(57)【要約】【課題】  濃度過電圧を防止することができる燃料電池モジュールを提供すること。【解決手段】  この燃料電池モジュールＦＣは、燃料電池セル２と、燃料電池セル２を収容するセル室を、発電室と、燃料電池セル２において作用しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスを燃焼させるための燃焼室とに分離する仕切板２６と、を備え、仕切板２６には、発電室から燃焼室へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔を形成するための燃料ガス排出管２９１，２９２が配置されており、燃料ガス排出管２９１，２９２は、仕切板２６の平面方向における中央部分を含む領域Ｓ５と、中央部分を含まない領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９とに分けて形成されており、発電室から燃焼室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失は、領域Ｓ５における圧力損失が領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９全体における平均的な圧力損失よりも小さくなるように形成されている。【選択図】  図４
2009181822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、
前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記燃料電池セルにおいて作用しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスを燃焼させるための燃焼室とに分離する仕切板と、を備える燃料電池モジュールであって、
前記仕切板には、前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔が形成されており、
前記ガス排出孔は、前記仕切板の平面方向における中央部分を含む第一領域と、前記仕切板の平面方向における中央部分を含まない第二領域とに分けて形成されており、
前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失は、前記第一領域における圧力損失が前記第二領域における圧力損失よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記第一領域は前記第二領域に囲繞されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記第一領域に形成される前記ガス排出孔の開口面積の総和が前記第一領域の面積に占める比率が、前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の開口面積の総和が前記第二領域の面積に占める比率よりも高くなるように前記ガス排出孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記第一領域に形成される前記ガス排出孔の径が、前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記第一領域に形成される前記ガス排出孔及び前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記第一領域に形成される前記ガス排出孔の個数が、前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の個数よりも多いことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
前記燃料電池セルを複数含む複数の燃料電池セルスタックが形成され、
前記第二領域は更に第三領域と第四領域とに分割されると共に、前記複数の燃料電池セルスタックの少なくとも一つに対応させて、前記第三領域が前記第四領域に挟まれるように形成され、
前記ガス排出孔は、前記第三領域と前記第四領域とに分けて形成されており、
前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失は、前記第三領域における圧力損失が前記第四領域における圧力損失よりも小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項８】
前記第三領域に形成される前記ガス排出孔の径が、前記第四領域に形成される前記ガス排出孔の径よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池モジュール。
【請求項９】
前記第三領域に形成される前記ガス排出孔及び前記第四領域に形成される前記ガス排出孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１０】
前記第三領域に形成される前記ガス排出孔の個数が、前記第四領域に形成される前記ガス排出孔の個数よりも多いことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載されている燃料電池モジュールを備える燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に使用される燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
