(57)【要約】 【課題】高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度を均一化した高効率の燃料電池を提供する。【解決手段】複数の発電セルとセパレータを交互に積層し、架台１８上に固定して構成した燃料電池スタック３を発電反応室２１の中央付近に少なくとも高さ方向に複数積層する。これら燃料電池スタック３に近接して高さ方向に燃料改質器３０を配置する。この燃料改質器３０上端部に未改質燃料ガスの導入管３４が接続され、下端部に改質された燃料ガスの排出管３２が接続される【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電セルとセパレータを交互に積層し、架台に固定して燃料電池スタックを構成し、発電反応室に収容すると共に、運転時、前記燃料電池スタックに改質された燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して発電反応を生じさせる燃料電池において、
前記燃料電池スタックは、前記発電反応室の中央付近において少なくとも高さ方向に複数積層されると共に、これら燃料電池スタックに近接して高さ方向に燃料改質器が配置され、当該燃料改質器の上端部に未改質燃料ガスの導入管が接続され、下端部に改質された燃料ガスの排出管が接続されることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料改質器は、最上段の燃料電池スタックから最下段の燃料電池スタックに至るまで近接して配置され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】
前記発電反応室には、高さ方向に延びる燃料熱交換器が設けられ、当該燃料熱交換器の下端部に外部からの未改質燃料ガスが導入される燃料ガス供給管が接続されると共に、上端部に前記未改質燃料ガスの導入管が接続されることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料電池。
【請求項４】
各燃料電池スタックには、燃料電池スタック内に酸化剤ガスを供給するための空気分配管が接続されており、且つ、高さ方向中央より上側の燃料電池スタックにおいては、前記空気分配管が燃料電池スタック下端部に接続されると共に、下側の燃料電池スタックにおいては、前記空気分配管が燃料電池スタック上端部に接続されることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記発電反応室の最下段の燃料電池スタックに対向する部位に、予熱バーナが配設されていることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックを高さ方向に複数積層した燃料電池に関し、特に、燃料電池スタックの積層方向における温度分布を均一化した燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池は、高効率でクリーンな発電装置として注目されており、特に、固体酸化物形燃料電池は発電効率が高く、且つ、他の燃料電池と比べて作動温度が高いため排熱を有効に利用できるなどの多くの利点を有することから、第三世代の発電用燃料電池として研究開発が進めらている。
【０００３】
この固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側から空気極層と燃料極層で挟み込んだ積層構造を有し、発電時には、反応用ガスとして空気極層側に酸化剤ガス（酸素) が、また燃料極層側に燃料ガス (Ｈ2、ＣＯ等) が供給される。
【０００４】
発電セル内において、空気極層側に供給された酸素（例えば空気）は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動して燃料極層との界面近傍に到達し、この部分で、燃料ガスと反応して燃料極層に電子を放出すると共に、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2等の反応生成物を排ガスとして発電セルの外に放出する。電極反応で生じた電子は、別ルートの外部負荷にて起電力として取り出すことができる。
【０００５】
