局所的に上昇してしまうような位置のことである。
【００３８】
燃料電池スタックＣＳから排出された残余燃料及び残余空気は、いずれもスタックアダプタＡＤ内に形成された流路（不図示）及びベースプレートＢＰ内に形成された流路（不図示）を通じて、燃焼器２０の上端部へと供給される。その後、残余燃料及び残余空気は、燃焼器２０内に形成された流路（不図示）を通って燃焼器２０の下端部に到達し、下端部において混合されながら下方に向けて噴出される。燃焼器２０の下端部では、噴出された残余燃料及び残余空気が燃焼し、高温の燃焼排ガスが生じる。また、当該燃焼の熱により燃焼器２０自体も高温となる。
【００３９】
燃焼器２０の下方側には着火器ＩＧが配置されている。着火器ＩＧは、燃焼器２０から噴出された残余燃料及び残余空気の混合気体に着火させて、燃焼を開始させるための装置である。着火器ＩＧは、底板１８４及び断熱材ＴＩを上下に貫いており、火花放電が生じる上端部を燃焼器２０の下端に近接させた状態で配置されている。着火器ＩＧによる着火は、燃料電池装置ＦＣの起動時において行われる。
【００４０】
内側空間６０１には第２空気導入管５０の一部が配置されている。第２空気導入管５０は、ステンレス鋼によって形成された断面が円形の配管であって、底板１８４及び断熱材ＴＩを上下に貫いた状態で配置されている。第２空気導入管５０は、鉛直部５１と、螺旋部５２と、水平部５３とを有している。
【００４１】
鉛直部５１は、第２空気導入管５０のうち最も下方側（上流側）の部分である。鉛直部５１のうち少なくともフランジ部１４１よりも上方側の部分は、その中心軸を鉛直方向に沿わせた状態で配置されている。鉛直部５１のうち最も上流側の端部は、ケーシング１０の外部に配置された第２ブロアＢＬ２（図２参照）に接続されている。第２ブロアＢＬ２は、空気供給源ＡＳ（本実施形態では大気）からの空気を、第２空気導入管５０に送り込むための送風機である。鉛直部５１の上方側の端部（螺旋部５２との境界部）の位置は、燃焼器２０の下端よりも僅かに低い位置となっている。
【００４２】
螺旋部５２は、第２空気導入管５０のうち鉛直部５１よりも上方側（下流側）の部分である。螺旋部５２は全体が螺旋状となっており、燃焼器２０の周囲を取り囲んでいる。ただし、螺旋部５２と燃焼器２０とは互いに接触しておらず、両者の間には略一定の隙間が形成されている。螺旋部５２の上方側の端部の位置は、燃焼器２０の上端よりも僅かに低い位置となっている。
【００４３】
水平部５３は、第２空気導入管５０のうち最も上方側（下流側）の部分である。水平部５３は、その中心軸を水平方向に沿わせた状態で配置されている。水平部５３は、螺旋部５２の上端から燃焼器２０に向かって延びており、その下流側端部は燃焼器２０の側面に接続されている。
【００４４】
燃焼器２０には、水平部５３との接続部分から更に内部に向かう流路（不図示）が形成されている。当該流路は、既に説明した残余空気が通る流路に繋がっている。このため、第２ブロアＢＬ２から第２空気導入管５０に空気が送り込まれると、当該空気は鉛直部５１、螺旋部５２、水平部５３を順に通った後、燃焼器２０の内部において（燃料電池スタックＣＳからの）残余空気の流れに合流する。その後、残余空気と共に燃焼器２０の下端から下方に向けて噴出され、燃焼に供されることとなる。
【００４５】
螺旋部５２は、燃焼器２０からの輻射熱を受けて高温となる。このため、螺旋部５２を通る空気は、燃焼器２０の中心軸の周りを周回して流れながら加熱される。また、燃焼器２０は、螺旋部５２及びこれを通る空気に輻射熱を奪われて冷却される。このように、本実施形態に係る燃料電池装置ＦＣでは、第２ブロアＢＬ２から第２空気導入管５０に空気を送り込むことによって燃焼器２０を冷却することが可能となっている。
【００４６】
改質ユニット３０の構成について説明する。改質ユニット３０は、改質反応によって都市ガスから燃料ガス（水素含有ガス）を生成する改質器３０２と、水蒸気を発生させて改質器３０２に供給する蒸発器３０１とが一体となったものである。改質ユニット３０は、その全体が略円筒形状となっており、ケーシング１０の内部のうち第３筒状体１３０と第６筒状体１６０との間の空間に配置されている。改質ユニット３０は、外側円筒３１０と、内側円筒３２０と、天板３３０と、第１底板３４０と、第２底板３５０と、第１仕切板３６０と、第２仕切板３７０とを有している。
【００４７】
外側円筒３１０は、改質ユニット３０の外側面を形成する筒状体である。外側円筒３１０の中心軸は第３筒状体１３０の中心軸と一致している。外側円筒３１０の外径は第３筒状体１３０の内径に略等しい。外側円筒３１０は、その外側面の略全体が第３筒状体１３０の内側面に当接している。外側円筒３１０は、底板１８３よりも更に下方側まで延びている。
【００４８】
内側円筒３２０は、改質ユニット３０の内側面を形成する筒状体である。内側円筒３２０の中心軸は第３筒状体１３０の中心軸と一致している。内側円筒３２０の外径は、外側円筒３１０の内径よりも小さい。このため、外側円筒３１０と内側円筒３２０と間には空間が形成されている。後に説明するように、当該空間の一部が、水が水蒸気となって流れる空間となっている。また、当該空間の他の一部が、改質反応が生じて燃料ガスが生成される空間となっている。
【００４９】
内側円筒３２０の内径は、第３筒状体１３０の下円筒部１６２の外径よりも大きい。このため、既に説明したように、改質ユニット３０と第６筒状体１６０との間には全周に亘って隙間が形成されている。内側円筒３２０の上端の高さは、外側円筒３１０の上端の高さと同一となっている。一方、内側円筒３２０の下端の高さは、外側円筒３１０の下端の高さよりも高くなっており、底板１８３の下端の高さと同一となっている。
【００５０】
天板３３０は、水平に配置された板である。天板３３０の外側面は、外側円筒３１０の内側面のうち上端部に繋がっている。また、天板３３０の内側面は、内側円筒３２０の外側面のうち上端部に繋がっている。このように、天板３３０によって外側円筒３１０の上端と内側円筒３２０の上端とが繋がれている。
【００５１】
第１底板３４０は、水平に配置された板である。第１底板３４０は底板１８３と同一の高さとなる位置に配置されている。第１底板３４０の外側面は、後述の第１仕切板３６０の内側面に繋がっている。また、第１底板３４０の内側面は、内側円筒３２０の内側面のうち下端部に繋がっている。
【００５２】
第２底板３５０は、水平に配置された板である。第２底板３５０の外側面は、外側円筒３１０の内側面のうち下端部に繋がっている。また、第２底板３５０の内側面は、後述の第１仕切板３６０の外側面のうち下端部に繋がっている。このため、第２底板３５０は第１底板３４０よりも低い位置に配置されている。
【００５３】
第１仕切板３６０は、その一部が改質ユニット３０の内部に配置された筒状体である。第１仕切板３６０の中心軸は、外側円筒３１０の中心軸及び内側円筒３２０の中心軸と一致している。第１仕切板３６０の外径は、外側円筒３１０の内径よりも小さい。このため、外側円筒３１０と第１仕切板３６０と間には、全周に亘って一定の隙間が形成されている。
【００５４】
第１仕切板３６０の上端の高さは、外側円筒３１０の上端の高さよりも低くなっている。このため、第１仕切板３６０の上端と天板３３０の下面との間には隙間が空いている。第１仕切板３６０の下端の高さは、外側円筒３１０の下端の高さと同一となっている。既に述べたように、第１仕切板３６０の下端部には外側から第２底板３５０が繋がっている。また、第１仕切板３６０には内側から第１底板３４０が繋がっている。
