JP2014191895A - 燃料電池装置及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池スタックとの熱交換面積を減少させることなく、燃料電池スタックの高温領域を冷却して、温度分布の均一化を図り得る酸化剤供給部材を提供する。
【解決手段】 酸化剤供給部材９は、中空板状で、燃料電池スタックに酸化剤を供給するため、燃料電池スタックの側面部に沿って配置される。酸化剤供給部材９は、上端部側に酸化剤導入口１０を有し、下端部側に酸化剤噴出口１１を有する。ここで、酸化剤供給部材９内の上部の横方向両端部に、横方向に延在し、酸化剤の流れを横方向中央部へ集中させる左右一対の集束用ガイド片２１、２２を設ける。また、酸化剤供給部材９内で、集束用ガイド片２１、２２より下側位置の横方向中央部に、横方向に延在し、上方からの酸化剤の流れを受け止めて、横方向両端部へ分散させる分散用ガイド片２３を設ける。
【選択図】 図９

Description

本発明は、燃料電池装置に関し、特に固体酸化物形の燃料電池装置に関する。更には、燃料電池装置を備える燃料電池システムに関する。

燃料電池装置は、燃料電池システムの中核をなすもので、水素富化燃料（純水素を含む）と酸化剤（一般に空気）とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタックと、燃料電池スタックの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて燃料電池スタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、を含んで構成される。

一方、燃料電池スタックに酸化剤を供給するための酸化剤供給部材は、中空板状（扁平容器形状）で、燃料電池スタック若しくはその一部を構成するセルグループの横長の側面部に沿って配置され、その上端部側に酸化剤導入口を有し、下端部側に酸化剤噴出口を有している。特許文献１には、このような燃料電池装置が開示されている。

また、特許文献２には、燃料電池スタックの温度分布の均一化のための、酸化剤供給部材の構造が開示されている。本構造では、酸化剤供給部材内の横方向両端部（下部を除く）に流通阻止部材を充填することにより、横方向中央部を上から下へ向かう第１流路と、この第１流路の下端側に接続されて横方向全域に広がる第２流路とを形成している。

特開２００４−２８８３７４号公報 特開２０１０−１４６７８３号公報

ところで、特許文献２のように、燃料電池スタックの温度分布の均一化のために、前記第１流路及び第２流路を形成した場合、酸化剤供給部材内での酸化剤の流れを燃料電池スタックの高温領域に集中させて、高温領域を冷却することはできるものの、酸化剤供給部材内の流通阻止部材充填部では熱交換がなされにくいことから、熱交換面積が減少し、燃料電池スタックへ供給される酸化剤の温度が全体的に低下し、発電効率の低下を招くと考えられる。
また、従来、空気導入部材の両端面を閉塞し、ガス流速を速め、その部分での熱交換を促進させ、温度分布を均一化することも考えられるものの、全体的な圧力損失が増大するという問題が生じる。

本発明は、上述した事情に鑑み、酸化剤供給部材の内部構造の改良により、燃料電池スタックとの熱交換面積を減少させることなく、燃料電池スタックの高温領域を効果的に冷却して、燃料電池スタックの温度分布の均一化を図り、発電性能の向上を図ることを目的とする。また、本発明においては、圧力損失を増加させることなく、総合的に発電効率の向上を図ることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、酸化剤供給部材内の上部の横方向両端部に、横方向に延在し、酸化剤供給部材内の上部での酸化剤の流れを横方向中央部へ集中させる左右一対の集束用ガイド片を設ける構成とする。

本発明によれば、酸化剤供給部材内の上部での酸化剤の流れを横方向中央部へ集中させることで、燃料電池スタックの高温領域を効果的に冷却して、温度低下を図り、熱劣化を抑制することができる。