セラミックス材料を燃料電池セルに用いる固体酸化物形燃料電池は、動作温度が７００〜１０００℃と高く、発電する際に出る排熱が利用できるので、高効率な発電システムとして開発が進んでいる。通常、固体酸化物形燃料電池は、複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル集合体が金属製の容器に収容されている。また、固体酸化物形燃料電池は、容器内に設けられる仕切板で、発電室と燃焼室とに区分されており、発電室には燃料電池セル集合体が配置され、燃焼室に燃料電池セル内に酸化剤ガスを分配供給するガス分配器が配置されている。そして、発電室に燃料ガスを供給し、燃料電池セル内に酸化剤ガスを供給することで、酸化剤と燃料とを電気化学的に反応させることにより発電する。
【０００３】
発電室を動作温度に保つために、燃料電池セルに導入する酸化剤ガスや発電室に導入する燃料ガスは動作温度程度に予熱される。予熱される酸化剤ガスの温度が各燃料電池セルで異なると、ガス密度が異なることから各燃料電池セルで不均一な発電が起こり、信頼性が低下することになる。そのため、各燃料電池セルへ導入する酸化剤ガスの温度を均一にするために、燃焼室内に配置されるガス分配器に均熱手段を設けて燃焼ガスで予熱する固体酸化物形燃料電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１６５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の技術では、燃料ガスの供給不足による過電圧、いわゆる濃度過電圧が発生する可能性がある。このような濃度過電圧は、酸化剤ガスの温度を均一にすることのみでは対応することができず、上述した従来の技術では、濃度過電圧の現象を回避することができなかった。
【０００５】
そこで、本発明では、いわゆる濃度過電圧を防止することができる燃料電池モジュール、及びその燃料電池モジュールを備える燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記燃料電池セルにおいて作用しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスを燃焼させるための燃焼室とに分離する仕切板と、を備える燃料電池モジュールであって、前記仕切板には、前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔が形成されており、前記ガス排出孔は、前記仕切板の平面方向における中央部分を含む第一領域と、前記仕切板の平面方向における中央部分を含まない第二領域とに分けて形成されており、前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失は、前記第一領域における圧力損失が前記第二領域における圧力損失よりも小さくなるように形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、いわゆる濃度過電圧を防止することができる燃料電池モジュール、及びその燃料電池モジュールを備える燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。本発明者らは、いわゆる濃度過電圧を防止するために、燃料ガスの流れ方と燃料電池セルの配置態様や燃料電池セルを収容する容器との関係に着目して検討を行い、続いて説明する発明を成しえたものである。
【０００９】
本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する複数の電気的に繋げられた管状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器と、前記セル室を、前記燃料電池セルにおいて燃料ガス及び酸化剤ガスが作用して発電がおこなわれる発電室と、前記燃料電池セルにおいて作用しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスを燃焼させるための燃焼室とに分離する仕切板と、を備える燃料電池モジュールであって、前記仕切板には、前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔が形成されており、前記ガス排出孔は、前記仕切板の平面方向における中央部分を含む第一領域と、前記仕切板の平面方向における中央部分を含まない第二領域とに分けて形成されており、前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失は、前記第一領域における圧力損失が前記第二領域における圧力損失よりも小さくなるように形成されている。
【００１０】
