【手続補正書】
【提出日】平成19年11月9日(2007.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に設けた発電・燃焼室内に、複数の固体電解質形燃料電池セルを前後方向に一列に配列したセルスタックを、左右方向に複数配列させたセルスタック集合体と、
前記セルスタック集合体の前記各固体電解質形燃料電池セルを固着するとともに、前記各固体電解質形燃料電池セルに燃料ガスを供給するための１つの燃料ガスマニホールドと、
前記セルスタック集合体の上方に設けた改質器とを有し、
前記改質器が、往路ケースおよび復路ケースと、前記往路ケースと前記復路ケースの端部同士を連結する連結ケースとからなるとともに、平面視でＵ字形状であり、かつ前記改質器の一部に改質触媒が収納されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記往路ケースと前記復路ケースとが、水平に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記セルスタック集合体が、前記セルスタックを同数ずつ含む左側セルスタック群と右側セルスタック群とから構成され、いずれか一方のセルスタック群の上方にて前記往路ケースが前後方向に延在し、他方のセルスタック群の上方にて前記復路ケースが前後方向に延在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記発電・燃焼室の上側に配置された酸素含有ガス室から該発電・燃焼室内に垂下する複数の酸素含有ガス導入管を有し、該複数の酸素含有ガス導入管の一部が前記往路ケースと前記復路ケースの間を通り前記セルスタック間に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記複数の酸素含有ガス導入管の別の一部が、前記セルスタック集合体の左右外側にそれぞれ配置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。
【請求項６】
前記酸素含有ガス導入管が配置されていない前記セルスタック間に断熱材が配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記改質器の一部に気化部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
前記セルスタック集合体の前後方向の一方側端部にて前記燃料ガスマニホールドと連通して立設された燃料ガス導入ケースと、
前記改質器の前記復路ケースと前記燃料ガス導入ケースとを連結する燃料ガス移送管とを有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記の目的を達成するべく本発明は、以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係る燃料電池は、ハウジング内に設けた発電・燃焼室内に、複数の固体電解質形燃料電池セルを前後方向に一列に配列したセルスタックを、左右方向に複数配列させたセルスタック集合体と、
前記セルスタック集合体の前記各固体電解質形燃料電池セルを固着するとともに、前記各固体電解質形燃料電池セルに燃料ガスを供給するための１つの燃料ガスマニホールドと、
前記セルスタック集合体の上方に設けた改質器とを有し、
前記改質器が、往路ケースおよび復路ケースと、前記往路ケースと前記復路ケースの端部同士を連結する連結ケースとからなるとともに、平面視でＵ字形状であり、かつ前記改質器の一部に改質触媒が収納されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
（２）請求項２に係る燃料電池は、請求項１において、前記往路ケースと前記復路ケースとが、水平に配置されていることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（３）請求項３に係る燃料電池は、請求項１または請求項２において、前記セルスタック集合体が、前記セルスタックを同数ずつ含む左側セルスタック群と右側セルスタック群とから構成され、いずれか一方のセルスタック群の上方にて前記往路ケースが前後方向に延在し、他方のセルスタック群の上方にて前記復路ケースが前後方向に延在することを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
（４）請求項４に係る燃料電池は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記発電・燃焼室の上側に配置された酸素含有ガス室から該発電・燃焼室内に垂下する複数の酸素含有ガス導入管を有し、該複数の酸素含有ガス導入管の一部が前記往路ケースと前記復路ケースの間を通り前記セルスタック間に配置されていることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