【００５５】
第２仕切板３７０は、その全体が改質ユニット３０の内部に配置された筒状体である。第２仕切板３７０の中心軸は、外側円筒３１０の中心軸及び内側円筒３２０の中心軸と一致している。第２仕切板３７０の外径は、第１仕切板３６０の内径よりも小さい。このため、第２仕切板３７０と第１仕切板３６０と間には、全周に亘って一定の隙間が形成されている。また、第２仕切板３７０の内径は、内側円筒３２０の外径よりも大きい。このため、第２仕切板３７０と内側円筒３２０と間にも、全周に亘って一定の隙間が形成されている。
【００５６】
第２仕切板３７０は、その上端を天板３３０の底面に当接させた状態で、天板３３０に対して固定されている。第２仕切板３７０の下端の高さは、内側円筒３２０の下端の高さよりも高くなっている。このため、第２仕切板３７０の下端と第１底板３４０の上面との間には隙間が空いている。
【００５７】
以上のような構成により、改質ユニット３０の内部には、外側円筒３１０と第１仕切板３６０と間に形成された空間である第１空間３８１と、第１仕切板３６０と第２仕切板３７０と間に形成された空間である第２空間３８２と、第２仕切板３７０と内側円筒３２０と間に形成された空間である第３空間３８３とが形成されている。第１仕切板３６０の上方において第１空間３８１と第２空間３８２とが繋がっており、第２仕切板３７０の下方において第２空間３８２と第３空間３８３とが繋がっている。
【００５８】
第２底板３５０には、水供給配管３９１の一端が下方から接続されている。水供給配管３９１は、第１空間３８１に水を供給するための配管である。水供給配管３９１の他端は、ケーシング１０の外部に配置された水供給ポンプＷＰ（図２参照）に接続されている。
【００５９】
後に詳しく説明するように、水供給配管３９１から第１空間３８１内に供給された水は、燃焼排ガス流路４１２を通る高温の燃焼排ガスによって加熱されて水蒸気となる。水蒸気は、第１空間３８１、第２空間３８２を順に通って、第３空間３８３の入口に到達する。このように、改質ユニット３０のうち、第１空間３８１、第２空間３８２、及びこれらを区画する壁面は、外部から水の供給を受けて水蒸気を発生させる部分、すなわち蒸発器３０１に該当する部分となっている。
【００６０】
第１空間３８１には支持板３５２が配置されている。支持板３５２は、第１空間３８１を上下に仕切るように水平に配置された板である。支持板３５２は、第１底板３４０と同一の高さとなる位置において、外側円筒３１０及び第１仕切板３６０に対して固定されている。支持板３５２には複数の貫通穴（不図示）が形成されており、支持板３５２を水が通過し得るようになっている。第１空間３８１のうち支持板３５２よりも上方側には、外側円筒３１０から水への伝熱を促進するための伝熱促進部材ＣＢが充填されている。伝熱促進部材ＣＢは複数のアルミナの球体（セラミックボール）である。
【００６１】
第１底板３４０には、都市ガス供給配管３９２の一端が下方から接続されている。都市ガス供給配管３９２は、第３空間３８３の入口部分に都市ガスを供給するための配管である。都市ガス供給配管３９２の他端は、都市ガス供給源ＧＳ（図２参照）に接続されている。都市ガス供給源ＧＳは、例えばガスメータである。
【００６２】
第３空間３８３には改質触媒ＲＣが充填されている。改質触媒ＲＣは、アルミナの球体表面にニッケル等の触媒金属を担持させたものである。第３空間３８３のうち、第２仕切板３７０の下端より僅かに高い位置には、水平に配置された金属網が固定されている。当該金属網によって改質触媒ＲＣが下方から支えられている。
【００６３】
後に詳しく説明するように、都市ガス供給配管３９２から改質ユニット３０の内部に供給された都市ガスは、第３空間３８３の入口部分において水蒸気と混合された後、第３空間３８３を上方に向かって流れる。この時、都市ガスと水蒸気が改質触媒ＲＣに触れることによって水蒸気改質反応が生じ、燃料ガス（水素含有ガス）が生成される。このように、改質ユニット３０のうち、第３空間３８３及びこれを区画する壁面は、蒸発器３０１からの水蒸気の供給、及び外部から都市ガスの供給を受けて水蒸気改質反応が生じる部分、すなわち改質器３０２に該当する部分となっている。改質触媒ＲＣは、第３空間３８３の周方向全体に亘って充填されている。このため、蒸発器３０１から供給された水蒸気が、改質触媒ＲＣに触れることなく第３空間３８３を通過してしまうことはない。
【００６４】
内側円筒３２０のうち上端部の近傍には、燃料ガス供給配管３９３の一端が接続されている。燃料ガス供給配管３９３は、改質ユニット３０（改質器３０２）において生成された燃料ガスを燃料電池スタックＣＳへ供給するための配管である。燃料ガス供給配管３９３の他端はベースプレートＢＰの下面に接続されている。燃料ガスは、第３空間３８３の上部から燃料ガス供給配管３９３を通ってベースプレートＢＰに到達する。その後、ベースプレートＢＰ内に形成された流路（不図示）及びスタックアダプタＡＤ内に形成された流路（不図示）を通って、燃料電池スタックＣＳに供給される。
【００６５】
改質ユニット３０は、耐熱性の部材からなる円筒型のシールブロックＳＢにより下方から支持されている。シールブロックＳＢは、その上端が改質ユニット３０の下面（第１底板３４０）に当接しており、その下端が底板１８４の上面に当接している。シールブロックＳＢの内径は改質ユニット３０の内径に等しい。また、シールブロックＳＢの径方向の寸法（厚さ）は、改質ユニット３０の径方向の寸法（厚さ）よりも小さくなっている。このため、図１に示されるように、シールブロックＳＢの外側（改質ユニット３０の下方側）には空間ＳＰが形成されている。
【００６６】
第６筒状体１６０の外側の空間と空間ＳＰとは、改質ユニット３０及びシールブロックＳＢによって分離されており、両者の間をガスが通過することができなくなっている。高温の燃焼排ガスが空間ＳＰ内に流入しないため、空間ＳＰ内の気温は比較的低温に保たれている。
【００６７】
制御装置ＣＵ（図２参照）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えたコンピュータシステムであり、燃料電池装置ＦＣの全体の動作を制御するものである。後に詳しく説明するように、制御装置ＣＵは、第１ブロアＢＬ１及び第２ブロアＢＬ２の回転数（送風量）をそれぞれ制御することにより、燃料電池スタックＣＳの温度分布を均一な状態に近づける（燃料電池スタックＣＳにおける温度差を小さくする）。
【００６８】
また制御装置ＣＵは、流量調整弁ＶＶの開度を制御することにより、改質ユニット３０に供給される都市ガスの流量（燃料電池スタックＣＳに供給される燃料ガスの流量ともいえる）を調整する。更に、水供給ポンプＷＰの動作を制御することにより、改質ユニット３０に供給される水の流量を調整する。
【００６９】
続いて、燃料電池装置ＦＣの定常運転中、すなわち、起動が完了して定格電力又はそれに近い電力が出力されているときにおける、ガス（空気、都市ガス、燃料ガス、及び燃焼排ガス）の流れについて説明する。
【００７０】
まず、燃料電池スタックＣＳに供給される発電用の空気（酸化剤ガス）の流れについて説明する。空気は、ケーシング１０の外部に配置された第１ブロアＢＬ１（図２参照）から、第１空気導入管１９２を通じてケーシング１０の内部に供給される。図２に示されるように第１ブロアＢＬ１は、空気供給源ＡＳ（本実施形態では大気）からの空気を、第１空気導入管１９２に送り込むための送風機である。