本発明によれば、ガス排出孔は、仕切板の中央部分を含む第一領域における燃料ガスの圧力損失が他の領域である第二領域における燃料ガスの圧力損失よりも小さくなるように形成される。このため、仕切板の中央部分を含む第一領域から発電室内から燃焼室内へと導出される燃料ガスは、他の領域から導出される燃料ガスよりも体積流量が大きくなる。一方で、第一領域から導出される燃料ガスは、発電室内において相対的に高温部分を流通していたガスであることから、膨張が大きくなりガス密度が小さくなる。したがって、比較的密度が小さくなった燃料ガスの体積流量を相対的に大きくすることで、質量流量の低下を補うことができる。その結果、温度分布により生じたガスの質量流量のばらつきを防止することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域は前記第二領域に囲繞されていることも好ましい。複数の燃料電池セルを容器内に収容している場合、周辺よりも中央の温度が上昇し易い傾向にある。そこで、この好ましい態様によれば、容器周辺の体積流量と容器中央近傍の体積流量とを調整し、より温度が上昇し易い容器中央近傍における燃料ガスの流れを好適に保つことができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス排出孔の開口面積の総和が前記第一領域の面積に占める比率が、前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の開口面積の総和が前記第二領域の面積に占める比率よりも高くなるように前記ガス供給孔が形成されていることも好ましい。
【００１３】
この好ましい態様によれば、第一領域に形成されるガス排出孔の開口面積の総和と第一領域の面積との比を、第二領域に形成されるガス排出孔の開口面積の総和と第二領域の面積との比よりも高くすることができるので、第一領域における圧力損失を低下させて燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス排出孔の径が、前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の径よりも大きいことも好ましい。この好ましい態様によれば、第一領域に形成されるガス排出孔の径を大きくすることができるので、第一領域における圧力損失を低下させて燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス排出孔及び前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、各領域に形成されるガス排出孔が複数の孔に分けて形成されているので、各領域におけるガス排出孔の配置を適切に行うことができる。従って、各領域における燃料ガスの流れを適切に調整することが可能となるので、上述した燃料ガスの流れの制御をより的確に行うことができる。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第一領域に形成される前記ガス排出孔の個数が、前記第二領域に形成される前記ガス排出孔の個数よりも多いことも好ましい。この好ましい態様によれば、第一領域に形成されるガス排出孔の個数を多くすることで、第一領域における燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記燃料電池セルを複数含む複数の燃料電池セルスタックが形成され、前記第二領域は更に第三領域と第四領域とに分割されると共に、前記複数の燃料電池セルスタックの少なくとも一つに対応させて、前記第三領域が前記第四領域に挟まれるように形成され、前記ガス排出孔は、前記第三領域と前記第四領域とに分けて形成されており、前記発電室から前記燃焼室へと燃料ガスが通過する場合の圧力損失は、前記第三領域における圧力損失が前記第四領域における圧力損失よりも小さくなるように形成されていることも好ましい。
【００１８】
本発明において燃料電池セルを複数個まとめて燃料電池セルスタックを構成すると、その燃料電池セルスタックの中央近傍において温度が上昇しやすくなる。そこで、燃料電池セルスタックと第二領域とが対応する場合に、その第二領域を第四領域と第四領域で挟まれた第三領域とに分割し、それぞれでガス排出孔の形成態様を変えて第三領域における圧力損失が小さくなるように形成している。従って、各燃料電池セルスタックにおいて比較的温度が高く、質量流量の低下しやすい中央近傍の体積流量を相対的に大きくすることで、質量流量の低下を補うことができる。その結果、温度分布により生じたガスの質量流量のばらつきを防止することができる。従って、複数の燃料電池セルを収容した容器内において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三領域に形成される前記ガス排出孔の径が、前記第四領域に形成される前記ガス排出孔の径よりも大きいことも好ましい。この好ましい態様によれば、第三領域に形成されるガス排出孔の径を大きくすることができるので、第三領域における圧力損失を低下させて燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、燃料電池セルスタック毎において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三領域に形成される前記ガス排出孔及び前記第四領域に形成される前記ガス排出孔の少なくとも一方が、複数の孔に分けて形成されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、各領域に形成されるガス排出孔が複数の孔に分けて形成されているので、各領域におけるガス排出孔の配置を適切に行うことができる。従って、各領域における燃料ガスの流れを適切に調整することが可能となるので、上述した燃料ガスの流れの制御をより的確に行うことができる。