(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を側方から囲むように配置された前記酸化剤ガスの流路であって、前記燃料電池スタックと前記酸化剤ガスとの間で熱交換が行われる熱交換流路（４０）と、を備え、
前記熱交換流路を区画する壁面（１５０）には、前記酸化剤ガスを前記熱交換流路内に導入するための導入口（１５１）が、周方向に略沿って複数並ぶように形成されており、
全ての前記導入口に対し、前記酸化剤ガスを均等に供給するための均等供給手段（７００）を更に備えており、
前記均等供給手段は、前記導入口が並ぶ方向に沿って前記酸化剤ガスが流れるように形成された旋回流路（ＲＦＰ）を有しており、
前記旋回流路を区画する壁面（７１０）には、前記酸化剤ガスを前記旋回流路内に導入するための受入口（７１１）が形成されており、
前記受入口に近い位置に形成された前記導入口の開口面積は、
前記受入口から遠い位置に形成された前記導入口の開口面積よりも小さいことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
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を側方から囲むように配置された前記酸化剤ガスの流路であって、前記燃料電池スタックと前記酸化剤ガスとの間で熱交換が行われる熱交換流路（４０）と、を備え、
前記熱交換流路を区画する壁面（１５０）には、前記酸化剤ガスを前記熱交換流路内に導入するための導入口（１５１）が、周方向に略沿って複数並ぶように形成されており、
全ての前記導入口に対し、前記酸化剤ガスを均等に供給するための均等供給手段（７００）を更に備えており、
前記均等供給手段は、前記導入口が並ぶ方向に沿って前記酸化剤ガスが流れるように形成された旋回流路（ＲＦＰ）を有しており、
前記旋回流路を区画する壁面（７１０）には、前記酸化剤ガスを前記旋回流路内に導入するための受入口（７１１）が形成されており、
前記受入口に近い位置における前記導入口の間隔は、
前記受入口から遠い位置における前記導入口の間隔よりも大きいことを特徴とする燃料電池装置。
【請求項３】
前記受入口を通過した直後における前記酸化剤ガスの流れ方向に沿って見た場合において、前記受入口は、前記導入口と重ならないような位置に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記旋回流路には、前記受入口から流入した空気が前記導入口に直接到達することを妨げる邪魔板（７６０）が配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記旋回流路を区画する壁面のうち内周側の壁面（１５０）に、前記邪魔板の一端が接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記受入口から前記旋回流路内に導入される前記酸化剤ガスが、前記旋回流路を区画する壁面（１５０）に対して斜めに当たるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記旋回流路の流路断面積は、全ての前記導入口の開口面積の総和よりも大きいことを特徴とする、請求項１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、燃料ガス及び酸化剤ガスによって発電する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】
発電が行われているときには、燃料電池スタック（セルスタック）では熱が生じる。このため、燃料電池装置の動作中においては、燃料電池スタックを冷却しながら適切な温度に保つ必要がある。そこで、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスを、予め燃料電池スタックと熱交換させた後に燃料電池スタックに供給することが行われている。つまり、酸化剤ガスを、燃料電池スタックを冷却するためのガスとして用いることが行われている（下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の燃料電池装置では、燃料電池スタックの周囲に酸化剤ガスが通る流路が形成されており、当該流路を通る酸化剤ガスと燃料電池スタックとの間で熱交換が行われる構成となっている。また、上記流路に対する酸化剤ガスの供給は、燃料電池スタックの外周側の一部に配置された導入管から局所的に行われる。このような構成においては、導入管の近傍では燃料電池スタックから奪われる熱量が大きくなる一方で、導入管から遠い箇所では燃料電池スタックから奪われる熱量が小さくなる。このため、酸化剤ガスによって燃料電池スタックの全体が均等には冷却されず、燃料電池スタックの一部が他の部分よりも高温となってしまう可能性がある。
【０００６】
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、燃料電池スタックと酸化剤ガスとを熱交換させる構成の燃料電池装置であって、燃料電池スタックの温度分布をより均等化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】
【０００７】
