(57)【要約】【課題】着火プラグの性能劣化を抑制することにより、着火プラグの交換を伴わず長期間に渡って使用することを可能とし、且つ燃焼部における燃焼を確実に誘起することができる燃料電池装置を提供すること。【解決手段】この燃料電池装置は、着火プラグＦＰを構成する第一電極２０２及び第二電極２０３を、上面視においていずれも残余ガス排出口２０８とは重なり合わないように配置する一方、第一電極２０２と第二電極２０３との間に形成された放電部２０６を、上面視において少なくともその一部が残余ガス排出口２０８と重なり合うように配置する。【選択図】図７
2013065506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置において、
互いに電気的に接続され、燃料電池セル集合体を構成する複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルの下部から供給された前記燃料ガスが、前記燃料電池セルの上部に向かって流れるよう、前記燃料電池セルの内部に形成された燃料ガス流路と、
前記燃料電池セルの下部から供給された前記酸化剤ガスが、前記燃料電池セルの上部に向かって流れるよう、前記燃料電池セルの外部に形成された酸化剤ガス流路と、
前記燃料電池セルの上端に設けられ、前記燃料ガス流路を通過した前記燃料ガスのうち発電に使用されなかった残余の前記燃料ガスを排出する残余ガス排出口と、
前記燃料電池セルの上部において、前記残余ガス排出口から排出された前記燃料ガスを、前記酸化剤ガス流路を通過した前記酸化剤ガスと混合し燃焼させための空間である燃焼部と、
前記燃料電池セルの上部において、上面視において互いに離間して配置される第一電極及び第二電極を有し、前記第一電極及び前記第二電極の間に形成された放電部において火花を発生させ、前記燃焼部における前記燃料ガスの燃焼を誘起する着火プラグと、を有し、
前記第一電極及び前記第二電極は、上面視においていずれも前記残余ガス排出口とは重なり合わないように配置される一方、
前記放電部は、上面視において少なくともその一部が前記残余ガス排出口と重なり合うように配置されることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方が、前記放電部近傍において他方に向かうよう屈曲してなる屈曲部を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記燃料電池セルと前記燃焼部との間には上支持板が配置され、前記上支持板は、前記酸化剤ガス流路を通過した前記酸化剤ガスを前記燃焼部に流入せしめるための通気部を有するものであって、
前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方で、且つ前記屈曲部から前記放電部までの範囲を除く部分のうち少なくとも一部が、上面視において前記通気部と重なり合う位置に配置されることを特徴とする、請求項２記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置として、内部に燃料ガス流路を形成した複数の燃料電池セルを互いに電気的に接続し、燃料電池セル集合体を構成した構造のものが知られている。このような構造の燃料電池装置においては、発電に用いられる燃料ガス及び酸化剤ガスは、いずれも燃料電池セルの下部から上部に向かって流れるように供給されるのが一般的である。
【０００３】
燃料電池セルの下部から供給された燃料ガス及び酸化剤ガスのうち、発電に寄与しなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとは、燃料電池セルの上部において合流し混合される。混合された残余の燃料ガスと残余の酸化剤ガスとは、燃料電池セルの上部に形成された燃焼部において燃焼することにより、残余の燃料ガスがそのまま外部へ放出されることの無いよう構成されている。かかる燃焼により生じた熱は、燃料電池セルの上部に配置された改質器の加熱や、燃料電池セルの温度維持等に利用される。
【０００４】
このような燃料電池装置を提案したものとして、下記特許文献１が開示されている。具体的には、互いに離間した二つの電極を有する着火プラグを燃料電池セル上部に配置し、着火プラグから発生する火花によって、燃焼部における燃焼を誘起する構造の燃料電池装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−６７５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の燃料電池装置のように、着火プラグから発生する火花によって着火し燃焼部における燃焼を誘起する場合、着火を確実に行うためには、着火プラグを燃料電池セルの先端上部に近づけて配置する必要がある。すなわち、燃料電池セルの先端上部には、発電に使用されなかった残余の燃料ガスを排出するための残余ガス排出口が形成されているため、着火プラグを燃料電池セルの先端上部に近づけて配置することにより、燃料ガスと火花とが接触し燃焼が誘起される可能性を高めることができる。
