(57)【要約】【課題】改質器の上壁においては燃焼排ガスとの熱交換性を高め、改質器の温度を良好に維持させるのに有利な燃料電池装置を提供する。【解決手段】改質器１００は、底壁１０１、底壁１０１に対面する上壁１０２、上壁１０２および底壁１０１を繋ぐ側壁１０３，１０４を備える。燃焼部３００は、底加熱空間３０１と側加熱空間３０３，３０４と上加熱空間３０５とを形成する。第１案内部９０４は、改質器１００の天井壁４１０に対面すると共に天井壁４１０に向けて突出するように設けられている。第１案内部９０４は、側加熱空間３０３から上加熱空間３０５に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスを改質器１００の上壁１０２に向けて案内させることにより、可燃ガスまたは燃焼排ガスと上壁１０２との接触性を高める。【選択図】図３
2013191313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底壁、前記底壁に対面する上壁、前記上壁および前記底壁を繋ぐ側壁を備えており、水蒸気を生成させる蒸発部と燃料を水蒸気で改質させることにより水素を含有するアノードガスを生成させる改質室を備える改質器と、
前記改質器で生成させたアノードガスとカソードガスとが供給されて発電するスタックと、
可燃ガスを燃焼させることにより、または、可燃ガスが燃焼した燃焼排ガスを通過させることにより、前記改質器を改質反応に適する温度領域に加熱させ、且つ、前記改質器の前記底壁に対面して前記底壁を加熱させる底加熱空間と、前記改質器の前記側壁に対面して前記側壁を加熱させる前記側加熱空間と、前記改質器の前記上壁に対面して前記上壁を加熱させる上加熱空間とを形成する燃焼部と、
前記改質器の前記上壁に対面するように前記改質器の上方に設けられ、前記側加熱空間から前記上加熱空間に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスを前記改質器の前記上壁に向けて案内させることにより、可燃ガスまたは燃焼排ガスと前記上壁との接触性を高める第１案内部とを具備する燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記上加熱空間の上方に配置された壁が設けられており、
前記壁は、外部の空気をカソードガスとして前記スタックに向けて流すカソードガス流路を形成する流路形成部材であり、前記壁は、前記上加熱空間の熱を前記カソードガス流路に伝達させるように、前記上加熱空間と前記カソードガス流路とを互いに熱交換可能とさせている燃料電池装置。
【請求項３】
請求項２において、前記壁の上方には前記天井壁が配置されており、前記カソードガス流路は、前記天井壁の内面および前記壁の外面により形成されており、
前記カソードガス流路の流れ方向に沿って且つ前記改質器の高さ方向に沿って切断した断面において、前記天井壁は、前記壁に向けて突出する第２案内部を備えており、
前記第２案内部は、当該断面において、前記カソードガス流路を流れるカソードガスを前記カソードガス流路の流路径方向において前記第１案内部から遠ざけるように前記第１案内部よりも上流域で付勢させるように、前記カソードガス流路の流れ方向において前記第１案内部よりも上流域に位置している燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記改質器の前記上壁は平坦状をなしている燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は改質器を搭載する燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、発電スタック上部に所定空間を設け、発電に必要な水素を生成する改質部を配置し、発電に使用されなかった燃料ガス（＝オフガス）と空気（＝オフエアー）を前記所定空間で燃焼させ、その上方に配置した改質器における改質反応に必要な熱エネルギを供給する燃料電池装置が開示されている。燃焼排ガスは、改質器の底壁→改質器の側壁→改質器の上壁を順に通過しながら、改質器を加熱するよう流れる。
【０００３】
燃料電池装置が固体酸化物形の燃料電池である場合には、一般的に、スタックの構成材料（Niなど）により、スタックの内部でも改質反応が進行することがある。この改質反応は吸熱反応であるため、スタック内部における改質反応量が増加すると、スタックの温度が低下し、結果としてスタックの発電効率の低下に繋がるおそれがある。そのため、スタックの発電効率を向上させるには、改質器において水素転化率を高め、水素濃度を高めたアノードガスを形成させることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2010-108827号公報
【特許文献２】特開2008-66127号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上記した従来例のような構成では、改質器の底壁から上壁に向かう燃焼排ガス流路のため、改質器の上壁では燃焼排ガスとの熱交換が十分に行われず、改質器に収容されている改質用触媒の温度が良好に維持できないおそれがある。特に、改質器の上壁においては燃焼排ガスとの熱交換が充分になされないおそれがある。そのため、改質器における水素転化率を高めるには限界がある。結果として、スタックの内部における改質反応（吸熱反応）が増加し、スタックの温度ムラ、温度低下が誘発され、スタックの発電効率が低下してしまう。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、改質器の上壁と可燃ガスまたは燃焼排ガスとの熱交換性を高め、改質器の上壁からの受熱性を高めひいては、改質器の温度を良好に維持させるのに有利な燃料電池装置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】
【０００７】
（１）本発明の様相１に係る燃料電池装置は、（ｉ）底壁、底壁に対面する上壁、上壁および底壁を繋ぐ側壁を備えており、水蒸気を生成させる蒸発部と燃料を水蒸気で改質させることにより水素を含有するアノードガスを生成させる改質室を備える改質器と、（ｉｉ）改質器で生成させたアノードガスとカソードガスとが供給されて発電するスタックと、（ｉｉｉ）可燃ガスを燃焼させることにより、または、可燃ガスが燃焼した燃焼排ガスを通過させることにより、改質器を改質反応に適する温度領域に加熱させ、且つ、改質器の底壁に対面して底壁を加熱させる底加熱空間と、改質器の側壁に対面して側壁を加熱させる側加熱空間と、改質器の上壁に対面して上壁を加熱させる上加熱空間とを形成する燃焼部と、（ｉｖ）改質器の上壁に対面するように改質器の上方に設けられ、側加熱空間から上加熱空間に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスを改質器の上壁に向けて案内させることにより、可燃ガスまたは燃焼排ガスと上壁との接触性を高める第１案内部とを具備する。