また、横方向に延在するガイド片を用いることで、燃料電池スタックと酸化剤供給部材との間の熱交換面積の低下を抑制し、燃料電池スタックへ供給される酸化剤の温度を十分に上昇させ、発電性能の維持・向上を図ることができ、更に、圧力損失を増加させることなく、総合的に発電効率の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図 同上の燃料電池装置の概略側面図 酸化剤供給部材の構造例１を示す側面断面図 酸化剤供給部材の構造例２を示す側面断面図 酸化剤供給部材の構造例３を示す側面断面図 酸化剤供給部材の構造例４を示す側面断面図 酸化剤供給部材の構造例５を示す側面断面図 酸化剤供給部材の構造例６を示す側面断面図 酸化剤供給部材の構造例７を示す側面断面図 酸化剤供給部材の構造例８を示す側面断面図 ガイド片の形成例を示す酸化剤供給部材の要部断面図 本発明の他の実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図 燃料電池システムとしての構成例を示す概略図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図、図２は同上の燃料電池装置の概略側面図である。

本実施形態の燃料電池装置は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）方式であり、筐体１内に、複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック３、オフガス燃焼部５、燃料改質器７、及び、酸化剤供給部材９を備える。

筐体１は、耐熱性金属により形成されており、その内部に空隙を隔てて上部開放の燃焼室区画部材２を備える。この燃焼室区画部材２内に燃料電池スタック３、オフガス燃焼部５、燃料改質器７、及び、酸化剤供給部材９が配置される。

燃料電池スタック３は、複数の固体酸化物形燃料電池セルを集合し直列（及び並列）に接続してなる集合体であり、燃焼室区画部材２の底部に配置される台座４上に立設されている。

各燃料電池セルは、上下方向に延びるセル支持体の表面に、アノード（燃料極）、固体酸化物からなる電解質、カソード（酸化剤極）を積層してなる。セル支持体は、その延在方向に沿って内部に燃料通路が形成されると共に、多孔質である。よって、アノードにはセル支持体内部から水素富化燃料が供給される。カソードには外部から酸化剤（一般に空気）が供給される。

電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、酸化剤中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。

従って、各燃料電池セルのカソードにて、下記（１）式の電極反応が生起され、アノードにて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード： １／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（電解質） ・・・（１）
アノード： Ｏ^２−（電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ ・・・（２）

燃料電池装置には上記のような燃料電池セルが多数備えられ、これらは電気的に直列（及び並列）に接続されて、燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック３を構成している。本実施形態では、燃料電池スタック３を構成する多数の燃料電池セルは、２つのグループ、すなわち第１セルグループ３Ａと第２セルグループ３Ｂとに分けられている。

ここで、燃料電池スタック３への水素富化燃料の供給は、台座４側（燃料電池スタック３の下端部側）からなされ、台座４は燃料分配機能を有している。水素富化燃料としては、燃料改質器７から改質燃料が供給される。

燃料電池スタック３への酸化剤（一般に空気）の供給は、後に詳述する酸化剤供給部材９を介してなされる。本実施形態では、酸化剤供給部材９は、燃料電池スタック３内、すなわち第１及び第２セルグループ３Ａ、３Ｂ間に臨んでいる。言い換えれば、燃料電池スタック３は、酸化剤供給部材９によって、第１セルグループ３Ａと第２セルグループ３Ｂとに分割されている。

オフガス燃焼部５は、燃料電池スタック３での余剰の水素富化燃料（発電未反応ガスとして排出されるオフガス）を余剰の酸化剤の存在下で燃焼させ、燃料電池スタック３及び燃料改質器７を高温状態に維持する。ここで、燃料電池スタック３の上端部が燃料電池スタック３からのオフガスの排出部となり、このオフガスは着火デバイス（図示せず）により着火されて燃焼する。従って、燃料電池スタック３の上端部側がオフガス燃焼部５となる。オフガス燃焼部５での燃焼熱により燃料電池スタック３は発電可能な高温状態に維持される。燃焼によって生成された高温の排気ガスは燃焼室区画部材２上部の開放部から筐体１と燃焼室区画部材２との間の空隙（排気通路）を経て排気出口６より筐体１外に排出される。その廃熱は適宜熱利用される。

燃料改質器７は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して、水素富化燃料（改質ガス）を生成する。このため、燃料改質器７には筐体１外の燃料ポンプ（図示せず）により燃料が供給される。

水素含有燃料（原燃料）としては、一般に炭化水素系燃料が用いられる。ここでいう炭化水素系燃料とは、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物をいい、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。

