JP2013157271A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼部における燃焼性の安定化、ひいては改質器の温度の安定化、スタックの発電反応の安定化に有利な燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料電池装置は、改質器２００と、スタック２５０と、燃焼部３００と、燃焼部３００で燃焼された燃焼排ガスを外部に排出させる排ガス流路４００と、スタック２５０に供給されるカソードガスを通過させるカソードガス流路部材６００と、燃焼部３００において燃焼された燃焼排ガスを排ガス流路４００に向けて排出させる排ガス第１中間流路３０３と、筐体８００とを有する。カソードガス流路部材６００および改質器２００の相対的な位置を規制する規制突起９００が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料を改質させてアノードガスを生成させる改質器を有する燃料電池装置に関する。

特許文献１，２に係る燃料電池装置は、燃料を改質させることにより水素を含むアノードガスを生成させる改質器と、改質器で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガスが供給されて発電する燃料電池のスタックと、スタックから吐出されたアノードオフガスを燃焼させて改質器を改質反応に適する温度領域に加熱させる燃焼部と、燃焼部で燃焼された燃焼排ガスを外部に排出させる排ガス流路と、スタックに供給されるカソードガスを通過させる上下方向に沿って延設されたカソードガス流路部材とを有する。このものによれば、燃焼部と排ガス流路とを連通させるように、改質器とカソードガス流路部材との間には、排ガス中間流路が形成されている。排ガス中間流路は、燃焼部において燃焼された高温の燃焼排ガスを排ガス流路に向けて排出させる。この燃料電池装置によれば、燃料電池装置の高さ方向に沿って切断する断面において、改質器、スタック、燃焼部、排ガス流路、カソード流路部材は、鉛直線方向に対して左右対称形状とされている。

特開２０１０−５５９１７号公報 特開２００８−２４３５８９号公報

上記した燃料電池装置によれば、燃料電池装置を組み付ける組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪み等が発生すると、カソードガス流路部材および改質器の相対的な位置がずれるおそれがある。この場合、排ガス中間流路の流路幅が変動するおそれがある。

このように排ガス中間流路の流路幅が変動すると、燃焼部から排ガス中間流路を経て排ガス流路に流れる燃焼排ガスの単位時間当たりの排出流量が正常値に対してかなり変動するおそれがある。この結果、燃焼部におけるアノードオフガスの燃焼性の安定性が損なわれるおそれがある。このように燃焼部における燃焼性の安定性が損なわれれば、燃焼部における燃焼によって加熱される改質器の温度の安定性が必ずしも充分ではなくなるおそれがある。ひいてはスタックの発電反応の安定性が損なわれるおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池装置を組み付ける組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪みが発生する場合であっても、燃焼部において燃焼した燃焼排ガスの排出性を確保し、燃焼部における燃焼性の安定化、ひいては改質器の温度の安定化、スタックの発電性能の安定化に有利な燃料電池装置を提供することを課題とする。

（１）本発明の様相１に係る燃料電池装置は、（i）燃料を改質させることにより水素を含むアノードガスを生成させる改質器と、（ii）改質器の下方に設けられ、改質器で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガスが供給されて発電する燃料電池のスタックと、（iii）スタックから吐出されたアノードオフガスを燃焼させて改質器を改質反応に適する温度領域に加熱させる燃焼部と、（iv）燃焼部で燃焼された燃焼排ガスを外部に排出させる排ガス流路と、（v）スタックに供給されるカソードガスを通過させる上下方向に沿って延設されたカソードガス流路部材と、（vi）燃焼部と排ガス流路とを連通させるように、改質器とカソードガス流路部材との間に形成され、燃焼部において燃焼された燃焼排ガスを排ガス流路に向けて排出させる排ガス第１中間流路と、（vii）改質器、スタック、燃焼部、カソードガス流路部部材、排ガス第１中間流路を収容する筐体と、（viii）筐体の高さ方向に沿った断面で、鉛直方向に対して直交する方向においてカソードガス流路部材および改質器の相対的な位置を規制し、且つ、カソードガス流路部材と改質器との間に形成される排ガス第１中間流路の流路幅Ｌ１の変動を規制する規制突起とを具備する。

規制突起は、カソードガス流路部材に設けられていても良いし、改質器に設けられていても良いし、筐体に設けられていても良い。規制突起は、鉛直方向に対して直交する方向においてカソードガス流路部材および改質器の相対的な位置を規制する。これによりカソードガス流路部材と改質器との間に形成される排ガス第１中間流路の流路幅Ｌ１の変動を規制することができる。