【０００８】
燃焼部において可燃ガスを燃焼させることにより、または、可燃ガスが燃焼した燃焼排ガスを通過させることにより、改質器を改質反応に適する温度領域に加熱させる。底加熱空間の燃焼火炎または燃焼排ガスは、改質器の底壁を加熱させる。側加熱空間の燃焼火炎または燃焼排ガスは、改質器の側壁を加熱させる。上加熱空間の燃焼火炎または燃焼排ガスは、改質器の上壁を加熱させる。これにより改質器は改質反応に適する温度領域に加熱される。
【０００９】
改質器の天井壁に対面すると共に天井壁に向けて突出するように第１案内部が改質器の上方に設けられている。第１案内部は、側加熱空間から上加熱空間に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスを改質器の天井壁に向けて案内させる。これにより可燃ガスまたは燃焼排ガスが改質器の上壁に接触し易くなる。この結果、改質器の上壁が効率よく加熱され、改質器の温度が良好に維持される。
【００１０】
更に、改質器の上壁の温度が底壁の温度や側壁の温度に比較して大幅に低下することが抑制される。このため改質器における上壁側の温度低下が抑制され、改質器の改質室における温度のばらつきを抑制でき、改質器における改質反応のばらつきを抑制できる。
【００１１】
（２）本発明の様相２に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、上加熱空間の上方に配置された壁が設けられており、壁は、外部の空気をカソードガスとしてスタックに向けて流すカソードガス流路を形成する流路形成部材であり、壁は、上加熱空間の熱をカソードガス流路に伝達させるように、上加熱空間とカソードガス流路とを互いに熱交換可能とさせている。上加熱空間とカソードガス流路とは互いに熱交換される。よってカソードガス流路を流れるカソードガスは、予熱された後に、スタックに供給される。
【００１２】
（３）本発明の様相３に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、壁の上方には天井壁が配置されており、カソードガス流路は、天井壁の内面および壁の外面により形成されており、
カソードガス流路の流れ方向に沿って且つ改質器の高さ方向に沿って切断した断面において、天井壁は、壁に向けて突出する第２案内部を備えており、第２案内部は、当該断面において、カソードガス流路を流れるカソードガスをカソードガス流路の流路径方向において第１案内部から遠ざけるように第１案内部よりも上流域で付勢させるように、カソードガス流路の流れ方向において第１案内部よりも上流域に位置している。
【００１３】
前述したように上加熱空間とカソードガス流路とを互いに熱交換可能とさせているものの、熱交換効率が高すぎると、燃焼排ガス温度が低くなり、改質器の上壁を加熱させる効率が低下するおそれがある。そこで、本様相によれば、カソードガス流路の流れ方向に沿って且つ改質器の高さ方向に沿って切断した断面において、天井壁は、壁に向けて突出する第２案内部を備えている。当該断面において、第２案内部は、カソードガス流路の流れ方向において第１案内部よりも上流域に位置している。このような第２案内部が設けられているため、カソードガス流路を流れるカソードガスを、カソードガス流路の流路径方向において第１案内部から遠ざけるように第１案内部よりも上流域で付勢させる。このようにカソードガスをカソードガス流路の流路径方向において第１案内部から遠ざける。このため、第１案内部付近において、上加熱空間を流れる燃焼排ガスまたは可燃ガスがカソードガス流路のカソードガスと熱交換する熱交換量が抑制される。このため上加熱空間の温度をできるだけ高温に維持でき、改質器の上壁の温度を高温に維持できる。この場合、改質器の上壁側の改質反応を良好に行うことができる。
【００１４】
（４）本発明の様相４に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、改質器の上壁は平坦状をなしている。改質器の上壁の受熱面積を増加させるためには、上壁が波板状であることが好ましい。改質用の触媒を担持したセラミックス担体（例えば粒状またはハニカム状）等の担体が改質器の改質室に収容される。前述したように上壁が波板である場合には、改質部の改質室の全体に担体を収容するには限界があり、波板の真下部分には空間が発生し易い。空間では、改質されるべき燃料ガスが改質されないまま通過するおそれがある。そこで本様相によれば、改質器の上壁は平坦状をなしているため、上記不具合が抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、改質器の上壁に対面すると共に天井壁に向けて突出するように第１案内部が改質器の上壁の上方に設けられている。第１案内部は、改質器の側加熱空間から上加熱空間に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスを、改質器の上壁に向けて案内させる。これにより可燃ガスまたは燃焼排ガスを改質器の上壁と効率よく接触させる。よって改質器上壁における受熱性を高めることができる。
【００１６】
このような本発明によれば、第１案内部により可燃ガスまたは燃焼排ガスが改質器の上壁側に流れるため、改質器の上壁において可燃ガスまたは燃焼排ガスとの熱交換量が増加する。これにより改質器の上壁側における改質用触媒の温度を高温化させることができ、燃料の改質反応を良好に実施でき、燃料の水素転化率を向上できる。このように改質器における改質反応が良好に実施できるため、改質器を通過しながらも改質反応を経なかった燃料ガスがスタックに向かうことが抑えられる。このため、スタックの内部における改質反応量を低減させることができ、スタックの温度を高温化でき、スタックの発電効率の向上が可能となる。また、可燃ガスまたは燃焼排ガスと改質器の上壁との熱交換量が増加することになるため、改質器を通過した後の燃焼排ガスの温度を低下させることができる。よって、燃料電池装置の筐体の最外経路を通る空気（カソードガス）との予熱温度が低下することで筐体の表面温度も低下し、筐体から外部への放熱量を低減でき、効率向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池装置の内部を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態２に係り、燃料電池装置の内部を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態３に係り、燃料電池装置の内部を模式的に示す断面図である。
【図４】実施形態４に係り、燃料電池装置の内部を模式的に示す断面図である。