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池モジュールでは、前記第三領域に形成される前記ガス排出孔の個数が、前記第四領域に形成される前記ガス排出孔の個数よりも多いことも好ましい。この好ましい態様によれば、第三領域に形成されるガス排出孔の個数を多くすることで、第三領域における燃料ガスの流れを適切かつ確実に確保することができる。従って、燃料電池セルスタック毎において燃料ガスの供給不足になる部分を少なくすることができるので、いわゆる濃度過電圧を防止することができる。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池モジュールを備える燃料電池では、上述したような作用効果を奏する燃料電池を提供することができる。
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１は、本実施形態に係る燃料電池モジュールＦＣを部分的に破断した概略的な斜視図である。燃料電池モジュールＦＣは、燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とを電気化学反応させることで発電するための装置として構成されている。
【００２５】
燃料電池モジュールＦＣは、燃料電池セル２と、集電部材３，４と、集電ロッド５と、空気ヘッダ６と、空気供給管７と、モジュール容器８と、絶縁断熱部材９と、断熱部材１０とを備えている。
【００２６】
燃料電池セル２は、２列×６列の１２本ごとに燃料電池セルスタック（図１において明示しない）として構成され、モジュール容器８内に収められている。各燃料電池セル２は、有底筒状であって、セラミックス材料からなり筒の内側から外側に向かって空気極、固体酸化物電解質、燃料極の多層構造を形成している。燃料電池セル２の内壁すなわち空気極に空気、外壁すなわち燃料極に燃料ガスが接触すると、セル内でＯ２−イオンが移動して電気化学反応が起こり空気極と燃料極との間に電位差が生じで発電が行われる。燃料電池セル２が発電した電気は、集電部材３，４によって集電され、集電ロッド５によって外部に取出される。
【００２７】
各燃料電池セル２に供給される空気は、空気供給管７を通って空気ヘッダ６に供給された空気が分配されて供給される。本実施形態の場合空気ヘッダ６は３つ設けられており、それぞれの空気ヘッダ６に空気供給管７が繋がれている。空気供給管７の上流側は空気の供給元に連結されている。
【００２８】
空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給される空気を一時的に貯留して昇温させる役割を果たすと共に、各燃料電池セル２に空気を分配する役割も果たしている。空気ヘッダ６は、各燃料電池セル２に供給する空気の流路を燃料電池セル２の数に応じて複数の系統に分配するためのものでもあるので、燃料電池セル２の数に応じてその配置数量が増減される。
【００２９】
各燃料電池セル２に供給される燃料ガスは、各燃料電池セル２の下方から供給される（詳細は後述する）。
【００３０】
燃料電池セル２、集電部材３，４、及び空気ヘッダ６は、直方体形状のモジュール容器８に収容されている。このモジュール容器８は、運転時に高温になることから、例えば、インコネルやステンレスなどの耐熱性の合金材料により形成されている。また、燃料ガスや空気を外部に漏出させないために密閉構造となっている。モジュール容器８の内側には、燃料電池セル２とモジュール容器８とを絶縁すると共に、モジュール容器８内部を保温するための絶縁断熱部材９が設けられている。絶縁断熱部材９は、アルミナ繊維等で形成されている。モジュール容器８は更に、動作温度を安定に保つためにその全体が断熱部材１０で覆われている。
【００３１】
続いて、図２を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様について説明する。図２は、図１において空気ヘッダ６側から燃料電池セル２側を見通す方向における横断面図である。燃料電池セル集合体２１は、複数の燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えている。各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、１２本の燃料電池セル２を有し、それぞれの燃料電池セル２は、２列（図中ｘ方向）×６列（図中ｙ方向）に配置されている。
【００３２】
各燃料電池セル２は有底円筒状であって、その開口部２ａを空気ヘッダ６側に向けて配置されている。各燃料電池セル２は、セル間集電部材１３及び導電性のセル接続部材１４を介して、電気的に２並列×６直列に接続されている。なお、燃料電池セル２は、発電容量等に応じて本数や配列が適宜選択される。
【００３３】
各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、所定の間隔を置いて３列（図中ｘ方向）に配置されており、３６本の燃料電池セル２を有する燃料電池セル集合体２１を構成している。それぞれの燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、集電部材３を介して電気的に直列に接続されている。このように直列接続された燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃの両端に配置される燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃの端部には、集電部材４が繋がれている。集電部材４は集電ロッド５に繋がれているので、集電ロッド５を介して外部に電力が取り出すことができる。
