(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの周囲における温度差を低減できる燃料電池組立体を提供する。【解決手段】ハウジング２内に燃料電池スタック５７を収容してなり、該燃料電池スタック５７にガスを供給するガス供給路８０ａ、８０ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを有する燃料電池組立体であって、複数のガス供給路８０ａ、８０ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを、燃料電池スタック５７の周囲に対向するように配設してなることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に燃料電池スタックを収容してなり、該燃料電池スタックにガスを供給する複数のガス供給路を有する燃料電池組立体であって、前記複数のガス供給路を、前記燃料電池スタックの周囲に対向するように配設してなることを特徴とする燃料電池組立体。
【請求項２】
燃料電池スタックからのガス導出方向に対して直交する方向における前記燃料電池スタックの側方に、ガス供給路が配設されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池組立体。
【請求項３】
燃料電池スタックが、複数の燃料電池セルが所定間隔をおいて設けられたマニホールドを有し、ガス供給路が前記マニホールドに接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池組立体。
【請求項４】
燃料電池スタックが、複数の燃料電池セルを所定間隔を置いて縦列配置してなるセルスタックと、該セルスタックのセル配列方向に配設されたガス供給路とを有する発電ユニットを複数並設してなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池組立体。
【請求項５】
複数の発電ユニットがそれぞれガス供給路を有しており、第1発電ユニットのガス供給路が、該第1発電ユニットと隣設する第２発電ユニットのガス供給路の配設位置と反対側に設けられていることを特徴とする請求項４記載の燃料電池組立体。
【請求項６】
隣設するセルスタック同士が電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項４又は５記載の燃料電池組立体。
【請求項７】
発電ユニットは、セルスタック上方に改質器を有しており、被改質ガスのガス供給路が、セルスタックの側方を介して改質器に接続されていることを特徴とする請求項４乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池組立体。
【請求項８】
改質器からの改質された燃料ガスのガス供給路が、セルスタックの側方を介して燃料電池セルに導入されることを特徴とする請求項７記載の燃料電池組立体。
【請求項９】
ガス供給路がハウジング外に設けられた改質器から延設されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池組立体、更に詳しくは固体電解質型燃料電池発電システムの如き燃料電池発電システムの構成に好適に使用される燃料電池組立体に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギーとして、近年、固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型及び固体電解質型等の種々の型の燃料電池発電システムが提案されている。特に、固体電解質型燃料電池発電システムは、作動温度が１０００℃程度と高いが、発電効率が高い、排熱利用が可能である等の利点を有しており、研究開発が推し進められている。
【０００３】
燃料電池発電システムの典型例においては、発電室を規定するハウジングと、このハウジング内に配設されたセルスタックとを含む燃料電池組立体が装備されている（特許文献１）。かかる燃料電池組立体には、セルスタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給手段、セルスタックに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段が付設されている。
【特許文献１】特開２０００−１４９９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した燃料電池組立体において、発電室内に配設されたスタックへの燃料ガス供給手段、酸素含有ガス供給手段はセルスタックの一方側に配設されており、このため、セルスタックに導入される前の温度の低いガスが発電室（セルスタックの周囲）の一方向側に偏るため、発電室内のガス導入側における温度が低くなるといった現象が発生する。発電室内、即ち、セルスタック周囲における温度分布が大きくなると、温度の低い部分での燃料電池セルの発電性能が低くなり、燃料電池全体の性能も下がる。これを避けるために、全体の温度を上げると、高温部の温度が燃料電池に用いている金属材料の耐熱温度を超える等、好ましくない。従って、発電室の温度分布を減じた発電室の構造が待望されていた。特にセルスタックへのガス導入側、及びセルスタックからのガス導出側、即ちガス導出方向におけるセルスタックの側方部分は温度分布による発電性能への影響は少ないが、セルスタック間を流れるガス流と直交するセルスタックの側方部分の温度分布は、発電性能へ直接的に影響を与えるため、この部分における温度分布低減が望まれていた。
【０００５】
本発明は、燃料電池スタックの周囲における温度差を低減できる燃料電池組立体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】
【０００６】
本発明者は、燃料ガス、酸素含有ガス、被改質ガス、改質ガス等の複数のガス供給路を、燃料電池スタックの周囲に対向するように配設することにより、燃料電池スタックの周囲における温度差を低減でき、燃料電池スタックの複数の燃料電池セルの温度をほぼ均一にして、発電性能の均一化を図ることができることを見出し、本発明に至った。