本様相によれば、燃料電池装置を組み付ける組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪みが発生したとしても、規制突起は、鉛直方向に対して直交する方向において、カソードガス流路部材および改質器の相対的な位置を規制する。すなわち、組付誤差や歪みが過剰に発生したとしても、規制突起は、カソードガス流路部材および／または改質器に接触する。このため規制突起は、カソードガス流路部材および改質器の相対的な位置を規制することができる。これにより規制突起は、カソードガス流路部材と改質器との間に形成される排ガス第１中間流路の流路幅Ｌ１の変動を規制することができる。

このため燃焼部から排ガス第１中間流路を経て排ガス流路に流れる排ガスの単位時間当たりの流量の過剰な変動が抑制される。この結果、燃焼部におけるアノードオフガスの燃焼性の安定性が確保される。このように燃焼部における燃焼性が安定すれば、燃焼部における燃焼によって加熱される改質器の温度を安定させることができる。このため、改質器によって生成されるアノードガスの水素濃度が安定し、ひいてはスタックの発電反応も安定する。

（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、規制突起は、改質器およびカソードガス流路部材のうちの少なくとも一方に設けられており、規制突起の巾は、一方側よりも他方側において小さくされている。組付誤差や歪みが過剰に発生すると、規制突起は、改質器および／またはカソードガス流路部材に接触する。このように規制突起が接触するとき、改質器および／またはカソードガス流路部材の熱が規制突起を介して伝達されることがある。このとき、規制突起の巾は、規制突起が設けられている一方側よりも他方側において小さくされている。このため規制突起を介しての伝熱が抑えられる。従って、改質器および／またはカソードガス流路部材の熱が規制突起を介して奪われることが抑制される。

（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、更に、前記断面において、改質器に対してカソードガス流路部材の反対側に断熱層と、燃焼部と排ガス流路とを連通させるように改質器と断熱層との間に形成され、燃焼部において燃焼された燃焼排ガスを排ガス流路に向けて排出させる流路幅を前記断面においてＬ２とする排ガス第２中間流路とを具備する。燃焼部において燃焼された燃焼排ガスは、排ガス第２中間流路からも排ガス流路に向けて排出される。

（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、前記断面で、カソードガス流路部材の中心を鉛直方向に沿って通過する仮想中心線に対して、規制突起、排ガス第１中間流路、カソードガス流路部材、改質器およびスタックは、ほぼ左右対称的に設けられている。

このように規制突起がほぼ左右対称的に設けられているため、燃料電池装置を組み付ける組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪みが発生する場合であっても、改質器およびカソードガス流路部材の相対位置を規制させるのに有利であり、流路幅Ｌ１の変動防止に有利である。

（５）本発明の様相５に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、Ｌ１＝Ｌ２の関係、Ｌ１＞Ｌ２の関係、および、Ｌ１＜Ｌ２の関係のうちのいずれかに設定されている。カソードガス流路部材を流れるカソードガス（スタックのカソードに供給される直前のカソードガスの温度）を予熱させる程度は、スタックのカソード、ひいてはスタックの温度に影響を与え、スタックの耐久性に影響を与える。

Ｌ１＝Ｌ２であれば、排ガス第１中間流路から排出される排ガスと、排ガス第２中間流路から排出される排ガスとについて、流量的には対応する。Ｌ１＞Ｌ２の関係であれば、排ガス第１中間流路から排出される燃焼排ガスの流量を相対的に増加させることができる。この場合、排ガス第１中間流路から排出される排ガスによって、カソードガス流路部材のカソードガス（スタックのカソードに供給される直前のカソードガス）を予熱させる予熱量を相対的に増加できる。この場合、カソードガスの予熱温度を相対的に高めにできる。

Ｌ１＜Ｌ２の関係であれば、排ガス第１中間流路から排出される燃焼排ガスの流量を相対的に減少させることができる。この場合、カソードガス流路部材のカソードガス（スタックのカソードに供給される直前のカソードガス）を予熱させる予熱量を相対的に減少できる。カソードガスの予熱温度を相対的に低めにできる。

本発明によれば、燃料電池装置を組み付ける組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪みが発生したとしても、規制突起は、カソードガス流路部材と改質器との間に形成される排ガス第１中間流路の流路幅Ｌ１の変動を規制することができる。このため燃焼部から排ガス第１中間流路を経て排ガス流路に流れる排ガスの単位時間当たりの流量の過剰な変動が抑制される。この結果、燃焼部におけるアノードオフガスの燃焼性の安定性が確保される。このように燃焼部における燃焼性が安定すれば、燃焼部における燃焼によって加熱される改質器の温度を安定させることができる。このため、改質器によって生成されるアノードガスの水素濃度が安定し、ひいてはスタックの発電反応も安定する。