【０００７】
しかしながら、着火プラグを燃料電池セルの先端上部に近づけた場合、燃焼部で生じた熱によって着火プラグが過剰に加熱されてしまうという問題が生じていた。着火プラグが過剰に加熱されると、着火プラグの電極が劣化し、着火プラグの性能が低下してしまう。その結果、短期間で着火プラグを交換することが必要となっていた。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、着火プラグの性能劣化を抑制することにより、着火プラグの交換を伴わず長期間に渡って使用することを可能とし、且つ燃焼部における燃焼を確実に誘起することができる燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置において、互いに電気的に接続され、燃料電池セル集合体を構成する複数の燃料電池セルと、前記燃料電池セルの下部から供給された前記燃料ガスが、前記燃料電池セルの上部に向かって流れるよう、前記燃料電池セルの内部に形成された燃料ガス流路と、前記燃料電池セルの下部から供給された前記酸化剤ガスが、前記燃料電池セルの上部に向かって流れるよう、前記燃料電池セルの外部に形成された酸化剤ガス流路と、前記燃料電池セルの上端に設けられ、前記燃料ガス流路を通過した前記燃料ガスのうち発電に使用されなかった残余の前記燃料ガスを排出する残余ガス排出口と、前記燃料電池セルの上部において、前記残余ガス排出口から排出された前記燃料ガスを、前記酸化剤ガス流路を通過した前記酸化剤ガスと混合し燃焼させるための空間である燃焼部と、前記燃料電池セルの上部において、上面視において互いに離間して配置される第一電極及び第二電極を有し、前記第一電極及び前記第二電極の間に形成された放電部において火花を発生させ、前記燃焼部における前記燃料ガスの燃焼を誘起する着火プラグと、を有し、前記第一電極及び前記第二電極は、上面視においていずれも前記残余ガス排出口とは重なり合わないように配置される一方、前記放電部は、上面視において少なくともその一部が前記残余ガス排出口と重なり合うように配置されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、第一電極及び第二電極の間に形成された放電部は、上面視において少なくともその一部が残余ガス排出口と重なり合うように配置される。すなわち、第一電極と第二電極との間で火花が通過する空間である放電部が、燃料ガスを排出する残余ガス排出口と重なるため、燃焼部における燃焼を確実に誘起することができる。一方、燃焼部において燃焼が誘起された後においては、残余ガス排出口の直上部分には炎が形成された状態となっている。本発明によれば、着火プラグを構成する第一電極及び第二電極は、上面視においていずれも残余ガス排出口とは重なり合わないように配置される。従って、第一電極及び第二電極はいずれも炎に直接曝されることがないため、過剰に加熱されることにより着火プラグの性能が劣化してしまうことが抑制される。
【００１１】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方が、前記放電部近傍において他方に向かうよう屈曲してなる屈曲部を有することも好ましい。
【００１２】
このような屈曲部を有することにより、放電部の近傍においては、第一電極と第二電極との距離を小さくすることができる一方、放電部から屈曲部の範囲を除く部分においては、第一電極と第二電極との距離を大きくすることができる。これにより、放電部近傍においては火花が確実に発生する程度に両電極の距離を小さくしながら、その他の部分においては、第一電極と第二電極をいずれも炎から遠くに配置することが可能となり、過剰に加熱されることによる着火プラグの性能劣化を更に抑制することができる。
【００１３】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記燃料電池セルと前記燃焼部との間には上支持板が配置され、前記上支持板は、前記酸化剤ガス流路を通過した前記酸化剤ガスを前記燃焼部に流入せしめるための通気部を有するものであって、前記第一電極及び前記第二電極の少なくとも一方で、且つ前記屈曲部から前記放電部までの範囲を除く部分のうち少なくとも一部が、上面視において前記通気部と重なり合う位置に配置されることも好ましい。
【００１４】
炎に直接曝されない位置に第一電極及び第二電極を配置しても、燃焼部からの輻射等の影響によって第一電極及び第二電極の温度はある程度上昇し、着火プラグの劣化が進行してしまう。この好ましい態様によれば、第一電極及び第二電極の少なくとも一方で、且つ屈曲部から放電部までの範囲を除く部分のうち少なくとも一部が、上面視において通気部と重なり合う位置に配置される。このような配置とすることで、通気部を通じて燃焼部に流入する酸化剤ガスによって第一電極及び第二電極の少なくとも一方が冷却されるため、過剰に加熱されることによる着火プラグの性能劣化を更に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、着火プラグの性能劣化を抑制することにより、着火プラグの交換を伴わず長期間に渡って使用することを可能とし、且つ燃焼部における燃焼を確実に誘起することができる燃料電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】カバー部材を外して示す燃料電池モジュールの斜視図である。