【００７１】
第１空気導入管１９２を通じてケーシング１０に供給された空気は、空気流路４０１を上方に向かって流れる。その後、隙間４０２を経由して空気流路４０３に流入し、空気流路４０３を下方に向かって流れる。
【００７２】
空気流路４０１と空気流路４０３との間には、燃焼排ガス流路４１１及び燃焼排ガス流路４１２が形成されている。これら燃焼排ガス流路４１１及び燃焼排ガス流路４１２の内部では、高温の燃焼排ガスが通っている。このため、ケーシング１０内に導入された空気は、空気流路４０１及び空気流路４０３を通る間に燃焼排ガスによって加熱され、その温度を上昇させる。つまり、空気と燃焼排ガスとの間で熱交換が行われる。
【００７３】
また、発電中において燃料電池スタックＣＳは高温となっており、燃料電池スタックＣＳからの輻射熱によって第１筒状体１１０も高温となっている。このため、空気は、空気流路４０３を通る際において第１筒状体１１０に触れることにより更に加熱される。
【００７４】
このように、空気流路４０１及び空気流路４０３は、燃焼排ガスの熱及び燃料電池スタックＣＳからの輻射熱によって空気が加熱されながら流れる流路となっている。このため、以下の説明においては、空気流路４０１と空気流路４０３とをまとめて「空気加熱流路４０」とも表記する。空気加熱流路４０は、燃料電池スタックＣＳを側方から取り囲むように配置されている。空気加熱流路４０は、燃焼器２０における燃焼により生じた燃焼排ガスと、燃料電池スタックＣＳに供給される空気と、の間で熱交換を行う「予熱器」に該当するものである。
【００７５】
空気流路４０３の下部まで到達した空気は、第１筒状体１１０に形成された吹出口１１１から燃料電池スタックＣＳに向けて噴出される。その後、空気はそれぞれの燃料電池セルの空気極に到達し、発電に供される。
【００７６】
燃料電池スタックＣＳは、第１筒状体１１０及びその外側（空気流路４０３）を流れる空気に輻射熱を奪われて（輻射により冷却されて）、その温度上昇が抑制される。燃料電池スタックＣＳは、上記のように輻射伝熱によって熱を奪われることに加えて、空気流路４０３を通り吹出口１１１から噴出された空気に直接触れることによっても熱を奪われる。このように奪われる熱と、発電に伴って生じる熱とのバランスが保たれることにより、燃料電池スタックＣＳの温度は適切な温度（約７００度）に保たれる。
【００７７】
このため、空気加熱流路４０は、燃料電池スタックＣＳに発電用の空気を供給する機能と、燃料電池スタックＣＳを冷却してその温度を発電に適した温度（約７００度）に保つ機能と、を兼ね備えたものということができる。
【００７８】
燃料電池スタックＣＳに供給される燃料ガスの流れ、及び燃料ガスの原料である都市ガスの流れについて説明する。都市ガスは、ケーシング１０の外部（都市ガス供給源ＧＳ）から都市ガス供給配管３９２を通じて改質ユニット３０内に供給される。都市ガスの供給源と都市ガス供給配管３９２との間には脱硫器（不図示）が配置されている。脱硫器は、都市ガスに含まれる硫黄成分を除去するための装置である。都市ガスは、燃料電池セルの性能に悪影響を及ぼす硫黄成分が脱硫器によって除去された後、改質ユニット３０内に供給される。
【００７９】
都市ガス供給配管３９２の上流側端部（都市ガス供給配管３９２と脱硫器の間）には、流量調整弁ＶＶが配置されている。流量調整弁ＶＶは、その開度を変化させることによって、都市ガス供給源ＧＳから都市ガス供給配管３９２に送り込まれる都市ガスの流量を調整するための弁である。流量調整弁ＶＶの開度は制御装置ＣＵによって調整される。
【００８０】
都市ガス供給配管３９２から改質ユニット３０の内部に供給された都市ガスは、第３空間３８３の入口部分において水蒸気と混合される。その後、改質触媒ＲＣが充填された第３空間３８３を上方に向かって流れる。
【００８１】
第６筒状体１６０の下円筒部１６２と、改質ユニット３０の内側円筒３２０との間に形成された空間には、高温の燃焼排ガスが通っている。このため、都市ガス及び水蒸気は、第３空間３８３を通る間に燃焼排ガスによって加熱され、その温度を上昇させる。つまり、都市ガス及び水蒸気と燃焼排ガスとの間で熱交換が行われる。また、第３空間３８３に充填されている改質触媒ＲＣも、内側円筒３２０を通じた伝熱によって高温となっている。
【００８２】
燃焼器２０を取り囲む第６筒状体１６０は、燃焼排ガスによって加熱されていることに加え、燃焼器２０からの輻射熱によっても加熱されているため、非常に高温となっている。その結果、改質ユニット３０の内側円筒３２０には、高温となった第６筒状体１６０からの輻射熱（燃焼器２０から第６筒状体１６０を経由して到達した輻射熱ともいえる）が到達している。つまり、内側円筒３２０を含む改質器３０２は、燃焼排ガスによって加熱されるだけではなく、燃焼器２０からの輻射熱によっても加熱されている。
【００８３】
このような状態において、都市ガスと水蒸気の混合ガスが改質触媒ＲＣに触れると、第３空間３８３（改質器３０２）では水蒸気改質反応が生じる。その結果、上記混合ガスから燃料ガスが生成される。尚、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応を安定して維持させるためには熱の供給が必要となる。本実施形態においては、内側円筒３２０を通じて加えられる燃焼排ガスからの熱、及び燃焼器２０からの輻射熱の両方が、水蒸気改質反応を維持するための熱として用いられる。
【００８４】
改質器３０２において生成された燃料ガスは、燃料ガス供給配管３９３及びスタックアダプタＡＤ内の流路を通って燃料電池スタックＣＳに供給される。燃料ガスは、それぞれの燃料電池セルの燃料極に到達し、発電に供される。
【００８５】
燃焼排ガスの流れについて説明する。既に説明したように、燃料電池スタックＣＳから排出された残余燃料及び残余空気は燃焼器２０に供給され、燃焼器２０の下端部において燃焼する。当該燃焼の結果、第６筒状体１６０の内部（内側空間６０１）では高温の燃焼排ガスが生じる。燃焼排ガスは、流出口１６５を通って第６筒状体１６０の外側（外側空間６０２）へ流出する。
【００８６】
その後、燃焼排ガスは、内側円筒３２０に沿って外側空間６０２を上方に向かって流れる。このとき、既に述べたように、燃焼排ガスの熱は内側円筒３２０を通じて第３空間３８３に伝達され、水蒸気改質反応を維持するための熱の一部として用いられる。
【００８７】
外側空間６０２を通過した燃焼排ガスは、空気流路４０３を流れる空気との間で熱交換しながら、燃焼排ガス流路４１１を上方に向かって流れる。続いて、空気流路４０１を流れる空気との間で熱交換しながら、燃焼排ガス流路４１２を下方に向かって流れる。
【００８８】
改質ユニット３０の外側円筒３１０は、支持板３５２よりも上方側の部分において第３筒状体１３０の内側面に当接している。このため、燃焼排ガス流路４１２を通る燃焼排ガスによって外側円筒３１０は高温となっている。
【００８９】
水供給配管３９１から第１空間３８１内に供給された水は、外側円筒３１０からの伝熱（燃焼排ガスの熱）により加熱されて水蒸気となる。つまり、水と燃焼排ガスとの間で熱交換が行われ、これにより第１空間３８１内で水蒸気が生成される。
【００９０】
燃焼排ガス流路４１２の下端部まで到達した燃焼排ガスは、ガス排出管１９１を通って排熱回収器（不図示）に供給される。排熱回収器は、燃焼排ガスと水と熱交換させることにより湯を生成するものである。このように、燃料電池装置ＦＣは発電を行うことに加えて湯を生成することも可能となっており、高い効率でエネルギーを利用するコジェネレーションシステムとなっている。