【０００７】
即ち、本発明の燃料電池組立体は、ハウジング内に燃料電池スタックを収容してなり、該燃料電池スタックにガスを供給するガス供給路を有する燃料電池組立体であって、複数の前記ガス供給路を、前記燃料電池スタックの周囲に対向するように配設してなることを特徴とする。
【０００８】
このような燃料電池組立体では、酸素含有ガス、燃料ガスや被改質ガスを供給するガス供給路が、燃料電池スタックの周囲に対向するように配設されているため、温度の低いガス供給路によって低下する温度域は、燃料電池スタックの周囲に分散され、一方側に偏ることがなく、燃料電池スタックの周囲における温度差を低減できる。このため、燃料電池スタック内の燃料電池セルの発電性能のばらつきを小さくできる。
【０００９】
また、本発明の燃料電池組立体は、燃料電池スタックからのガス導出方向に対して直交する方向における前記燃料電池スタックの側方に、ガス供給路が配設されていることを特徴とする。このような燃料電池組立体では、ガス導出方向では、セル上部の燃焼部により高温に加熱された燃料ガスが導出されるため、温度低下が殆どなく、しかもそれ程発電に寄与する部分でないが、ガス導出方向に対して直交する方向における燃料電池スタックの側方は、低温のガス供給路の存在によりその周囲が温度低下しやすく、しかも発電に大きく寄与する部分であるため、低温のガス供給路を、燃料電池スタックの側方に分散して配設することにより、温度の低いガス供給路によって低下する温度域を、燃料電池スタックの周囲に分散でき、一方側に偏ることがなく、燃料電池スタックの周囲における温度差を低減できる。
【００１０】
さらに、本発明の燃料電池組立体は、燃料電池スタックが、複数の燃料電池セルが所定間隔をおいて設けられたマニホールドを有し、ガス供給路が前記マニホールドに接続されていることを特徴とする。このような燃料電池組立体では、低温のガスを燃料電池スタックに直接供給することなく、ガスマニホールドを介して行うため、ガスの導入側における燃料電池セル端部と、ガス導出側における燃料電池セル端部の温度差を低減できる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池組立体は、燃料電池スタックが、複数の燃料電池セルを所定間隔を置いて縦列配置してなるセルスタックと、該セルスタックのセル配列方向に配設されたガス供給路とを有する発電ユニットを複数並設してなることを特徴とする。このような燃料電池組立体では、燃料電池スタックが複数の発電ユニットから構成されて分散されるため、低温のガス供給路による温度差を低減できるとともに、発電ユニットに何らかの支障が生じた場合でも、その発電ユニットのみを交換することができる。
【００１２】
さらに、本発明の燃料電池組立体は、複数の発電ユニットがそれぞれガス供給路を有しており、第1発電ユニットのガス供給路が、該第1発電ユニットと隣設する第２発電ユニットのガス供給路の配設位置と反対側に設けられていることを特徴とする。さらに、隣設するセルスタック同士が電気的に直列に接続されていることが望ましい。
【００１３】
このような燃料電池組立体では、同一種の発電ユニットを複数作製し、その配列方向を逆とすることにより、本発明の燃料電池組立体を容易に作製することができるとともに、燃料電池スタックが複数の発電ユニットにより構成されているため、上記したように温度差をさらに低減できる。また、配列方向が逆とされた隣設する発電ユニットのセルスタック同士の同一側を電気的に接続することにより、燃料電池セルを直列に接続でき、高い電圧を得ることができる。
【００１４】
さらに、本発明の燃料電池組立体は、発電ユニットが、セルスタック上方に改質器を有しており、被改質ガスのガス供給路が、セルスタックの側方を介して改質器に接続されていることを特徴とする。さらに、改質器からの改質された燃料ガスのガス供給路が、セルスタックの側方を介して燃料電池セルに導入されることが望ましい。
【００１５】
このような燃料電池組立体では、被改質ガスは一般に外部からセルスタックの側方を介して改質器に供給されため、周囲の温度と比較して低温であるため、本発明を好適に用いることができる。
【００１６】
さらに、本発明の燃料電池組立体は、ガス供給路がハウジング外に設けられた改質器から延設されていることを特徴とする。ハウジング外に設けられた改質器により改質された燃料ガスは、燃料電池スタックに供給するまでに冷却されるため、本発明を好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池組立体では、酸素含有ガス、燃料ガス、被改質ガス等を供給するガス供給路を、燃料電池スタックの周囲に対向するように配設するため、温度の低いガス供給路によって低下する温度域は、燃料電池スタックの周囲に分散され、一方側に偏ることがなく、燃料電池スタックの周囲における温度差を低減できる。このため、燃料電池スタック内の燃料電池セルの発電性能のばらつきを小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の燃料電池組立体を図示している添付図面を参照して、更に詳述する。
【００１９】
図１及び図２を参照して説明すると、図示の燃料電池組立体は略直方体形状のハウジング２を具備している。このハウジング２の６個の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁４、下断熱壁６、右側断熱壁８、左側断熱壁１０、前断熱壁（図示していない）及び後断熱壁（図示していない）が配設されている。ハウジング２内には発電・燃焼室１２が規定されている。
【００２０】
前断熱壁及び／又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び／又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室１２内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。
【００２１】