実施形態１に係り、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面を示し、燃料電池装置の高さ方向に沿って切断した断面図である。 実施形態１に係り、燃料電池の内部を示す平面図である。 実施形態１に係り、改質器付近を拡大して示す断面図である。 実施形態１に係り、カソードガス流路部材に固定されている規制突起付近を示す図である。 実施形態２に係り、カソードガス流路部材に固定されている規制突起付近を示す図である。 実施形態３に係り、カソードガス流路部材に固定されている規制突起付近を示す図である。 実施形態４に係り、カソードガス流路部材に固定されている規制突起付近を示す図である。 実施形態５に係り、カソードガス流路部材に固定されている規制突起付近を示す図である。 実施形態６に係り、カソードガス流路部材に固定されている規制突起付近を示す図である。 実施形態７に係り、カソードガス流路部材に固定されている規制突起付近を示す図である。

（実施形態１）
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を示す。図２は燃料電池装置の内部の平面視の概念を示す。図１に示すように、本実施形態の燃料電池装置は、間隔ＤＡを隔てて互いに対向する改質部２０５を有する改質器２００と、燃料電池のスタック２５０と、燃焼部３００と、排ガス流路４００と、カソードガス流路５００と、カソードガス流路部材６００と、断熱層７００と、筐体８００とを有する。

改質器２００の改質部２０５は、炭化水素系の燃料ガスを水蒸気で改質させることにより、水素を主成分として含むアノードガスを生成させる。図２に示すように、改質器２００は平面視でコノ字形状をなしており、液相状の改質水を水蒸気化させるように始端２００ａ側に形成された蒸発部２０６と、蒸発部２０６に連接された改質部２０５とを有する。改質部２０５は、平面視でほぼコノ字形状をなすように、連設部２００ｍで結合されている。蒸発部２０６および筐体４００の端板８０９には、配管２４０が溶接部２４５等で接続されて固定されている。

配管２４０は二重管であり、改質水を供給させる給水流路となる内管２４１と、燃料ガスを供給させる燃料ガス流路となる外管２４２とを有する。給水流路および燃料ガス流路は逆でも良い。配管２４０は二重管に限定されるものではなく、給水流路となる配管、燃料ガス流路となる配管を改質器２００に溶接で個別に固定しても良い。

図１に示すように、改質器２００は容器状をなしており、底壁２０１、上壁２０２と、第１側壁２０３と、第２側壁２０４とを有しており、改質反応を促進させるための改質触媒を担持したボール状またはハニカム状等のセラミックス担体を収容する改質室を形成する。図１、図３に示すように、第１側壁２０３は、排ガス第１中間流路３０３を介してカソードガス流路部材６００に対面する。第２側壁２０４は、断熱層７００のうちの側断熱層７０１に排ガス第２中間流路３０４を介して対面する。

図１に示すように、スタック２５０は改質器２００の下方に設けられており、改質器２００で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガスが供給されて発電する。スタック２５０を構成する燃料電池の単セル２５１は固体酸化物形であり、アノード、電解質膜、カソードを有する。スタック２５０を構成する複数の単セル２５１は、図１の紙面の垂直方向（図２の矢印Ｎ方向）に沿って並設されており、分配タンク２５２に設置されている。この場合、改質器２００で生成された水素を含むアノードガスは、アノードガス流路２５４を介して分配タンク２５２に供給され、更に各単セル２５１のアノードの下部に分配される。分配されたアノードガスは、各単セル２５１のアノードの内部を発電反応に使用されつつ矢印Ｕ方向に上昇し、スタック２５０の上面２５３から燃焼部３００に吐出される。

図１に示すように、カソードガス流路５００はカソードガス（酸素含有ガス，空気）を矢印Ａ１方向に通過させるものであり、筐体８００において排ガス流路４００よりも外側に配置されており、外壁体８０１と中壁体８０２を利用して形成されている。カソードガス流路５００は、底側の第１流路５０１と、縦方向（高さ方向，矢印Ｈ方向）に沿った第２流路５０２と、横方向に沿った第３流路５０３とを有する。カソードガス流路部材６００の上部は、カソードガス流路５００の第３流路５０３の先端部に連通されており、スタック２５０の各単セル２５１のカソードに供給されるカソードガス（酸素含有ガス，空気）を通過させる縦流路６０６を形成する。縦流路６０６は、筐体８００の内部の中央領域に位置しており、これの上部から下部にかけて鉛直方向に沿って延設されている。すなわち、カソードガス流路部材６００は、筐体８００の内部の中央域において、上下方向（矢印Ｈ方向）に沿って延設されている。カソードガス流路部材６００を通過したカソードガスは、これの先端側の吐出部６０８からスタック２５０のカソードの下部に向けて流れ、スタック２５０のカソードにおいて発電反応に使用されつつカソードに沿って上昇する。

