JP2016091631A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セルスタックの温度分布をより均一化することのできる燃料電池装置を提供する。
【解決手段】燃料電池装置１は、セルスタック１０と、熱交換部９３とを備える。セルスタック１０は、空気及び燃料ガスの供給に基づき発電する燃料電池セル１１の積層構造からなる。熱交換部９３は、セルスタック１０において空気の導入されるガス導入面１０ａを除く外表面１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを囲むように配置される。熱交換部９３は、セルスタック１０から発せられる熱を空気と熱交換させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池装置に関する。

燃料電池装置は、燃料ガス及び酸化剤ガスの有する化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電装置である。その発電効率は非常に高く、また排出されるガスも比較的クリーンであることから、次世代の発電装置として注目されている。燃料電池装置では、高負荷運転時に冷却ガスを導入してセルスタックの温度を下げることが行われる一方で、冷却ガスの導入に伴う課題を解決する手段が提案されている（特許文献１参照）。

このような冷却ガスの導入によってセルスタックの過度な高温化は避けられるものの、セルスタック内における温度分布の差が顕著になり、様々な不具合が発生する可能性がある。そこで、特許文献１に記載の燃料電池装置では、酸化剤ガスの導入管からセルスタックを経て排出管に至る間において、セルスタック流入前の流通領域とセルスタック流入後の流通領域とを隔てる隔壁に微細な凹凸が設けられている。この微細な凹凸を介して、セルスタックに導入される酸化剤ガスと、セルスタックから排出される酸化剤ガスとの熱交換率が高められることにより、セルスタックの内部の温度を所定の温度範囲に抑えることができる。

特開２０１０−２７２１５号公報

ところで、燃料電池装置では発電時にセルスタック自身が発熱するため、セルスタックに流入される酸化剤ガスの温度よりも、セルスタックから排出される酸化剤ガスの温度の方が高くなる。よって、セルスタックにおいて酸化剤ガスが導入される外表面から遠ざかるほど、酸化剤ガスによる放熱作用は低下する。すなわち、酸化剤ガスが導入される外表面からの距離が遠い部分ほど温度上昇し易い。これがセルスタックの温度分布を不均一化する要因の一つとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、セルスタックの温度分布をより均一化することのできる燃料電池装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池装置は、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの供給に基づき発電する燃料電池セル（１１）の積層構造からなるセルスタック（１０）と、前記セルスタックの積層面となる外表面において前記酸化剤ガスが導入される側の外表面であるガス導入面（１０ａ）を除く外表面（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）と対向し前記外表面を囲むように配置され、前記外表面を介して前記セルスタックから発せられる熱を前記酸化剤ガスと熱交換させる熱交換部（９３）と、を備える。

この構成によれば、セルスタックのガス導入面近傍から発せられる熱が酸化剤ガスにより受熱される。また、それ以外のセルスタックの外周面近傍から発せられる熱は熱交換部により受熱される。これにより、セルスタック全体で放熱作用を得ることができるため、セルスタックの温度分布をより均一化することができる。

また上記課題を解決するために、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池装置は、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの供給に基づき発電する燃料電池セル（１３，１４，１１０，２１０）の積層構造からなるセルスタック（１０，１００，２００）と、前記セルスタックの積層面となる外表面において前記酸化剤ガスが導入される側の外表面であるガス導入面（１０ａ，１０ｃ，１００ａ，２００ａ）を除く外表面（１０ｂ，１０ｄ，１００ｂ，１００ｄ，２００ｂ，２００ｄ）に対向し前記外表面を囲むように配置され、前記外表面を介して前記セルスタックから発せられる熱を前記酸化剤ガスと熱交換させる熱交換部（９３）と、前記セルスタックにおいて前記ガス導入面を除く部分であって、且つ前記熱交換部に対向していない部分から発せられる熱を前記熱交換部に向かって放熱する放熱構造（３１０，３１１，３２０，３２１，３３０）と、を備える。