【図５】実施形態５に係り、燃料電池装置の内部を模式的に示す断面図である。
【図６】適用形態に係り、燃料電池システムを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を模式的に示す。図１は燃料電池装置を高さ方向（矢印Ｈ方向に沿って切断した断面図を示す。燃料電池装置は、改質器１００と、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）のスタック２００と、燃焼部３００と、筐体４００とを有する。筐体４００は、外側の外筐体４０１と、外筐体４０１よりも内側の中間筐体４０２と、中間筐体４０２よりも内側の内筐体４０３と、底壁１０１に設けられた底筐体４０４とを有する。内筐体４０３は、改質器１００およびスタック２００を収容する発電室４０９を形成する。外筐体４０１および中間筐体４０２は、外部の空気であるカソードガスを矢印Ａ１方向に流すカソードガス流路４０６を形成する。中間筐体４０２および内筐体４０３は、発電室４０９から排出された高温の燃焼排ガスを矢印Ｂ１方向に流す排ガス流路４０８を形成する。排ガス流路４０８はカソードガス流路４０６よりも内側に配置されている。排ガス流路４０８の燃焼排ガスとカソードガス流路４０６のカソードガスとは、互いに熱交換する。従って、高温の燃焼排ガスは、熱交換により冷却された後に外部に排出される。カソードガスは、熱交換により加熱された後にスタック２００のカソードに供給される。
【００１９】
図６に示すように、スタック２００は、改質器１００の真下に位置する、スタック２００は、タンク室２１６を形成するタンク２１７を介して配置されている。スタック２００は、アノード、電解質膜およびカソードを有する複数のセル２１０を並設して形成されている。アノードは燃料極であり、例えば、Ｃａ、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、あるいは、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、あるいは、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体のうち少なくとも一種から形成される。電解質膜は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、あるいは、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、あるいは、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートのうちの少なくとも一種から形成される。カソードは、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、あるいは、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライトのうちの少なくとも一種から形成される。但しこれらに限定されるものではない。
【００２０】
スタック２００は、改質器１００で生成させたアノードガスと、空気であるカソードガスとが供給されて発電する。底筐体４０４には、アノードガスをスタック２００の各アノードに分配させる分配用のタンク室２１６を有するタンク２１７が設けられている。
【００２１】
図１に示すように、改質器１００は、スタック２００の上方に位置するように発電室４０９の上部に配置されている。改質器１００は、平坦状の底壁１０１と、底壁１０１に対面する平坦状の上壁１０２と、上壁１０２および底壁１０１を繋ぐ平坦状の第１側壁１０３と、上壁１０２および底壁１０１を繋ぐ平坦状の第２側壁１０４とを備えている。改質器１００は、燃料ガスを水蒸気で改質させることにより、水素を主要成分として含有するアノードガスを生成させる改質室１０５を備える。改質室１０５には、改質用触媒を担持する粒子状、粉末状またはハニカム状のセラミックス担体が収容されている。改質器１００は改質水を加熱させて水蒸気とする蒸発部１２０も一体的に形成している。
【００２２】
燃焼部３００は、可燃ガス（燃料ガス）を燃焼させることにより、または、可燃ガスが燃焼した燃焼排ガスを通過させることにより、改質器１００を改質反応に適する温度領域に加熱させる。可燃ガスとしては、発電運転時においては改質器１００で改質されたアノードガスがスタック２００での発電反応に使用された後のアノードオフガス、または、発電運転前の起動時には、改質される前の燃料ガス（都市ガス等）自体が挙げられる。アノードオフガスは、発電反応で消費されなかった水素を含むため、可燃性をもつ。改質器１００の温度が低温の起動時には、改質器１００での改質反応が行われないため、改質される前の燃料ガス自体が燃焼部３００に供給されて燃焼される。
【００２３】
図１に示すように、燃焼部３００は、改質器１００の底壁１０１に対面して底壁１０１を加熱させる底加熱空間３０１と、改質器１００の側壁１０３に対面して側壁１０３を加熱させる側加熱空間３０３と、改質器１００の側壁１０４に対面して側壁１０４を加熱させる側加熱空間３０４と、改質器１００の上壁１０２に対面して上壁１０２を加熱させる上加熱空間３０５とを形成する。底加熱空間３０１は、改質器１００の底壁１０１とスタック２００の上面２１９との間に形成されている。
【００２４】
燃料源からの燃料ガスを改質器１００の入口に供給させる燃料ガス流路６００を形成するガス配管６０１が設けられている。水源から改質水を改質器１００の入口側の蒸発部に供給させる給水流路８００を形成する給水配管８０１が設けられている。ガス配管６０１および給水配管８０１は、発電室４０９を下部から上部に向けて延設されている。改質器１００で生成された水素を含有するアノードガスがタンク２１７に向けて流れるアノードガス流路７３０を形成するアノードガス配管７３１が、発電室４０９に設けられている。
【００２５】
燃料電池装置の起動時には、燃料ガスが燃料ガス流路６００から矢印Ｅ１方向に改質器１００に供給されるものの、改質器１００は相対的に低温であるため、燃料ガスは改質器１００において改質されず、アノードガス流路７３０から矢印Ｆ１，Ｆ２方向に沿ってタンク２１７のタンク室２１６に流れ、更に、スタック２００の各アノードに供給され、更に、アノードの内部を上昇し、スタック２００の上面２１９から底加熱空間３０１に供給される。外部の空気もカソードガス流路４０６から図略の流路を介してスタック２００のカソードの下部に供給され、カソード内部を上昇し、スタック２００の上面２１９から底加熱空間３０１に供給される。底加熱空間３０１の着火部３５が着火されるため、底加熱空間３０１で燃料ガスが燃焼され、改質器１００の底壁１０１を加熱させる。燃焼されなかった燃料ガスは底加熱空間３０１から側加熱空間３０３，３０４に矢印Ｗ１方向に流れ、上加熱空間３０５に流れて燃焼される。底加熱空間３０１で燃料ガスが燃焼されて生成された燃焼排ガスは、底加熱空間３０１から側加熱空間３０３，３０４に矢印Ｗ１方向に流れ、上加熱空間３０５に流れる。要するに可燃ガスまたは燃焼排ガスは、燃焼部３００の底加熱空間３０１から矢印Ｗ１方向に流れ、内筐体４０３の開口４３２から排ガス流路４０８に至り、排ガス流路４０８を矢印Ｂ１方向に流れ、ひいては排気口から外部に排出される。