【００３４】
各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ、燃料電池セル２が６列に並べられている一対の側面に接するように絶縁板１６が配置されている。更に、隣接する絶縁板１６の間には熱伝導板１５が配置されている。燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｃと絶縁断熱部材９との間にも熱伝導板１５が配置されている。熱伝導板１５と集電部材３，４との間には、絶縁棒１１が配置されている。
【００３５】
このように熱伝導板１５が配置されることで、局部的に燃料電池セル２の温度が部分的に高くなっても、熱伝導板１５を介して高温部分から低温部分へ熱が移動しやすくなり、燃料電池セル２の温度分布を均一化させることができる。
【００３６】
また、上述したように絶縁板１６及び絶縁棒１１が配置されることで、熱伝導板１５と燃料電池セル２との間の電気絶縁性、及び熱伝導板１５と集電部材３，４との間の電気絶縁性が確保される。
【００３７】
続いて、図３を参照しながら、燃料電池セル２の配置態様と燃料ガス及び空気の供給態様について説明する。図３は、燃料電池モジュールＦＣの縦断面図であって、モジュール容器８の内部を示す図である。
【００３８】
図３に示すように、モジュール容器８の下方には、モジュール容器８内に導入する燃料ガスを均一に分散するための燃料ガス分散室１７が配置されている。この燃料ガス分散室１７内には、燃料ガスを予備分散する予備分散板１８が配置されている。この予備分散板１８は、例えばアルミナからなり、燃料ガス通気孔１９が一様に形成されている。また、予備分散板１８の上方には、例えばＮｉフォームからなる燃料ガス分散材２０が配置されている。燃料ガス分散室１７の上流側（図中下側）には、燃料ガス供給管２２が設けられ、この燃料ガス供給管２２の上流側は燃料ガスの供給元に連結されている。また、モジュール容器８と燃料ガス分散室１７との間には、燃料ガスを燃料ガス分散室１７からモジュール容器８に通気させるための燃料ガス分散板２３が設けられている。この燃料ガス分散板２３には、複数の燃料ガス供給孔２４が形成されている。
【００３９】
また、燃料電池セル集合体２１の上方に配置される空気ヘッダ６には、燃料電池セル２の空気極に空気を導入する複数の空気導入管２５が連結されている。この空気導入管２５は、燃料電池セル２の管内に挿入され、その下端部は燃料電池セル２の底面付近まで延びている。
【００４０】
また、モジュール容器８内には、燃料電池セル２の長尺方向に対して垂直方向に沿って形成される矩形状の仕切板２６（仕切板）が設けられている。この仕切板２６は、アルミナ繊維を積層してブランケット状に形成したものが用いられている。モジュール容器８内において、この仕切板２６で仕切られた上側に燃焼室２７が形成され、下側に発電室２８が形成される。ここで、燃焼室２７は、発電室２８で反応に寄与しなかった余剰の燃料ガスと、各燃料電池セル２の筒内で反応に寄与しなかった余剰の空気とを混合して燃焼させるための空間である。発電室２８は、燃料ガス供給孔２４から導入される燃料ガスを各燃料電池セル２に接触させ、各燃料電池セル２の管内に流れる空気との電気化学反応を生じさせて発電させるための空間である。
【００４１】
また、仕切板２６には、残余の燃料ガスを発電室２８から燃焼室２７に排出するための、例えばアルミナからなる筒状の燃料ガス排出管２９が複数挿通されている。従って、仕切板２６には、発電室２８から燃焼室２７へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔が形成されていることになる。
【００４２】
続いて、図４を参照しながら仕切板２６に設けられる燃料ガス排出管２９について詳細に説明する。図４は、図３の仕切板２６を上方から示す図である。
【００４３】
図４に示すように、仕切板２６には、図中破線で分割した各領域であって、９つの領域Ｓ１（第二領域、第四領域），領域Ｓ２（第二領域），領域Ｓ３（第二領域、第四領域），領域Ｓ４（第二領域、第三領域），領域Ｓ５（第一領域），領域Ｓ６（第二領域、第三領域），領域Ｓ７（第二領域、第四領域），領域Ｓ８（第二領域），領域Ｓ９（第二領域、第四領域）が形成されている。これらの９つの領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９は概念的な領域であって、実際に仕切板２６に破線が描かれている必要はない。
【００４４】
各領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９には、それぞれ複数の燃料ガス排出管２９が設けられている。本実施形態の場合、燃料ガス排出管２９は管径の違いにより２種類用いられているので、説明の便宜上、管の内径が１５ｍｍのものを燃料ガス排出管２９１と表記し、管の内径が２０ｍｍのものを燃料ガス排出管２９２と表記する。図４において、燃料ガス排出管２９２は、円内にＸ印を付して表すものとし、燃料ガス排出管２９１と区別するものとする。尚、この表記は便宜上のものであって、燃料ガス排出管２９２の管内にＸ状の仕切り等が設けられているわけではなく、通常の円形管である。