燃料改質器７での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質（ＳＲ）、部分酸化改質（ＰＯＸ）、自己熱改質（ＡＴＲ）、その他の改質方式を採用できる。水蒸気改質を用いる場合は、燃料改質器７内（又はこれとは別）に水気化部を設け、筐体１外から供給される水を気化して、水蒸気を生成する。

本実施形態の燃料改質器７は、オフガス燃焼部５での燃焼熱によって加熱されるように、燃焼室区画部材２内で燃料電池スタック３の上方に配置される。
また、本実施形態の燃料改質器７は、酸化剤供給部材９のレイアウトのため、間隔をあけて平行に配置される２つの筒形燃料改質器により構成される。この場合、２つの筒形燃料改質器は燃料が並列に流れるように接続してもよいし、折り返して直列に流れるように接続してもよい。
燃料改質器７の出口側からは、生成された改質燃料の供給管（図示せず）が導出され、燃料電池スタック３の台座（燃料分配部）４に接続されている。

酸化剤供給部材９は、燃料電池スタック３に酸化剤を供給するため、燃料電池スタック３を構成する第１及び第２セルグループ３Ａ、３Ｂ間に、これらの側面部に沿って配置される扁平容器（中空板状体）を主体として構成される。この扁平容器（中空板状体）は、上面が開口し、両側面が扁平面をなして各セルグループ３Ａ、３Ｂの側面部に相対する矩形の容器である。

酸化剤供給部材９は、筐体１の上壁面に予め形成されたスリットより筐体１内に挿入され、上端部側の開口部は筐体１外の酸化剤の供給源に接続され、酸化剤導入口１０をなしている。

酸化剤供給部材９の下端部側には、酸化剤供給部材９を構成する扁平容器の底部近傍の両側面に、複数の酸化剤噴出口１１が形成され、両側面の酸化剤噴出口１１より各セルグループ３Ａ、３Ｂに酸化剤を供給するように構成されている。

従って、酸化剤供給部材９は、扁平容器の上端部側に酸化剤導入口１０を有し、下端部側に酸化剤噴出口１１を有する。酸化剤は、酸化剤供給部材９の酸化剤導入口１０より流入して、扁平容器内を上から下へ流れ、酸化剤噴出口１１から噴出して、各セルグループ３Ａ、３Ｂのカソードに供給される。尚、酸化剤噴出口１１としては、図示の実施形態のように円形の孔を複数並べて設ける他、横長のスリットを１〜複数設けるようにするなどしてもよい。

上記のような燃料電池装置では、燃料電池スタック３の中心部に電流が集中するため、及び、燃料電池スタック３の上端部側でオフガスを燃焼させるため、燃料電池スタック３の中心部側及び上端部側が高温となる。従って、燃料電池スタック３の高温領域を効果的に冷却することが必要であるという課題がある。

上記の課題に鑑みて、燃料電池スタック３の温度分布を均一化するための、酸化剤供給部材９の内部構造について、以下に説明する。

図３は酸化剤供給部材の構造例１を示す側面縦断面図である。
本構造例１では、酸化剤供給部材９内の上部の横方向両端部に、左右一対の集束用ガイド片２１、２２を設ける。

集束用ガイド片２１、２２は、酸化剤供給部材９内の横方向両端部にて、端壁から張り出す形で、横方向に延在し、酸化剤供給部材９内の上部での酸化剤の流れを横方向中央部へ集中させる。

すなわち、酸化剤供給部材９内の上部における横方向両端部を上から下へ流れる酸化剤は、集束用ガイド片２１、２２に衝突することで、内側に向きを変えられ、横方向中央部を流れるようになる。
尚、集束用ガイド片２１、２２は、燃料電池スタック３との関係では、燃料電池スタック３の上端部とほぼ同じ高さ位置に設ける。

本構造例１によれば、酸化剤供給部材９内の上部での酸化剤の流れを横方向中央部へ集中させることで、酸化剤を燃料電池スタック３の上部及び横方向中央部の高温領域に集中させることが可能となる。また、酸化剤の集中域においては、酸化剤の流速が増加する。これらにより、燃料電池スタック３の高温領域を効果的に冷却して、温度低下を図り、熱劣化を抑制することができる。