【００９１】
続いて、水及び水蒸気の流れについて説明する。改質ユニット３０（蒸発器３０１）には、ケーシング１０の外部に配置された水供給ポンプＷＰから水供給配管３９１を通じて水が供給される。水供給ポンプＷＰは、水供給源ＷＳ（図２参照）からの水を水供給配管３９１に送り込むためのポンプである。水供給配管３９１は第２底板３５０に対して下方から接続されている。このため、供給された水は、まず第１空間３８１の下部に形成された空間に溜まることとなる。具体的には、第１空間３８１のうち支持板３５２よりも下方側の空間である貯水部ＷＳＴに溜まることとなる。
【００９２】
貯水部ＷＳＴは、外側円筒３１０のうち底板１８３よりも下方側の部分（以下、当該部分を「区画壁３１１」とも表記する）と、第２底板３５０と、第１仕切板３６０のうち第１底板３４０よりも下方側の部分（以下、当該部分を「区画壁３６１」とも表記する）とによって区画された空間となっている。
【００９３】
貯水部ＷＳＴを区画する区画壁３１１、第２底板３５０、及び区画壁３６１は、改質ユニット３０の底面の一部を下方に向けて延ばしたような形状となっている。これらは、いずれも空間ＳＰ内に配置されている。つまり、高温の燃焼排ガスが到達せず、比較的低温となっている空間内に配置されている。
【００９４】
また、燃焼排ガス流路４１２を通る燃焼排ガスによって外側円筒３１０は加熱されるのであるが、区画壁３１１は底板１８３よりも下方側に配置されているため、燃焼排ガスによって直接は加熱されない。このため、貯水部ＷＳＴ内において水が沸騰することはなく、貯水部ＷＳＴ内は全体が水（液体）で満たされている。
【００９５】
水供給ポンプＷＰから水が供給されることにより、第１空間３８１内の水面の高さは、支持板３５２の上面よりも僅かに高い位置に維持される。このため、支持板３５２の上方側に充填された伝熱促進部材ＣＢ（アルミナの球体）は、一部が水没した状態となっている。
【００９６】
第１空間３８１内においては、燃焼排ガスによって高温となった外側円筒３１０からの伝熱により、伝熱促進部材ＣＢも高温となっている。支持板３５２よりも上方側に存在する水は、高温の伝熱促進部材ＣＢに触れることにより沸騰し、水蒸気となる。
【００９７】
このように、第１空間３８１内において水は水蒸気となり、上方側に向かって流れる。その後、水蒸気は第２空間３８２を下方に向かって流れて、第３空間３８３（改質器３０２）に供給される。
【００９８】
燃料電池装置ＦＣが備えるセンサについて説明する。燃料電池装置ＦＣは種々のセンサを備えており、これらセンサによって測定された測定値がそれぞれ制御装置ＣＵに入力される構成となっている。図２に示されるように、燃料電池装置ＦＣは、電流センサＩＳと、上部電圧センサＶＳ１と、下部電圧センサＶＳ２と、第１空気流量センサＡＦＳ１と、第２空気流量センサＡＦＳ２と、上部セル温度センサＴＳ１と、中部セル温度センサＴＳ２と、下部セル温度センサＴＳ３と、を備えている。
【００９９】
尚、説明の便宜上、図２においては全てのセンサがケーシング１０の外側に配置されているように描かれているが、実際には、一部のセンサ（例えば上部電圧センサＶＳ１）はケーシング１０の内側に配置されている。また、燃料電池装置ＦＣが備えるセンサは、その全てが図２に示されているわけではない。燃料電池装置ＦＣには不図示のセンサも多数備えられている。
【０１００】
電流センサＩＳは、燃料電池スタックＣＳから取り出されて外部に出力される電力の電流値を測定するセンサである。また、燃料電池装置ＦＣは、出力端子間の電圧を測定するための電圧センサ（不図示）も備えている。制御装置ＣＵは、当該電圧センサで測定された電圧値、及び電流センサＩＳで測定された電流値に基づいて、燃料電池装置ＦＣから外部の負荷に向けて出力されている電力の大きさを常に算出し、監視している。
【０１０１】
上部電圧センサＶＳ１は、燃料電池スタックＣＳに含まれる複数の燃料電池セルのうち、最も上方に配置された燃料電池セルの電圧（単セル電圧）を測定するセンサである。上部電圧センサＶＳ１が有する一対の入力端子は、当該燃料電池セルの両端に配置されたインターコネクタにそれぞれ接続されている。つまり、上部電圧センサＶＳ１は、隣り合うインターコネクタ間の電圧を測定することにより、これらインターコネクタ間に配置された燃料電池セルの単セル電圧を測定するものである。
【０１０２】
下部電圧センサＶＳ２は、燃料電池スタックＣＳに含まれる複数の燃料電池セルのうち、最も下方に配置された燃料電池セルの電圧（単セル電圧）を測定するセンサである。下部電圧センサＶＳ２の構成及び接続方法は、上部電圧センサＶＳ１と同一である。
【０１０３】
第１空気流量センサＡＦＳ１は、第１空気導入管１９２を流れる空気の流量を測定するセンサである。制御装置ＣＵは、第１空気流量センサＡＦＳ１で測定された空気の流量に基づいて第１ブロアＢＬ１の動作を制御することにより、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される空気（発電用空気）の流量が適切となるように調整する。
【０１０４】
第２空気流量センサＡＦＳ２は、第２空気導入管５０を流れる空気の流量を測定するセンサである。制御装置ＣＵは、第２空気流量センサＡＦＳ２で測定された空気の流量に基づいて第２ブロアＢＬ２の動作を制御することにより、第２空気導入管５０から燃焼器２０に供給される空気（冷却用空気）の流量が適切となるように調整する。尚、第２空気導入管５０から燃焼器２０への空気の供給は、燃料電池装置ＦＣの定常運転中においては行われない。第２空気導入管５０から燃焼器２０への空気の供給が行われる場合については、後に説明する。
【０１０５】
上部セル温度センサＴＳ１は、燃料電池スタックＣＳのうち上端の部分の温度を測定するセンサである。つまり、燃料電池スタックＣＳのうち燃焼器２０から最も近い部分の温度を測定するセンサである。上部セル温度センサＴＳ１は、最も上方に配置されたサブスタックのうち上方側のエンドプレート（不図示）に埋め込まれている。
【０１０６】
中部セル温度センサＴＳ２は、燃料電池スタックＣＳのうち上下方向に沿った略中央部分の温度を測定するセンサである。中部セル温度センサＴＳ２は、略中央に配置されたサブスタックのうち一方のエンドプレート（不図示）に埋め込まれている。
【０１０７】
下部セル温度センサＴＳ３は、燃料電池スタックＣＳのうち下端の部分の温度を測定するセンサである。つまり、燃料電池スタックＣＳのうち燃焼器２０に最も近い部分の温度を測定するセンサである。下部セル温度センサＴＳ３は、最も下方に配置されたサブスタックのうち下方側のエンドプレート（不図示）に埋め込まれている。
【０１０８】
燃料電池装置ＦＣは、外部負荷の要求電力が変化することに合わせて、燃料電池スタックＣＳにおける発電量を変化させる。つまり、所謂「負荷追従運転」を行うように構成されている。制御装置ＣＵは、電流センサＩＳの測定値等に基づいて算出された電力（以下、「出力電力Ｐ」と表記する）の変化を常に監視しており、出力電力Ｐに応じて第１ブロアＢＬ１、第２ブロアＢＬ２、流量調整弁ＶＶ、及び水供給ポンプＷＰの動作を制御する。
【０１０９】
これまでに説明したように、燃料電池スタックＣＳは、空気加熱流路４０を流れる空気との熱交換により奪われる熱と、発電により生じた熱とがバランスすることによって、適切な温度（約７００度）に保たれている。