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（ＣＳ）と、燃料電池スタックを側方から囲むように配置された酸化剤ガスの流路であって、燃料電池スタックと酸化剤ガスとの間で熱交換が行われる熱交換流路（４０）と、を備え、熱交換流路を区画する壁面（１５０）には、酸化剤ガスを熱交換流路内に導入するための導入口（１５１）が、周方向に略沿って複数並ぶように形成されており、全ての導入口に対し、酸化剤ガスを均等に供給するための均等供給手段（７００）を更に備えている。均等供給手段は、導入口が並ぶ方向に沿って酸化剤ガスが流れるように形成された旋回流路（ＲＦＰ）を有している。旋回流路を区画する壁面（７１０）には、酸化剤ガスを旋回流路内に導入するための受入口（７１１）が形成されている。受入口に近い位置に形成された導入口の開口面積は、受入口から遠い位置に形成された導入口の開口面積よりも小さい。
【０００８】
本発明に係る燃料電池装置では、酸化剤ガスを熱交換流路内に導入するための導入口が、周方向に略沿って複数並ぶように（側方を囲むように）形成されている。また、均等供給手段により、それぞれの導入口に対して酸化剤ガスが均等に供給される。熱交換流路における酸化剤ガスの流量分布が均等化され、燃料電池スタックと酸化剤ガスとの熱交換が全体において均等に行われる。その結果、燃料電池スタックの温度分布を均等化することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池スタックと酸化剤ガスとを熱交換させる構成の燃料電池装置であって、燃料電池スタックの温度分布をより均等化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】
【００１０】
【図１】本発明の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に示された燃料電池装置のうち、空気供給管及びその近傍の構成を示す図である。
【図３】図１に示された燃料電池装置のうち、空気供給管の内部の構成を示す図である。
【図４】変形例に係る空気供給管の構成を示す図である。
【図５】変形例に係る空気供給管及びその近傍の構成を示す図である。
【図６】変形例に係る空気供給管及びその近傍の構成を示す図である。
【図７】本発明の比較例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１に示されるように、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とを備えている。
【００１３】
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。
【００１４】
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。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。図１は、当該中心軸に沿う平面を断面とする燃料電池装置ＦＣの模式的な断面図である。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
第４筒状体１４０の下端部近傍には、水平な板である底板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。
【００２８】
第５筒状体１５０は、第４筒状体１４０の上部を外側から囲むように配置された筒状体である。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
第５筒状体１５０の下部（底板１８６よりも僅かに上方側）には、空気流路４０１に供給される発電用の空気の入口である導入口１５１が複数形成されている。それぞれの導入口１５１は、第５筒状体１５０に形成された円形の開口（貫通穴）である。これら複数の導入口１５１は、互いに略同一となる高さにおいて等間隔に並ぶように形成されている。つまり、第５筒状体１５０の周方向に沿って、全周に亘って（側方を囲んで）略水平に並ぶように形成されている。
【００３２】
第５筒状体１５０のうち導入口１５１が形成されている部分は、後述の空気供給管７００により外側から取り囲まれている。空気供給管７００は、それぞれの導入口１５１から内部（空気流路４０１）に向けて発電用空気を供給するために備えられたものである。空気供給管７００の具体的な構成や機能については、後に詳しく説明する。
【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。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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（原燃料）から燃料ガス（改質燃料：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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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（不図示）に接続されている。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、都市ガスの供給源であるガスメータ（不図示）に接続されている。
【００５５】
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（不図示）が固定されており、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
改質ユニット３０は、耐熱性の材質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。