また、横方向に延在するガイド片２１、２２を用いることで、燃料電池スタック３と酸化剤供給部材９との間の熱交換面積の低下を抑制し、燃料電池スタック３へ供給される酸化剤の温度を十分に上昇させ、発電性能の維持・向上を図ることができる。

図４は酸化剤供給部材の構造例２を示す側面縦断面図である。
本構造例２では、集束用ガイド片２１、２２を横方向中央部に向かって斜め下向きに傾斜させている。

本構造例２によれば、酸化剤を集束方向に案内して、よりスムーズに集束させることができる。また、酸化剤の流れに逆らうことなく案内することが可能となり、圧力損失の増加を抑制することができる。これらにより、酸化剤の流速をより高めて、熱交換効率を向上させることができる。

図５は酸化剤供給部材の構造例３を示す側面縦断面図である。
本構造例３では、集束用ガイド片２１、２２の傾斜部（図４）に上側に凸の湾曲を持たせている。

本構造例３によれば、酸化剤の流れを内向きに変えた後、横方向中央部にて下向きに案内するときに、酸化剤をスムーズに案内することができ、酸化剤の流速を高めることができる。

図６は酸化剤供給部材の構造例４を示す側面縦断面図である。
本構造例４では、集束用ガイド片２１、２２の傾斜部（図４）に上側に凹の湾曲を持たせている。

本構造例４によれば、酸化剤の流れを内向きに変えるときに、酸化剤をスムーズに案内でき、酸化剤の流速を高めることができる。その一方、高温領域にて左右両方からの酸化剤を勢いよく衝突させて、高温領域の冷却を図ることができる。

ところで、上記のような燃料電池装置では、既に述べたように、燃料電池スタック３の中心部に電流が集中するため、及び、燃料電池スタック３の上端部側でオフガスを燃焼させるため、燃料電池スタック３の中心部側及び上端部側が高温となる。

その一方、燃料電池スタック３の横方向両端部及び下部から放熱を生じるため、及び、燃料電池スタック３の下端部側から燃料及び酸化剤を供給するため、燃料電池スタック３の横方向両端部及び下部が低温となる。

従って、燃料電池スタック３の高温領域を効果的に冷却することが必要であるという第１の課題に加え、燃料電池スタック３の低温領域を効果的に加熱することが必要であるという第２の課題がある。

上記の第１及び第２の課題に鑑みて、燃料電池スタック３の温度分布を均一化するための、酸化剤供給部材９の内部構造について、以下に説明する。
尚、第１の課題については構造例１〜４と同じ構造（集束用ガイド片２１、２２）により解決することとし、第２の課題を解決するための構造（以下に説明する分散用ガイド片２３）を付け加える構成としている。

図７は酸化剤供給部材の構造例５を示す側面縦断面図である。
本構造例５では、酸化剤供給部材９内の集束用ガイド片２１、２２（図３）の下流側、詳しくは集束用ガイド片２１、２２間の酸化剤通過部の下流側に、分散用ガイド片２３を設けている。

分散用ガイド片２３は、酸化剤供給部材９内で、集束用ガイド片２１、２２より下側位置の横方向中央部に、横方向に延在し、上方からの酸化剤の流れを受け止めて、横方向両端部へ分散させる。
尚、分散用ガイド片２３は、燃料電池スタック３との関係では、燃料電池スタック３の中央部とほぼ同じ高さ位置に設ける。

本構造例５によれば、集束用ガイド片２１、２２により、燃料電池スタック３の高温域へのガス集中、及び、ガス流速向上を図ることができる。これにより、酸化剤（低温）と燃料電池スタック（高温）との熱交換が促進され、当該領域におけるセルスタック温度の低下、及び、酸化剤ガス温度の上昇を達成することができる。

そして、酸化剤供給部材９内の横方向中央部を流れて高温となった酸化剤を横方向両端部へ分散させることで、燃料電池スタック３の低温領域を効果的に加熱して、温度上昇を図り、発電効率の低下を抑制することができる。