【０１１０】
ところで、燃料電池スタックＣＳの下端には、ベースプレートＢＰ及びスタックアダプタＡＤを介した熱伝導により、燃焼器２０の燃焼熱が到達する。つまり、燃料電池スタックＣＳの下端部近傍が燃焼器２０によって局所的に加熱されてしまう。
【０１１１】
ただし、燃料電池装置ＦＣの定常運転中においては、燃料電池スタックＣＳが約７００度の高温になっていることに加え、燃焼器２０の温度が（燃料電池スタックＣＳよりも高温ではあるものの）比較的低い。このため、燃料電池スタックＣＳのうち最も温度が高い部分（下端）と、最も温度が低い部分（上端）との温度差は、比較的小さくなっている。換言すれば、燃料電池スタックＣＳのうち燃焼器２０によって最も加熱されやすい位置（下端）と、最も加熱されにくい位置（上端）との温度差が小さくなっており、これにより燃料電池スタックＣＳにおける温度分布は略均一になっている。
【０１１２】
ところが、発電する電力が定格電力よりも低下したときには、燃料電池スタックＣＳにおいて生じる発電熱が少なくなり、燃料電池スタックＣＳの温度は低下する。一方、燃焼器２０において生じる燃焼熱は増加し、燃焼器２０の温度は定常運転時よりも高くなる。
【０１１３】
その原因は、以下のように考えられる。発電する電力が低下し、燃料電池スタックＣＳで生じる発電熱が小さくなると、燃料電池スタックＣＳの冷却を抑制する必要がある。このため、制御装置ＣＵにより、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される発電用の空気の流量が低減される。
【０１１４】
これにより、空気加熱流路４０を通る空気の流速が遅くなり、燃焼排ガス流路４１１、４１２を通る燃焼排ガスによって空気が加熱される時間は長くなる。長時間の加熱により、吹出口１１１から噴出される時点における空気の温度は、定常運転中の温度よりも高くなる。これに伴い、燃焼器２０の内部を通る残余空気の温度も高くなるので、燃焼器２０の温度は定常運転時よりも高くなるのである。
【０１１５】
また、空気加熱流路４０から供給される発電用空気の流量が上記のように小さくなると、燃焼器２０の内部を通る残余燃料及び残余空気の混合気体においては、残余空気の割合が小さくなる。その結果、燃焼器２０においては水素リッチな混合気体が燃焼されるので、より多くの燃焼熱が生じこととなる。これによっても、燃焼器２０の温度は定常運転時よりも高くなってしまう。
【０１１６】
以上のように、発電する電力が定格電力よりも低下したときには、燃料電池スタックＣＳの温度は低下する一方で、燃焼器２０の温度は高くなる。このため、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱によって、燃料電池スタックＣＳにおける温度分布は不均一となる。すなわち、燃料電池スタックＣＳの上端と下端との温度差が大きくなる。このような温度差は、燃料電池装置ＦＣの運転効率の低下に繋がるだけでなく、燃料電池スタックＣＳを構成する燃料電池セルを破損させてしまうこともあるので、望ましくない。
【０１１７】
このような現象は、負荷の需要電力が低下した場合のほか、燃料電池装置ＦＣの起動時や、ホットスタンバイ時にも生じうる。起動時やホットスタンバイ時には、燃料電池スタックＣＳにおいて発電される電力は０であるか、補機類に供給する最低限の大きさとなっており、燃料電池スタックＣＳにおいて生じる熱が定常運転時に比べて少ないからである。
【０１１８】
そこで、本実施形態に係る燃料電池装置ＦＣでは、出力電力Ｐが所定の電力閾値よりも低下していること（起動時、ホットスタンバイ時を含む）が検知されると、制御装置ＣＵによって第２ブロアＢＬ２の運転が開始される。つまり、第２空気導入管５０から燃焼器２０への冷却用空気の供給が開始される。尚、この時における燃料電池装置ＦＣの運転モードを、以下では「低負荷モード」と称する。これに対し、定常運転が行われているときにおける燃料電池装置ＦＣの運転モードを、以下では「定常モード」と称する。
【０１１９】
第２ブロアＢＬ２の運転が開始され、冷却用空気が第２空気導入管５０を通るようになると、既に説明したように燃焼器２０が冷却される。燃焼器２０の温度が低下する結果、ベースプレートＢＰ及びスタックアダプタＡＤを介して燃料電池スタックＣＳに伝達される熱量は少なくなる。つまり、第２空気導入管５０を空気が通ることによって、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱が抑制される。これにより、燃料電池スタックＣＳの下端の温度も低下するので、燃料電池スタックＣＳの上端と下端との温度差は小さくなる。すなわち、燃料電池スタックＣＳにおける温度分布は均一な状態に近づく。
【０１２０】
冷却用空気の流量が大きいほど、第２空気導入管５０を通る冷却用空気によって燃焼器２０から奪われる熱量は大きくなる。つまり、燃焼器２０の温度はより低下することとなる。このため、本実施形態では、第２空気導入管５０を通る冷却用空気の流量（第２ブロアＢＬ２の回転数）を常に一定とするのではなく、燃料電池スタックＣＳにおける温度分布に応じて変化させている。
【０１２１】
図３を参照しながら、低負荷モードにおいて制御装置ＣＵにより行われる制御について説明する。制御装置ＣＵは、燃料電池装置ＦＣから出力されている電力（出力電力Ｐ）の大きさが予め設定された電力閾値を下回ると、低負荷モードに移行し、図３のフローチャートに示される処理を開始する。かかる処理は、低負荷モードの間、制御装置ＣＵによって繰り返し実行される。
【０１２２】
ステップＳ０１では、下部セル温度センサＴＳ３によって測定された燃料電池スタックＣＳの下端の温度（以下、「下部温度ＴＣＳＨ」と表記する）が、所定の目標温度ＴＣＳＴを越えて上昇し過ぎているか否かが判定される。具体的には、下部温度ＴＣＳＨが、目標温度ＴＣＳＴに所定の許容誤差ＴＥを加えた温度よりも更に高いか否かが判定される。下部温度ＴＣＳＨが上昇し過ぎている場合（ＴＣＳＨ＞ＴＣＳＴ＋ＴＥの場合）には、ステップＳ０２に移行する。
【０１２３】
ステップＳ０２に移行した時には、燃料電池スタックＣＳの下端の温度、すなわち、低負荷時において（燃焼器２０からの伝熱により）最も高温となりやすい部分の温度が高くなり過ぎているということである。このため、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱を抑制して、当該部分の温度を下げる必要がある。そこで、ステップＳ０２では、制御装置ＣＵは第２ブロアＢＬ２の回転数を増加させることにより、第２空気導入管５０を通る冷却用空気の流量を増加させる。冷却用空気によって燃焼器２０から奪われる熱の量が増加し、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱が抑制される結果、下部温度ＴＣＳＨは低下して目標温度ＴＣＳＴに近い温度となる。ステップＳ０２の処理が完了すると、ステップＳ０５に移行する。
【０１２４】
ステップＳ０１において、下部温度ＴＣＳＨが上昇し過ぎていない場合（ＴＣＳＨ≦ＴＣＳＴ＋ＴＥの場合）には、ステップＳ０３に移行する。ステップＳ０３では、下部温度ＴＣＳＨが、目標温度ＴＣＳＴを下回り低下し過ぎているか否かが判定される。具体的には、下部温度ＴＣＳＨが、目標温度ＴＣＳＴから許容誤差ＴＥを差し引いた温度よりも更に低いか否かが判定される。下部温度ＴＣＳＨが低下し過ぎている場合（ＴＣＳＨ＜ＴＣＳＴ−ＴＥの場合）には、ステップＳ０４に移行する。