図１に示すように、燃焼部３００は、スタック２５０との上面２５３と改質器２００との間に設けられた燃焼空間で形成されている。燃焼部３００は、スタック２５０の上面２５３から吐出された発電反応後のアノードオフガスを燃焼させて燃焼火炎３０５を形成し、改質器２００の底壁２０１を加熱させ、改質器２００を改質反応に適する温度領域に維持させる。アノードオフガスは、発電反応に消費されなかった水素を含むため、可燃性をもつ。このようにスタック２５０の上面２５３から燃焼部３００に吐出されたアノードオフガスは燃焼部３００において燃焼火炎３０５を形成し、改質器２００を改質反応に適する温度領域に加熱させる。

図１に示すように、排ガス流路４００は筐体８００内に設けられており、燃焼部３００で燃焼された高温の燃焼排ガスを矢印Ｂ１方向に外部に向けて排気口４０８から排出させる。排ガス流路４００は、筐体８００の中壁体８０２を利用して形成されている。排ガス流路４００は、カソードガス流路５００の内側にこれに隣設されており、側断熱層７０１の外側に形成されている。排ガス流路４００はカソードガス流路５００の内側に設けられており、縦方向に延びる第１流路４０１と、排気口４０８に連通する底側の第２流路４０２とをもつ。排ガス流路４００を流れる相対的に高温の燃焼排ガスと、カソードガス流路５００を流れる相対的に低温のカソードガスとは、互いに熱交換しつつ、逆方向に流れる。

図１，図３に示すように、排ガス第１中間流路３０３は、改質器２００の上壁２０２の上空間３０２を介して、燃焼部３００と排ガス流路４００の入口４００ｉとを連通させるように、改質器２００の第１側壁２０３とカソードガス流路部材６００の縦壁６０７との間に形成されており、燃焼部３００において燃焼された高温の燃焼排ガスを入口４００ｉから排ガス流路４００に排出させる。なお、図１に示すようにカソードガス流路５００の第３流路５０３と改質器２００の上壁２０２との間には、上空間３０２が形成されている。上空間３０２には、排ガス第１中間流路３０３を流れた燃焼排ガスが通過する。

図１に示すように、断熱層７００は断熱材料で形成されており、スタック２５０の外側を覆う側断熱層７０１と、スタック２５０の外側を覆う底断熱層７０２とで形成されている。改質器２００の第２側壁２０４と側断熱層７０１との間には、排ガス第２中間流路３０４が形成されている。排ガス第２中間流路３０４は、燃焼部３００と排ガス流路４００の入口４００ｉとを連通させるように、改質器２００の第２側壁２０４と側断熱層７０１との間に形成されており、燃焼部３００において燃焼された高温の燃焼排ガスを入口４００ｉから矢印Ｗ２方向に排ガス流路４００に排出させる。このように改質器２００は、底壁２０１ばかりではなく、第１側壁２０３、第２側壁２０４および上壁２０２からも加熱される。これにより改質器２００における温度および改質反応の安定化が図られている。

図２に示すように、断熱層７００は、第１端断熱層７０３および第２端断熱層７０４を有する。図２に示すように、平面視でコノ字形状をなす改質器２００の始端２００ａ側、および、筐体８００の端板８０９側には、燃料ガス流路および給水路を形成する配管２４０が溶接部２４５で固定されている。改質器２００の終端２００ｃ側、および筐体８００の端板８０９には、温度センサを挿入させるセンサ配管２４８が溶接部２４７で固定されている。燃料ガスは、配管２４０により始端２００ａ側から改質器２００に供給され、改質されつつ、終端２００ｃ側に向けて矢印Ｆ１方向（図２参照）に流れる。図２に示すように、カソードガス流路部材６００は、互いに対向する改質部２０５に挟まれるように、改質部２０５間に位置している。

