(57)【要約】【課題】  起動時間を短縮化し、さらに、各々の発電セルにより得られる電力量を制御容易な燃料電池を提供する。【解決手段】  断熱部材１０に覆われた装置本体１内に、複数の発電セルを上下方向に積層した燃料電池スタック２と、この燃料電池スタックに装置本体１外部から酸化剤ガスを供給する酸化剤供給ライン４と、装置本体内を起動時に加熱する加熱装置６と、酸化剤ガス供給ラインに介装され、燃料電池スタックの上方に設けられて、装置本体内の熱を吸収することにより酸化剤ガスを加熱する吸熱装置３とを設けた。好ましくは、酸化剤供給ライン４に、吸熱装置の下流側に接続され、加熱装置の近傍に位置して、起動時に内部に供給された酸化剤ガスを加熱装置の放熱により加熱する酸化剤加熱器４４を設けた。同様に、吸熱装置３の上流側に接続され、加熱装置の外側部を冷却することにより酸化剤ガスを加熱する空気熱交換機構６６を介装した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱部材に覆われた装置本体内に、複数の発電セルを上下方向に積層した燃料電池スタックと、この燃料電池スタックに装置本体外部から酸化剤ガスを供給する酸化剤供給ラインと、上記装置本体内を起動時に加熱する加熱装置と、上記酸化剤ガス供給ラインに介装され、上記燃料電池スタックの上方に設けられて、上記装置本体内の熱を吸収することにより上記酸化剤ガスを加熱する吸熱装置とが設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
上記燃料電池スタックは、上記発電セルの発電反応により放出される排ガスが当該発電セルの外周部より放出されるシールレス構造であり、かつ、上記吸熱装置は、平面視において、上記発電セル上部を覆うように配設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】
上記吸熱装置は、上記酸化剤ガスの供給口及び排出口が設けられた筺体であり、かつ、当該筺体内部に、当該供給口から流入した酸化剤ガスを迂回させながら排出口へ供給する邪魔板が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
上記吸熱装置は、上記筺体外周から外方に延在して、上記装置本体内の熱を吸収する外付伝熱部材が備えられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
上記酸化剤供給ラインには、上記吸熱装置と直列的に接続され、上記加熱装置の近傍に位置して、起動時に内部に供給された上記酸化剤ガスを上記加熱装置の放熱により昇温させる起動用酸化剤加熱器が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
上記酸化剤供給ラインには、上記吸熱装置の上流側に接続され、上記加熱装置の外側部を冷却することにより上記酸化剤ガスを加熱する空気熱交換機構が介装されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
上記吸熱装置は、上記起動用酸化剤加熱器の上流側に設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起動時に燃料電池スタックを効率的に予熱することができる燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、燃料電池の一種として、装置本体内に、固体電解質層の両側を空気極層（カソード）と燃料極層（アノード）とで挟んだ積層構造を有する発電セルと、セパレータとが交互に複数段積層された燃料電池スタックを具備する燃料電池が開発されている。
【０００３】
この空気極層及び燃料極層は、多孔質層からなり、燃料極層には、燃料ガス（Ｈ2ＣＨ4等）が供給される。
他方、空気極層には、空気（Ｏ2）が供給され、この空気は、電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ2-）になりながら、空気極層の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に達する。さらに、この酸化物イオンは、固体電解質層内を燃料極層の方向に向かって拡散移動して、燃料極層の近傍に到達すると、上記燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ2Ｏ）を生じ、燃料極層に電子を放出する。これらの反応は発熱反応である。
【０００４】