【００２６】
さて本実施形態によれば、図１に示すように、上加熱空間３０５の上方には、内筐体４０３上端部に固定された、第１案内部としてのバッフル板９００が配置されている。バッフル板９００は平板状をなしており、邪魔板部材として機能するものであり、改質器１００の上壁１０２に対面するように、改質器１００の上方に設けられている。底加熱空間３０１から側加熱空間３０３，３０４を介して上加熱空間３０５に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスが上昇してバッフル板９００に当たると、その可燃ガスまたは燃焼排ガスは、バッフル板９００に反射されて下方（矢印Ｗ２方向）に付勢され、結果として、改質器１００の上壁１０２に向けて案内される。これにより上加熱空間３０５に流れた可燃ガスまたは燃焼排ガスは、改質器１００の上壁１０２と効率よく接触する。このようにバッフル板９００は、可燃ガスまたは燃焼排ガスと改質器１００の上壁１０２との接触性を高める。
【００２７】
このような本実施形態によれば、前述したように、バッフル板９００により可燃ガスまたは燃焼排ガスが改質器１００の上壁１０２側に向けて流れるため、改質器１００の上壁１０２において可燃ガスまたは燃焼排ガスとの熱交換量が増加する。すなわち、可燃ガスまたは燃焼排ガスから改質器１００の上壁１０２が受熱する受熱量が増加する。これにより改質器１００の改質室１０５において、上壁１０２付近に存在するセラミックス担体、ひいてはそのセラミックス担体に担持されている改質用触媒の温度をできるだけ高温に維持させることができる。ひいては、改質器１００の改質室１０５における燃料ガスの改質反応を良好に実施でき、燃料ガスの水素転化率を向上できる利点が得られる。バッフル板９００は平板状に限らず、波板形状としても良い。要するに、バッフル板９００は、その可燃ガスまたは燃焼排ガスを改質器１００の上壁１０２に向けて案内させれば良い。
【００２８】
本実施形態によれば、上記したように改質器１００における改質反応（吸熱反応）が良好に実施できるため、改質器１００から吐出されたガスのほとんどは、改質反応を経ていることになる。このため、スタック２００の内部における改質反応量を低減させることができ、スタック２００の温度を高温化でき、スタック２００の発電効率の向上が可能となる。また、可燃ガスまたは燃焼排ガスと改質器１００の上壁１０２とが熱交換する量が増加することになる。このため、改質器１００の上壁１０２を通過した後の燃焼排ガスの温度をできるだけ低下させることができる。ひいては排ガス流路を流れる燃焼排ガスの温度の過熱が抑えられる。よって、外筐体４０１から外部への放熱量を低減でき、効率向上を可能にすることができる。
【００２９】
図１に示すように、改質器１００の上壁１０２は平坦状をなしている。改質器１００の上壁１０２の受熱面積を増加させるためには、上壁１０２が波板状であることが好ましい。改質用の触媒を担持したセラミックス担体１１０（例えば粒状またはハニカム状）等の担体が改質器１００の改質室１０５に収容される。前述したように上壁１０２が波板である場合には、改質部の改質室１０５の全体に担体を収容するには限界があり、波板の真下部分には空間が発生し易い。空間では、改質されるべき燃料が改質されないまま通過するおそれがある。そこで本実施形態によれば、改質器１００の上壁１０２は平坦状をなしているため、上記不具合が抑制される。
【００３０】
なお、スタック２００，改質器１００，燃焼部３００、筐体４００は、図１の紙面の厚み方向に沿って延設されている。同様に、バッフル板９００も同様に延設されている。また、バッフル板９００は、上壁１０２の上方の上加熱空間３０５において、カソード流路を区画する壁としても機能する。また、内筐体４０３は、バッフル板９００の上方にカソード流路を区画する壁を備えていても良い。
【００３１】
（実施形態２）
図２は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、作用および効果を有する。バッフル板９００は、改質器１００の上壁１０２に接近するように突出する案内突起部９０１を有する。底加熱空間３０１から側加熱空間３０３，３０４を介して上加熱空間３０５に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスが上昇してバッフル板９００に当たると、その可燃ガスまたは燃焼排ガスは、バッフル板９００に反射されて下方（矢印Ｗ２方向）に付勢され、結果として、改質器１００の上壁１０２に向けて案内される。特に、案内突起部９０１により、可燃ガスまたは燃焼排ガスは、改質器１００の上壁１０２に向けて案内され、改質器１００の上壁１０２と効率よく接触する。このように案内突起部９０１をもつバッフル板９００は、可燃ガスまたは燃焼排ガスと改質器１００の上壁１０２との接触性を高めることができる。なお、バッフル板９００は、上壁１０２の上方の上加熱空間３０５において、カソード流路を区画する壁としても機能する。また、内筐体４０３は、バッフル板９００の上方にカソード流路を区画する壁を備えていても良い。
【００３２】
（実施形態３）
図３は実施形態３の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、作用および効果を有する。燃料電池装置は、図３に示すように、改質器１００と、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）のスタック２００と、燃焼部３００と、筐体４００と、放熱を抑える第１断熱層５０１と、放熱を抑える第２断熱層５０２とを有する。図３に示すように、燃焼部３００は、可燃ガス（燃料ガス）を燃焼させることにより、または、可燃ガスが燃焼した燃焼排ガスを通過させることにより、改質器１００を改質反応に適する温度領域に加熱させる。可燃ガスとしては、発電運転時においては改質器１００で改質されたアノードガスがスタック２００での発電反応に使用された後のアノードオフガス、または、発電運転前の起動時には、改質される前の燃料ガス自体が挙げられる。改質器１００の温度が低温の起動時には、改質器１００での改質反応が行われないため、改質される前の燃料ガス自体が燃焼部３００に供給されて燃焼される。
【００３３】