ハウジング２内の下端部には下部ガス室１４が配置され、上端部には上部ガス室１６が配設されている。下部ガス室１４は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１５内に規定されており、同様に上部ガス室１６も上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１７内に規定されている。ハウジング２内の左右両側部には上下方向に延在する連通ガス室１８が配設されている。かかる連通ガス室１８は横方向（図１において左右方向）寸法が比較的小さい直方体形状のケース１９内に規定されている。
【００２２】
連通ガス室１８の各々の上面には前後方向に間隔をおいて３個の連通筒２０が付設されており、かかる連通筒２０を介して連通ガス室１８の各々が上部ガス室１６の下面両側部に連通されている。連通ガス室１８の各々の下端部内側は下部ガス室１４の両側面に直接的に連結されている。
【００２３】
従って、上部ガス室１６の両側部は連通ガス室１８を介して下部ガス室１４の両側部に連通せしめられている。下部ガス室１４の上面には横方向（図１において左右方向）に間隔をおいて上方に突出する５個の中空ガス噴出板２２が配設されている。かかるガス噴出板２２の下端は下部ガス室１４内に連通せしめられており、上部にはガス噴出孔（図示していない）が形成されている。
【００２４】
ハウジング２の両側部、更に詳しくは右側断熱壁８の内側及び左側断熱壁１０の内側には、全体として平板形状である熱交換器２４が配設されている。熱交換器２４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース２６から構成されている。
【００２５】
かかるケース２６内にはその横方向中間に位置する仕切板２８が配設されており、ケース２６内は内側に位置する排出路３０と外側に位置する流入路３２とに区画されている。排出路３０内には上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３４及び３６が配置されている。更に詳述すると、排出路３０内には、その前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３４と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁３６とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路３０はジグザグ形態にせしめられている。なお、燃焼ガス排出路３０は、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。
【００２６】
同様に、流入路３２内にも上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３８及び４０、即ちその前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３８と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁４０とが交互に配置されており、かくして流入路３２もジグザグ形態にせしめられている。なお、流入路３２も、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。
【００２７】
ケース２６の内側壁の上端部には排出開口４２が形成されており、排出路３０は排出開口４２を介して発電・燃焼室１２と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器２４の各々と上記連通ガス室１８との間及び連通ガス室１８の内面にも断熱部材４４及び４６が配設されているが、かかる断熱部材４４及び４６の上端は排出開口４２の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口４２は断熱部材４４及び４６の上方に残留せしめられている空間並びに連通ガス室１８の上端に配設された３個の連通筒２０間の空間を通して発電・燃焼室１２に連通せしめられている。
【００２８】
ケース２６の上壁における外側部には流入開口４８が形成されており、流入路３２はかかる流入開口４８を介して上部ガス室１６に連通せしめられている。熱交換器２４の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図１にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体５０は外側筒部材５２と内側筒部材５４とから構成されている。排出路３０の下端部は外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路３２の下端部は内側筒部材５４内に規定されている流入路に接続されている。
【００２９】
而して、図示の燃料電池組立体における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願２００３−２９５７９０号の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願２００３−２９５７９０号の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。
【００３０】
上述した下部ガス室１４の上面上には４個の発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄが配置されている。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、夫々、上述したガス噴出板２２間に位置せしめられており、所定間隔をおいて並設され、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄにより燃料電池スタック５７を構成している。図１及び図２と共に、図５を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは前後方向（図１において紙面に垂直な方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスケース５８ａを具備している。