図１，図３は、燃料電池装置を構成する筐体８００の高さ方向（矢印Ｈ方向）に沿った断面を示す。図１，図３において、カソードガス流路部材６００の縦壁６０７には、２つの規制突起９００が互いに反対方向に向けて設けられている。この断面において、規制突起９００は、鉛直方向に対して直交する方向（矢印Ｍ方向）において、カソードガス流路部材６００および改質器２００の相対的な位置を規制する。これにより、規制突起９００は、カソードガス流路部材６００と改質器２００の第１側壁２０３との間に形成される排ガス第１中間流路３０３の流路幅Ｌ１の変動を規制する。

更に説明を加える。すなわち、図１に示すように、筐体８００は、改質器２００、スタック２５０、燃焼部３００、カソードガス流路５００、排ガス流路４００、カソードガス流路部材６００、断熱層７００、排ガス第１中間流路３０３、排ガス第２中間流路３０４を収容する。本実施形態によれば、規制突起９００は、カソードガス流路部材６００に溶接部９０５（図４参照）で固定されているが、溶接部９０５に限らず、ボルト等の取付具で固定しても良い。

図４に示すように、規制突起９００の巾寸法（厚み寸法）Ｔ１は、カソードガス流路部材６００（一方）側よりも、改質器２００（他方）側において小さくされている。Ｔ１は、規制突起９００をこれの突出方向と直交する方向に沿って切断する横断面において、規制突起９００の外輪郭が区画する部位の巾をいう。規制突起９００は、前記断面（図１，図３，図４）において、鉛直方向（燃料電池装置の高さ方向，矢印Ｈ方向）に対して直交する方向（矢印Ｍ方向）において、カソードガス流路部材６００および改質器２００の相対的な位置を規制することができる。これによりカソードガス流路部材６００と改質器２００との間に形成される排ガス第１中間流路３０３の流路幅Ｌ１の変動を規制することができる。

本実施形態によれば、図１および図３に示す断面において、前述したように、改質器２００に対してカソードガス流路部材６００の反対側に側断熱層７０１が設けられている。燃焼部３００と排ガス流路４００の入口４００ｉとを側断熱層７０１側において連通させるように、排ガス第２中間流路３０４が形成されている。排ガス第２中間流路３０４は、改質器２００の第２側壁２０４と側断熱層７０１との間に位置する。燃焼部３００において燃焼された高温の燃焼排ガスは、排ガス第２中間流路３０４を介して矢印Ｗ２方向に排ガス流路４００の入口４００ｉから排ガス流路４００に流れる。ここで、断面を示す図１，図３において、排ガス第２中間流路３０４の流路幅はＬ２とされている。

さて、本実施形態によれば、燃料電池装置を組み付けるときにおける組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪みが発生するおそれがある。このようなときであっても、規制突起９００は、鉛直方向に対して直交する方向（矢印Ｍ方向）において、カソードガス流路部材６００および改質器２００の相対的な位置を規制する。すなわち、仮に組付誤差や歪みが過剰に発生したとしても、カソードガス流路部材６００に形成されている規制突起９００の先端９００ｅは、改質器２００の第１側壁２０３に接触するため、それ以上の動きが抑制される。このため仮に組付誤差や歪みが過剰に発生したとしても、規制突起９００は、カソードガス流路部材６００および改質器２００の相対的な位置を規制することができる。これにより規制突起９００は、カソードガス流路部材６００と改質器２００との間に形成される排ガス第１中間流路３０３の流路幅Ｌ１の変動を規制することができる。この結果、発電運転において、燃焼部３００から矢印Ｗ１方向に排ガス第１中間流路３０３を経て排ガス流路４００に流れる排ガスの単位時間当たりの流量の過剰な変動が抑制される。この結果、燃焼部３００におけるアノードオフガスの燃焼性の安定性が確保される。このように燃焼部３００における燃焼性が安定すれば、燃焼部３００における燃焼によって加熱される改質器２００の温度を安定させることができる。このため、改質器２００によって生成されるアノードガスの水素濃度が安定し、ひいてはスタック２５０の発電反応も安定する。

勿論、排ガス第１中間流路３０３の流路幅Ｌ１の変動が抑制されることは、排ガス第２中間流路３０４の流路幅Ｌ２の変動が抑制されることにもなる。この結果、燃焼部３００から排ガス第２中間流路３０４を経て排ガス流路４００に流れる排ガスの単位時間当たりの流量の過剰な変動が抑制され、燃焼部３００におけるアノードオフガスの燃焼性の安定性が確保される。このため前述したように燃焼部３００における燃焼性が安定し、燃焼部３００における燃焼によって加熱される改質器２００の温度を安定させることができる。