【００５９】
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。
【００６０】
続いて、燃料電池装置ＦＣの動作中におけるガス（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。
【００６１】
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ブロア（不図示）から空気供給管７００に供給され、それぞれの導入口１５１を通って空気流路４０１の下方側部分に供給される。
【００６２】
導入口１５１を通じて供給された空気は、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
空気加熱流路４０を通る空気は、燃料電池スタックＣＳからの輻射熱を奪うことにより、燃料電池スタックＣＳを冷却しているともいうことができる。一方、例えばホットスタンバイ時のように、発電量が少なく燃料電池スタックＣＳの発熱が少ないときには、空気加熱流路４０を通る空気によって燃料電池スタックＣＳが加熱されることとなる。
【００６７】
このように、空気加熱流路４０は、発電用の空気と燃料電池スタックＣＳとの間で双方向の熱交換を行うための流路（熱交換流路）ともいうことができる。通常の発電時、及びホットスタンバイ時のいずれにおいても、燃料電池スタックＣＳは空気加熱流路４０を通る空気との熱交換によって適温に保たれる。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。
【００６８】
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。
【００６９】
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（ガスメータ）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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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（不図示）から水供給配管３９１を通じて水が供給される。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ＷＳに溜まることとなる。
【００８２】
貯水部ＷＳ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。
【００８３】
貯水部ＷＳ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。
【００８４】
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ＷＳ内において水が沸騰することはなく、貯水部ＷＳ内は全体が水（液体）で満たされている。
【００８５】
水供給ポンプ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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
空気供給管７００の具体的な構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。尚、図２においては、空気供給管７００の内側に形成された導入口１５１の形状や配置が明確となるように、空気供給管７００はその外形のみが点線で示されている。後の説明に用いる図５及び図６についても同様である。
【００８９】
空気供給管７００は、断面が略矩形の管であって、ケーシング１０と同一素材の金属により形成されている。空気供給管７００は、第５筒状体１５０のうち下方側部分、つまり、複数の導入口１５１が形成されている部分を外側から覆うように配置されている。空気供給管７００は、外側円筒７１０と、天板７２０と、底板７３０と、受入配管７５０とを有している。
【００９０】
外側円筒７１０は、空気供給管７００の外側面を形成する筒状体である。外側円筒７１０の中心軸は第５筒状体１５０の中心軸と一致している。外側円筒７１０の内径は第５筒状体１５０の外径よりも大きい。このため、外側円筒７１０と第５筒状体１５０と間には、全周に亘って一定の隙間が形成されている。外側円筒７１０の下端の位置（高さ）は、いずれの導入口１５１の下端よりも低い位置であり、且つ第５筒状体１５０の下端よりも僅かに高い位置となっている。外側円筒７１０の上端の位置（高さ）は、いずれの導入口１５１の上端よりも高い位置となっている。
【００９１】
天板７２０は、外側円筒７１０と第５筒状体１５０と間の隙間を上方から塞ぐように、水平に配置された板である。天板７２０の外側面は、外側円筒７１０の内側面のうち上端部に繋がっている。また、天板７２０の内側面は、第５筒状体１５０の外側面に繋がっている。
【００９２】
底板７３０は、外側円筒７１０と第５筒状体１５０と間の隙間を下方から塞ぐように、水平に配置された板である。底板７３０の外側面は、外側円筒７１０の内側面のうち下端部に繋がっている。また、底板７３０の内側面は、第５筒状体１５０の外側面に繋がっている。
【００９３】
空気供給管７００の内部空間は、外側円筒７１０、天板７２０、底板７３０、及び第５筒状体１５０により区画されており、その断面が矩形の空間となっている。このように、本実施形態においては、ケーシング１０の一部（第５筒状体１５０のうち外側円筒７１０と対向する部分）が空気供給管７００の一部ともなっている。空気供給管７００の内部空間は、それぞれの導入口１５１を介して空気流路４０１と繋がっている。