【００３１】
燃料ガス室５９ａを規定している燃料ガスマニホールド５８ａの上面上にはセルスタック６０ａが装着されている。セルスタック６０ａは上下方向に細長く延びる板状でかつ柱状の直立セル６２を燃料ガスマニホールド５８ａの長手方向（即ち前後方向）に複数個縦列配置して構成されている。燃料電池セル６２の配列方向と、発電ユニット５６の配列方向は直交している。セル６２の各々は、図４に明確に図示する如く、電極支持基板６４、内側電極層である燃料極層６６、固体電解質層６８、外側電極層である酸素極層７０、及びインターコネクタ７２から構成されている。
【００３２】
電極支持基板６４は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板６４にはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図示の場合は４個）の燃料ガス通路７４が形成されている。電極支持基板６４の各々は燃料マニホールド５８ａの上壁上に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合される。
【００３３】
燃料ガスマニホールド５８ａの上壁には図１において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット（図示していない）が形成されており、電極支持基板６４の各々に形成されている燃料ガス通路７４がスリットの各々に、従って燃料ガス室５９ａに連通せしめられる。
【００３４】
インターコネクタ７２は電極支持基板６４の片面（図４のセルスタック６０ａにおいて上面）上に配設されている。燃料極層６６は電極支持基板６４の他面（図４のセルスタック６０ａにおいて下面）及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。固体電解質層６８は燃料極層６６の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。酸素極層７０は、固体電解質層６８の主部上、即ち電極支持基板６４の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板板６４を挟んでインターコネクタ７２に対向して位置せしめられている。
【００３５】
セルスタック６０ａにおける隣接するセル６２間には集電部材７６が配設されており、一方のセル６２のインターコネクタ７２と他方のセル６２の酸素極層７０とを接続している。セルスタック６０ａの両端、即ち図４において上端及び下端に位置するセル６２の片面及び他面にも集電部材７６が配設されている。セルスタック６０ａの両端に位置する集電部材７６には電力取出手段（図示していない）が接続されており、かかる電力取出手段はハウジング２の前壁（図示していない）及び／又は後壁（図示していない）を通してハウジング２外に延在せしめられている。所望ならば、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々に電力取出手段を配設することに代えて、適宜の接続手段によってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを相互に直列接続し、４個のセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに関して共通の電力取出手段を配設することもできる。
【００３６】
セル６２について更に詳述すると、電極支持基板６４は燃料ガスを燃料極層６６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ７２を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。
【００３７】
燃料極層６６及び／又は固体電解質層７０との同時焼成により電極支持基板６４を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板６４を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｃ／ｃｍ以上であるのが好ましい。
【００３８】
燃料極層６６は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。
【００３９】
固体電解質層６８は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２から形成されている。
【００４０】
酸素極層７０は所謂ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層７０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。
【００４１】
インターコネクタ７２は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ７２は電極支持基板６４に形成された燃料ガス通路７４を通る燃料ガス及び電極支持基板６４の外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。
【００４２】
集電部材７６は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。
【００４３】
図１乃至図３、５を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは、セルスタック６０ａの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状（或いは円筒形状）であるのが好都合である改質ケース７８ａも具備している。改質ケース７８ａの前端部側面には、改質された燃料ガスの燃料ガス送給管８０ａの一端即ち上端が接続されている。
【００４４】
燃料ガス送給管８０ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管８０ａの他端は上記燃料ガスマニホールド５８ａの前面に接続されている。改質ケース７８ａの後面には改質される被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは改質ケースから下方に延び、ハウジング２の下を通ってハウジング２外に延出されている。燃料ガス送給管８０ａ、被改質ガス供給管８２ａの内部がガス供給路とされている。