【０１２５】
ステップＳ０４移行した時には、燃料電池スタックＣＳの下端の温度、すなわち、低負荷時において最も高温となりやすい部分の温度が低くなり過ぎているということである。このため、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱を促進した方が望ましい。そこで、ステップＳ０４では、制御装置ＣＵは第２ブロアＢＬ２の回転数を減少させることにより、第２空気導入管５０を通る冷却用空気の流量を減少させる。冷却用空気によって燃焼器２０から奪われる熱の量が減少し、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱が促進される結果、下部温度ＴＣＳＨは上昇して目標温度ＴＣＳＴに近い温度となる。ステップＳ０４の処理が完了すると、ステップＳ０５に移行する。
【０１２６】
ステップＳ０３において、下部温度ＴＣＳＨが低下し過ぎていない場合（ＴＣＳＨ≧ＴＣＳＴ−ＴＥの場合）には、制御装置ＣＵは、第２ブロアＢＬ２の回転数を変化させることなくステップＳ０５に移行する。
【０１２７】
ステップＳ０５では、上部セル温度センサＴＳ１によって測定された燃料電池スタックＣＳの上端の温度（以下、「上部温度ＴＣＳＬ」と表記する）が、目標温度ＴＣＳＴを越えて上昇し過ぎているか否かが判定される。具体的には、上部温度ＴＣＳＬが、目標温度ＴＣＳＴに許容誤差ＴＥを加えた温度よりも更に高いか否かが判定される。上部温度ＴＣＳＬが上昇し過ぎている場合（ＴＣＳＬ＞ＴＣＳＴ＋ＴＥの場合）には、ステップＳ０６に移行する。
【０１２８】
ステップＳ０６に移行した時には、燃料電池スタックＣＳの上端の温度、すなわち、低負荷時において最も低温となりやすい部分の温度が高くなり過ぎているということである。このため、燃料電池スタックＣＳ全体を冷却する必要がある。そこで、ステップＳ０６では、制御装置ＣＵは第１ブロアＢＬ１の回転数を増加させることにより、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される発電用空気の流量を増加させる。発電用空気によって燃料電池スタックＣＳから奪われる熱の量が増加し、燃料電池スタックＣＳの温度が低下する。上部温度ＴＣＳＬはこれにより低下して、目標温度ＴＣＳＴに近い温度となる。ステップＳ０６の処理が完了すると、制御装置ＣＵは、図３に示される一連の処理を終了する。
【０１２９】
尚、本実施形態においては、発電用空気は吹出口１１１から吹き出されて、燃料電池スタックＣＳの下端部近傍に直接当たることとなる。このような態様に替えて、発電用空気が燃料電池スタックＣＳの上端部近傍（つまり、上部温度ＴＣＳＬの測定箇所）に直接当たるような態様としてもよい。
【０１３０】
ステップＳ０５において、上部温度ＴＣＳＬが上昇し過ぎていない場合（ＴＣＳＬ≦ＴＣＳＴ＋ＴＥの場合）には、ステップＳ０７に移行する。ステップＳ０７では、上部温度ＴＣＳＬが、目標温度ＴＣＳＴを下回り低下し過ぎているか否かが判定される。具体的には、上部温度ＴＣＳＬが、目標温度ＴＣＳＴから許容誤差ＴＥを差し引いた温度よりも更に低いか否かが判定される。上部温度ＴＣＳＬが低下し過ぎている場合（ＴＣＳＬ＜ＴＣＳＴ−ＴＥの場合）には、ステップＳ０８に移行する。
【０１３１】
ステップＳ０８に移行した時には、燃料電池スタックＣＳの上端の温度、すなわち、低負荷時において最も低温となりやすい部分の温度が低くなり過ぎているということである。このため、燃料電池スタックＣＳに対する冷却を抑制する必要がある。そこで、ステップＳ０８では、制御装置ＣＵは第１ブロアＢＬ１の回転数を減少させることにより、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される発電用空気の量を減少させる。発電用空気によって燃料電池スタックＣＳから奪われる熱の量が減少し、燃料電池スタックＣＳの温度が上昇する。上部温度ＴＣＳＬはこれにより上昇して、目標温度ＴＣＳＴに近い温度となる。ステップＳ０８の処理が完了すると、制御装置ＣＵは、図３に示される一連の処理を終了する。
【０１３２】
ステップＳ０７において、上部温度ＴＣＳＬが低下し過ぎていない場合（ＴＣＳＬ≧ＴＣＳＴ−ＴＥの場合）には、制御装置ＣＵは、第１ブロアＢＬ１の回転数を変化させることなく、図３に示される一連の処理を終了する。
【０１３３】
以上のように、制御装置ＣＵは、燃料電池スタックＣＳの温度（下部温度ＴＣＳＨ、上部温度ＴＣＳＬ）に基づいて第２ブロアＢＬ２の回転数を調整する。これにより、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱が調整され、燃料電池スタックＣＳにおける温度差が抑制される。更に、制御装置ＣＵは、燃料電池スタックＣＳの温度（下部温度ＴＣＳＨ、上部温度ＴＣＳＬ）に基づいて第１ブロアＢＬ１の回転数も調整する。これにより、燃料電池スタックＣＳ全体の温度が適温に保たれる。
【０１３４】
ところで、燃料電池セルの発電性能は、その温度によって変化することが知られている。つまり、取り出される電流が同じだと仮定すると、高温の場合には単セル電圧が高くなり、低温の場合には単セル電圧が低くなる。このため、燃料電池スタックＣＳ全体から取り出される電流の大きさ毎に、単セル電圧と温度との関係が判っていれば、単セル電圧の測定値に基づいて当該単セルの温度を推定することができる。
【０１３５】
そこで、上部電圧センサＶＳ１の測定値に基づいて推定された温度（上部温度ＴＣＳＬに相当）と、下部電圧センサＶＳ２の測定値に基づいて推定された温度（下部温度ＴＣＳＨに相当）とを用いても、図３に示された一連の処理を行うことが可能である。すなわち、制御装置ＣＵが、燃料電池スタックＣＳに含まれる単セルの電圧（上部電圧センサＶＳ１及び下部電圧センサＶＳ２の測定値）に基づいて、第２ブロアＢＬ２の回転数を調整するような態様とすることができる。同様に、制御装置ＣＵが、上部電圧センサＶＳ１及び下部電圧センサＶＳ２の測定値に基づいて、第１ブロアＢＬ１の回転数を調整するような態様とすることもできる。
【０１３６】
本実施形態においては、燃料電池装置ＦＣから外部の負荷に向けて出力されている電力（出力電力Ｐ）を制御装置ＣＵが監視している。出力電力Ｐが所定の電力閾値を下回ると、低負荷モードに移行して、図３に示された処理が開始される。
【０１３７】
このような態様に替えて、燃料電池スタックＣＳの温度に基づいて低負荷モードに移行するような構成としてもよい。つまり、例えば中部セル温度センサＴＳ２によって測定される燃料電池スタックＣＳの代表温度を制御装置ＣＵが監視しており、当該温度が所定の温度閾値を下回ると、図３に示された処理が開始されるような構成としてもよい。
【０１３８】
本実施形態においては、発電用空気を第１空気導入管１９２に送り込むための第１ブロアＢＬ１と、冷却用空気を第２空気導入管５０に送り込むための第２ブロアＢＬ２とがそれぞれ設けられている。このような態様に替えて、これらを一つのブロアに兼用させるような態様であってもよい。
【０１３９】
図４には、このような態様の例（変形例）が示されている。この変形例では、空気供給源ＡＳから下流側に空気を送り込む単一のブロアＢＬと、三方弁７０とが備えられている。空気は、ブロアＢＬから三方弁７０に送り込まれて、一部は三方弁７０から第１空気導入管１９２に供給され、他部は三方弁７０から第２空気導入管５０に供給される。