すなわち、燃料電池スタック３の最高温域（酸化剤供給部材９の中央部）に対応させて分散用ガイド片２３を設けることにより、燃料電池スタック３の横方向中央部（高温域）から横方向両端部（低温域）へ酸化剤を分散させ、熱移動を図ることが可能となる。従って、このようなガス流れを作ることにより、酸化剤による燃料電池スタック３の横方向中央部から横方向両端部への熱移動を促進させ、燃料電池スタック３の温度分布の適正化を図ることができる。

また、横方向に延在するガイド片２１〜２３を用いることで、燃料電池スタック３と酸化剤供給部材９との間の熱交換面積の低下を抑制し、燃料電池スタック３へ供給される酸化剤の温度を十分に上昇させ、発電性能の維持・向上を図ることができる。

尚、本構造例５（図７）では、分散用ガイド片２３を構造例１（図３）に示した集束用ガイド片２１、２２と組み合わせたが、構造例２〜４（図４〜図６）に示した集束用ガイド片２１、２２と組み合わせてもよい。

図８は酸化剤供給部材の構造例６を示す側面縦断面図である。
本構造例６では、分散用ガイド片２３を上に凹の屈曲形状（Ｖ字形状）としている。

本構造例６によれば、Ｖ字形状とすることにより、より効果的に横方向両端部へのガスの流れを形成することが可能となる。すなわち、酸化剤を単に横方向中央部から横方向両端部へ移動させるだけでなく、集束用ガイド片２１、２２背部の空間へ跳ね上げることにより、当該空間がデッドスペースとなって、熱交換面積が減少するのを抑制することができる。

尚、本構造例６では、上に凹の屈曲形状（Ｖ字形状）としたが、上に凹の湾曲形状として、より滑らかに案内するようにしてもよい。
また、本構造例６では、分散用ガイド片２３を構造例２（図４）に示した傾斜型の集束用ガイド片２１、２２と組み合わせた。これにより、傾斜型の集束用ガイド２１、２２を用いる場合に生じるデッドスペースの温度上昇を図ることができる。この場合、分散用ガイド片２３の跳ね上げ角度は、集束用ガイド片２１、２２の傾斜角度との関係で、適宜設定することが望ましい（跳ね上げ角度＞傾斜角度、跳ね上げ角度≒傾斜角度、又は、跳ね上げ角度＜傾斜角度）。但し、これに限るものではなく、本構造例６の分散用ガイド片２３を構造例１、３、４（図３、図５、図６）に示した集束用ガイド片２１、２２と組み合わせてもよい。

図９は酸化剤供給部材の構造例７を示す側面縦断面図である。
本構造例７では、分散用ガイド片２３を左右一対の上に凹の屈曲形状（Ｖ字形状）、従って全体ではＷ字形状としている。また、分散用ガイド片２３の横方向中央部、より具体的には左右一対の上に凹の屈曲形状の間に、上方からの酸化剤の一部を下方へ通過させる隙間部（分断部）２４を設けている。

本構造例７によれば、Ｖ字形状を２つ組み合わせて、Ｗ字形状とすることにより、酸化剤を比較的滑らかに案内し、ガス流速の低下を抑えつつ、横方向両端部へガスを分散させることが可能となる。
また、分散用ガイド片２３の中央部に隙間部（分断部）２４を設けることにより、次のような効果が得られる。燃料電池スタック３の横方向（セル配列方向）に配置された複数の酸化剤噴出口１１からの供給比を均一化すること（偏流抑制）ができ、燃料電池スタック３の発電効率向上につながる。しかも、空気分配の均一化により、供給空気量に対してロバスト性が向上する。また、隙間部２４を設けることで、圧力損失の増加を抑制できる。圧力損失が増加すると、補機の消費電力が増加し、同じＤＣ発電効率の燃料電池装置を使用しても、燃料電池システム全体としてのＡＣ発電効率が低下するが、圧力損失の増加抑制により、燃料電池システムとしてのＡＣ発電効率の向上につながる。