【００４５】
被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質ケース７８ａに被改質ガスが供給される。改質ケース７８ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。
【００４６】
図示の実施形態においては、改質ケース７８ａは燃料ガス送給管８０ａを介して燃料ガスマニホールド５８ａに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図５に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管８２ａの下面と燃料ガスマニホールド５８ａの後端部上面或いは後面との間に適宜の支持部材８４ａを付設することもできる。
【００４７】
発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの各々は、図１及び図２を参照することによって明確に理解されるとおり、ガス噴射板２２間にて下部ガス室１４を規定するケース１５の上面上に載置され、ボルトの如き適宜の固定手段（図示していない）によって所定位置に固定される。
【００４８】
上述したとおりの燃料電池組立体においては、被改質ガスが被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを介して改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄに供給され、改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを通して燃料ガスマニホールド５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ内に規定されている燃料ガス室５９ａ、５９ｂ、５９ｃ及び５９ｄに供給され、次いでセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに供給される。
【００４９】
一方、空気でよい酸素含有ガスは二重筒体５０の内側筒部材５４内に規定されている流入路を通して熱交換器２４の流入路３２に供給され、次いで上部ガス室１６及び連通ガス室１８を通して下部ガス室１４に供給され、そしてガス噴出板２２の噴出孔からセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに向けて噴射される。
【００５０】
セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々においては、酸素極において、
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
の電極反応が生成されて発電される。
【００５１】
発電に使用されることなくセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄから上方に流動した燃料ガス及び酸素含有ガスは、起動時に発電・燃焼室１２内に配設されている点火手段（図示していない）によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼に起因して発電・燃焼室１２内は例えば１０００℃程度の高温になる。改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄは発電・燃焼室１２内に配設され、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室１２内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。
【００５２】
発電・燃焼室１２内に生成された燃焼ガスは熱交換器２４に形成されている排出開口４２から排出路３０に流入し、ジグザグ状に延在する排出路３０を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体５０における排出路を流動する際には、二重筒体５０における流入路を酸素含有ガスが流動し、燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換が行われる。
【００５３】
そしてまた、燃焼ガスが熱交換器２４の排出路３０をジグザグ状に流動せしめられる際には、酸素含有ガスが熱交換器２４の流入路３２をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で効果的に熱交換されて酸素含有ガスが余熱される。酸素含有ガスは上部ガス室１６、連通ガス室１８及び下部ガス室１４を通る際にも発電・燃焼室１２内の高温によって加熱される。
【００５４】
長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの一部或いは全部が劣化した場合には、ハウジング２の前壁（図示していない）或いは後壁（図示していない）を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出す。
【００５５】
そして、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部におけるセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄのみを新しいものに交換して、再びハウジング２内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出し、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ自体を新しいものに或いは改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。
【００５６】