この発電セル単体では出力が極めて小さいため、通常はこの発電セルを多数直列状態に積層して高出力化した燃料電池スタックを用いているが、より高出力を得たい場合は、この燃料電池スタックを複数接続（積層）して用いることが行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、複数の燃料電池スタックを高さ方向に積層して密閉容器に収容した燃料電池では、両端の燃料電池スタックからの放熱が他の燃料電池スタックに比べて顕著であるため、両端の燃料電池スタックの温度が中段部分の燃料電池スタックに比べて低下し、且つ、自然対流の影響で容器内雰囲気は下部より上部が高温となるため、上下両端の燃料電池スタックでは、上端部の燃料電池スタックに比べて下端部の燃料電池スタックが温度が低くなる傾向が見られる。温度が低い部分の燃料電池スタックは、高温部分の燃料電池スタック比べて発電性能が低下しているため、燃料電池としての性能は低下してしまうことになる。
【０００７】
本発明は、係る問題に鑑みて成されたもので、高さ方向に複数積層された燃料電池スタックの積層方向の温度を均一化を図った高効率の燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、複数の発電セルとセパレータを交互に積層し、電気的絶縁性の固定部材上に固定して燃料電池スタックを構成し、発電反応室に収容すると共に、運転時、前記燃料電池スタックに改質された燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して発電反応を生じさせる燃料電池において、
前記燃料電池スタックは、前記発電反応室の中央付近において少なくとも高さ方向に複数積層されると共に、これら燃料電池スタックに近接して高さ方向に燃料改質器が配置され、当該燃料改質器の上端部に未改質燃料ガスの導入管が接続され、下端部に改質された燃料ガスの排出管が接続されることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記燃料改質器は、最上段の燃料電池スタックから最下段の燃料電池スタックに至るまで近接して配置されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料電池において、前記発電反応室には、高さ方向に延びる燃料熱交換器が設けられ、当該燃料熱交換器の下端部に外部からの未改質燃料ガスが導入される燃料ガス供給管が接続されると共に、上端部に前記未改質燃料ガスの導入管が接続されることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の燃料電池において、各燃料電池スタックには、スタック内に空気を供給するための空気分配管が接続されており、且つ、高さ方向中央より上側の燃料電池スタックにおいては、前記空気分配管がスタック下端部に接続されると共に、下側の燃料電池スタックにおいては、前記空気分配管がスタック上端部に接続されることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池において、前記発電反応室の最下段の燃料電池スタックに対向する部位に、当該燃料電池スタックを昇温するための予熱バーナが配設されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６に記載の本発明は、請求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池において、前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸化物形燃料電池であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜５に記載の本発明によれば、高さ方向に複数積層された燃料電池スタックに近接して高さ方向に燃料改質器が配置され、その上端部のガス入口より改質器内部に燃料ガスが供給されるので、当燃料改質器における改質反応時の吸熱量は改質器上部において最も多く、下方に向かって減少する。この吸熱により、主として改質器上部に近接する燃料電池スタックの温度を低下させることができる。これにより、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化され、発電効率を高めることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の本発明によれば、燃料改質器は、最上段の燃料電池スタックから最下段の燃料電池スタックに至るまで近接して配置されているため、改質反応の吸熱による燃料電池スタックの温度低下は最上段において最も多く、最下段において最も少なくなり、よって、最上段と最下段の燃料電池スタック３の温度差が緩和され、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化される。
【００１６】