一方、上述の発電セルの反応を開始するためには、特許文献１に示すように、４００℃〜６００℃の温度が必要とされる。このため、例えば、燃料電池スタックの外周に、起動時に発電セルを上記温度まで昇温させる電気ヒータやバーナー等の加熱装置を設けた燃料電池が開発されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３５１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、燃料電池は、加熱装置を稼働させて、装置本体内の温度が上昇して、上部の発電セルが反応開始温度以上になっても、高温ガスが上昇することにより下部の発電セルが反応開始温度にならず、その結果として起動時間が長くなるという問題があった。
また、加熱装置により装置本体内をさらに加熱して、全ての発電セルを反応開始温度以上に上昇させてから燃料電池を起動させても、上部の発電セルと下部の発電セルとに温度差が生じて、両者に発電効率の差が生じるという問題があった。特に、両者の温度差が２００℃以上になると、両発電セルの電流量が極端に異なり、各々の発電セルにより得られる電力量を制御し難くなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上部の発電セルと下部の発電セルとの温度差を軽減して、起動時間を短縮化し、さらには、両者の電流量の差を減少させて、各々の発電セルにより得られる電力量を容易に制御することができる燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、断熱部材に覆われた装置本体内に、複数の発電セルを上下方向に積層した燃料電池スタックと、この燃料電池スタックに装置本体外部から酸化剤ガスを供給する酸化剤供給ラインと、上記装置本体内を起動時に加熱する加熱装置と、上記酸化剤ガス供給ラインに介装され、上記燃料電池スタックの上方に設けられて、上記装置本体内の熱を吸収することにより上記酸化剤ガスを加熱する吸熱装置とが設けられていることを特徴とする燃料電池である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池において、上記燃料電池スタックが、上記発電セルの発電反応により放出される排ガスが当該発電セルの外周部より放出されるシールレス構造であり、かつ、上記吸熱装置が、平面視において、上記発電セル上部を覆うように配設されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の燃料電池において、上記吸熱装置が、上記酸化剤ガスの供給口及び排出口が設けられた筺体であり、かつ、当該筺体内部に、当該供給口から流入した酸化剤ガスを迂回させながら排出口へ供給する邪魔板が設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池において、上記吸熱装置が、上記筺体外周から外方に延在して、上記装置本体内の熱を吸収する外付伝熱部材が備えられていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料電池において、上記酸化剤供給ラインに、上記吸熱装置と直列的に接続され、上記加熱装置の近傍に位置して、起動時に内部に供給された上記酸化剤ガスを上記加熱装置の放熱により昇温させる起動用酸化剤加熱器が設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料電池において、上記酸化剤供給ラインに、上記吸熱装置の上流側に接続され、上記加熱装置の外側部を冷却することにより上記酸化剤ガスを加熱する空気熱交換機構が介装されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の燃料電池において、上記吸熱装置が、上記起動用酸化剤加熱器の上流側に設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
上述の請求項１に記載の発明によれば、複数の発電セルを上下方向に積層した燃料電池スタックと、この発電セルに装置本体外部から酸化剤ガスを供給する酸化剤供給ラインと、上記装置本体内を起動時に加熱する加熱装置と、上記酸化剤ガス供給ラインに介装され、上記燃料電池スタックの上方に設置された吸熱装置とが設けられているため、起動時に加熱装置により加熱されて装置本体内が高温になり、上昇した高温ガスの熱を吸熱装置により吸収することにより、酸化剤ガスを間接的に加熱することができる。このため、この加熱された酸化剤ガスによって、発電セルを内部から反応開始温度まで上昇させることができる。
【００１６】
また、装置本体内は、上記高温ガスの熱により上部が高温になるのに対して、下部が高温になりにくいため、燃料電池スタックの上方に設けた吸熱装置における熱交換により上部を冷却して、全体の温度差を減少させることができる。
その結果、燃料電池は、上部の発電セルと下部の発電セルとの温度差が軽減して、上記間接的に加熱された酸化剤ガスによって、全ての発電セルを効率的に加熱することができるため、起動時間を短縮することができる。
さらに、上記温度差の軽減により、上部の発電セルと下部の発電セルとの電流量の差が減少するため、各々の発電セルにより得られる電力量を容易に制御することができる。