【図２】図１に示す燃料電池装置から燃料電池セル集合体を覆う流路部材を取り外した状態を示す燃料電池装置の斜視図である。
【図３】図１に示す燃料電池モジュールの断面図である。
【図４】図１に示す燃料電池モジュールの断面図である。
【図５】燃料電池セルユニットを説明するための図である。
【図６】燃料電池セルスタックを説明するための図である。
【図７】着火プラグの具体的な構造及び配置について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明に係る燃料電池装置の一実施形態である燃料電池装置ＦＣを示す斜視図であって、カバー部材を取り外した状態を示す図である。図２は、図１に示す燃料電池装置ＦＣから燃料電池セル集合体を覆う流路部材７を取り外した状態を示す燃料電池装置ＦＣの斜視図である。図３は、燃料電池装置ＦＣの断面図であって、図１の矢印Ａ方向において、燃料電池装置ＦＣの中央近傍における断面図である。図４は、燃料電池装置ＦＣの断面図であって、図１の矢印Ｂ方向において、燃料電池装置ＦＣの中央近傍における断面図である。尚、図３及び図４においては、断面のハッチングを省略している。
【００１９】
カバー部材（図１，２，４に明示しない。図３にその外形を二点鎖線で示す）は、正面側の側壁と、長手方向の一対の側壁と、背面側の側壁と、天井とによって直方体状に形成される。各側壁の下端部には、フランジ部が形成され、そのフランジ部をベース部材２に当接させることで、カバー部材とベース部材２とによって密閉される空間が形成されている。カバー部材とベース部材２とはボルト（図示しない）によって固定され、そのボルトがカバー部材に設けられた取り付け穴を貫通し、ベース部材２に設けられた取り付け穴２ａを貫通することで固定されている。
【００２０】
カバー部材とベース部材２とによって形成される内部空間は、仕切り板１５によって二つの空間に分離されている。仕切り板１５によって分離されている空間の内、燃料電池セルスタック４００が配置されている空間が発電室１６である。仕切り板１５によって分離されている空間の内、他方の空間が排出ガス室１７である。尚、カバー部材の内壁面と仕切り板１５とは、直接若しくは何らかの密着用部材（例えば、可撓性のある薄板部材）を介して間接的に密着している。
【００２１】
仕切り板１５は、ベース部材２に設けられた支持部材１５ａに戴置され、ベース部材２と所定距離を保って保持されている。支持部材１５ａは、仕切り板１５を長手方向の両端において支持するように一対設けられている。従って、一対の支持部材１５ａ，１５ａ間には隙間１５ｂが形成されている。カバー部材の壁面に設けられた排出ガス通路（図示しない）を通った排出ガスは、この隙間１５ｂから排出ガス室１７へと導入される。
【００２２】
仕切り板１５にはガスタンク３が載置されている。ガスタンク３の上には、燃料電池セルスタック４００が１０個並べて配置され、燃料電池セル集合体５００を構成している。ガスタンク３から燃料ガスが、それぞれの燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４に供給される。
【００２３】
より具体的には、ガスタンク３の上面には、燃料電池セルスタック４００の下支持板４００ｂとほぼ同じ形状の開口部（図示しない）が設けられており、その開口部に下支持板４００ｂを密接させてガスタンク３と各燃料電池セルスタック４００とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、その先端部分を上部側に向けてガスタンク３に立設されている。
【００２４】
各燃料電池セル４は、管状であり、燃料電池セル４の管内を燃料電池セル４の一方の端部から他方の端部へと流れるガスと、その管外を一方の端部から他方の端部へと流れるガスの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル４の管内を流れるガスは、水素又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル４の管外を流れるガスは、酸素を含む空気等の酸化剤ガスである。
【００２５】
ここで、燃料電池セル４を含む燃料電池セルユニット３０について、図５を参照しながら説明する。図５に示すように、燃料電池セルユニット３０は、燃料電池セル４によって形成され且つ上下方向に延びる管状構造体であり、円筒形の燃料電池セル４と、燃料電池セル４の一方の端部４ａに取付けられた内側電極端子４０と、他方の端部４ｂに取付けられた外側電極端子４２と、を有している。
【００２６】