【０１４０】
また、制御装置ＣＵが行う三方弁７０の制御によって、第１空気導入管１９２に向かう空気の流量と、第２空気導入管５０に向かう空気の流量と、の比率を変化させることが可能となっている。
【０１４１】
このような構成の変形例において、制御装置ＣＵにより行われる制御の例を、図５を参照しながら説明する。図５に示される一連の処理は、図３に示されるものと同様に、低負荷モードの間において制御装置ＣＵにより繰り返し実行される。
【０１４２】
ステップＳ１１では、中部セル温度センサＴＳ２によって測定された燃料電池スタックＣＳの中央部の温度（以下、「代表温度ＴＣＳＲ」と表記する）が、目標温度ＴＣＳＴを越えて上昇し過ぎているか否かが判定される。具体的には、代表温度ＴＣＳＲが、目標温度ＴＣＳＴに許容誤差ＴＥを加えた温度よりも更に高いか否かが判定される。代表温度ＴＣＳＲが上昇し過ぎている場合（ＴＣＳＲ＞ＴＣＳＴ＋ＴＥの場合）には、ステップＳ１２に移行する。
【０１４３】
ステップＳ１２に移行した時には、燃料電池スタックＣＳ全体の温度が高くなり過ぎているということである。このため、燃料電池スタックＣＳ全体の温度を下げる必要がある。そこで、ステップＳ１２では、制御装置ＣＵはブロアＢＬの回転数を増加させることにより、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される発電用空気の流量、及び、第２空気導入管５０を通る冷却用空気の流量の両方を増加させる。これにより、発電用空気によって燃料電池スタックＣＳから奪われる熱の量が増加し、燃料電池スタックＣＳの温度が低下する。また、燃焼器２０の温度も低下する。その結果、代表温度ＴＣＳＲは低下して目標温度ＴＣＳＴに近い温度となる。ステップＳ１２の処理が完了すると、ステップＳ１５に移行する。
【０１４４】
ステップＳ１１において、代表温度ＴＣＳＲが上昇し過ぎていない場合（ＴＣＳＲ≦ＴＣＳＴ＋ＴＥの場合）には、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、代表温度ＴＣＳＲが、目標温度ＴＣＳＴを下回り低下し過ぎているか否かが判定される。具体的には、代表温度ＴＣＳＲが、目標温度ＴＣＳＴから許容誤差ＴＥを差し引いた温度よりも更に低いか否かが判定される。代表温度ＴＣＳＲが低下し過ぎている場合（ＴＣＳＲ＜ＴＣＳＴ−ＴＥの場合）には、ステップＳ１４に移行する。
【０１４５】
ステップＳ１４移行した時には、燃料電池スタックＣＳ全体の温度が低くなり過ぎているということである。このため、燃料電池スタックＣＳ全体の温度を上げる必要がある。そこで、ステップＳ１４では、制御装置ＣＵはブロアＢＬの回転数を減少させることにより、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される発電用空気の流量、及び、第２空気導入管５０を通る冷却用空気の流量の両方を減少させる。発電用空気によって燃料電池スタックＣＳから奪われる熱の量が減少し、燃料電池スタックＣＳの温度が上昇する。また、燃焼器２０の温度も上昇する。その結果、代表温度ＴＣＳＲは上昇して目標温度ＴＣＳＴに近い温度となる。ステップＳ１４の処理が完了すると、ステップＳ１５に移行する。
【０１４６】
ステップＳ１３において、代表温度ＴＣＳＲが低下し過ぎていない場合（ＴＣＳＲ≧ＴＣＳＴ−ＴＥの場合）には、制御装置ＣＵは、ブロアＢＬの回転数を変化させることなくステップＳ１５に移行する。
【０１４７】
ステップＳ１５では、下部電圧センサＶＳ２によって測定された電圧（以下、「下部電圧ＶＣＳＨ」と表記する）と、上部電圧センサＶＳ１によって測定された電圧（以下、「上部電圧ＶＣＳＬ」と表記する）との差（以下、「上下電圧差」とも称する）が、大きくなり過ぎているか否かが判定される。具体的には、下部電圧ＶＣＳＨが、上部電圧ＶＣＳＬに所定の許容誤差ＶＥを加えた電圧よりも更に高いか否かが判定される。上下電圧差が大きくなり過ぎている場合（ＶＣＳＨ＞ＶＣＳＬ＋ＶＥの場合）には、ステップＳ１６に移行する。
【０１４８】
ステップＳ１６に移行した時には、燃料電池スタックＣＳの下端の温度、すなわち、低負荷時において（燃焼器２０からの伝熱により）最も高温となりやすい部分の温度が高くなり過ぎているということである。このため、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱を抑制して、当該部分の温度を下げる必要がある。そこで、ステップＳ１６では、制御装置ＣＵは三方弁７０の状態を変化させることにより、三方弁７０から第２空気導入管５０に向かう空気の流量の比率（燃焼器２０側への空気の供給割合）を増加させる。第２空気導入管５０を流れる冷却用空気の流量は増加し、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される発電用空気の流量は減少する。その結果、燃料電池スタックＣＳにおける温度差が抑制され、上下電圧差は小さくなる。ステップＳ１６の処理が完了すると、制御装置ＣＵは、図５に示される一連の処理を終了する。
【０１４９】
ステップＳ１５において、上下電圧差が大きくなり過ぎていない場合（ＶＣＳＨ≦ＶＣＳＬ＋ＶＥの場合）には、ステップＳ１７に移行する。ステップＳ１７では、下部電圧ＶＣＳＨが上部電圧ＶＣＳＬを下回っているか否かが判定される。下部電圧ＶＣＳＨが上部電圧ＶＣＳＬを下回っている場合（ＶＣＳＨ＜ＶＣＳＬの場合）には、ステップＳ１８に移行する。
【０１５０】
ステップＳ１８に移行した時には、燃料電池スタックＣＳの下端の温度、すなわち、低負荷時において最も高温となりやすい部分の温度が、他の部分よりも低下しているということである。この場合、燃焼器２０が冷却され過ぎてしまっている可能性がある。
【０１５１】
そこで、ステップＳ１８では、制御装置ＣＵは三方弁７０の状態を変化させることにより、三方弁７０から第２空気導入管５０に向かう空気の流量の比率（燃焼器２０側への空気の供給割合）を減少させる。第２空気導入管５０を流れる冷却用空気の流量は減少し、空気加熱流路４０から燃料電池スタックＣＳに供給される発電用空気の流量は増加する。その結果、燃料電池スタックＣＳにおける温度差が抑制され、上下電圧差は小さくなる。ステップＳ１８の処理が完了すると、制御装置ＣＵは、図５に示される一連の処理を終了する。
【０１５２】
ステップＳ１７において、下部電圧ＶＣＳＨが上部電圧ＶＣＳＬを下回っていない場合（ＶＣＳＨ≧ＶＣＳＬの場合）には、制御装置ＣＵは、三方弁７０の状態を変化させることなく、図５に示される一連の処理を終了する。
【０１５３】
以上のように、この変形例では、ブロアＢＬを一つしか有さない構成でありながら、燃料電池スタックＣＳにおける温度差を抑制するような制御を行うことが可能となっている。
【０１５４】
続いて、図６を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る燃料電池装置ＦＣａについて説明する。燃料電池装置ＦＣａは、第２空気導入管５０ａの形状及びベースプレートＢＰａの形状において、燃料電池装置ＦＣと異なっている。燃料電池装置ＦＣａの他の構成においては、燃料電池装置ＦＣと概ね同一であるので、その説明を省略する。
【０１５５】
第２空気導入管５０ａは、全体が直線状に形成されており、その中心軸を鉛直方向に沿わせた状態で配置されている。第２空気導入管５０ａの上端は、ベースプレートＢＰａの下端に接続されている。