【００４５】
本実施形態の場合、第二領域及び第二領域中の第四領域に相当する領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９には、燃料ガス排出管２９１が４本ずつ配置されている。また、第一領域及び第二領域中の第三領域に相当する領域Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６には、燃料ガス排出管２９１が４本ずつと、燃料ガス排出管２９２が５本ずつ配置されている。これらの燃料ガス排出管２９１，２９２を通って、燃料ガスが発電室２８から燃焼室２７へと供給される。
【００４６】
各燃料ガス排出管２９１，２９２の配置本数の関係から、各領域について単位面積当たりにおける開口面積は次の通りとなる。すなわち、領域Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６が大きく、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９が小さい。
【００４７】
以上のことから、仕切板２６の平面方向における中央部分を含む第一領域に相当する領域Ｓ５における燃料ガスの圧力損失は、仕切板２６の平面方向における中央部分を含まない第二領域に相当する領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９全体における平均的な燃料ガスの圧力損失よりも小さい。
【００４８】
また、第一領域に相当する領域Ｓ５に形成される燃料ガス排出管２９１，２９２の開口面積の総和が領域Ｓ５の面積に占める比率は、第二領域に相当する領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９に形成される燃料ガス供給孔燃料ガス排出管２９１，２９２の開口面積の総和が領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９の面積の総和に占める比率よりも高い。
【００４９】
また、各領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９に形成されている燃料ガス排出管２９１，２９２は、図示する通り複数の孔に分けて形成されている。
【００５０】
更に、本実施形態の場合には、第二領域をその一部において第三領域と第四領域とに分割している。より具体的には、領域Ｓ１，Ｓ４，Ｓ７において、領域Ｓ４を第三領域とし、領域Ｓ１，Ｓ７を第四領域としている。領域Ｓ４は、領域Ｓ１と領域Ｓ７とに挟まれるように形成されている。更に、領域Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９において、領域Ｓ６を第三領域とし、省域Ｓ３，Ｓ９を第四領域としている。
【００５１】
このように第二領域を更に、第三領域及び第四領域に分割する概念を導入すると、第三領域に相当する領域Ｓ４，Ｓ６における燃料ガスの圧力損失は、領域Ｓ１，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ９における燃料ガスの圧力損失よりも小さくなるように構成できる。
【００５２】
上述のように構成すると、領域Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６における燃料ガスの圧力損失が最も小さく、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９は圧力損失が比較的大きくなる。
【００５３】
このように仕切板２６の平面方向において圧力損失の差を生じるように形成している理由について説明する。
【００５４】
図４に示すように、燃料電池セルスタック２１ａに相当する位置には、領域Ｓ１，Ｓ４，Ｓ７が対応し、燃料電池セルタック２１ｂに相当する位置には、領域Ｓ２，Ｓ５，Ｓ８が対応し、燃料電池セルスタック２１ｃに相当する位置には、領域Ｓ３，Ｓ６，Ｓ９が対応している。
【００５５】
各燃料電池セルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおいては、燃料電池セル２が配置されている長手方向における中央近傍、すなわち２列×６列に燃料電池セル２が配置されている場合に６列の中央の２列の近傍の温度が最も高くなり、その両側の温度が比較的低くなる。従って、燃料電池セルスタック２１ａでは、領域Ｓ４に対応する燃料電池セル２の温度が高くなり、領域Ｓ１，Ｓ７に対応する燃料電池セル２の温度が比較的低くなり、燃料電池セルスタック２１ｂでは、領域Ｓ５に対応する燃料電池セル２の温度が高くなり、領域Ｓ２，Ｓ８に対応する燃料電池セル２の温度が比較的低くなり、燃料電池セルスタック２１ｃでは、領域Ｓ６に対応する燃料電池セル２の温度が高くなり、領域Ｓ３，Ｓ９に対応する燃料電池セル２の温度が比較的低くなる。また、燃料電池セルスタック２１ｂは、燃料電池セルスタック２１ａと燃料電池セルスタック２１ｃとに挟まれているので、その中央近傍の温度は最も高くなる。
【００５６】