燃料電池セル４は、円筒形の内側の電極層４４と、円筒形の外側の電極層４８と、これらの電極層４４、４８の間に配置された円筒形の電解質層４６と、内側の電極層４４の内側に構成される燃料ガス流路５０とを有している。また、燃料電池セル４の一方の端部４ａに、内側の電極層４４が電解質層４６及び外側の電極層４８に対して露出した内側電極露出周面４４ａと、電解質層４６が外側の電極層４８に対して露出した電解質露出周面４６ａとが設けられている。燃料電池セル４の他方の端部４ｂは、外側の電極層４８が露出した外側電極露出周面４８ａによって構成されている。燃料ガス流路５０は、管内流路３０ｃの一部として機能する。内側電極露出周面４４ａは、内側の電極層４４と電気的に通じる内側電極外周面でもある。外側電極露出周面４８ａは、外側の電極層４８と電気的に通じる外側電極外周面でもある。
【００２７】
内側の電極層４４は、例えば、Ｎｉと、Ｃａや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、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、Ｎｉと、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、の少なくとも一種から形成される。電解質層４６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、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、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、の少なくとも一種から形成される。外側の電極層４８は、例えば、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、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、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたサマリウムコバルト、銀、などの少なくとも一種から形成される。この場合、内側の電極層４４が燃料極になり、外側の電極層４８が空気極になる。内側の電極層４４の厚さは、例えば、１ｍｍであり、電解質層４６の厚さは、例えば、３０μｍであり、外側の電極層４８の厚さは、例えば、３０μｍであり、その外径は、例えば、１〜１０ｍｍである。
【００２８】
内側電極端子４０は、内側電極露出周面４４ａを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分４０ａと、本体部分４０ａから燃料電池セル４の長手方向に延びる管状部分４０ｂとを有している。本体部分４０ａ及び管状部分４０ｂは、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分４０ｂの管径は、本体部分４０ａの管径よりも細くなっている。管状部分４０ｂは、燃料ガス流路５０と連通し且つ外部と通じる接続流路４０ｃを有している。本体部分４０ａと管状部分４０ｂとの間の段部４０ｄは、内側の電極層４４の端面４４ｂと当接している。
【００２９】
外側電極端子４２は、外側電極露出周面４８ａを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分４２ａと、本体部分４２ａから燃料電池セル４の長手方向に延びる管状部分４２ｂとを有している。本体部分４２ａ及び管状部分４２ｂは、円筒形であり且つ同心であり、管状部分４２ｂの管径は、本体部分４２ａの管径よりも細くなっている。管状部分４２ｂは、燃料ガス流路５０と連通し且つ外部と通じる接続流路４２ｃを有している。本体部分４２ａと管状部分４２ｂとの間の段部４２ｄは、環状の絶縁部材５２を介して外側の電極層４８、電解質層４６及び内側の電極層４４の端面４４ｃと当接している。
【００３０】
内側電極端子４０の全体形状と外側電極端子４２の全体形状とは同一である。また、内側電極端子４０と燃料電池セル４、及び、外側電極端子４２と燃料電池セル４とは、その全周にわたって導電性のシール材５４によってシールされ且つ固定されている。シール材５４は、例えば、銀、銀とガラスの混合物、金、ニッケル、銅、チタンなどを含む各種ロウ材である。
【００３１】
内側電極端子４０の接続流路４０ｃ、燃料電池セル４の燃料ガス流路５０、及び外側電極端子４２の接続流路４２ｃは、燃料電池セルユニット３０の管内流路３０ｃを構成する。
【００３２】
続いて、燃料電池セルユニット３０を含む燃料電池セルスタック４００について、図６を参照しながら説明する。燃料電池セルスタック４００は、１６本の燃料電池セルユニット３０と、上支持板４００ａと、下支持板４００ｂと、接続部材４００ｃと、外部端子４００ｄとを備えている。
【００３３】