この構成によれば、セルスタックにおいてガス導入面を除く部分であって、且つ熱交換部に対向していない部分が存在する場合でも、その部分から発せられる熱が放熱構造を通じて熱交換部へと放熱される。これにより、セルスタック全体で放熱作用を得ることができるため、結果的にセルスタックの温度分布をより均一化することができる。

本発明によれば、セルスタックの温度分布をより均一化することができる。

燃料電池装置の第１実施形態についてその概略構成を示すブロック図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を示す断面図。 燃料電池装置の第２実施形態についてその概略構成を示すブロック図。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構造を示す断面図。 燃料電池装置の第３実施形態についてその断面構造を示す断面図。 燃料電池装置の第４実施形態についてその断面構造を示す断面図。 燃料電池装置の第５実施形態についてその断面構造を示す断面図。 燃料電池装置の他の実施形態についてその断面構造を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、燃料電池装置の第１実施形態について説明する。

図１に示されるように、本実施形態の燃料電池装置１は、セルスタック１０と、ケース２０と、燃焼器３０と、改質器４０と、蒸発器５０と、脱硫器６０とを備えている。

セルスタック１０は軸線ｍを中心に直方体状をなしている。セルスタック１０はスタックアダプタ７０を介してベースプレート８０上に配置されている。ベースプレート８０は板状の金属板からなる。図２に示されるように、セルスタック１０は、板状の燃料電池セル１１と、燃料電池セル１１を板厚方向に挟み込む板状のセパレータ１２とを備えている。セルスタック１０は、複数の燃料電池セル１１がセパレータ１２を介して複数積層された構造からなる。

燃料電池セル１１は、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell： ＳＯＦＣ）であり、板状の固体電解質と、固体電解質の板厚方向の一側面に貼付される燃料極（アノード）と、固体電解質の板厚方向の他側面に貼付される酸化剤極（カソード）とを有している。燃料電池セル１１は、燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとの化学反応に基づき発電する。本実施形態では、酸化剤ガスとして空気が用いられている。

セパレータ１２は、各燃料電池セル１１を電気的に接続する機能を有している。またセパレータ１２は、燃料ガスを各燃料電池セル１１に供給する燃料ガス流路（図示略）と、空気を各燃料電池セル１１に供給する空気流路（図示略）とを有している。すなわち、セパレータ１２は、燃料ガス及び空気を各燃料電池セル１１に供給する機能も有している。

スタックアダプタ７０は板状の部材からなり、内部に複数の燃料ガス流路を有している。スタックアダプタ７０は、セルスタック１０に対して燃料ガスの供給を行う。また、スタックアダプタ７０は、セルスタック１０において発電に供されなかった残余の燃料ガス及び空気からなる排ガスの排出も行う。

ケース２０は、セルスタック１０を収容する筐体である。図１に示されるように、ケース２０は、内側から順に第１筒状体２１、第２筒状体２２、第３筒状体２３、第４筒状体２４、及び第５筒状体２５を有する構造からなる。各筒状体２１〜２５は金属製の部材からなる。各筒状体２１〜２５は、軸線ｍに直交する断面形状が矩形状をなしており、それぞれの中心軸が軸線ｍ上に位置するように配置されている。

第１筒状体２１は、セルスタック１０の周囲を囲うように配置されている。第１筒状体２１の軸方向の一端部はベースプレート８０上に当接した状態で固定されている。第１筒状体２１におけるベースプレート８０側の端部とは反対側の端部は、天板２６により塞がれている。第１筒状体２１の内面及びベースプレート８０により囲まれる空間により、セルスタック１０及びスタックアダプタ７０を収容する収容部９０が区画形成されている。第１筒状体２１は、一側壁２１ａのベースプレート８０側の部位に通孔２９を有している。通孔２９は、一側壁２１ａの外面から内面に貫通している。また、図２に示されるように、通孔２９は、第１筒状体２１の矩形断面の一辺が開口するように形成されている。