【００９４】
受入配管７５０は断面が円形の管である。受入配管７５０は、その一端が外側円筒７１０に接続されている。具体的には、外側円筒７１０には円形の開口７１１が形成されており、この開口７１１の縁に沿って受入配管７５０の一端が溶接固定されている。受入配管７５０の内部空間は、開口７１１を介して空気供給管７００の内部空間と繋がっている。受入配管７５０の他端は、発電用空気の供給源であるコンプレッサ（不図示）に接続されている。
【００９５】
上記のような構成により、コンプレッサからの空気は、受入配管７５０及び開口７１１を通って空気供給管７００の内部空間に流入する。その後、空気は空気供給管７００の内部空間を周方向に沿って（導入口１５１が並ぶ方向に沿って）旋回するように流れながら、それぞれの導入口１５１から空気流路４０１に供給される。以下の説明においては、空気供給管７００の内部空間のことを「旋回流路ＲＦＰ」とも表記する。
【００９６】
ところで、このような空気供給管７００を設けずに、コンプレッサから空気を供給するための配管（以下、「コンプレッサ配管１９２」と表記する）が第５筒状体１５０に直接接続されているような構成も考えられる。つまり、コンプレッサからの空気が、周方向に沿った１箇所のみから空気流路４０１に供給されるような構成も考えられる。このような構成例（本発明の比較例）について、図７を参照しながら説明する。
【００９７】
このような構成とした場合には、空気流路４０１のうちコンプレッサ配管１９２の接続部近傍（図７では左側部分）には多量の空気が供給される一方で、当該接続部から遠い部分（図７では右側部分）には少量の空気しか供給されないこととなる。コンプレッサ配管１９２から空気流路４０１に供給された空気は、周方向に沿って流れる間に（矢印ＡＲ１３）、その大部分が上方側に向かって流れてしまうからである。
【００９８】
空気流路４０３を下方に向かって流れる空気の流量にも偏りが生じる。つまり、空気流路４０３のうちコンプレッサ配管１９２に最も近い部分では、下方に向かう空気の流量が大きくなる（矢印ＡＲ１４）。当該部分においては第１筒状体１１０の壁面温度が比較的大きく低下するので、燃料電池スタックＣＳから奪われる輻射熱の熱量は大きくなる。
【００９９】
一方、空気流路４０３のうちコンプレッサ配管１９２から最も遠い部分では、下方に向かう空気の流量が小さくなる（矢印ＡＲ１５）。当該部分においては第１筒状体１１０の壁面温度があまり低下しないので、燃料電池スタックＣＳから奪われる輻射熱の熱量は小さくなる。
【０１００】
その結果、燃料電池スタックＣＳにおいては、奪われる輻射熱の熱量が局所的に大きくなってしまい、各セルスタックの水平面に沿った面内温度分布が不均一となってしまう可能性がある。
【０１０１】
更に、コンプレッサ配管１９２が第５筒状体１５０に直接接続されているような構成においては、円筒形状の空間である空気流路４０１を上方に向かう空気の流速の分布にも偏りが生じる。具体的には、コンプレッサ配管１９２の接続部（空気流入箇所）の直上では空気の流速は比較的大きくなり（矢印ＡＲ１１）、空気流入箇所から見て径方向の反対側となる部分の直上では空気の流速は比較的小さくなる（矢印ＡＲ１２）。
【０１０２】
空気流路４０１を上方に向かって流れる空気の流速が大きいと、当該空気は燃焼排ガス流路４１２からの熱をあまり受けずに（比較的低温のまま）空気流路４０１の上端に到達する。一方、空気流路４０１を上方に向かって流れる空気の流速が小さいと、当該空気は燃焼排ガス流路４１２によって十分に加熱された後に（比較的高温となって）空気流路４０１の上端に到達する。このため、空気流路４０１を上方に向かう空気の流速に上記のような偏りがあると、空気流路４０１の上端部分（天板１８２の上方側の空間）における空気の温度分布にも偏りが生じることとなる。
【０１０３】
本発明者らが実験したところによれば、空気流路４０１の上端部分において上記のような空気の温度分布が生じると、それに起因して燃料電池スタックＣＳの上方側の温度が低下してしまう傾向がある。つまり、コンプレッサ配管１９２が第５筒状体１５０に直接接続されているような構成においては、燃料電池スタックＣＳの温度分布が、水平方向のみならず上下方向においても不均一となってしまう傾向がある。
【０１０４】
これに対し、本実施形態では、コンプレッサからの空気が、空気供給管７００の内部空間（旋回流路ＲＦＰ）を周方向に沿って流れながら（図２の矢印ＡＲ１）、それぞれの導入口１５１から空気流路４０１に供給される。このため、空気流路４０１には、それぞれの導入口１５１からほぼ均等に空気が供給されることとなる。その結果、空気流路４０１を上方に向かって流れる空気の流量分布及び流速分布を、ほぼ一様なものとすることができる。燃料電池スタックＣＳと、空気加熱流路４０を通る空気との熱交換が均等に行われるようになるため、燃料電池スタックＣＳの温度分布を、水平方向及び上下方向のいずれにおいても略均一なものとすることができる。
【０１０５】
空気供給管７００の具体的な構成について、図３を参照しながら更に説明する。図３に示されるように、外側円筒７１０に形成された開口７１１の位置、すなわち、旋回流路ＲＦＰに対する空気の流入箇所の位置は、いずれの導入口１５１の上端よりも更に高い位置となっている。つまり、受入配管７５０の中心軸に沿って見た場合（開口７１１を通過した直後における空気の流れ方向に沿って見た場合）において、開口７１１は、いずれの導入口１５１とも重ならないような位置に形成されている。