【００１７】
上述の請求項２に記載の発明によれば、上記燃料電池スタックがシールレス構造である場合に、上記発電セルの外周部から発電反応による排ガスが放出される。そして、上記吸熱装置が、平面視において上記発電セル上部を覆うように配設されているため、酸化剤ガスを、上記装置本体内の高温ガスに加えて、発電セルから放出される排ガスを利用して間接的に加熱することができる。
【００１８】
上述の請求項３に記載の発明によれば、上記吸熱装置は、筺体内部に設けられた邪魔板により、供給口から流入した酸化剤ガスを、迂回させながら排出口へ供給するとともに、筺体又は邪魔板を介して長時間、間接的に加熱することができる。
【００１９】
上述の請求項４に記載の発明によれば、上記吸熱装置の筺体外周から外方に延在する外付伝熱部材が、上記装置本体内の熱を吸収することにより、酸化剤ガスを上記筺体又は邪魔板を介して間接的に加熱して、効率的に昇温させることができる。
【００２０】
上述の請求項５に記載の発明によれば、酸化剤供給ラインに設けられて、上記加熱装置の近傍に位置する上記吸熱装置と直列的に接続された起動用酸化剤加熱器が、起動時に内部に供給された酸化剤ガスを、上記吸熱装置の間接的な加熱に加え、放熱により加熱するため、一層効率的に昇温させることができる。
【００２１】
上述の請求項６に記載の発明によれば、上記酸化剤供給ラインに介装されて、上記吸熱装置の上流側に接続された空気熱交換機構が、上記酸化剤ガスを加熱して、より一層効率的に昇温させることができる。
【００２２】
また、上記加熱装置としては、電気ヒータのように電力を消費しないため、バーナーが好適である。しかしながら、バーナーは、その本体が金属材料からなり、装置本体を加熱することにより自らも加熱されるため耐熱性が問題となる。
これに対し、空気熱交換機構は、吸熱装置により加熱される前の低温酸化剤ガスによってバーナー本体の外側部を冷却して、高温雰囲気から保護するため、バーナーの使用を可能にするとともに、酸化剤ガスをバーナーの周囲の高温雰囲気により加熱することができる。
【００２３】
上述の請求項７に記載の発明によれば、上記吸熱装置は、上記起動用酸化剤加熱器の上流側に設けられているため、起動用酸化剤加熱器により加熱される前の低温酸化剤ガスにより燃料装置本体内上部を冷却して、装置本体内全体の温度差を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る燃料電池の第１実施形態〜第４実施形態について、図１ないし図６を用いて、説明する。
【００２５】
まず、第１の実施形態を、図１〜図４を用いて説明する。
本実施形態の燃料電池は、装置本体１が外観略直方体状であり、外周部には断熱部材１０、中央部には空洞１１が各々設けられている。そして、空洞１１には、複数の燃料電池スタック２が設けられており、断熱部材１０には、バーナー６が介装されている。
【００２６】
この複数の燃料電池スタック２は、空洞１１の中心部に点対称に配設された４基の直方体状の燃料電池スタック２が、各々３段に積み重ねられることにより、合計１２基が配設されている。そして、各々の燃料電池スタック２は、装置本体１の底面上に立設された仕切り棚２０の中に配置されている。
【００２７】
また、各々の燃料電池スタック２は、円形の発電セルと方形のセパレータとが、上下方向に向けて交互に複数段積層されることにより、略直方体状に組まれたものである。
このうち、発電セルは、固体電解質層を燃料極層と空気極層とで挟んだ積層構造体に対して、燃料極層外側に燃料極集電体を、空気極層外側に空気極集電体を設けてなる。また、外周部にガス漏れ防止用シールを敢えて設けないシールレス構造を採用しており、発電セルの外周部から排ガスが放出されるようになっている。
【００２８】
ここで、固体電解質層はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等、燃料極層はＮｉ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ等のサーメット、空気極層はＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3等で各々構成されている。また、燃料極集電体はＮｉ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板（発泡金属板）、空気極集電体はＡｇ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板（発泡金属板）で各々構成されている。
一方、上記セパレータは、ステンレス板（部材）で構成されている。
【００２９】
上記バーナー６は、空洞１１と連通するように装置本体１の内壁に形成された４箇所の凹部に配設されている。このバーナー６は、図２に示すように、前面が開口した上下方向に縦長の内箱６１と、この内箱６１より外法の大きい外箱６２とを重ね合わせた２重構造のバーナー本体６３から概略構成されている。