図３に示すように、燃焼部３００は、金属製の改質器１００の底壁１０１に対面して底壁１０１を加熱させる底加熱空間３０１と、改質器１００の側壁１０３に対面して側壁１０３を加熱させる側加熱空間３０３と、改質器１００の側壁１０４に対面して側壁１０４を加熱させる側加熱空間３０４と、改質器１００の上壁１０２に対面して上壁１０２を加熱させる上加熱空間３０５とを形成する。底加熱空間３０１は、改質器１００の底壁１０１とスタック２００の上面２１９との間に形成されている。
【００３４】
起動時には、燃料ガスが燃料ガス流路６００から改質器１００に供給されるものの、改質器１００は相対的に低温であるため、燃料ガスは改質されず、図略の流路を介してスタック２００の各アノードの下部に供給され、更に、アノードの内部を上昇し、スタック２００の上面２１９から底加熱空間３０１に吐出される。外部の空気もカソードガス流路４０６から、縦方向に沿った流路４０６ｃを介して矢印Ａ７方向に流れ、更に、スタック２００のカソードの下部に供給され、更に、カソード内部を上昇し、スタック２００の上面２１９から底加熱空間３０１に吐出される。起動時には、燃焼部３００に設けられている着火部３５が着火されるため、底加熱空間３０１で燃料ガス（可燃ガス）が燃焼され、改質器１００の底壁１０１を加熱させる。燃焼されなかった燃料ガス（可燃ガス）は底加熱空間３０１から矢印Ｗ１方向に向けて側加熱空間３０３，３０４に流れ、上加熱空間３０５に流れて燃焼される。
【００３５】
また、底加熱空間３０１で燃料ガスが燃焼されて生成された燃焼排ガスは、底加熱空間３０１から側加熱空間３０３，３０４に流れ、上加熱空間３０５に流れて燃焼される。要するに可燃ガスまたは燃焼排ガスは、燃焼部３００の底加熱空間３０１から矢印Ｗ１方向に流れ、開口４３２から排ガス流路４０８に至り、排ガス流路４０８を矢印Ｂ１方向に流れ、ひいては図略の排気口から外部に排出される。なお、図３に示すように、改質器１００の上壁１０２は波板状ではなく、平坦状をなしているため、改質器１００の改質室１０５の全体に担体を収容させるのに有利となる。
【００３６】
さて本実施形態によれば、図３に示すように、上加熱空間３０５の上方には、内筐体４０３の一部である壁４３０が配置されている。壁４３０は第１案内部としての第１リブ９０４を有する。第１リブ９０４は改質器１００の上壁１０２の上方に位置する。第１リブ９０４は、下向きの傾斜面９０４ａ，９０４ｃと、カソードガス通路４０６に開口する凹部９０５とをもつ。第１リブ９０４は改質器１００の上壁１０２の上方に形成されており、壁４３０から下向きにつまり改質器１００の上壁１０２に向けて、改質器１００の上壁１０２に対面するように突設されている。底加熱空間３０１から側加熱空間３０４を介して矢印Ｗ１方向に沿って上加熱空間３０５に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスは、上昇して第１リブ９０４に当たる。すると、その可燃ガスまたは燃焼排ガスは、第１リブ９０４に案内されて下方（矢印Ｗ３方向）に向けて付勢され、結果として、改質器１００の上壁１０２に向けて案内される。これにより上加熱空間３０５に流れた高温の可燃ガスまたは燃焼排ガスは、改質器１００の上壁１０２と効率よく接触する。このように第１リブ９０４は、可燃ガスまたは燃焼排ガスと改質器１００の上壁１０２との接触性を高める。よって上壁１０２の受熱性を高め、改質器１００において上壁１０２側の温度を高める。
【００３７】
本実施形態によれば、図３に示すように、金属製の壁４３０の上方には、天井壁４１０が外筐体４０１の一部として配置されている。カソードガス流路４０６は、天井壁４１０の内面および壁４３０の外面により形成されている。このように天井壁４１０および壁４３０は金属製であり、流路形成部材として機能する。
【００３８】
図３は、カソードガス流路４０６の流れ方向（矢印Ａ５方向）に沿って且つ改質器１００の高さ方向（矢印Ｈ方向）に沿って切断した断面を示す。当該断面（図３）において、天井壁４１０は、壁４３０に向けて突出する第２案内部としての第２リブ９０７を備えている。第２リブ９０７は、当該断面において、カソードガス流路４０６を矢印Ａ５方向に流れるカソードガスを、カソードガス流路４０６の流路径（矢印Ｄ方向）において第１リブ９０４から遠ざけるためのものである。第２リブ９０７は、カソードガス流路４０６の流れ方向（矢印Ａ５方向）において第１リブ９０４よりも上流域に位置している。
【００３９】
更に説明を加える。すなわち、壁４３０は、改質器１００の上方の上加熱空間３０５とカソードガス流路４０６とを互いに熱交換可能とさせている。この熱交換の効率が過剰に高すぎると、スタック２００に供給される前のカソードガスはカソード流路４０６において熱交換により予熱されるものの、燃焼排ガス温度が低くなり、となる不具合が発生するおそれがある。この場合、改質器１００の上壁１０２を加熱させる効率が低下し、上壁１０２の温度が低めとなり、改質器１００における改質反応にムラが発生するおそれがある。
【００４０】
そこで本実施形態によれば、図３に示すように、側加熱空間３０３の隙間幅をＬ３とし、側加熱空間３０４の隙間幅をＬ４とし、上加熱空間３０５の隙間幅をＬ５とするとき、Ｌ５＞Ｌ３の関係，Ｌ５＞Ｌ４の関係とされている。このように上加熱空間３０５の隙間幅Ｌ５が増加しているため、相対的に低温のカソードガスが流れるカソードガス流路４０６から、改質器１００の上壁１０２を遠ざけることができる。従って、上加熱空間３０５とカソードガス流路４０６とを互いに熱交換可能とさせつつも、この熱交換の効率が過剰に高くなることが抑えられている。よって上加熱空間３０５の上壁１０２の温度が高めに維持され、改質器１００の上壁１０２側の温度が維持され、改質器１００における改質反応のムラが抑制される。
【００４１】
また、図３に示すように、第１リブ９０４は、上記したように上加熱空間３０５内の可燃ガスまたは燃焼排ガスを改質器１００の上壁１０２に案内されて接近させる利点を有するものの、金属製で伝熱性をもつ第１リブ９０４自体が改質器１００の上壁１０２に接近する。このため、第１リブ９０４において、上加熱空間３０５とカソードガス流路４０６との熱交換効率の過剰化をできるだけ抑えることが好ましい。
【００４２】
そこで本実施形態によれば、壁４３０の上方の天井壁４１０は、壁４３０に向けて突出する第２案内部としての第２リブ９０７を備えている。当該断面（図３）において、第２リブ９０７は、カソードガス流路４０６の流れ方向（矢印Ａ５方向）において第１リブ９０４よりも上流域に位置する。このため、カソードガス流路４０６を矢印Ａ５方向に流れるカソードガスは、第２リブ９０７に接近すると、下向き（図３に示す矢印Ａｄ方向）に案内されて壁４３０に当たって反射するように上向きに付勢される。よってカソードガス流路４０６を流れるカソードガスは、第２リブ９０７を通過した後、上向き（図３に示す矢印Ａｕ方向）に案内される傾向となる。即ち、カソードガス流路４０６を矢印Ａ５方向に流れるカソードガスを、第１リブ９０４に接近させるにつれて、カソードガス流路４０６の径方向（矢印Ｄ方向）において、第１リブ９０４の凹部９０５からできるだけ遠ざけることができる。