上支持板４００ａ及び下支持板４００ｂは矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニット３０を２列×８行で支持するように燃料電池セルユニット３０の管状部分４０ｂ、４２ｂに嵌合する貫通孔（図に明示しない）を有している。上支持板４００ａ及び下支持板４００ｂは、電気絶縁性材料で形成されており、例えば、耐熱性のセラミックスで形成されている。具体的には、アルミナ、ジルコニア、スピネル、フォルステライト、マグネシア、チタニアなどを用いることが好ましい。
【００３４】
１６本の燃料電池セルユニット３０は、それらが電気的に直列に接続されるように配列されている。詳細には、燃料電池セルユニット３０は、隣接した燃料電池セルユニット３０の内側電極端子４０が交互に上側及び下側に配置されるように配列されている。更に、１６本の燃料電池セルユニット３０を電気的に直列に接続するための接続部材４００ｃが設けられている。接続部材４００ｃは、隣接した１つの内側電極端子４０と１つの外側電極端子４２とを電気的に接続する。直列に接続された１６本の燃料電池セルユニット３０の両端部の内側電極端子４０及び外側電極端子４２にはそれぞれ、外部と電気的な接続を行うための外部端子４００ｄが設けられている。接続部材４００ｃ、外部端子４００ｄは、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属や、ランタンクロマイトなどのセラミック材料で形成される。各燃料電池セルスタック４００の外部端子４００ｄは電気的に直列に接続されていて、その両端には電極棒１３，１４に接続されている。
【００３５】
図５及び図６を参照しながら説明したように、燃料電池セルスタック４００において、燃料電池セルユニット３０の内側電極端子４０が設けられている端部４ａと外側電極端子４２が設けられている端部４ｂとは上下交互になるように配置されている。
【００３６】
ここで、図１〜４に戻り、燃料電池装置ＦＣの説明を続ける。本実施形態では、燃料電池セルスタック４００の上方に位置するように、改質器５が配置されている。改質器５には、配管６Ｃと配管６Ｄとが繋がれていて、これらの配管６Ｃ及び配管６Ｄによって、改質器５は燃料電池セルスタック４００と所定間隔をおいて上方に位置するように保持されている。配管６Ｃは、改質器５に被改質ガスとしての都市ガス、空気、及び水蒸気を供給するための配管であって、仕切り板１５に対して立設されている。配管６Ｄは、改質器５において改質された燃料ガスをガスタンク３に供給するための配管であって、ガスタンク３に対して立設されている。
【００３７】
配管６Ｃを通して改質器５に供給される都市ガス及び空気は、被改質ガス供給管６Ａを通って燃料電池装置ＦＣ内に導入される。また、配管６Ｃを通して改質器５に供給される水蒸気は、水蒸気供給管６Ｂを通って燃料電池装置ＦＣ内に導入される。被改質ガス供給管６Ａ及び水蒸気供給管６Ｂは、仕切り板１５を挟んで配管６Ｃとは反対側に設けられている混合室１５ｃに繋がっている。被改質ガス供給管６Ａから供給される都市ガス及び空気と、水蒸気供給管６Ｂから供給される水蒸気とは、この混合室１５ｃにおいて混合され、配管６Ｃへと供給される。
【００３８】
図１〜４には明示しないが本実施形態では、被改質ガス供給管６Ａと水蒸気供給管６Ｂとのそれぞれに電磁弁が取り付けられていて、それぞれの電磁弁は制御部としてのＣＰＵから出力される指示信号に応じて開閉し、改質器５に供給する被改質ガスと空気と水蒸気の比率を変更可能なように構成されている。
【００３９】
改質器５に導入された被改質ガスとしての都市ガス（水蒸気が混合されている場合もあり）及び空気（被改質ガスのみの場合もあり）は、改質器５内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガスは、配管６Ｄを通ってガスタンク３へと供給される。改質器５に対して配管６Ｃが繋がっている部分と、改質器５に対して配管６Ｄが繋がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これによって、改質器５に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能となる。
【００４０】
改質器５には、改質触媒が封入されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用いられる。これらの改質触媒は球体である。
【００４１】
本実施形態では、改質器５及び各燃料電池セルスタック４００を覆うように、流路部材７が設けられている。流路部材７は、空気流路外壁７１，７２と、空気分配室７３と、空気集約室７４，７５と、空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂと、外壁７８，７９を有している。流路部材７は、長手方向に空気流路外壁７１，７２が、短手方向に外壁７８，７９が、それぞれ配置され、それらの部材によって箱状となるように形成されている。流路部材７は、改質器５及び各燃料電池セルスタック４００を覆うように、仕切り板１５に立設されている。続く説明では、流路部材７の仕切り板１５に当接する側を下方とし、その下方と反対側を上方として説明する。