【００３０】
この内箱６１は、開口部に赤外線燃焼プレートからなる上記燃焼面６０が配設されており、この燃料面６０が上記燃料電池スタック２の中下段部側面に対応する位置に、空洞１１に露出するように設けられている。
また、背面部に、赤外線燃焼プレートにバーナー燃料ガスを供給するためのバーナー燃料供給管６４が接続されている。
【００３１】
この内箱６１及び外箱６２は、ＳＵＳ等の金属製であり、それぞれの周辺部に設けられたフランジ６１ａ、６２ａを上下に重ね合わすことにより一体的に構成されている。また、凹部内における内箱６１と外箱６２との間には、隙間が設けられている。
【００３２】
さらに、空洞１１内には、上記燃料電池スタック２の一側方に、燃料熱交換器５５と、この燃料熱交換器５５の下流側に接続された改質器５６とが各々設けられており、上記燃料電池スタック２の他側方に、空気供給管４ｃと、この空気供給管４ｃの下流側に接続された外部マニホールド４５とが各々設けられている。
【００３３】
上記燃料熱交換器５５は、その一部が、燃焼面６０に臨む位置に配設されており、起動時に燃焼面６０からの放熱により内部に供給される燃料ガスが加熱されるようになっている。
上記改質器５６は、上述の燃料電池スタック２の上方に配設されており、供給された燃料ガスと水蒸気とを改質して、水素等を生成するようになっている。
上記燃料熱交換器５５及び上記改質器５６は、燃料ガス供給管５に介装されている。
【００３４】
この燃料ガス供給管５は、装置本体１の外部から断熱部材１０に挿通されて、空洞１１内に延在するように上方に向けて配設されている。そして、空洞１１内において、装置本体１外部から導入された水蒸気供給管５０が接続されて、この水蒸気供給管５０の接続部の下流側に、燃料熱交換器５５と上記改質器５６とが各々設けられている。また、この改質器５６の下流側に各燃料スタック２が接続されており、各燃料スタック２に改質後の燃料ガス（水素等）を供給するようになっている。
【００３５】
一方、上記空気供給管４ｃは、上記燃料熱交換器５５と同様にして、その一部が、燃焼面６０に臨む位置に配設されており、これにより起動時に燃焼面６０からの放熱により内部に供給される空気が加熱されるよう空気加熱器４４（起動用酸化剤加熱器）を構成している。
上記外部マニホールド４５は、燃料電池スタック２の側方に、同スタック２の積層方向に沿って配設されており、各々の燃料電池スタック２に接続されている。
【００３６】
さらに、上記燃料電池スタック２の上方には、吸熱装置３が配設されている。この吸熱装置３は、図３に示すように、直方体状の筺体３０からなり、長手方向の一端上部に供給口３２、他端下部に排出口３４が各々配設されている。
また、複数の邪魔板３３が、各々左右端部に交互に隙間部を設けて、筺体３０の右縁から左縁に向けて並行に配設されている。また、吸熱装置３は、邪魔板３３と筺体３０とが一体的に設けられており、上記隙間部により供給口３２から排出口３４へ空気の流路が形成されている。
【００３７】
加えて、その外周部から鍔状に外付伝熱部材３１が備えられており、この外付伝熱部材３１が空洞１１の四隅近傍に位置するように設けられている。
上述のようにして構成される吸熱装置３は、外付伝熱部材３１を含め、ＳＵＳ等の伝熱部材から構成されている。
【００３８】
なお、吸熱装置３は、その他の一実施形態として、例えば、図３に示すように、各々筺体３０の中央上部に供給口３２、筺体３０の角隅下部にそれぞれ排出口３４を配設することもできる。この場合には、１つの供給口３２に対して２つの排出口３４を設けるため、排出口３４の断面積が供給口３２の断面積の半分となる。
【００３９】
さらに、断熱部材１０には、装置本体１の外部から空気導入管４ａが上方に向けて導入されている。
ここで、バーナー６の本体６３は、上述のように内箱６１と外箱６２との間に隙間が形成されている。そして、空気導入管４ａの上端部は、この隙間により形成される空気流路６６（空気熱交換機構）の下端部に接続されている。この空気流路６６は、内部に供給された空気によってバーナー本体６３を冷却するとともに、内箱内６１の高温のバーナー燃料ガスによって上記空気を加熱するようになっている。
さらに、この空気流路６６の上端部には、接続管４ｂの下端部が接続されており、この接続管４ｂは、上方に向けて配管されて、上端部が上記吸熱装置３の供給口３２に接続されている。
【００４０】
そして、吸熱装置３の排出口３４は、空気加熱器４４を備えた空気供給管４ｃの上端部に接続されており、この空気供給管４ｃの下端部は、上記外部マニホールド４５の下端部に接続されている。
以上のとおり、第１の実施形態の燃料電池は、空気導入管４ａ、接続管４ｂ及び空気供給管４ｃによって、空気供給ライン４が構成されており、この空気供給ライン４に、上流側から順に空気流路６６、上記吸熱装置３、上記空気加熱器４４が設けられている。