（５）請求項５に係る燃料電池は、請求項４において、前記複数の酸素含有ガス導入管の別の一部が、前記セルスタック集合体の左右外側にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（６）請求項６に係る燃料電池は、請求項４または５において、前記酸素含有ガス導入管が配置されていない前記セルスタック間に断熱材が配置されていることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（８）請求項８に係る燃料電池は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記セルスタック集合体の前後方向の一方側端部にて前記燃料ガスマニホールドと連通して立設された燃料ガス導入ケースと、前記改質器の前記復路ケースと前記燃料ガス導入ケースとを連結する燃料ガス移送管とを有することを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
・請求項１に係る燃料電池は、発電・燃焼室内に、左右方向に複数列配置させたセルスタック集合体の上方に設けた改質器が、平面視でＵ字形状を形成する往路ケース、連結ケース及び復路ケースを具備し、改質器の一部に改質触媒を収容されている。そして、往路ケースに被改質ガスが供給され、復路ケースから改質された燃料ガスが送出される。すなわち、被改質ガスが往路ケースから連結ケースへ、そして復路ケースへと流れる過程で、改質触媒により改質されて燃料ガスとなり送出される。従って、被改質ガスから燃料ガスへと改質する工程のガス経路が１つのＵ字形状の改質器に統合される。これにより、従来技術における如く複数の配管でそれぞれ被改質ガスを分配供給する場合の供給量の不均一を解消できる。この結果、不均一なガス分配に起因する不具合を生じない。また、複数の複雑な配管を簡略化できることによりコストも低減される。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、改質器をＵ字形状としたことにより、往路ケースと復路ケースの間に、酸素含有ガス導入管を通すためのスペースが確保できる。これは、発電・燃焼室の上側に設けた酸素含有ガス室から酸素含有ガスを発電・燃焼室内に導入する場合に有用である。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
さらに、改質器をＵ字形状としたことにより、往路ケースと復路ケースが隣り合って配置されることになる。例えば、往路ケースの一部に水を供給して水蒸気を発生させる気化部を設けると、その下方に位置するセルスタック群の温度低下を生じやすいが、往路ケースと隣り合う復路ケースは高温に保持されているため、気化部による温度低下を補い緩和する作用がある。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
さらに、発電・燃焼室では、発電に供せられなかった燃料ガス及び酸素含有ガスが燃焼
されて燃焼ガスが生じ、発電・燃焼室から排出されるが、改質器をＵ字形状としたこと
により、セルスタック集合体の前後左右からだけでなく、Ｕ字形状の改質器の中央のス
ペースからも排出することができ、効率的である。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
・請求項２に係る燃料電池は、請求項１においてさらに、往路ケースと復路ケースとが、水平に配置されている。これにより、往路ケースと復路ケースとが均一に温められ、効果的に改質反応が行なわれる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
・請求項３に係る燃料電池は、請求項１または請求項２においてさらに、セルスタック集合体が、左右方向の中央で左側セルスタック群と右側セルスタック群に分けられ、それぞれ同じ個数のセルスタックを含む。言い換えるならば、セルスタック集合体が全部で偶数個のセルスタックを有する。そして、いずれか一方のセルスタック群の上方に往路ケースが、他方のセルスタック群の上方に復路ケースが延在する。これにより、セルスタック集合体全体の上方をＵ字形状の改質器でバランスよく覆うことができ、発電・燃焼室内での温度維持に寄与し、温度の不均一を防ぐことができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
・請求項４に係る燃料電池は、請求項１〜３のいずれかにおいて、発電・燃焼室の上側に配置された酸素含有ガス室から垂下する複数の酸素含有ガス導入管の一部が往路ケースと復路ケースの間のスペースを通り、セルスタック間に配置されている。本発明では、発電・燃焼室におけるセルスタック集合体と天井との間に往路ケースと復路ケースが介在するため、酸素含有ガス導入管を上方から垂下させる箇所がある程度制限されるが、Ｕ字形状の改質器の中央スペースを利用することにより、高温の酸素含有ガスを速やかにセルスタック間に導入することができる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