【０１０６】
このような構成においては、開口７１１から旋回流路ＲＦＰに流入した空気は、導入口１５１に到達する前に、まず第５筒状体１５０の外側面に当たることとなる（図３の矢印ＡＲ２）。このため、受入配管７５０を通った空気が直進し、流速が大きいまま導入口１５１を通り空気流路４０１に直接到達してしまうようなことが防止されている。
【０１０７】
また、空気供給管７００の内部には邪魔板７６０が配置されている。邪魔板７６０は水平に配置された円形の板であって、その内周側の端部全体が第５筒状体１５０の外側面に溶接固定されている。邪魔板７６０は、開口７１１の下端よりも低く、いずれ導入口１５１の上端よりも高い位置に配置されている。このような邪魔板７６０によっても、開口７１１から旋回流路ＲＦＰに流入した空気が導入口１５１に直接到達してしまうことは抑制されている。
【０１０８】
尚、開口７１１から旋回流路ＲＦＰに流入した空気は、第５筒状体１５０の外側面に当たった後、その一部が第５筒状体１５０の外側面に沿って下方側の導入口１５１に向かうこととなる。しかしながら、本実施形態の邪魔板７６０は、第５筒状体１５０の外側面、すなわち、旋回流路ＲＦＰを区画する壁面のうち内周側の壁面に対して接続されている。このため、上記のように導入口１５１に向かう空気（図３の矢印ＡＲ３）は、邪魔板７６０に当たることによってその流れ方向を変えた後、それぞれの導入口１５１に向かうこととなる。これにより、それぞれの導入口１５１から空気流路４０１に供給される空気の流量は更に均等化される。
【０１０９】
本実施形態では、旋回流路ＲＥＰの流路断面積、すなわち、図３において外側円筒７１０、天板７２０、底板７３０、及び第５筒状体１５０によって区画されている矩形領域の面積が、全ての導入口１５１の開口面積の総和よりも大きくなっている。その結果、空気が導入口１５１を通過する前後における圧力変化（降下）に比べると、空気が旋回流路ＲＥＰを旋回して流れる際における圧力変化（降下）は十分に小さくなっている。このため、全ての導入口１５１から略均等な流量の空気が空気流路４０１に供給される。
【０１１０】
図４を参照しながら、燃料電池装置ＦＣの変形例について説明する。図４に示される例では、受入配管７５０の中心軸（図４の点線ＤＬ１）が第５筒状体１５０の外表面と交わる点を点Ｐ１とすると、点Ｐ１における第５筒状体１５０の法線（点線ＤＬ２）と上記中心線（点線ＤＬ１）とが、平行ではなく斜めに交わっている。つまり、受入配管７５０を通って開口７１１から旋回流路ＲＥＰに流入する空気が、第５筒状体１５０に対して垂直に当たるのではなく、斜めに当たるように構成されている。
【０１１１】
旋回流路ＲＥＰに流入した空気が、第５筒状体１５０に対して垂直に当たってしまうと、当該部分における空気の圧力が他の部分よりも高くなってしまう場合がある。これに起因して、一部の導入口１５１から空気流路４０１に供給される空気の流量が増加してしまうことが考えられる。
【０１１２】
これに対し、この変形例では、第５筒状体１５０に対して空気が斜めに当たるように構成することで、空気の圧力が上記のように局所的に上昇してしまうことを防止している。
【０１１３】
図５を参照しながら、燃料電池装置ＦＣの他の変形例について説明する。図５に示される例では、図２の態様とは異なり、全ての導入口１５１の開口面積が互いに同一とはなっていない。この例では、開口７１１に近い位置に形成された導入口１５１の開口面積が、開口７１１から遠い位置に形成された導入口１５１の開口面積よりも小さくなっている。具体的には、導入口１５１が開口７１１から遠い位置にあるほど、当該導入口１５１の開口面積が大きくなっている。
【０１１４】
このような構成により、旋回流路ＲＥＰのうち空気の圧力が上昇しやすい部分である開口７１１の近傍において、導入口１５１を通過する空気が受ける抵抗が大きくなる。このため、それぞれの導入口１５１から空気流路４０１に供給される空気の流量が更に均等化される。
【０１１５】
図６を参照しながら、燃料電池装置ＦＣの他の変形例について説明する。図６に示される例では、全ての導入口１５１の開口面積は互いに同一なのであるが、その配置間隔が均等とはなっていない。この例では、開口７１１に近い位置に形成された導入口１５１同士の間隔が、開口７１１から遠い位置に形成された導入口１５１同士の間隔よりも大きくなっている。具体的には、導入口１５１が開口７１１から遠い位置にあるほど、当該導入口１５１及びこれと隣り合う導入口１５１の間隔が小さくなっている。
【０１１６】
このような構成によっても、旋回流路ＲＥＰのうち空気の圧力が上昇しやすい開口７１１の近傍において、導入口１５１を通過する空気が受ける抵抗が大きくなる。このため、それぞれの導入口１５１から空気流路４０１に供給される空気の流量が更に均等化される。
【０１１７】
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】
【０１１８】
ＦＣ：燃料電池装置
ＣＳ：燃料電池スタック
４０：熱交換流路
４０１，４０３：空気流路
１５０：第５筒状体
１５１：導入口１５１
７００：空気供給管
７１１：開口
７６０：邪魔板
ＲＦＰ：旋回流路
【図１】
0006331973.tif 000002
【図２】
0006331973.tif 000003
【図３】
0006331973.tif 000004
【図４】
0006331973.tif 000005
【図５】
0006331973.tif 000006
【図６】
0006331973.tif 000007
【図７】
0006331973.tif 000008