図１０は酸化剤供給部材の構造例８を示す側面縦断面図である。
本構造例８では、分散用ガイド片２３を左右一対の上に凹の湾曲形状としている。また、分散用ガイド片２３の横方向中央部、より具体的には左右一対の上に凹の湾曲形状の間に、上方からの酸化剤の一部を下方へ通過させる隙間部（分断部）２４を設けている。

このような湾曲形状とすることで、酸化剤をより滑らかに案内し、ガス流速を低下させることなく、ガス流れを制御することが可能となり、熱交換効率が向上する。また、圧力損失の増加を抑えることが可能であり、燃料電池システムとしてのＡＣ発電効率の向上につながる。

尚、本構造例７、８（図９、図１０）では、分散用ガイド片２３を構造例２（図４）に示した傾斜型の集束用ガイド片２１、２２と組み合わせた。これにより、傾斜型の集束用ガイド２１、２２を用いる場合に生じるデッドスペースの温度上昇を図ることができる。特に、分散用ガイド片２３の跳ね上げ角度の設定により、分散用ガイド片２３を傾斜型の集束用ガイド片２１、２２の付け根部分を指向させることで、デッドスペースの解消（熱交換面積の増加）を図ることができる。但し、これに限るものではなく、本構造例７、８の分散用ガイド片２３を構造例１、３、４（図３、図５、図６）に示した集束用ガイド片２１、２２と組み合わせてもよい。

また、本構造例７、８（図９、図１０）では、隙間部（分断部）２４を設けたが、これを省略してもよい。逆に、本構造例７、８（図９、図１０）での隙間部２４を構造例５、６（図７、図８）に示した分散用ガイド片２３の中央部に設けてもよい。

次に、上記ガイド片２１、２２及び２３の形成手法について説明する。
図１１はガイド片の形成例を示す酸化剤供給部材の要部断面図である。

本形成例では、中空板状（扁平容器形状）の酸化剤供給部材９は、２枚の板材９１、９２の縁部（図示せず）を貼り合わせて、２枚の板材９１、９２の間に酸化剤の流通空間を作ることを前提としている。
その上で、貼り合わせ前に、２枚の板材９１、９２を外側の面からプレスして、内側への凸部９１ａ、９２ａを形成しておき、貼り合わせと同時に、凸部９１ａ、９２ａの先端間を溶着し、これらの凸部９１ａ、９２ａによって、ガイド片２１、２２又は２３を形成する。

このような手法であれば、板材９１、９２のプレス加工と同時にガイド片用の凸部９１ａ、９２ａを形成でき、製造コストの増加を抑制することができる。
但し、ガイド片２１、２２又は２３の形成手法は、これに限るものではなく、ガイド片となる板材を溶接により固着するなどしてもよいことは言うまでもない。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図１２は本発明の他の実施形態を示す燃料電池装置の概略正面図である。
本実施形態では、酸化剤供給部材９は、２つに分けて設けられ、複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタック３を挟むように、その左右両方の側面部に沿って配置されている。
このような配置の場合も、各酸化剤供給部材９の内部に上記の集束用ガイド片２１、２２、更には、分散用ガイド片２３を設けることで、同様の効果が得られる。

尚、上記の実施形態では、水素含有燃料として炭化水素系燃料を用い、燃料改質器７により、水素リッチな改質燃料（水素富化燃料）に改質して、燃料電池スタック３のアノードに供給する構成としたが、水素含有燃料として、有機ハイドライドを用い、燃料改質器７を脱水素反応型に代え、有機ハイドライドの脱水素反応によって生じる水素リッチガス（水素富化燃料）を燃料電池スタック３のアノードに供給してもよい。また、水素富化燃料として、純水素を用いることも可能である。この場合には、燃料改質器７を省略し、筐体１外の水素タンクなどから燃料電池スタック３のアノードに水素富化燃料を直接供給することができる。

また、図１に示す実施形態においては、燃料電池スタック３を２つのセルグループに分割し、これらの間に酸化剤供給部材９を配置したが、燃料電池スタック３を３つのセルグループに分割し、それぞれの間に酸化剤供給部材９を配置してもよい。