本実施形態によれば、図４に示すように、規制突起９００は、カソードガス流路部材６００（一方）の縦壁６０７に溶接部９０５で固定されて設けられている。通常の状態では、規制突起９００の先端９００ｅと改質器２００の第１側壁２０３とは、非接触とされており、ΔＬの隙間が形成されている。これにより改質反応を行う改質部２０５の熱が規制突起９００を介してカソードガス流路部材６００に伝達されることが抑制される。ひいては改質器２００の温度の安定性が損なわれることが抑制される。改質反応は吸熱反応であるため、改質器２００の温度が低下することは、好ましくない。

万一、組付誤差や歪みが過剰に発生する等の理由により、カソードガス流路部材６００に固定されている規制突起９００の先端９００ｅが改質器２００の第１側壁２０３に接触すると、改質反応を行う改質器２００の熱が規制突起９００を介してカソードガス流路部材６００側に伝達されるおそれがある。この点について本実施形態によれば、規制突起９００の巾Ｔ１（図４参照）は、規制突起９００が設けられているカソードガス流路部材６００（一方）側よりも、改質器２００（他方）側において小さくされている。このため規制突起９００が改質器２００の第１側壁２０３に接触したとしても、両者の伝熱接触面積は小さく抑えられる。このため、改質器２００の熱が規制突起９００を介してカソードガス流路部材６００に伝熱されることが抑えられる。従って、改質器２００の熱が規制突起９００を介してカソードガス流路部材６００に奪われることが抑制される。このため改質反応（吸熱反応）を行う改質器２００の温度が適切に維持され、改質器２００における改質反応を良好に実施でき、改質器２００により生成されるアノードガスの組成の安定化に貢献できる。

図２から理解できるように、前述したごとく、改質器２００の始端２００ａおよび終端２００ｃは、配管２４０，２４８の溶接部２４５，２４７で筐体８００の端板８０９側に固定されて拘束されている。しかしながら、改質器２００の始端２００ａおよび終端２００ｃに対して反対側の連設部２００ｍの拘束性は、低い。このため、組付誤差や使用時における熱膨張および熱変形に基づく歪み等が発生すると、改質器２００の連設部２００ｍが矢印Ｍ方向（図２参照）において相対変位するおそれがある。

この点について本実施形態によれば、図２に示すように、規制突起９００は、改質器２００の始端２００ａおよび終端２００ｃに対して反対側に位置するように、カソードガス流路部材６００の端部６００ｍ（改質器２００の連設部２００ｍに対面する側の端部）に設けられている。従って、改質器２００の始端２００ａおよび終端２００ｃの反対側に位置する端部６００ｍ側において、改質器２００およびカソードガス流路部材６００の矢印Ｍ方向における相対変位は、効果的に抑制される。

殊に、図２から理解できるように、規制突起９００は、矢印Ｎ方向においてカソードガス流路部材６００の全体に設けられているものではなく、矢印Ｎ方向（図２参照，燃料電池装置の長手方向，セルが並設されている方向）において、排ガス第１中間流路３０３の流路空間のうち僅かの一部を局部的に占めるに過ぎない。よって規制突起９００が、排ガス第１中間流路３０３（流路幅Ｌ１）を流れる燃焼排ガスの排出を邪魔することが抑制されている。

本実施形態によれば、図１から理解できるように、カソードガス流路部材６００の中心を鉛直方向に沿って通過する仮想中心線ＰＡに対して、規制突起９００、排ガス第１中間流路３０３、カソードガス流路部材６００、改質器２００およびスタック２５０は、ほぼ左右対称的に設けられている。更に、カソードガス流路５００、排ガス流路４００、排ガス第２中間流路３０４、燃焼部３００も、仮想中心線ＰＡに対して、ほぼ左右対称的に設けられている。

なお、上記したＬ１およびＬ２は、カソードガス流路部材６００のサイズ、カソードガス流路部材６００を流れるカソードガスの流量、スタック２５０の種類、燃料電池装置の発電出力等に応じて適宜設定できる。

（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５に示すように、規制突起９００は改質器２００の第１側壁２０３に溶接部９０５で固定されており、カソードガス流路部材６００に向けて突出する。溶接部９０５に替えてボルト等の取付具としても良い。通常の状態では、規制突起９００の先端９００ｅとカソードガス流路部材６００とは非接触とされており、ΔＬの隙間が形成されている。改質器２００の熱がカソードガス流路部材６００に奪われることが抑えられ、改質器２００の温度を維持させるのに有利である。排ガス第１中間流路３０３を矢印Ｗ１方向に流れる高温の燃焼排ガスが規制突起９００に接触し、燃焼排ガスの熱を改質器２００に受熱させ、改質器２００の温度を高めに維持させることを期待できる。更に、燃料電池装置を組み付けるときにおける組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪みが発生するおそれがあるときであっても、規制突起９００は、鉛直方向に対して直交する方向（矢印Ｍ方向）において、カソードガス流路部材６００の縦壁６０７に接触し、矢印Ｍ方向においてそれ以上のずれ変位を抑制させる。このため、排ガス第１中間流路３０３の流路幅Ｌ１、排ガス第２中間流路３０４の流路幅Ｌ２の変動が抑制される。