【００４２】
空気分配室７３は、外壁７９の外側上方に取り付けられている。すなわち、空気分配室７３は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の外側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気分配室７３には、空気供給管７Ａが繋がれており、酸化剤ガスとしての空気が供給される。空気分配室７３には、空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂも繋がれている。
【００４３】
空気流路管７６ａ，７６ｂは、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７１に沿うように配置されている。空気流路管７６ａは、空気流路外壁７１側に、空気流路管７６ｂは、空気流路管７６ａよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管７６ａ，７６ｂの一端は外壁７９を貫通して空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７４に繋がれている。従って、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７６ａ，７６ｂを通り、空気集約室７４へと流れ込んで再合流する。
【００４４】
空気流路管７７ａ，７７ｂは、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ長手側の上方に、空気流路外壁７２に沿うように配置されている。空気流路管７７ａは、空気流路外壁７２側に、空気流路管７７ｂは、空気流路管７７ａよりも内側に、それぞれ配置されている。空気流路管７７ａ，７７ｂの一端は外壁７９を貫通して空気分配室７３に繋がれており、他端は空気集約室７５に繋がれている。従って、空気分配室７３に流入した空気は、空気流路管７７ａ，７７ｂを通り、空気集約室７５へと流れ込んで再合流する。
【００４５】
空気集約室７４，７５は、外壁７８の内側上方に取り付けられている。すなわち、空気集約室７４，７５は、空気流路外壁７１，７２と外壁７８，７９とによって形成される箱状体の内側且つ短手側の上方に取り付けられている。空気集約室７４は空気流路外壁７１と密着するように配置されており、空気集約室７４に流れ込んだ空気は空気流路外壁７１へと流れ出すように構成されている。一方、空気集約室７５は空気流路外壁７２と密着するように配置されており、空気集約室７５に流れ込んだ空気は空気流路外壁７２へと流れ出すように構成されている。
【００４６】
空気流路外壁７１，７２は、それぞれが二重壁構造となっていて、それぞれの内部を空気が流れることができるように構成されている。より具体的には、空気流路外壁７１は、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室７１１、第二室７１２、第三室７１３として形成されている。空気集約室７４から流れ込んだ空気は、第一室７１１に流れ込んだ後、第二室７１２に流れ込み、その後第三室７１３に流れ込む。同様に、空気流路外壁７２も、上方から三室に分割された構造となっており、上方から順に、第一室７２１、第二室７２２、第三室７２３として形成されている。空気集約室７５から流れ込んだ空気は、第一室７２１に流れ込んだ後、第二室７２２に流れ込み、その後第三室７２３に流れ込む。
【００４７】
第三室７１３，７２３にはそれぞれ、所定間隔をおいて複数の空気流入孔７１３ａ，７２３ａが形成されている。空気流入孔７１３ａ，７２３ａは、燃料電池セルスタック４００が連設されている方向に、各燃料電池セル４間の間隙に向かう位置であって、燃料電池セル４に対する上下方向の位置が略同一となるように、複数個形成されている。
【００４８】
空気流路外壁７１，７２に流れ込んだ空気は、空気流入孔７１３ａ，７２３ａを通って発電室１６内の燃料電池セル４近傍へと流れ込むように構成されている。空気流入孔７１３ａ，７２３ａを通って流れ込んだ空気は、燃料電池セル４の外側を通って各燃料電池セル４の下方から上方へと流れる。すなわち、燃料電池セル４の外側に沿った空間が、燃料電池セル４の外部に形成された酸化剤ガス流路５１として機能している。各燃料電池セル４の上方に至った空気は、各上支持板４００ａの間に形成された隙間である通気部１００を通過して、燃焼部１８へ流入し、各燃料電池セル４の燃料ガス流路５０を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。
【００４９】
各燃料電池セルスタック４００の上方は、空気と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部１８となっている。燃料ガスは、ガスタンク３から、燃料電池セル４の燃料ガス流路５０を通り、上側に配置された電極端子の接続流路（４０ｃ又は４２ｃ）を経由して、燃焼部１８に向けて上昇する。すなわち、接続流路４０ｃ又は接続流路４２ｃのうち、上方に開口した部分が、残余ガス排出口２０８として機能する。