これらのことから、領域Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６における燃料ガスの圧力損失を低くすることで、対応する位置における燃料電池セル２の燃料ガス不足を補うことができる。
【００５７】
続いて、図５を参照しながら、燃料電池モジュールＦＣを用いた燃料電池ＦＣＳの構成について説明する。図５は、燃料電池ＦＣＳの構成を示すブロック図である。図５に示すように、燃料電池ＦＣＳは、燃料電池モジュールＦＣと、燃料供給部ＦＰと、空気供給部ＡＰと、水供給部ＷＰと、電力取出部ＥＰと、制御部ＣＳとを備えている。燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、水供給部ＷＰ、及び電力取出部ＥＰは、燃料電池ＦＣＳの補器ＡＤを構成している。
【００５８】
燃料供給部ＦＰは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュールＦＣに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部ＦＰから供給される燃料ガスは燃料ガス供給管２２へと送り出される。
【００５９】
空気供給部ＡＰは、空気供給源としての大気中から空気を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部ＡＰから供給される空気は空気供給管８へと送り出される。
【００６０】
水供給部ＷＰは、水供給源としての水道管から水を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部ＷＰから供給される水は、燃料電池モジュールＦＣ内部で水蒸気となって送り出される。
【００６１】
電力取出部ＥＰは、燃料電池モジュールＦＣから電力を取り出す部分であって、インバータ等の電力変換装置を有している。電力取出部ＥＰは、集電ロッド５と繋がっていて、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。
【００６２】
制御部ＣＳは、燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、駆動補器ＡＤ、及び電力取出部ＥＰのそれぞれを制御するための部分であって、ＣＰＵやＲＯＭを有している。燃料電池モジュールＦＣの動作は、制御部ＣＳからの指示信号に基づいて実行される。
【００６３】
このように構成された燃料電池ＦＣＳの動作について説明する。発電室２８を電気化学反応が生じる温度（７００〜１０００℃）に昇温する。空気供給部ＡＰから空気を空気供給管７に供給し、空気ヘッダ６内に貯留する。貯留された空気は、複数の空気導入管２５内を下方に流れ、下端から燃料電池セル２の筒内に流出する。流出した空気は、燃料電池セル２の筒内を上方に流れる。このとき、空気は、空気極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった空気は、燃料電池セル２の開口部２ａから燃焼室２７に達する。
【００６４】
また、燃料供給部ＦＰから燃料ガスを燃料ガス供給管２２に供給し、燃料ガス分散室１７内に貯留する。貯留された燃料ガスは、燃料ガス分散板２３に形成された複数の燃料ガス供給孔２４から発電室２８内に導入され、発電室２８内を各燃料電池セル２を包囲しながら上方に流れる。このとき、燃料ガスは、燃料極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった燃料ガスは、仕切板２６の燃料ガス排出管２９を通って燃焼室２７に達する。
【００６５】
燃焼室２７に達した残余の燃料ガスと残余の空気とは、所定の点火装置を用いて燃焼され排出ガスが、モジュール容器９の上壁に連結された排ガス管から燃焼室２７の外に排出される。この排出ガスは高温となるために、発電室２８を加熱するための熱源として利用される。
【００６６】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、発電室２８から燃焼室２７に残余の燃焼ガスを通気させる燃料ガス排出手段として、燃料ガス排出管２９を用いたが、仕切板２６に孔のみを形成した燃料ガス排出孔を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態に係る燃料電池モジュールを部分的に破断した概略的な斜視図である。
【図２】図１において空気ヘッダ側から燃料電池セル側を見通す方向における横断面図である。
【図３】燃料電池モジュールの縦断面図である。
【図４】本実施形態に係る燃料電池モジュールの仕切板を上方から示す図である。
【図５】燃料電池の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６８】
２…燃料電池セル、３，４…集電部材、５…集電ロッド、６…空気ヘッダ、７…空気供給管、８…モジュール容器、９…絶縁断熱部材、１０…断熱部材、２１…燃料電池セル集合体、２５…空気導入管、２６…仕切板、２７…燃焼室、２８…発電室、２９…燃料ガス排出孔、２９１…燃料ガス排出管、２９２…燃料ガス排出管、ＦＣ…燃料電池モジュール、ＦＣＳ…燃料電池。
【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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