また、請求項３に記載の本発明では、高さ方向に延びる燃料熱交換器の下端部より導入された燃料ガスが上方に流通する過程で燃料電池スタックの輻射熱により昇温され、高温の燃料ガスとなって上記燃料改質器のガス入口に供給されるため、燃料改質器において安定した改質反応が行われる。
【００１７】
また、請求項４に記載の本発明では、高さ方向中央より上側の燃料電池スタックにおいては、空気分配管を介して燃料電池スタック下端部より空気が供給されると共に、下側の燃料電池スタックにおいては、空気供給管を介して燃料電池スタック上端部より空気が供給されるため、燃料電池スタック内において、空気は燃料電池スタック列の高さ方向中央部分から上下方向に流通することになり、その過程で昇温された空気により中段部に比べて温度の低い両端部の燃料電池スタックが昇温される。これにより、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化される。
【００１８】
また、請求項５に記載の本発明では、特に温度の低い最下段の燃料電池スタックが予熱バーナの輻射熱を効率的に受熱するため、高さ方向に積層された燃料電池スタックの積層方向の温度が均一化されると共に、この最下段の燃料電池スタックの昇温速度が向上し、燃料電池の起動時間が短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施形態を説明する。
【００２０】
図１、図２は本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の内部概略構成を示し、図３は燃料電池スタックの要部概略構成を示し、図４は燃料電池スタックへの反応用ガスの供給形態を示している。
【００２１】
図１、図２において、符号１は固体酸化物形燃料電池（燃料電池モジュール）である。符号２はモジュール缶体、符号２０は内部缶体で、このモジュール缶体２と内部缶体２０の間に断熱材２３が介装されている。内部缶体２０は、缶内（すなわち、発電反応室２１）を気密状態に保持している。この発電反応室２１のほぼ中央に積層方向を縦にして複数の燃料電池スタック３が配設されている。
【００２２】
燃料電池スタック３は、図３に示すように、固体電解質層４の両面に燃料極層５と空気極層６を配した発電セル７と、燃料極層５の外側の燃料極集電体８と、空気極層６の外側の空気極集電体９と、各集電体８、９の外側のセパレータ１０とを単位セルとして、これら単位セルを複数積層すると共に、この単位セルによる積層体を電気的絶縁を施した部材（図示せず）により固定してユニット化したものである。
【００２３】
ここで、固体電解質層４はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層５はＮｉ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層６はＬａＭｎＯ3、ＬａＣｏＯ3等で構成され、燃料極集電体８はＮｉ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体９はＡｇ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ１０はステンレス等で構成されている。
【００２４】
セパレータ１０は、発電セル７間を電気的に接続すると共に、発電セル７に反応用ガスを供給する機能を有し、燃料ガスマニホールド１３より供給される燃料ガスをセパレータ１０の外周面から導入してセパレータ１０の燃料極集電体８に対向するほぼ中央部から吐出する燃料ガス通路１１と、空気マニホールド１４より供給される空気をセパレータ１０の外周面から導入してセパレータ１０の空気極集電体９に対向する面のほぼ中央から吐出する空気通路１２を備えている。
尚、上述した燃料ガスマニホールド１３と空気マニホールド１４は、何れも各燃料電池スタック３の内部に形成されており、スタック内において、燃料マニホールド１３は、後述する燃料バッファタンク４５の燃料分配管２８に接続され、空気マニホールド１４は後述する空気バッファタンク５５の空気分配管２９に接続されている。
【００２５】
また、この燃料電池スタック３は、発電セル７の外周部にガス漏れ防止シールを設けないシールレス構造であり、運転時には、図３に示すように、燃料ガス通路１１および空気通路１２を通してセパレータ１０の略中心部から発電セル７に向けて吐出される反応用ガス（燃料ガスおよび空気）を、発電セル７の外周方向に拡散させながら燃料極層５および空気極層６の全面に行き渡らせて発電反応を生じさせると共に、発電反応で消費されなかった残余のガス（排ガス）を発電セル７の外周部から外に自由に放出するようになっている。