【００５０】
また、燃料電池セル４の外側を流れる空気も、酸化剤ガス流路５１を通り、燃焼部１８に向けて上昇する。空気流路外壁７２の燃焼部１８に対応する部分には点火装置挿入穴７２４が設けられ、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための着火プラグＦＰが点火装置挿入穴７２４から燃焼部１８に突出されている。この着火プラグＦＰが発生する火花により、燃料ガスと空気とが混合した混合気の燃焼が誘起され点火されて燃焼する。燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、燃焼部１８によって上方から加熱される。また、空気流入孔７１３ａ，７２３ａを通って流れ込む空気も、上述したように空気流路管７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ、空気流路外壁７１，７２を通る間に、燃焼部１８における燃焼によって加熱される。
【００５１】
燃焼部１８において、燃料ガスと空気とが混合して燃焼したことにより発生した排出ガスは、隙間１５ｂから排出ガス室１７へと流入する。より具体的には、燃焼部１８において、燃料ガスと空気とが混合して燃焼したことにより発生した排出ガスは、カバー部材（図１，２，４に明示しない。図３にその外形を二点鎖線で示す）に形成された排出ガス流路（図に明示しない）を通って下方に向い、隙間１５ｂから排出ガス室１７へと流入する。排出ガス室１７に流入した排出ガスは、排気口１１から外部へ排出される。
【００５２】
点火装置挿入穴７２４と対向する部分における空気流路外壁７１には、燃焼検知部挿入穴７２５が設けられている。この燃焼検知部挿入穴７２５には、燃焼検知部ＦＳが挿入され、燃焼部１８に突出されている。燃焼検知部ＦＳは、温度センサやフレームロッドによって構成されている。燃焼検知部ＦＳを温度センサによって構成した場合には、その部分の温度上昇を計測することで燃焼が行われていることを検知する。燃焼検知部ＦＳをフレームロッドによって構成した場合には、その部分に火炎が発生していることを検知することで燃焼が行われていることを検知する。
【００５３】
次に、図７を参照しながら、着火プラグＦＰの具体的な構造及び配置について説明する。図７は、燃料電池セル４の上部に配置された着火プラグＦＰを、上面視した様子を示している。
【００５４】
着火プラグＦＰは、フランジ部２００、電極保持部２０１、第一電極２０２、及び第二電極２０３を有し、これらが一体となって燃料電池装置ＦＣに取り付けられるユニット部品である。
【００５５】
フランジ部２００は、空気流路外壁７２に設けられた点火装置挿入穴７２４に挿入、固定される部分である。燃料電池装置ＦＣと着火プラグＦＰとの接続は、このフランジ部２００によって行われる。従って、着火プラグＦＰを燃料電池装置ＦＣに固定した状態において、第一電極２０２及び第二電極２０３と、燃料電池セル４や燃焼部１８等との位置関係が適切となるように、第一電極２０２及び第二電極２０３がフランジ部２００から突出する長さや位置が調整されている。
【００５６】
電極保持部２０１は、フランジ部２００に対し貫通した状態で固定されており、その内部において第一電極２０２、第二電極２０３を互いに離間、絶縁した状態で保持するものである。第一電極２０２、第二電極２０３は、棒状の金属からなる一対の電極であって、上面視において互いに離間して配置されている。これらの間で火花放電を生じせしめることにより、燃焼部１８における燃焼が誘起される。
【００５７】
第一電極２０２、第二電極２０３それぞれの一端部２０４ａ、２０４ｂは、いずれも空気流路外壁７２の外部において露出しており、これら露出部分に対し、図示しない着火電源が接続される。着火電源は、着火プラグＦＰに対し火花を発生させるための電力を供給するための電源装置であって、制御部としてのＣＰＵから出力される指示信号に応じて、着火プラグＦＰに電力を供給するものである。燃料電池装置の起動時において、燃料ガスの供給が開始される適切なタイミングで上記指示信号が出力され、燃焼部１８における燃焼が誘起される。
【００５８】
第一電極２０２、第二電極２０３それぞれの他端部２０５ａ、２０５ｂは、空気流路外壁７２の内部において燃料電池セル集合体５００の上部に突出しており、これら他端部２０５ａ、２０５ｂに挟まれた直線状の空間として、放電部２０６が形成されている。着火電源によって着火プラグＦＰに電力が供給されると、第一電極２０２、第二電極２０３の間に大きな電位差が生じ、他端部２０５ａから他端部２０５ｂに向かう略直線状の経路に沿って火花が移動する。この火花が移動する経路が放電部２０６である。
【００５９】
第一電極２０２、第二電極２０３は、放電部２０６の近傍を除くほとんどの部分において互いに平行となるように配置されている。これに対し放電部２０６の近傍においては、いずれの電極も屈曲部２０７ａ、２０７ｂを有しており、屈曲部２０７ａ、２０７ｂよりも放電部２０６側の部分は他方の電極に向かうように屈曲している。言い換えると、第一電極２０２、第二電極２０３の先端部同士が近づくように屈曲している。