第２筒状体２２は、第１筒状体２１の周囲を囲むように配置されている。図１に示されるように、第２筒状体２２の軸方向の一端部はベースプレート８０上に当接した状態で固定されている。第２筒状体２２におけるベースプレート８０側の端部とは反対側の端部は、円環状の天板２７を介して第４筒状体２４の一端部に連結されている。

第３筒状体２３は第２筒状体２２の周囲を囲むように配置されている。第３筒状体２３は天板２７との間に隙間を有して配置されている。

第４筒状体２４は第３筒状体２３の周囲を囲むように配置されている。第２筒状体２２の外面、第３筒状体２３、第４筒状体２４の内面、及び天板２７により囲まれる空間により、排ガス流路９１が形成されている。

第５筒状体２５は第４筒状体２４の周囲を囲むように配置されている。第５筒状体２５におけるベースプレート８０側の端部とは反対側の端部は、天板２８により塞がれている。天板２８と天板２７との間、並びに天板２８と天板２６との間にはいずれも隙間が設けられている。第１筒状体２１の外周面、第２筒状体２２の内面、第４筒状体２４の外面、第５筒状体２５の内面、天板２６、天板２７、及び天板２８により囲まれる空間により、空気流路９２が構成されている。図２に示されるように、セルスタック１０周辺では、セルスタック１０の周囲を囲うように空気流路９２が配置されている。

蒸発器５０は水を蒸発させることにより水蒸気を生成する。蒸発器５０は、生成した水蒸気を改質器４０に供給する。

脱硫器６０は、都市ガスに含まれる硫黄成分を除去した後、脱硫後の都市ガスを改質器４０に供給する。

改質器４０は、蒸発器５０から供給される水蒸気に基づき都市ガスを水蒸気改質反応により改質することにより、水素リッチな燃料ガスを生成する。改質器４０は、生成した燃料ガスをセルスタック１０にスタックアダプタ７０を介して供給する。

セルスタック１０には、空気流路９２及び通孔２９を通じて空気が供給される。図２に矢印Ｓ１で示されるように、通孔２９から導入された空気は、セルスタック１０の外表面１０ａからその内部に導入される。以下では、便宜上、セルスタック１０の積層面となる外表面において空気の導入される側の外表面１０ａを「ガス導入面」とも称する。セルスタック１０は、このガス導入面１０ａから導入される空気と、スタックアダプタ７０から供給される燃料ガスとに基づき発電する。図１に示されるように、セルスタック１０は、発電に供されなかった残余の燃料ガス及び空気を燃焼器３０にスタックアダプタ７０を介して排出する。

燃焼器３０は、セルスタック１０から排出された残余の燃料ガス及び空気を燃焼する。燃焼により生成される高温の排ガスはケース２０の排ガス流路９１を介して外部に排出される。

以上のような構成からなる燃料電池装置１では、排ガス流路９１を流れる排ガスと、空気流路９２を流れる空気との間で熱交換が行われることで、空気の温度が上昇する。また、発電中のセルスタック１０から発せられる熱により第１筒状体２１が高温になるため、空気流路９２を流れる空気と第１筒状体２１との間でも熱交換が行われて空気の温度が上昇する。このように、空気流路９２は、セルスタック１０から発せられる熱を空気と熱交換させるとともに、燃焼後の排ガスの有する熱を空気と熱交換させる熱交換部９３としても機能する。

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１によれば、以下の（１）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）図２に示されるように、セルスタック１０のガス導入面１０ａを除く外表面１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは熱交換部９３に対向している。そのため、セルスタック１０の外表面１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ近傍から発せられる熱は熱交換部９３により受熱される。また、ガス導入面１０ａ近傍から発せられる熱は、通孔２９から導入される空気により受熱される。したがって、セルスタック１０全体で放熱作用を得ることができるため、セルスタック１０の温度分布をより均一化することができる。