【００２６】
本実施形態は、上記構成の燃料電池スタック３が発電反応室２１内のほぼ中央付近に平面視において縦横２列に配置されると共に、架台１８を間に介在して高さ方向に４段積み上げ、合計１６基が一体的に配置されることにより、高出力型の燃料電池モジュール１が構成されている。
尚、図２に示すように、発電反応室２１の上部と下部の中央には、各燃料電池スタック３より発電反応室２１内に放出された高温の排ガスを外部に排出するための排気管１９ａ、１９ｂが設けられている。
【００２７】
また、発電反応室２１内には、平面視において縦横２列に配設された各々燃料電池スタック３の対向側面間にそれぞれ改質触媒を充填した扁平箱形の翼部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを有する十字型の燃料改質器３０が最上段の燃料電池スタック３から最下段の燃料電池３に近接する位置まで配設され、上記複数の燃料電池スタック３と共に底部のスタック台２２上に固定されている。
【００２８】
このように、本実施形態では、燃料改質器３０を燃料電池スタック３からの輻射熱を効率良く受熱でき、且つ、最も高温となる部位に配置すると共に、自然対流の影響で下部より高温雰囲気となる発電反応室２１内の上部に位置する各翼部３０ａ〜３０ｄの上端部に各々燃料ガス導入用のガス入口３１が設けられ、各翼部３０ａ〜３０ｄの下端部に改質ガス排出用の排出管３２が設けられる構成と成されている。
【００２９】
そして、発電反応室２１内において、これら燃料電池スタック３と燃料改質器３０の周囲に、側部燃料熱交換器４０、燃料バッファタンク４５、側部空気熱交換器５０、空気バッファタンク５５等が燃料電池スタック３の高さ方向に沿って立設されている。側部燃料熱交換器４０の下端部には、モジュール缶体２の底部より導入される燃料供給管１５が接続され、側部空気熱交換器５０の下端部には後述するバーナ２４の冷却ジャケットからの温空気配管２５が接続されている。
【００３０】
また、上記側部燃料熱交換器４０と上記側部空気熱交換器５０は、省スペース化を図り、且つ、各燃料電池スタック３からの輻射熱を効率良く受熱できるように何れも平板型と成され、中央の燃料電池スタック３に対して距離を置いた内部缶体２０側に配置されていると共に、スタック側の面にフィン（図示せず）を配設して熱交換性能の向上が図られている。
そして、側部燃料熱交換器４０と側部空気熱交換器５０は、燃料電池スタック３の周囲において燃料改質器３０の各翼部３０ａ〜３０ｄに対向するようにそれぞれ４基配置され、且つ、平面視、縦２列の燃料電池スタック３、および平面視、横２列の燃料電池スタック３を挟んで、側部燃料熱交換器４０と側部空気熱交換器５０が対向するように、それぞれが燃料電池スタック３の周方向に交互に配置されている。
【００３１】
これら熱交換器類４０、５０と燃料電池スタック３との間には、上記した燃料バッファタンク４５と空気バッファタンク５５が配設されている。燃料バッファタンク４５は平面視、縦横２列に配置された燃料電池スタック３の各列の中央に位置され、空気バッファタンク５５は各隅部に位置されている。
【００３２】
また、燃料電池スタック３の上方には、水平方向に上部燃料熱交換器４１と上部空気熱交換器５１が配設されている。これらもフィン付き平板型の熱交換器である。
【００３３】
上部燃料熱交換器４１は、上述した側部燃料熱交換器４０の下流側の熱交換器であり、その入口が配管３３により側部燃料熱交換器４０の上端部に接続されると共に、出口が導入管３４により上述した燃料改質器３０の各ガス入口３１に接続されている。尚、燃料改質器３０の排出管３２は上述した燃料バッファタンク４５の下端部に接続されている。
上部空気熱交換器５１は、上述した側部空気熱交換器５０の下流側熱交換器であり、その入口が配管３５により側部空気熱交換器５０の上端部に接続されると共に、出口が配管３６により上述した空気バッファタンク５５の上端部に接続されている。
【００３４】
上記燃料バッファタンク４５の出口は複数の燃料分配管２８により、また、空気バッファタンク５５の出口は複数の空気分配管２９により、それぞれ各燃料電池スタック３に接続されている。
燃料バッファタンク４５からの燃料分配管２８は各々燃料電池スタック３の上端部と下端部に接続され、空気バッファタンク５５からの空気分配管２９は、上側２段の燃料電池スタック３においてはスタック下端部に接続され、下側２段の燃料電池スタック３においてはスタック上端部に接続されている。
【００３５】
また、内部缶体２０の下部側面には、各燃料電池スタック３と対向する４基の起動用の予熱バーナ２４（例えば、赤外線バーナ）が配設され、各燃料電池スタック３が予熱バーナ２４からの輻射熱を受熱できるようになっている。