・請求項５に係る燃料電池では、請求項４においてさらに、複数の酸素含有ガス導入管の別の一部が、セルスタック集合体の左右外側にそれぞれ配置されている。すなわち、中央の２つのセルスタック間と、左右両端のセルスタックの外側に酸素含有ガス導入管が配置される。本発明では、酸素含有ガス導入管が減数されるので、コストが低減される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
・請求項６に係る燃料電池では、請求項４または５において、酸素含有ガス導入管が配置されていないセルスタック間に断熱材が配置されている。これらのセルスタック群の上方には改質器の往路ケースまたは復路ケースが延在するため、酸素含有ガス導入管を配置できない。よって、この空きスペースを断熱材で充填することにより、セルスタック間を通る無駄な空気の流路を塞ぎ、１つのセルスタック内の燃料電池セル間の空気の流れを促進することができる。また、セルスタック間に断熱材を配置することにより、セルスタック自体が発電時に発生する反応熱、ジュール熱を外部に逃がすことを防ぎ、熱自立運転に寄与する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
・請求項８に係る燃料電池では、請求項１〜７のいずれかにおいて、セルスタック集合体の前後方向の一方側端部にて燃料ガスマニホールドと連通して立設された燃料ガス導入ケースを設け、改質器の復路ケースと燃料ガス導入ケースとを連結する燃料ガス移送管とを有する。すなわち、燃料ガス移送管は、セルスタック集合体の上方に水平方向に延在することになる。従って、改質器で改質された燃料ガスは、燃料ガス移送管を通る間に十分に加熱されて燃料ガス導入ケース内に流入し、燃料ガス導入ケース内を鉛直方向に降下して燃料ガスマニホールドへと流入する。燃料ガス導入ケースは、発電・燃焼室内で温度低下の生じやすい角部に位置している。従って、燃料ガス導入ケース内を高温の燃料ガスが降下することによりその周囲の温度を上げる作用がある。この結果、発電・燃焼室内の温度分布が低減し、発電効率が向上する。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図１に示すように、図示の燃料電池１は、直方体形状のハウジング２を具備する。このハウジング２の外壁を形成する６面には、適宜の断熱材料である左側外断熱壁３ａ、右側外断熱壁３ｂ、上側外断熱壁３ｃ、下側外断熱壁３ｄ、前側外断熱壁（図示せず）及び後側外断熱壁（図示せず）が配設されている。ハウジング２内の中央部には発電・燃焼室８が設けられている。前側外断熱壁及び／又は後側外断熱壁は、着脱自在或いは開閉自在に装着されており、発電・燃焼室８内に交換・修理のためにアクセスできる。一実施例として、各外断熱壁の外周面上を金属板製カバーにて覆ってもよい。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
図１の燃料電池１は、概ね左右対称な構造を有する。発電・燃焼室８の周囲は、上側を除いた５面に、適宜の断熱材料である左側内断熱壁４ａ、右側内断熱壁４ｂ、下側内断熱壁４ｃ、前側内断熱壁（図示せず）及び後側内断熱壁（図示せず）が配設されている。発電・燃焼室８の上側には隔壁板４６を介して上部ガス室ケース４１が配置されており、その内部に上部ガス室４２を形成する。そして、左側内断熱壁４ａと左側外断熱壁３ａとの間、並びに、右側内断熱壁４ｂと右側外断熱壁３ｂとの間には、それぞれ熱交換器７０ａ、７０ｂが設けられている。２つの熱交換器７０ａ、７０ｂの上端も、隔壁板４６を介して上部ガス室４２と区画されている。下側内断熱壁４ｃと下側外断熱壁３ｄとの間には、底板４０が配設されている。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
２つの熱交換器７０ａと７０ｂは、左右方向の幅に比べて上下方向及び前後方向の長さが長い直方体形状の中空筐体を具備し、互いに左右対称な構造である。熱交換器７０ａについて説明すると、中空筐体内部は鉛直隔壁７４により縦割りされ、外側の流入路７５と内側の排出路７６に区画されている。流入路７５の下端には、外部から供給される酸素含有ガス（例えば空気）が流入する流入部７７が設けられ、排出路７６の下端には、外部へ排出するべき燃焼ガスを熱交換器７１から排出する排出部７８が設けられている。熱交換器７０ａの後方には、上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図１にはその上端部のみが現れている）が配設されている。二重筒体５０の内側の流入用筒体５４は流入部７７と接続され、酸素含有ガス供給管（図示せず）が接続される。二重筒体５０の外側の排出用筒体５２は、熱交換器７０ａの排出部７８と接続されている。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