改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。
【００５７】
そして、本発明の燃料電池組立体では、図６に示すように、ガス供給路８０ａ、８０ｂ、８０ｃ及び８０ｄが、燃料電池スタック５７の周囲に対向するように配設されている。即ち、燃料電池スタック５７の対向する側面側（燃料電池セル６０の配列方向の側面側）には、燃料ガス供給路８０ａ、８０ｂ、８０ｃ及び８０ｄが交互に配設されている。さらに、改質される燃料ガスの被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ及び８２ｄについても、燃料電池スタック５７の対向する側面側に交互に配設されており、これらの被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ及び８２ｄは、一方および他方の側面側に、燃料ガス供給路８０ａ、８０ｂ、８０ｃ及び８０ｄと交互に配設されている。
【００５８】
即ち、図３において説明すると、発電ユニット５６ｃは上述した発電ユニット５６ａと実質上同一であり、発電ユニット５６ｂ及び５６ｄは、発電ユニット５６ａ及び５６ｃに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質ケース７８ｂ及び７８ｄと燃料ガスマニホールド５８ｂ及び５８ｄとを接続する燃料ガス送給管（図示していない）が後側に配置され、被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄが改質ケースから下方に延び、ハウジング２の下を通ってハウジング２外に延出している。
【００５９】
このような燃料電池組立体では、改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄに、被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ及び８２ｄを通して導入される被改質ガスは、通常ハウジング２の外部から供給されるので、このような被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ及び８２ｄを燃料電池スタック５７の対向する側面側に交互に配設することにより、燃料電池スタック５７の周囲における温度差を低減でき、特に、発電に実質に寄与する燃料電池セルの側方における温度差を低減でき、燃料電池スタック内の燃料電池セルの発電性能のばらつきを小さくできる。
【００６０】
また、燃料ガスを供給する燃料ガス供給路８０ａ、８０ｂ、８０ｃ及び８０ｄが、燃料電池スタック５７の周囲に対向するように配設されているため、燃料電池スタック５７の周囲における温度差をさらに低減できる。
【００６１】
以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言するまでもない。
【００６２】
例えば、セルスタックの上方に特定の改質ケースを備えた燃料電池組立体に関連せしめて本発明を説明したが、改質ケースがセルスタックの上方以外の場合でも、改質ケースへのガス供給路が、燃料電池スタックの周囲の相対向する位置に設けられていれば良いことは勿論である。
【００６３】
また、外部から導入される被改質ガスを直接燃料電池セルに導入して発電する場合においても、ガス供給路が燃料電池スタックの周囲の相対向する位置に設けられていれば良いことは勿論である。
【００６４】
さらに、外部からのガスが被改質ガス以外の場合、例えば、水素ガスを直接セルスタックに導入する場合においても、ガス供給路が燃料電池スタックの周囲の相対向する位置に設けられていれば良いことは勿論である。このように、本発明は、外部からハウジング内に供給されるガスのガス供給路が燃料電池スタックの周囲に配設される場合に好適に用いることができる。例えば、ハウジング外に改質器を有しており、この改質器で改質された燃料ガスをハウジング内に供給する場合であっても、本発明を用いることが出来る。
【００６５】
また、特定の熱交換器を備えた略直方体のハウジングを備えた燃料電池組立体に関連せしめて本発明を説明したが、本出願人の出願にかかる特願２０００−２９２２３４の明細書及び図面に開示されている多重筒状体から構成されたハウジングの如き他の適宜の形態のハウジングを備えた燃料電池組立体にも本発明を適用することができる。
【００６６】
さらに、燃料ガスを供給するガス供給管を燃料電池スタックの対向する位置に配設せしめたが、酸素含有ガスを供給するガス供給管を燃料電池スタックの対向する位置に配設せしめてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に従って構成された燃料電池組立体の好適実施形態を示す断面図。
【図２】図１の燃料電池組立体を、一部を省略して示す斜視図。
【図３】図１の燃料電池組立体に使用されている燃料電池スタックを示す斜視図。
【図４】図３の燃料電池スタックにおけるセルスタックを示す断面図。
【図５】図３の発電ユニットを示す斜視図。
【図６】ガス供給路の配設状態を示す平面概念図。
【符号の説明】
【００６８】
２：ハウジング
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ：発電ユニット
５７：燃料電池スタック
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ：燃料ガスマニホールド
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ：セルスタック
７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ：改質ケース（改質器）
８０ａ及び８０ｃ：燃料ガス送給管（ガス供給路）
８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ：被改質ガス供給管（ガス供給路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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