【００４１】
次に、第２の実施形態ないし第４の実施形態について、説明する。
第２の実施形態の燃料電池は、図５に示すように、空気供給ライン４に、上流側から順に上記空気流路６６、上記空気加熱器４４、吸熱装置３が設けられており、上記空気加熱器４４の下流側に吸熱装置３が配設されている点において第１の実施形態の燃料電池と異なる。
【００４２】
このため、上記接続管４ｂは、上記空気流路６６の上端部に接続されて、バーナー６の図中奥側から下方へと延在するように断熱部材１０に埋設されている。さらに、断熱部材１０内から空洞１１の下部に配設されて、燃焼面６０に沿って上方に延在しており、上端部が上記吸熱装置３の供給口３２に接続されている。そして、この接続管４ｂの一部が、燃焼面に臨む位置に配設されて、空気加熱器４４を構成している。
また、上記空気供給管４ｃは、上記吸熱装置３の排出口３４から外部マニホールド４５の上端部に接続されている。
【００４３】
第３の実施形態の燃料電池は、図６に示すように、空気流路６６が設けられていない点において第１の実施形態の燃料電池と異なる。
このため、上記空気導入管４ａは、開口部が装置本体１上方に設けられており、一部装置本体１の断熱部材１０に埋設されて、下端部が空洞１１内の吸熱装置３の供給口３２に接続されている。
また、空気供給管４ｃは、燃料面６０に沿って配設されており、この空気供給管４ｃの一部が、燃料面６０に臨む位置に配設されて、空気加熱器４４を構成している。また、空気供給管４ｃの下端部が、外部マニホールド４５の下端部に接続されている。
よって、空気供給ライン４は、空気導入管４ａ及び空気供給管４ｃにより構成されている。
【００４４】
第４の実施形態の燃料電池は、空気流路６６が設けられていない点において第２の実施形態の燃料電池と異なる。
このため、上記空気導入管４ａは、開口部が装置本体１下方に設けられており、一部装置本体１の断熱部材１０に埋設されて、燃焼面６０に沿って空洞１１内に配設されている。そして、空気導入管４ａの一部が、燃焼面６０に臨む位置に配設されて、空気加熱器４４を構成しており、上端部が、吸熱装置３の供給口３２に接続されている。
さらに、空気供給管４ｃは、第２の実施形態と同様に、上記吸熱装置３の排出口３４から外部マニホールド４５の上端部に接続されている。
よって、空気供給ライン４は、第３の実施形態と同様に、空気導入管４ａ及び空気供給管４ｃにより構成されている。
【００４５】
次に、上述の第１実施形態の燃料電池について、作用を説明する。
燃料電池を起動する際に、まず、バーナー燃料供給管６４にバーナー燃料ガスを供給して、バーナー６を点火する。これと並行して、装置本体１の外部から空気導入管４ａに空気、燃料ガス供給ライン５に燃料ガス、水蒸気供給管５０に水蒸気を各々供給する。
【００４６】
すると、バーナー６の燃焼面６０の遠赤外線燃焼プレートからの放熱により、燃料電池スタック２が昇温するとともに、装置本体１内の温度も上昇する。
【００４７】
それと同時に、上記空気は、空気流路６６に供給され、遠赤外線燃焼プレートの放熱により高温になったバーナー燃料ガスによって加熱される。
一方、バーナー６は、吸熱装置３や空気加熱器４４により加熱される前の低温空気によってバーナー本体６３の外側部が冷却されて、高温雰囲気から保護されるため、加熱装置として使用可能となる。これにより、エネルギー効率的に優れた遠赤外線バーナーによって燃料電池スタック２を加熱することができる。
【００４８】
次いで、空気は、空気流路６６から接続管４ｂに供給された後、供給口３２から吸熱装置３に供給される。
すると、空気は、空洞１１内を上昇する熱により、吸熱装置３を介して間接的に加熱される。その際、邪魔板３３によって形成された流路を排出口３４に向かって蛇行しつつ流れながら、外付伝熱部材３１を含む吸熱装置３全体が吸収した多量の熱により、間接的に加熱されて、効率的に昇温する。特に、燃料電池スタック２がシールレス構造を採用しているため、発電反応が開始した後は、発電セルの外周部から放出される高温の排ガスにより加熱されて、一層効率的に昇温する。
【００４９】
一方、装置本体１の上部は、空気加熱器４４により加熱される前の比較的低温な空気が吸熱装置３に供給されることよって冷却される。このため、装置本体１内の温度差が減少して、上部の発電セルと下部の発電セルとの温度差が格段に軽減される。
【００５０】
次いで、吸熱装置３の排出口３４から排出された空気は、空気供給管４ｃに供給されて、空気加熱器４４まで移動すると、燃焼面６０からの放熱により加熱される。
この空気加熱器４４により加熱された高温の空気は、空気供給ライン４からマニホールド４５を介して燃料電池スタック２へ供給される。
【００５１】
他方、上記燃料ガス供給ライン５に供給されたガスは、上記水蒸気とともに燃料熱交換器５５に供給され、バーナー６の燃焼面６０からの放熱により加熱された後、改質器５６に供給される。この改質器５６により改質されて、高温の水素ガスとなり、各燃料電池スタック２に供給される。