発電・燃焼室８内の底面上には、１つの燃料ガスマニホールド６１が設置されている。燃料ガスマニホールド６１は、前後方向に長く延びる直方体形状である。また好適には、左右方向の幅に比べて上下方向の厚さが比較的薄い平たい箱型形状である。燃料ガスマニホールド６１の天板上には、発電反応を行う４列のセルスタック３０ｂ、３０ａ、３１ａ、３１ｂが左右方向に所定間隔で配置されており、セルスタック集合体を形成している。図２に示すように、各セルスタックは、複数の燃料電池セルを含み、これらを前後方向に所定間隔で配列させている。１つの燃料電池セルは上下方向に細長い平板形状である。セルスタックの構造の詳細は、後述する図８で説明する。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
図２を参照して改質器１０について説明する。改質器１０は、水平に配置される往路ケース１２と復路ケース１４を具備する。さらに往路ケース１２と復路ケース１４の端部同士を連結する連結ケース１３とを具備し、平面視でＵ字形状である。従って、往路ケース１２と復路ケース１４との間には、適宜の間隔の中央スペースが存在する。尚、改質器１０の往路ケース１２は、左側２つのセルスタック３０ａ、３０ｂの上方に位置し、一方、復路ケース１４は右側２つのセルスタック３１ａ、３１ｂの上方に位置することが好適である。連結ケースは、セルスタック集合体の後端側の上方に位置する。連結ケース１３は、発電・燃焼室８の底部に固定された支持具１７の上端に取り付けられ、支持されている。改質器１０は、この連結ケース１３を取り付けた支持具１７と、後述する燃料ガス導入ケース１６により所定の位置に保持されている。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図２では、酸素含有ガス導入管は省略されているが、図１における中央の酸素含有ガス導入管４３ｂは、Ｕ字形状の改質器１０の往路ケース１２と復路ケース１４の間のスペースを通って配置されている。また、図１における左右の酸素含有ガス導入管４３ａ、４３ｃはそれぞれ、セルスタック集合体の左右外側に配置されている。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図５に示すように、例えば酸素含有ガス導入管４３ａは、複数の管体を前後方向に一列に配列させた集合体として形成され、各管体の上端が平板状の集合金具４７ａに穿設した複数の取付孔にそれぞれ取り付けられている。また、一列に配列した複数の管体は、１つの直方体形状の断熱材５ａの中に挿通されている。そして、酸素含有ガス導入管４３ａを開口４８ａに通した状態で、集合金具４７ａが隔壁板４６の上面上に固定される。他の酸素含有ガス導入管４３ｂ、４３ｃについても同様である。組み立てられた状態では、両側の２つの酸素含有ガス導入管４３ａと４３ｃがセルスタック集合体の左右両側のセルスタック３０ｂと３１ｂのそれぞれの外側に配置される。一方、中央の酸素含有ガス導入管４３ｂは、Ｕ字形状の改質器１０の中央スペースを通って中央のセルスタック３０ａと３１ａの間に配置される。尚、上記形態では、酸素含有ガス導入間４３ａ等により、上方から下方に酸素含有ガスを供給した場合について説明したが、酸素含有ガスを発電・燃焼室８の底面側からすなわち下方から上方に供給するようにしてもよい。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
再び図１を参照する。左右方向に複数配列したセルスタック同士の間に、酸素含有ガス導入管が配置されていない場合、例えばセルスタック３０ａと３０ｂの間、及びセルスタック３１ａと３１ｂの間には、断熱材６ａ、６ｂがそれぞれ配置されている。このようなセルスタック間の上方には、改質器１０の往路ケース１２または復路ケース１４があるため、上方から酸素含有ガス導入管を垂下させることができない。このような空間を断熱材６ａ、６ｂで塞ぐことにより不都合な空気の流れを阻止して、熱放散を防ぐことができる。図６Ｂは、断熱材６ａ、６ｂの形状の一例を示す斜視図である。セルスタック間に挿入される部分は、セルスタック同士の間隔と同程度の厚さをもつ平板形状であり、後端部に下方に延びる延長部分６ａ１、６ｂ１を設けている。この延長部分により燃料ガスマニホールド６１の後面側における左右方向の空気の流れを遮断することができる。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
以上の通り、本発明では、概ね左右対称のＵ字形状の改質器がセルスタック集合体の上方に配置される関係上、セルスタック集合体が同数ずつのセルスタックを含む左側セルスタック群と右側セルスタック群から構成されることが好ましい。しかしながら、セルスタック集合体に含まれるセルスタック数は、実施例に示した２つまたは４つに限定されない。