（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示すように、規制突起９００は、改質器２００の第１側壁２０３に溶接部９０５で固定された第１規制突起９００ｆと、カソードガス流路部材６００に溶接部９０６で固定された第２規制突起９００ｓとを有する。規制突起９００ｓはこれの先端９００ｅに向かうにつれて次第に先が小さくなる。通常の状態では、規制突起９００ｆ，９００ｓは互いに非接触とされており、ΔＬの隙間を形成している。従って、改質器２００の熱がカソードガス流路部材６００に奪われることが抑えられ、改質器２００の温度を維持させるのに有利である。排ガス第１中間流路３０３を流れる高温の燃焼排ガスが改質器２００の第１規制突起９００ｆに伝熱的に接触できるため、高温の燃焼排ガスの熱を第１規制突起９００ｆを介して改質器２００に受熱させることを期待できる。本実施形態においても、組付誤差、あるいは、燃料電池装置の使用時における熱膨張や熱変形に起因する歪みが大きく発生するときであっても、規制突起９００ｆ，９００ｓは互いに接触するため、それ以上の矢印Ｍ方向における改質器２００のずれ変位を抑制させる。このため、排ガス第１中間流路３０３の流路幅Ｌ１の変動が抑制される。

（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、規制突起９００は、改質器２００の第１側壁２０３において、カソードガス流路部材６００に向けて突出するようにディンプル状に成形されている。規制突起９００は、先端９００ｅに向かうにつれて次第に先が小さくなる。通常の状態では、規制突起９００の先端とカソードガス流路部材６００とは、非接触とされており、ΔＬの隙間が形成されている。

（実施形態５）
図８は実施形態５を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図８に示すように、規制突起９００は、改質器２００の第１側壁２０３に向けて突出するようにカソードガス流路部材６００の縦壁６０７においてディンプル状に局部的に成形されている。通常の状態では、規制突起９００の先端とカソードガス流路部材６００とは、非接触とされており、ΔＬの隙間が形成されている。

（実施形態６）
図９は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図８に示すように、燃料電池装置の種類、用途、要請条件等に基づいて、Ｌ１＜Ｌ２の関係に設定されている。設定は設計時または製造時に行われる。Ｌ１／Ｌ２は適宜設定されるが、例えば、０．１〜０．９の範囲において適宜設定できる。ただしこれに限定されるものではない。カソードガス流路部材６００を流れるカソードガス（スタック２５０のカソードに供給されるカソードガスの温度）を予熱させる程度は、スタック２５０のカソード、ひいてはスタック２５０の温度に影響を与え、スタック２５０の発電性能およびスタック２５０の耐久性等に影響を与える。

Ｌ１＜Ｌ２の関係であれば、排ガス第１中間流路３０３から矢印Ｗ１方向に流れて排出される排ガスの転移時間あたりの流量を相対的に減少させることができる。この場合、燃焼排ガスがカソードガス流路部材６００のカソードガス（すなわち、スタック２５０のカソードに供給される直前のカソードガス）を予熱させる予熱量を相対的に減少できる。よって、カソードに供給される直前のカソードガスの予熱温度を相対的に低めにできる。なお、小型化を図りつつ、流路幅Ｌ２を増大させるべく、側断熱層７０１の表面のうち、改質器２００の第２側壁２０４に対面する領域に凹部７０１ｓが形成されている。

（実施形態７）
図１０は実施形態７を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。燃料電池装置の種類、用途、要請条件等に基づいて、図９に示すように、Ｌ１＞Ｌ２の関係に設定されている。カソードガス流路部材６００を流れるカソードガス（スタック２５０のカソードに供給される直前のカソードガスの温度）を予熱させる程度は、スタック２５０のカソード、ひいてはスタック２５０の温度に影響を与え、スタック２５０の発電性能およびスタック２５０の耐久性等に影響を与える。Ｌ１＞Ｌ２の関係であれば、排ガス第１中間流路３０３から排出される排ガスの単位時間あたりの流量を相対的に増加させることができる。この場合、排ガス第１中間流路３０３から矢印Ｗ１方向に排出される燃焼排ガスによって、カソードガス流路部材６００のカソードガス（スタック２５０のカソードに供給される直前のカソードガス）を予熱させる予熱量を相対的に増加できる。この場合、カソードガスの予熱温度を相対的に高めにできる。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施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２００に供給される燃料ガスも特に制限されず、都市ガス、プロパンガス、バイオガス、ＬＰＧガス、ＣＮＧガス等を例示できる。