【００４３】
このため、第１リブ９０４の凹部９０５付近においてカソードガスが流れにくくなる傾向となる。従って、上加熱空間３０５を流れる燃焼排ガスまたは可燃ガスとカソードガス流路４０６の凹部９０５のカソードガスとが互いに熱交換する熱交換量が抑制される。このため上加熱空間３０５の温度をできるだけ高温に維持するのに有利となる。ひいては、改質器１００の上壁１０２の温度を高温に維持できる。この場合、改質器１００の上壁１０２側の改質反応を良好に行うのに有利となる。
【００４４】
なお本実施形態においても、スタック２００，改質器１００，燃焼部３００、筐体４００は、図３の紙面の厚み方向に沿って延設されている。同様に、リブ９０４，９０７も同様に延設されている。このようにリブ９０４は壁４３０を強化でき、リブ９０７は天井壁４１０を強化できる。壁４３０，天井壁４１０の薄肉化を図りつつ、カソードガス流路４０６の流路径が変動することが抑制される。
【００４５】
（実施形態４）
図４は実施形態４の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態１〜３と基本的には同様の構成、作用および効果を有する。燃料電池装置は、改質器１００と、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）のスタック２００と、燃焼部３００と、筐体４００とを有する。筐体４００は、外側の外筐体４０１と、外筐体４０１よりも内側の内筐体４０３とを有する。内筐体４０３は、断熱層５０１、改質器１００およびスタック２００を収容する発電室４０９を形成する。外筐体４０１および内筐体４０３は、外部の空気であるカソードガスを矢印Ａ１方向に流すカソードガス流路４０６を形成する。内筐体４０３と断熱層５０１とは、発電室４０９から排出された高温の燃焼排ガスを矢印Ｂ１方向に流す排ガス流路４０８を形成する。排ガス流路４０８はカソードガス流路４０６よりも内側に配置されている。排ガス流路４０８の燃焼排ガスとカソードガス流路４０６のカソードガスとは、互いに熱交換する。従って、高温の燃焼排ガスは、熱交換により冷却された後に外部に排出される。カソードガスは、熱交換に加熱された後にスタック２００のカソードに供給される。スタック２００は、アノード、電解質膜およびカソードを有する複数のセル２１０を並設して形成されている。スタック２００は、改質器１００で生成させたアノードガスと、空気であるカソードガスとが供給されて発電する。
【００４６】
図４に示すように、改質器１００は、スタック２００の上方に位置するように発電室４０９に配置されている。改質器１００は、平坦状の底壁１０１と、底壁１０１に対面する平坦状の上壁１０２と、上壁１０２および底壁１０１を繋ぐ平坦状の第１側壁１０３と、上壁１０２および底壁１０１を繋ぐ平坦状の第２側壁１０４とを備えている。
【００４７】
改質器１００は、燃料ガスを水蒸気で改質させることにより、水素を含有するアノードガスを生成させる改質室１０５を備える。改質室１０５には、改質用触媒を担持する粒子状、粉末状またはハニカム状のセラミックス担体１１０が収容されている。改質器１００は改質水を加熱させて水蒸気とする蒸発部１２０も一体的に形成している。
【００４８】
図４に示すように、燃焼部３００は、可燃ガス（燃料ガス）を燃焼させることにより、または、可燃ガスが燃焼した燃焼排ガスを通過させることにより、改質器１００を改質反応に適する温度領域に加熱させる。可燃ガスとしては、発電運転時においては改質器１００で改質されたアノードガスがスタック２００での発電反応に使用された後のアノードオフガス、または、発電運転前の起動時には、改質される前の燃料ガス自体が挙げられる。改質器１００の温度が低温の起動時には、改質器１００での改質反応が行われないため、改質される前の燃料ガス自体が燃焼部３００に供給されて燃焼される。
【００４９】
図４に示すように、燃焼部３００は、改質器１００の底壁１０１に対面して底壁１０１を加熱させる底加熱空間３０１と、改質器１００の側壁に対面して側壁を加熱させる側加熱空間３０２と、改質器１００の上壁１０２に対面して上壁１０２を加熱させる上加熱空間３０５とを形成する。底加熱空間３０１は、改質器１００の底壁１０１とスタック２００の上面２１９との間に形成されている。
【００５０】
起動時には、燃料ガスが燃料ガス流路６００から改質器１００に供給されるものの、改質器１００は相対的に低温であるため、燃料ガスは改質されず、図略の流路を介してスタック２００の各アノードの下部に供給され、更に、アノードの内部を上昇し、スタック２００の上面２１９から底加熱空間３０１に吐出される。外部の空気もカソードガス流路４０６から図略の流路を介してスタック２００のカソードの下部に供給され、カソード内部を上昇し、スタック２００の上面２１９から底加熱空間３０１に吐出される。起動時には燃焼部３００の着火部３５が着火されるため、底加熱空間３０１で燃料ガスが燃焼され、改質器１００の底壁１０１を加熱させる。燃焼されなかった燃料ガスは、底加熱空間３０１から矢印Ｗ１方向に向けて側加熱空間３０３，３０４に流れ、上加熱空間３０５に流れて燃焼される。底加熱空間３０１で燃料ガスが燃焼されて生成された燃焼排ガスは、底加熱空間３０１から側加熱空間３０３，３０４に流れ、上加熱空間３０５に流れて燃焼される。要するに可燃ガスまたは燃焼排ガスは、燃焼部３００の底加熱空間３０１から矢印Ｗ１方向に流れ、開口４３２から排ガス流路４０８に至り、排ガス流路４０８を矢印Ｂ１方向（図４参照）に流れ、ひいては図略の排気口から外部に排出される。図４に示すように、改質器１００の上壁１０２は波板状ではなく、平坦状をなしているため、改質器１０の改質室１０５の全体に、改質用触媒を担持するセラミックス担体を収容させるのに有利となる。
【００５１】
さて本実施形態によれば、図４に示すように、上加熱空間３０５の上方には、内筐体４０３の一部である壁４３０が配置されている。壁４３０は第１案内部としての第１リブ９０４を有する。第１リブ９０４は壁４３０から下向きに、つまり改質器１００の上壁１０２に向けて、改質器１００の上壁１０２に対面するように突設されている。第１リブ９０４は改質器１００の上方（真上）に位置する。底加熱空間３０１から側加熱空間３０２を介して上加熱空間３０５に案内された可燃ガスまたは燃焼排ガスが上昇して第１リブ９０４に当たる。すると、その可燃ガスまたは燃焼排ガスは、第１リブ９０４に案内されて下方（矢印Ｗ３方向）に向けて付勢され、結果として、改質器１００の上壁１０２に向けて案内される。これにより上加熱空間３０５に流れた可燃ガスまたは燃焼排ガスは、改質器１００の上壁１０２と効率よく接触する。このように第１リブ９０４は可燃ガスまたは燃焼排ガスと改質器１００の上壁１０２との接触性を高め、上壁１０２の受熱性を高めることができる。