【００６０】
図７に示したように、第一電極２０２及び第二電極２０３の間に形成された放電部２０６は、上面視において、少なくともその一部が残余ガス排出口２０８と重なり合うように配置されている。すなわち、第一電極２０２と第二電極２０３との間で火花が通過する空間である放電部２０６が、燃料ガスを排出する残余ガス排出口２０８と重なるため、燃焼部１８における燃焼を確実に誘起することができる。
【００６１】
一方、第一電極２０２及び第二電極２０３は、上面視において、いずれも残余ガス排出口とは重なり合わないように配置されている。このように配置することにより、第一電極２０２及び第二電極２０３はいずれも炎に直接曝されることがない。従って、第一電極２０２、第二電極２０３が過剰に加熱されることにより着火プラグの性能が劣化してしまうことが抑制される。
【００６２】
また、本実施形態に係る第一電極２０２、第二電極２０３はいずれも屈曲部２０７ａ、２０７ｂを有しているため、放電部２０６の近傍においては、第一電極２０２と第二電極２０３との距離を小さくする一方、放電部２０６から屈曲部２０７ａ、２０７ｂの範囲を除く部分においては第一電極２０２と第二電極２０３との距離を大きくしている。これにより、放電部２０６の近傍においては火花が確実に発生する程度に両電極間の距離を小さくしながら、その他の部分においては、第一電極２０２と第二電極２０３をいずれも炎から遠くに配置し、過剰に加熱されることによる着火プラグの性能劣化を抑制している。
【００６３】
更に、本実施形態おいては、第一電極２０２を、複数の上支持板４００ａの間に形成された通気部１００の直上に配置している。このように配置することにより、通気部１００を通じて燃焼部１８に流入する酸化剤ガスによって第一電極２０２が冷却されるため、着火プラグＦＰが過剰に加熱されることによる着火プラグＦＰの性能劣化を抑制している。
【００６４】
本実施形態においては、第一電極２０２のうち屈曲部２０７ａから放電部２０６までの範囲を除く部分の全体を、上面視において通気部１００と重なり合う位置に配置した例を示した。しかし、第一電極２０２のうち屈曲部２０７ａから放電部２０６までの範囲を除く部分のうち一部でも通気部１００と重なり合っていれば、同様の効果を得ることができる。また、第一電極２０２のみならず、第二電極２０３についても、その一部を通気部１００と重なり合う位置に配置することができる。その場合、第一電極２０２、第二電極２０３のいずれもが酸化剤ガスによって冷却されるため、着火プラグＦＰが過剰に加熱されることによる着火プラグＦＰの性能劣化を更に抑制することができる。
【００６５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６６】
２：ベース部材
２ａ：穴
３：ガスタンク
４：燃料電池セル
４ａ：端部
４ｂ：端部
５：改質器
６Ａ：被改質ガス供給管
６Ｂ：水蒸気供給管
６Ｃ：配管
６Ｄ：配管
７：流路部材
７Ａ：空気供給管
１１：排気口
１３，１４：電極棒
１５：仕切り板
１５ａ：支持部材
１５ｂ：隙間
１５ｃ：混合室
１６：発電室
１７：排出ガス室
１８：燃焼部
３０：燃料電池セルユニット
３０ｃ：管内流路
４０：内側電極端子
４０ａ：本体部分
４０ｂ：管状部分
４０ｃ：接続流路
４０ｄ：段部
４２：外側電極端子
４２ａ：本体部分
４２ｂ：管状部分
４２ｃ：接続流路
４２ｄ：段部
４４：電極層
４４ａ：内側電極露出周面
４４ｂ：端面
４４ｃ：端面
４６：電解質層
４６ａ：電解質露出周面
４８：電極層
４８ａ：外側電極露出周面
５０：燃料ガス流路
５１：酸化剤ガス流路
５２：絶縁部材
５４：シール材
７１：空気流路外壁
７２：空気流路外壁
７３：空気分配室
７４：空気集約室
７５：空気集約室
７６ａ，７６ｂ，７７ａ，７７ｂ：空気流路管
７８：外壁
７９：外壁
１００：通気部
２００：フランジ部
２０１：電極保持部
２０２：第一電極
２０３：第二電極
２０４ａ、２０４ｂ：一端部
２０５ａ、２０５ｂ：他端部
２０６：放電部
２０７ａ、２０７ｂ：屈曲部
２０８：残余ガス排出口
４００：燃料電池セルスタック
４００ａ：上支持板
４００ｂ：下支持板
４００ｃ：接続部材
４００ｄ：外部端子
５００：燃料電池セル集合体
７１１：第一室
７１２：第二室
７１３：第三室
７１３ａ，７２３ａ：空気流入孔
７２１：第一室
７２２：第二室
７２３：第三室
７２４：点火装置挿入穴
７２５：燃焼検知部挿入穴
ＦＣ：燃料電池装置
ＦＰ：着火プラグ
ＦＳ：燃焼検知部
【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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【図７】
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