本明細書から次の技術的思想を把握できる。
（付記項１）燃料を改質させることにより水素を含むアノードガスを生成させる改質器と、改質器の下方に設けられ、改質器で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガスが供給されて発電する燃料電池のスタックと、スタックから吐出されたアノードオフガスを燃焼させて改質器を改質反応に適する温度領域に加熱させる燃焼部と、燃焼部で燃焼された燃焼排ガスを外部に排出させる排ガス流路と、スタックに供給されるカソードガスを通過させる上下方向に沿って延設されたカソードガス流路部材と、燃焼部と排ガス流路とを連通させるように、改質器とカソードガス流路部材との間に形成され、燃焼部において燃焼された燃焼排ガスを排ガス流路に向けて排出させる排ガス第１中間流路と、改質器、スタック、燃焼部、前記カソードガス流路部材、排ガス第１中間流路を収容する筐体とを具備する燃料電池装置。燃焼部において燃焼された燃焼排ガスは、排ガス第１中間流路を介して排ガス流路に排出させる。

２００は改質器、２０１は底壁、２０３は第１側壁、２０４は第２側壁、２０５は改質部、２０６は蒸発部、２５０はスタック、２５３は上面、３００は燃焼部と、３０３は排ガス第１中間流路、３０４は排ガス第２中間流路、４００は排ガス流路、５００はカソードガス通路、６００はカソードガス流路部材、７００は断熱層、７０１は側断熱層、８００は筐体、９００は規制突起、９０５は溶接部を示す。

Claims (5)

1. 燃料を改質させることにより水素を含むアノードガスを生成させる改質器と、
   前記改質器の下方に設けられ、前記改質器で生成されたアノードガスが供給されると共にカソードガスが供給されて発電する燃料電池のスタックと、
   前記スタックから吐出されたアノードオフガスを燃焼させて前記改質器を改質反応に適する温度領域に加熱させる燃焼部と、
   前記燃焼部で燃焼された燃焼排ガスを外部に排出させる排ガス流路と、
   前記スタックに供給される前記カソードガスを通過させる上下方向に沿って延設されたカソードガス流路部材と、
   前記燃焼部と前記排ガス流路とを連通させるように、前記改質器と前記カソードガス流路部材との間に形成され、前記燃焼部において燃焼された前記燃焼排ガスを前記排ガス流路に向けて排出させる排ガス第１中間流路と、
   前記改質器、前記スタック、前記燃焼部、前記カソードガス流路部部材、前記排ガス第１中間流路を収容する筐体と、
   前記筐体の高さ方向に沿った断面で、鉛直方向に対して直交する方向において前記カソードガス流路部材および前記改質器の相対的な位置を規制し、且つ、前記カソードガス流路部材と前記改質器との間に形成される前記排ガス第１中間流路の流路幅Ｌ１の変動を規制する規制突起とを具備する燃料電池装置。
2. 請求項１において、前記規制突起は、前記改質器および前記カソードガス流路部材のうちの少なくとも一方に設けられており、前記規制突起の巾は、一方側よりも他方側において小さくされている燃料電池装置。
3. 請求項１または２において、更に、前記断面において、
   前記改質器に対して前記カソードガス流路部材の反対側に設けられた断熱層と、
   前記燃焼部と前記排ガス流路とを連通させるように前記改質器と前記断熱層との間に形成され、前記燃焼部において燃焼された燃焼排ガスを前記排ガス流路に向けて排出させる流路幅を前記断面においてＬ２とする排ガス第２中間流路とを具備する燃料電池装置。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記カソードガス流路部材の中心を鉛直方向に沿って通過する仮想中心線に対して、前記規制突起、前記排ガス第１中間流路、前記カソードガス流路部材、前記改質器および前記スタックは、ほぼ左右対称的に設けられている燃料電池装置。
5. 請求項３または４において、Ｌ１＝Ｌ２の関係、Ｌ１＞Ｌ２の関係、および、Ｌ１＜Ｌ２の関係のうちのいずれかに設定されている燃料電池装置。

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