これは、下方に位置する燃料電池スタック３の昇温速度を向上し、起動時間を短縮するためであり、スタックが予熱バーナ２４の輻射熱を直接的に効率良く受熱できるよう、側部燃料熱交換器４０および側部空気熱交換器５０は、その下端が予熱バーナ２４よりも上方に位置する長さに形成されており、これにより、バーナ前面にこれら熱交換器４０、５０が位置しないようにしている。
本実施形態では、これらバーナ２４の側面と背面に冷却ジャケット（図示せず）を設けると共に、空気供給管１６によりジャケット内部に外部空気を導入してバーナ本体を冷却することにより、バーナ本体が過度の高温に加熱されるのを防止している。この冷却ジャケットからの冷却空気（温空気）は温空気配管２５を介して上述した側部空気熱交換器５０に導入されるようになっている。
【００３６】
他方、内部缶体２０の下方には、水蒸気発生器６０が配設されている。
この水蒸気発生器６０は、燃料改質用の高温水蒸気を得るための熱交換器であって、水蒸気の発生には高温よりも寧ろ多量の熱量を必要とすることから、発電反応室２１から離隔し、且つ、上述した熱交換器４０、５０より外側の低温部位となる下部排気管１９ｂ内に配設されている。
尚、本実施形態では、発電反応室２１内から外部に排出される排ガスを熱源として効率良く利用できるように、下部排気管１９ｂの口径を上部排気管１９ａより大きくして下部排気管１９ｂより多量の排ガスが排出されるようになっている。
【００３７】
この水蒸気発生器６０には水供給管１７が接続され、この水供給管１７からの外部供給水が水蒸気発生器６０の水流路内において発電反応室２１から排出される高温排ガスと熱交換されて水蒸気を発生する。水蒸気出口側は水蒸気配管２６により発電反応室２１内において燃料供給管１５の燃料混合部２７に接続されている。
【００３８】
また、上記水蒸気発生器６０の水流路内には多数のセラミックビーズが充填されている。セラミックビーズを充填することにより、水蒸気のハンチングが防止され、発電反応室２１内に安定した水蒸気量を供給することができると共に、熱伝導率の高いアルミナ製ビーズ等を用いることにより、水蒸気発生器６０の熱交換性を向上することができる。
【００３９】
また、下部排気管１９ｂ内であって、水蒸気発生器６０の排ガス入口部分６１にハニカム燃焼触媒が配置されている。本実施形態では、この燃焼触媒により排ガス中の未燃メタンを燃焼させ、その燃焼ガスを水蒸気発生器６０の熱源に利用している。燃焼触媒としては、ハニカム触媒の他、燃焼触媒塗料を塗布しても良い。
【００４０】
上記構成の燃料電池１において、運転時には、外部燃料ガス（例えば、都市ガス）が燃料供給管１５を介して発電反応室２１内に導入されると共に、発電反応室２１内において水蒸気発生器６０からの高温水蒸気と燃料混合部７において合流し、混合ガスとなって燃料電池スタック３周辺の各側部燃料熱交換器４０に下方より導入される。
混合ガスは、これら側部燃料熱交換器４０内を上方に流通する過程で対向する燃料電池スタック３からの輻射熱を受熱して昇温されると共に、より雰囲気温度が高いスタック上部に誘導され、上部燃料熱交換器４１において、さらに昇温されて高温の混合ガスとなる。
【００４１】
この高温の混合ガスは燃料改質器３０の上端部において、各翼部３０ａ〜３０ｄの端部のガス入口３１より改質器内部に導入される。中央部に比べて輻射熱が多く得られる各翼部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの各端部に上記ガス入口３１を設けることにより、各燃料電池スタック３からの輻射熱を効率的に受熱できる。
導入ガスは各翼部３０ａ〜３０ｄ内を下方に流通する過程で改質触媒による改質反応が行われる。この改質反応は吸熱反応であって、改質反応に必要な熱は、燃料電池スタック３からの輻射熱を回収して得られる。改質反応による吸熱量は温度の高い改質器上部において多く、改質器下方に向かって減少するため、この吸熱量の変化により、燃料電池スタック３の高さ方向の熱的バランスを均一化することができる。
【００４２】
燃料改質器３０で改質された水素リッチな燃料ガスは、下流部（下部）の各排出管３２より排出され、配管を介して燃料バッファタンク４５に導入・貯留された後、各燃料電池スタック３（詳しくは、燃料ガスマニホールド１３）に分配される。
ここで、燃料バッファタンク４５内の燃料ガスは、図４に示すように、それぞれ各燃料電池スタック３の上端部および下端部から供給される。このように、燃料ガスをスタック上下（スタック両端）より供給することで、ガス流通過程での圧損差を緩和し、各発電セル７へ等分配された燃料ガスを安定的に供給することができる。これにより、各発電セルの発電性能を均一にし、発電効率を向上できる。