【０１５６】
ベースプレートＢＰａの内部には、空間ＨＩＰが形成されている。空間ＨＩＰは、上面視において燃焼器２０の全体を包含するような領域に形成された空間である。燃料電池スタックＣＳから排出された残余燃料及び残余空気は、この空間ＨＩＰを経由して燃焼器２０に供給される。
【０１５７】
また、空間ＨＩＰは、第２空気導入管５０ａの内部と繋がっている。このため、第２ブロアＢＬ２から空気が供給されると、当該空気は空間ＨＩＰに流入し、その後、残余燃料及び残余空気と共に燃焼器２０に供給される。
【０１５８】
低負荷モードとなり、燃料電池スタックＣＳの下端部の温度が上昇した場合には、第２空気導入管５０ａから空間ＨＩＰに空気が供給される。このとき、供給される空気は低温であるから、ベースプレートＢＰａのうち空間ＨＩＰを区画する部分の温度が低下する。その結果、燃焼器２０からの熱は、ベースプレートＢＰａの低温部分に吸収されるので、その上方にある燃料電池スタックＣＳには殆ど伝達されない。つまり、燃焼器２０自体は高温のままなのであるが、燃焼器２０から燃料電池スタックＣＳへの伝熱は、空間ＨＩＰに供給される空気によって妨げられるのである。
【０１５９】
このような空間ＨＩＰは、燃料電池スタックＣＳと燃焼器２０との間に形成された断熱流路ともいうことができる。本実施形態においても、図３を参照しながら説明した制御と同一の制御によって、燃料電池スタックＣＳにおける温度差を低減することができる。
【０１６０】
続いて、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る燃料電池装置ＦＣｂについて説明する。燃料電池装置ＦＣｂは、第２空気導入管５０ｂの形状、ベースプレートＢＰｂの形状、スタックアダプタＡＤｂの形状、及び燃料電池スタックＣＳの周囲に加熱配管６０が配置されている点において、燃料電池装置ＦＣと異なっている。燃料電池装置ＦＣｂの他の構成においては、燃料電池装置ＦＣと概ね同一であるので、その説明を省略する。
【０１６１】
第２空気導入管５０ｂは、第１鉛直部５１ｂと、螺旋部５２ｂと、第２鉛直部５３ｂとを有している。第１鉛直部５１ｂの形状は、第１実施形態における鉛直部５１の形状と等しい。また、螺旋部５２ｂの形状は、第１実施形態における螺旋部５２の形状と等しい。
【０１６２】
第２鉛直部５３ｂは、第２空気導入管５０ｂのうち最も上方側（下流側）の部分である。第２鉛直部５３ｂは、その中心軸を鉛直方向に沿わせた状態で配置されている。第２鉛直部５３ｂは、螺旋部５２ｂの上端からベースプレートＢＰｂに向かって延びており、その上端はベースプレートＢＰｂの下面に接続されている。
【０１６３】
加熱配管６０は、ステンレス鋼によって形成された断面が円形の配管である。図７に示されるように、加熱配管６０は、鉛直上昇部６１と、螺旋部６２と、鉛直下降部６３とを有している。
【０１６４】
鉛直上昇部６１は、スタックアダプタＡＤｂの上面から鉛直上方に向かって延びるように形成されている部分である。螺旋部６２は、鉛直上昇部６１の上端から更に上方側に向かって伸びる部分である。螺旋部６２は全体が螺旋状となっており、燃料電池スタックＣＳの周囲を取り囲んでいる。ただし、螺旋部６２と燃料電池スタックＣＳとは互いに接触しておらず、両者の間には略一定の隙間が形成されている。
【０１６５】
鉛直上昇部６１の長さは比較的短くなっているので、螺旋部６２の下端は燃料電池スタックＣＳの下端部近傍に配置されている。また、螺旋部６２の上端は、燃料電池スタックＣＳの上端よりも僅かに低い位置に配置されている。
【０１６６】
鉛直下降部６３は、螺旋部６２の上端から鉛直下方に向かって延びるように形成されている部分である。螺旋部６２は、その下端がスタックアダプタＡＤｂの上面に接続されている。
【０１６７】
第２空気導入管５０ｂ（第２鉛直部５３ｂ）の内部と加熱配管６０（鉛直上昇部６１）の内部とは、ベースプレートＢＰｂ内に形成された空気流路（不図示）及びスタックアダプタＡＤｂ内に形成された空気流路（不図示）を介して接続されている。
【０１６８】
また、加熱配管６０（鉛直下降部６３）の内部と燃焼器２０の内部とは、ベースプレートＢＰｂ内に形成された空気流路（不図示）及びスタックアダプタＡＤｂ内に形成された空気流路（不図示）を介して接続されている。
【０１６９】
このため、第２ブロアＢＬ２から第２空気導入管５０ｂに空気が送られると、当該空気は、第１鉛直部５１ｂ、螺旋部５２ｂ、第２鉛直部５３ｂ、鉛直上昇部６１、螺旋部６２、鉛直下降部６３を順に通って、燃焼器２０に供給される。その後、燃焼器２０の内部において（燃料電池スタックＣＳからの）残余空気の流れに合流し、残余空気と共に燃焼器２０の下端から下方に向けて噴出され、燃焼に供される。
【０１７０】
低負荷モードとなり、燃料電池スタックＣＳの下端部の温度が上昇した場合には、第２空気導入管５０ｂから空気が供給される。この空気は、燃焼器２０の周囲に配置された螺旋部５２ｂを通る際に加熱されて、その温度を上昇させる。その後、高温となったまま加熱配管６０を通る。
【０１７１】
このとき（低負荷モードの実行時）、燃料電池スタックＣＳの温度は通常の発電時に比べて低温になっているので、加熱配管６０の螺旋部６２を通る空気の温度は、燃料電池スタックＣＳの温度よりも高くなっている。このため、高温の螺旋部６２からの輻射熱（高温の空気の熱ともいえる）が燃料電池スタックＣＳに到達し、これにより燃料電池スタックＣＳが加熱される。
【０１７２】
このように、本実施形態においては、第２ブロアＢＬ２から送り込まれる空気によって燃焼器２０の温度が低下するのみならず、燃焼器２０の熱の一部が燃料電池スタックＣＳに伝達されることとなる。その結果、燃料電池スタックＣＳにおける温度差が更に抑制される。
【０１７３】
尚、本実施形態の変形例として、以下のような態様としてもよい。例えば、第２空気導入管５０ｂの全体を直線状とし、螺旋部５２ｂを有さないような態様とした上で、加熱配管６０の螺旋部６２が燃料電池スタックＣＳの下方側部分の周囲にのみ配置されているような態様としてもよい。
【０１７４】
このような変形例においては、第２空気導入管５０ｂを通る空気が燃焼器２０によってほとんど加熱されないので、加熱配管６０には低温の空気が流れる。その結果、加熱配管６０により燃料電池スタックＣＳから輻射熱が奪われ、燃料電池スタックＣＳの温度が低下する。ただし、加熱配管６０の螺旋部６２は燃料電池スタックＣＳの下方側部分の周囲にのみ配置されているので、当該部分のみ温度が低下することとなる。すなわち、燃料電池スタックＣＳのうち最も高温になりやすい部分のみが、螺旋部６２を通る低温の空気によって冷却される。これにより、燃料電池スタックＣＳにおける温度差を抑制することができる。
【０１７５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１７６】
ＦＣ：燃料電池装置
ＣＳ：燃料電池スタック
２０：燃焼器
ＣＵ：制御装置
５０：第２空気導入管
５２：螺旋部
６０：加熱配管
６２：螺旋部
【図１】
0006398557.tif 000002
【図２】
0006398557.tif 000003
【図３】
0006398557.tif 000004
【図４】
0006398557.tif 000005
【図５】
0006398557.tif 000006
【図６】
0006398557.tif 000007
【図７】
0006398557.tif 000008