また、図１２に示す実施形態においては、２個の酸化剤供給部材９を燃料電池スタック３の両側面に配置したが、これに加え、燃料電池スタック３を２つのセルグループに分割し、これらの間にも酸化剤供給部材９を配置するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、燃料電池装置について説明したが、図１３に燃料電池装置を含んで構成される燃料電池システムの構成例を示している。
図１３について説明すると、燃料電池装置１００は、既に説明したように、燃料電池スタック３、オフガス燃焼部５、燃料改質器７を備えている。この例では、燃料改質器７は内部に水気化部を備えている。但し、燃料改質器７とは別に水気化部を設けてもよい。
原料供給装置２００は、燃料電池装置１００に燃料、酸化剤、改質用の水を供給する装置である。
パワーコンディショナー（ＰＣＳ）３００は、燃料電池装置１００（燃料電池スタック３）の発電電力を取り出し、直流電力を交流電力に変換して、外部負荷に供給する機能を有している。
従って、燃料電池システムは、燃料電池装置１００と、燃料電池装置１００へ燃料及び酸化剤を供給する原料供給装置２００と、燃料電池装置１００の発電電力を取り出すパワーコンディショナー３００とを含んで構成される。また、ここでは省略したが、燃料電池システムは、コジェネレーションシステムとして、燃料電池装置にて副次的に発生する熱を利用する給湯ユニット等を含んでいてもよい。

また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ 筐体
２ 燃焼室区画部材
３ 燃料電池スタック（複数の燃料電池セルの集合体）
３Ａ、３Ｂ セルグループ
４ 台座
５ オフガス燃焼部
６ 排気出口
７ 燃料改質器
９ 酸化剤供給部材
１０ 酸化剤導入口
１１ 酸化剤噴出口
２１、２２ 集束用ガイド片
２３ 分散用ガイド片
２４ 隙間部
１００ 燃料電池装置
２００ 原料供給装置
３００ パワーコンディショナー

Claims (11)

1. 水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルの集合体である燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて前記燃料電池スタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
   前記燃料電池スタックに酸化剤を供給するため、前記燃料電池スタック若しくはその一部を構成するセルグループの横長の側面部に沿って配置される中空板状の酸化剤供給部材と、
   を含んで構成され、
   前記中空板状の酸化剤供給部材は、上端部側に酸化剤導入口を有し、下端部側に酸化剤噴出口を有する、燃料電池装置であって、
   前記酸化剤供給部材内の上部の横方向両端部に、横方向に延在し、前記酸化剤供給部材内の上部での酸化剤の流れを横方向中央部へ集中させる左右一対の集束用ガイド片を設けたことを特徴とする、燃料電池装置。
2. 前記集束用ガイド片は、横方向中央部に向かって斜め下向きに傾斜していることを特徴とする、請求項１記載の燃料電池装置。
3. 前記集束用ガイド片の傾斜部は、上側に凸の湾曲をなしていることを特徴とする、請求項２記載の燃料電池装置。
4. 前記集束用ガイド片の傾斜部は、上側に凹の湾曲をなしていることを特徴とする、請求項２記載の燃料電池装置。
5. 更に、前記酸化剤供給部材内で、前記集束用ガイド片より下側位置の横方向中央部に、横方向に延在し、上方からの酸化剤の流れを受け止めて、横方向両端部へ分散させる分散用ガイド片を設けたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
6. 前記分散用ガイド片は、上側に凹の屈曲若しくは湾曲形状であることを特徴とする、請求項５記載の燃料電池装置。
7. 前記分散用ガイド片は、左右一対の上側に凹の屈曲若しくは湾曲形状であることを特徴とする、請求項５記載の燃料電池装置。
8. 前記分散用ガイド片は、その横方向中央部に上方からの酸化剤の一部を下方へ通過させる隙間部を有することを特徴とする、請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
9. 前記燃料電池スタックは、複数のセルグループに分割されており、前記酸化剤供給部材は、セルグループ間に配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
10. 前記酸化剤供給部材は、前記燃料電池スタックを挟むように、複数配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の燃料電池装置と、前記燃料電池装置に前記燃料及び前記酸化剤を供給する原料供給装置と、前記燃料電池装置の発電電力を取り出すパワーコンディショナーと、を含んで構成される、燃料電池システム。