【００４３】
一方、外部空気は、空気供給管１６を介してバーナ２４の冷却ジャケットに供給され、バーナ本体を冷却すると共に、冷却ジャケットを経由した冷却空気（温空気）は温空気配管２５を介して燃料電池スタック３周辺の各側部空気熱交換器５０に下方より導入される。
冷却空気は、各側部空気熱交換器５０内を上方に流通する過程でそれぞれ対向する燃料電池スタック３からの輻射熱を効率良く受熱して昇温されると共に、スタック上部において、上部空気熱交換器５１にてさらに昇温された後、配管を介して空気バッファタンク５５に導入・貯留され、そこから、各燃料電池スタック３（詳しくは、空気マニホールド１４）に分配される。
ここで、空気バッファタンク５５内の空気は、図４に示すように、温度の高い燃料電池モジュール１の中央部より供給（上側２段のスタックは下端部から、下側２段のスタックは上端部から供給する）され、そこから上下方向に流通する過程で昇温された空気が比較的温度の低いスタック両端側を昇温する。これにより、スタックの高さ方向の温度を均一化できる。
【００４４】
また、この空気バッファタンク５５には、上端より上部空気熱交換器５１からの温空気が導入され、下端からは空気供給管１６からの外部空気が導入されているため、
この予熱空気と外部空気との供給割合でスタック温度をコントロールすることも可能である。
【００４５】
各燃料電池スタック３に供給された反応用ガス（燃料ガス、空気）の流れは図３に示した通りである。
【００４６】
以上のように本発明では、高さ方向に複数列状に配置された燃料電池スタック３に近接して高さ方向に燃料改質器３０が配置され、その上端部より燃料ガスが供給されるので、当燃料改質器３０における改質反応時の吸熱量は改質器上部において最も多く、下部に向かって減少する。この吸熱により、最上段の燃料電池ク３と最下段の燃料電池スタック３の温度差が少なくなり、高さ方向に積層された燃料電池スタック３の積層方向の温度が均一化される。
【００４７】
また、高さ方向中央より上側の燃料電池スタック３においては、空気分配管２９を介して燃料電池スタック下端部より空気が供給されると共に、下側の燃料電池スタック３においては、空気供給管２９を介して燃料電池スタック上端部より空気が供給されるので、燃料電池スタック内において、空気は燃料電池スタック列の高さ方向中央部分から上下方向に流通することになり、その過程で昇温された空気が比較的温度の低い両端部の燃料電池スタックを昇温する。これにより、高さ方向に積層された燃料電池スタック３の積層方向の温度が均一化される。
【００４８】
また、内部缶体２０の下部側面に予熱バーナ２４が配設されているため、この予熱バーナ２４の輻射熱により温度の低い最下段の燃料電池スタック３が重点的に昇温される。これにより、最上段の燃料電池スタックと最下段の燃料電池スタック３の温度差が少なくなり、高さ方向に積層された燃料電池スタック３の積層方向の温度が均一化されると共に、この最下段の燃料電池スタック３の昇温速度が速くなり、燃料電池モジュール１の起動時間が短縮される。
【００４９】
上記した作用効果により、列状に配置された燃料電池スタックの高さ方向の温度分布が均一化され、高効率の燃料電池モジュール１を提供することができる。
【００５０】
以上、本実施形態の燃料電池モジュール１は、燃料電池スタック３を平面方向に４基配置し、さらに縦方向に４段積み上げた構成を説明したが、積層段数は４段に限るものではなく、また、平面方向の配置も４基に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る燃料電池の内部概略構成を示す上面図。
【図２】同、燃料電池の内部概略構成を示す側面図。
【図３】同、燃料電池スタックの要部概略構成を示す説明図。
【図４】燃料電池スタックへの反応用ガスの供給形態を示す説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１  燃料電池（固体酸化物形燃料電池）
３  燃料電池スタック
７  発電セル
１０  セパレータ
１５  燃料ガス供給管
１８  架台
２１  発電反応室
２４  予熱バーナ
２９  空気分配管
３０  燃料改質器
３２  排出管
３４  導入管
４０  燃料熱交換器
５０  空気熱交換器
【図１】
2007157480.tif 000003
【図２】
2007157480.tif 000004
【図３】
2007157480.tif 000005
【図４】
2007157480.tif 000006