【００５２】
このような本実施形態によれば、第１リブ９０４により可燃ガスまたは燃焼排ガスが改質器１００の上壁１０２側に向けて流れるため、改質器１００の上壁１０２において可燃ガスまたは燃焼排ガスとの熱交換量が増加する。すなわち、可燃ガスまたは燃焼排ガスから改質器１００の上壁１０２が受熱する受熱量が増加する。これにより改質器１００の改質室１０５において、上壁１０２付近に存在するセラミックス担体１１０、ひいてはそのセラミックス担体１１０に担持されている改質用触媒の温度をできるだけ高温に維持させることができる。ひいては、改質器１００の改質室１０５における燃料ガスの改質反応を良好に実施でき、燃料ガスの水素転化率を向上できる利点が得られる。このように改質器１００における改質反応が良好に実施できるため、改質器１００から吐出されたガスのほとんどは、改質反応を経ていることになる。このため、スタック２００の内部における改質反応（吸熱反応）量を低減させることができ、スタック２００の温度を高温化でき、スタック２００の発電効率の向上が可能となる。
【００５３】
また本実施形態によれば、可燃ガスまたは燃焼排ガスの熱が改質器１００の上壁１０２に効果的に受熱される。このため、改質器１００の上壁１０２を通過した後の燃焼排ガスの温度をできるだけ低下させることができる。このため排ガス流路４０８を矢印Ｂ１方向に流れる燃焼排ガスの過剰高温化が抑えられる。よって、排ガス流路４０８の過熱が抑えられ、ひいては外筐体４０１の温度が抑えられ、外筐体４０１から外部への放熱量が低減され、効率向上を可能にすることができる。
【００５４】
本実施形態によれば、図４に示すように、側加熱空間３０３の隙間幅をＬ３とし、側加熱空間３０４の隙間幅をＬ４とし、上加熱空間３０５の隙間幅をＬ５とするとき、Ｌ５＞Ｌ３の関係，Ｌ５＞Ｌ４の関係とされている。このように上加熱空間３０５の隙間幅Ｌ５が増加している。このため前述したように、上加熱空間３０５とカソードガス流路４０６とを互いに熱交換可能とさせつつも、熱交換の効率が過剰に高くなることが抑えられ、上加熱空間３０５の温度が高めに維持され、ひいては改質器１００の上壁１０２の温度が維持される。なお本実施形態においても、スタック２００，改質器１００，燃焼部３００、筐体４００は、図４の紙面の厚み方向に沿って延設されている。同様に、リブ９０４，９０７も同様に延設されている。このようにリブ９０４は壁４３０を強化でき、リブ９０７は天井壁４１０を強化できる。壁４３０，天井壁４１０の薄肉化を図りつつ、カソードガス流路４０６の流路径が変動することが抑制される。
【００５５】
（実施形態５）
図５は実施形態５の概念を模式的に示す。本実施形態は前記した実施形態４と基本的には同様の構成、作用および効果を有する。第１リブ９０４の凹部９０５には、断熱材料で形成された断熱層９０６が設けられている。このため第１リブ９０４を改質器１００の上壁１０２に突出させて高温の燃焼排ガス等を矢印Ｗ３方向に案内させて改質器１００の上壁１０２に向けつつも、上加熱空間３０５の熱が第１リブ９０４からカソードガス通路４０６へ熱伝達されることが抑制される。ひいては上加熱空間３０５の温度をできるだけ高温に維持させるのに有利となる。しかも、断熱層９０６は改質器１００の真上のみにしか設けられていないため、燃焼排ガスの熱を壁４３０を介してカソードガス通路４０６のカソードガスに伝達させてこれを予熱させることができる。このため、改質器１００の上壁１０２を通過した後の燃焼排ガスの温度を低下させることができる。このため排ガス流路４０８を矢印Ｂ１方向に流れる燃焼排ガスの過剰高温化が抑えられる。よって、排ガス流路４０８の過熱が抑えられ、ひいては外筐体４０１の温度が抑えられ、外筐体４０１から外部への放熱量が低減され、熱効率向上を可能にすることができる。
【００５６】
（適用形態）
図６は適用形態の概念を模式的に示す。図６に示すように、燃料電池システムは、スタック１と、液相状の水を蒸発させて水蒸気を生成させる蒸発部２と、蒸発部２で生成された水蒸気を用いて燃料を改質させてアノードガスを形成する改質部３と、蒸発部２に供給される液相状の水を溜めるタンク４と、これらを収容するケース５とを有する。スタック１は、イオン伝導体を挟むアノード１０とカソード１１とをもち、例えば、ＳＯＦＣとも呼ばれる固体酸化物形燃料電池（運転温度：例えば４００℃以上）とされている。改質部３は、セラミックス等の担体に改質触媒を担持させて形成されており、蒸発部２に隣設されている。改質部３および蒸発部２は改質部２Ａを構成しており、スタック１と共に断熱壁１９で包囲され、発電モジュール１８を形成している。発電モジュール１８内には、改質部３，蒸発部２を加熱する燃焼部１０５Ｘが設けられている。アノード１０側から排出されたアノード排ガスは、流路１０３を介して燃焼部１０５Ｘに供給される。カソード１１側から排出されたカソード排ガスは、流路１０４Ｘを介して燃焼部１０５Ｘに供給される。起動時には、燃焼部１０５Ｘは、アノード１０から供給された改質前のガスを、カソード１１から供給されたカソードガスで燃焼させ、蒸発部２および改質部３を加熱させる。
【００５７】
発電運転時には、燃焼部１０５Ｘはアノード１０から排出されたアノード排ガスを、カソード１１から排出されたカソード排ガスで燃焼させ、蒸発部２および改質部３を加熱させる。燃焼部１０５Ｘには燃焼排ガス路７５が設けられ、燃焼部１０５Ｘにおける燃焼後のガス、未燃焼のガスを含む燃焼排ガスが燃焼排ガス路７５を介して大気中に放出される。改質部３の温度を検出する温度センサ３３が設けられている。着火させるヒータである着火部３５が燃焼部１０５Ｘに設けられている。着火部３５は着火できるものであれば何でも良い。外気の温度を検出する外気温度センサ５７が設けられている。温度センサ３３，５７の信号は制御部１００Ｘに入力される。制御部１００Ｘは警報器１０２に警報を出力する。
【００５８】
発電運転時には、改質部２Ａは改質反応に適するように断熱壁１９内において加熱される。発電運転時には、蒸発部２は水を加熱させて水蒸気とさせ得るように加熱される。スタック１がＳＯＦＣタイプの場合には、アノード１０側から排出されたアノード排ガスとカソード１１側から排出されたカソード排ガスが燃焼部１０５Ｘで燃焼するため、改質部３および蒸発部２は、発電モジュール１８の内部において同時に加熱される。図６に示すように、ガス流路６は、ガス源６３からガスを改質器２Ａに供給させるものであり、ポンプ６０、脱硫装置６５をもつ。スタック１のカソード１１には、カソードガス（空気）をカソード１１に供給させるためのカソードガス流路７０が繋がれている。カソードガス流路７０には、カソードガス搬送用の搬送源として機能するカソードポンプ７１が設けられている。
【００５９】