【００５２】
次に、上述の第２実施形態〜第４実施形態の燃料電池について、作用を説明する。
【００５３】
上述の第１実施形態の燃料電池と同様にして燃料電池を起動する際に、まず、バーナー６を点火する。これと併せて、空気導入管４ａに空気、燃料ガス供給ライン５に燃料ガス、水蒸気供給管５０に水蒸気を各々供給する。
【００５４】
すると、第１の実施形態と同様にして、バーナー６の燃焼面６０からの放熱により、燃料電池スタック２が昇温するとともに、装置本体１内の温度も上昇する。
【００５５】
それと同時に、第２の実施形態における燃料電池の場合には、上記空気は、空気流路６６に供給され、バーナー燃料ガスによって加熱され、バーナー６は、吸熱装置３や空気加熱器４４により加熱される前の空気により冷却される。
【００５６】
次いで、空気は、空気流路６６から、接続管４ｂに供給されて、空気加熱器４４において燃焼面６０からの放熱により加熱された後に、吸熱器３に供給される。
この吸熱器３に供給された空気は、第１の実施形態と同様に、空洞１１内の熱により間接的に加熱されて、効率的に昇温した後、排出口３４から外部マニホールド４５を介して、各燃料電池スタック２へ供給される。
【００５７】
第３の実施形態における燃料電池の場合には、バーナー６の燃焼面６０からの放熱と同時に、上記空気は、吸熱装置３に供給されて、空洞１１内の熱により間接的に加熱されて効率的に昇温する。
一方、装置本体１の上部は、空気加熱器４４により加熱される前の低温の空気が吸熱装置３に供給されることにより冷却される。
【００５８】
次いで、吸熱装置３の排出口３４から排出された空気は、空気供給管４ｃに供給されて、空気加熱器４４において燃焼面６０からの放熱により加熱された後、外部マニホールド４５を介して各燃料電池スタック２に供給される。
【００５９】
また、第４の実施形態における燃料電池の場合には、上記空気は、空気加熱器４４において燃焼面６０からの放熱により加熱された後に、吸熱装置３に供給される。
次いで、吸熱装置３に供給された空気は、空洞１１内の熱により間接的に加熱されて効率的に昇温した後、排出口３４から空気供給管４ｃに供給され、次いで外部マニホールド４５を介して、各燃料電池スタック２に供給される。
【００６０】
他方、上記燃料ガスは、第１の実施形態と同様にして、核燃料電池スタック２に供給される。
【００６１】
以上のようにして、上述の第１実施形態〜第４実施形態の燃料電池は、各燃料電池スタック２に上述の各種高温ガスが供給されて、各燃料電池スタック２が内部からも加熱される。
その結果、上記温度差の軽減した発電セルが、燃焼面６０の放熱により加熱されると共に、内部に供給された高温ガスによっても加熱されるため、例えば、従来８時間であった起動時間を、５時間まで短縮することができる。
【００６２】
さらに、上記温度差の軽減により、上部の発電セルと下部の発電セルとの電流量の差が減少して、各々の発電セルにより得られる電力量を制御することができる。
【００６３】
なお、本発明は、上述の実施の形態に何ら限定されるものではなく、例えば、燃料電池スタックは１２基に限らず、また、燃料熱交換器５５が配設されていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態として示した燃料電池の従断面模式図である。
【図２】（ａ）は、図１のバーナー６の拡大模式図であり、（ｂ）は（ａ）の横断面模式図である。
【図３】図１の吸熱装置３の平面模式図である。
【図４】本発明に係る吸熱装置３について、その他の一実施形態を示す平面模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態として示した燃料電池の縦断面模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態として示した燃料電池の縦断面模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・装置本体
２・・・燃料電池スタック
３・・・吸熱装置
４・・・空気供給ライン（酸化剤ガス供給ライン）
４ａ・・・空気導入管（酸化剤ガス供給ライン）
４ｂ・・・接続管（酸化剤ガス供給ライン）
４ｃ・・・空気供給管（酸化剤ガス供給ライン）
４ｄ・・・接続管（酸化剤ガス供給ライン）
６・・・バーナー（加熱装置）
１０・・・断熱部材
４４・・・空気加熱器（起動用酸化剤加熱器）
６６・・・空気流路（空気熱交換機構）
【図１】
2007026928.tif 000003
【図２】
2007026928.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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