図６に示すように、ケース５は外気に連通する吸気口５０と排気口５１とをもち、更に、第１室である上室空間５２と、第２室である下室空間５３とをもつ。スタック１は、改質部３および蒸発部２と共に発電モジュール１８を形成し、ケース５の上側つまり上室空間５２に収容されている。ケース５の下室空間５３には、改質部３で改質される液相状の水を溜めるタンク４が収容されている。タンク４には、電気ヒータ等の加熱機能をもつ加熱部４０が設けられている。加熱部４０は、タンク４に貯留されている水を加熱させるものであり、電気ヒータ等で形成できる。外気温度等の環境温度が低いとき等には、制御部１００Ｘからの指令に基づいて、タンク４の水は加熱部４０により所定温度以上に加熱され、凍結が抑制される。図６に示すように、下室空間５３側のタンク４の出口ポート４ｐと上室空間５２側の蒸発部２の入口ポート２ｉとを連通させる給水流路８が、配管としてケース５内に設けられている。給水流路８は、タンク４内に溜められている水をタンク４から蒸発部２に供給させる流路である。給水流路８には、タンク４内の水を蒸発部２まで搬送させる水搬送源として機能するポンプ８０が設けられている。更に、制御部１００Ｘはポンプ８０，７１，７９，６０を制御する。
【００６０】
さて起動時において、ポンプ６０が駆動すると、ガス管６ｗのガス流路６からガスが蒸発部２，改質部３，アノードガス流路７３，スタック１のアノード１０，流路１０３Ｘを介して燃焼部１０５Ｘに流れる。カソードポンプ７１によりカソードガス（空気）がカソードガス流路７０、カソード１１，流路１０４Ｘを介して燃焼部１０５Ｘに流れる。この状態で着火部３５が着火すると、燃焼部１０５Ｘにおいて燃焼が発生し、改質部３および蒸発部２が加熱される。このように改質部３および蒸発部２が加熱された状態で、ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水はタンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水流路８内を搬送され、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気は、ガス流路６から供給されるガスと共に改質部３に移動する。ガスは改質部３において水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。アノードガスはアノードガス流路７３を介してスタック１のアノード１０に供給される。更にカソードガス（酸素含有ガス、ケース５内の空気）がカソードガス流路７０を介してスタック１のカソード１１に供給される。これによりスタック１が発電する。アノード１０から排出されたアノードオフガス、カソード１１から排出されたカソードオフガスは、流路１０３Ｘ，１０４Ｘを通過し、燃焼部１０５Ｘに至り、燃焼部１０５Ｘで燃焼される。高温の排ガスは、排ガス流路７５を介してケース５の外方に排出される。
【００６１】
上記したシステムの発電運転時において、ポンプ８０が駆動すると、タンク４内の水は、タンク４の出口ポート４ｐから蒸発部２の入口ポート２ｉに向けて給水管８ｗの給水流路８内を搬送され、蒸発部２で加熱されて水蒸気とされる。水蒸気はガス流路６から供給されるガスと共に改質部３に移動する。改質部３において燃料は、水蒸気で改質されてアノードガス（水素含有ガス）となる。なお燃料がメタン系である場合には、水蒸気改質によるアノードガスの生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。但し燃料はメタン系に限定されるものではない。
（１）…ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＣＯ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
生成されたアノードガスはアノードガス流路７３を介してスタック１のアノード１０に供給される。更にカソードガス（酸素含有ガス、ケース５内の空気）がカソードガス流路７０を介してスタック１のカソード１１に供給される。これによりスタック１が発電する。スタック１で排出された高温の排ガスは、排ガス流路７５を介してケース５の外方に排出される。
【００６２】
排ガス流路７５には、凝縮機能をもつ熱交換器７６が設けられている。貯湯槽７７に繋がる貯湯流路７８および貯湯ポンプ７９が設けられている。貯湯流路７８は往路７８ａおよび復路７８ｃをもつ。貯湯槽７７の低温の水は、貯湯ポンプ７９の駆動により、貯湯槽７７の吐出ポート７７ｐから吐出されて往路７８ａを通過し、熱交換器７６に至り、熱交換器７６により加熱される。熱交換器７６で加熱された温水は、復路７８ｃを介して帰還ポート７７ｉから貯湯槽７７に帰還する。このようにして貯湯槽７７の水は温水となる。前記した排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器７６で凝縮されて凝縮水となる。凝縮水は、熱交換器７６から延設された凝縮水流路４２を介して重力等により水精製器４３に供給される。水精製器４３はイオン交換樹脂等の水精製剤４３ａを有するため、凝縮水の不純物は除去される。不純物が除去された水は水タンク４に移動し、水タンク４に溜められる。ポンプ８０が駆動すると、水タンク４内の水は給水流路８を介して高温の蒸発部２に供給され、蒸発部２で水蒸気とされて改質部３に供給され、改質部３において燃料を改質させる改質反応として消費される。図６はあくまでも概念図であり、改質器２Ａ付近の構造は、図３または図４に示す構造とされている。
【００６３】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態および適用形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。燃料電池は、固体酸化物形燃料電池に限定されず、場合によっては、固体高分子電解質形燃料電池でも良いし、リン酸形燃料電池でも良く、溶融炭酸塩形燃料電池でも良い。改質器に供給される燃料も特に制限されず、都市ガス、プロパンガス、バイオガス、ＬＰＧガス、ＣＮＧガス、灯油等を例示できる。
【符号の説明】
【００６４】
１００は改質器、１０１は底壁、１０２は上壁、１０３は第１側壁、１０４は第２側壁、１０５は改質室、１１０はセラミックス担体、２００はスタック、２１０はセル、３００は燃焼部、３０１は底加熱空間、３０３，３０４は側加熱空間、３０５は上加熱空間、４００は筐体、４０６はカソードガス流路、４０８は排ガス流路、４０９は発電室、４１０は天井壁、４３０は壁、９００はバッフル板（第１案内部）、９０４第１リブ（第１案内部）、９０５は凹部、９０７は第２リブ（第２案内部）を示す。
【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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