＜第２実施形態＞
次に、燃料電池装置の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図３に示されるように、本実施形態の燃料電池装置１は、２つのセルスタック１００，２００を有している。セルスタック１００，２００は、スタックアダプタ７１，７２を介してベースプレート８０上に並べて配置されている。セルスタック１００，２００は、それぞれの外表面１００ｃ，２００ｃが互いに対向している。なお図中では、セルスタック１００における外表面１００ｃと反対側の外表面には符号１００ａが付されている。また、セルスタック２００における外表面２００ｃと反対側の外表面には符号２００ａが付されている。図４に示されるように、セルスタック１００における外表面１００ａ，１００ｃを除く外表面１００ｂ，１００ｄは熱交換部９３に対向している。また、セルスタック２００における外表面２００ａ，２００ｃを除く外表面２００ｂ，２００ｄも熱交換部９３に対向している。

第１筒状体２１は、セルスタック１００，２００の周囲を囲うように配置されている。第１筒状体２１は、セルスタック１００の外表面１００ａに対向する側壁２１ａに通孔２９ａを有している。また、第１筒状体２１は、セルスタック２００の外表面２００ａに対向する側壁２１ｂに通孔２９ｂを有している。通孔２９ａ，２９ｂは、側壁２１ａ，２１ｂのベースプレート８０側の部位にそれぞれ形成されている。また、図４に示されるように、通孔２９ａ，２９ｂは、第１筒状体２１の矩形断面の一辺を開口するようにそれぞれ形成されている。空気流路９２内の空気は通孔２９ａ，２９ｂを介してセルスタック１００，２００に供給される。

詳しくは、通孔２９ａから導入された空気は、矢印Ｓ１０で示されるように、一方のセルスタック１００の外表面１００ａからその内部に導入される。通孔２９ｂから導入された空気は、矢印Ｓ１１で示されるように、他方のセルスタック２００の外表面２００ａからその内部に導入される。以下では、便宜上、セルスタック１００において空気の導入される外表面１００ａ、及びセルスタック２００において空気の導入される外表面２００ａを「ガス導入面」とも称する。セルスタック１００のガス導入面１００ａから導入された空気は、矢印Ｓ１０で示されるように、セルスタック１００，２００の配列方向ｒと平行な方向に流れ、図示しない排気ダクトを介してスタックアダプタ７０に排出される。セルスタック２００のガス導入面２００ａから導入された空気は、矢印Ｓ１１で示されるように、矢印Ｓ１０とは逆の方向に流れ、図示しない排気ダクトを介してスタックアダプタ７０に排出される。

次に、セルスタック１００，２００の具体的な構造について説明する。

図４に示されるように、セルスタック１００は、複数の燃料電池セル１１０がセパレータ１２０を介して複数積層された構造からなる。セルスタック１００は、燃料電池セル１１０の表面に対向して配置される複数の熱伝導部材１３０〜１３３を備えている。熱伝導部材１３０〜１３３は棒状の部材からなり、その延伸方向が空気の流れ方向Ｓ１０に対して直交するようにそれぞれ配置されている。また、熱伝導部材１３０〜１３３は、空気の流れ方向Ｓ１０における燃料電池セル１１０の一端部１１０ａから他端部１１０ｂまでの領域にわたって等間隔で配置されている。なお、熱伝導部材１３０〜１３３は、燃料電池セル１１０の表面に貼付されていてもよいし、燃料電池セル１１０の表面から若干の隙間を開けて配置されていてもよい。

セルスタック２００もセルスタック１００と同一の構造からなる。すなわち、セルスタック２００は、複数の燃料電池セル２１０がセパレータ２２０を介して複数積層された構造からなる。また、セルスタック２００は、燃料電池セル２１０の表面に対向して配置される複数の熱伝導部材２３０〜２３３を備えている。熱伝導部材２３０〜２３３の配置は、熱伝導部材１３０〜１３３に準じた配置であるため、その説明は割愛する。

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１によれば、以下の（２）及び（３）に示される作用及び効果を更に得ることができる。

（２）図４に示されるように、セルスタック１００，２００の外表面１００ｃ，２００ｃは、ガス導入面１００ａ，２００ａに該当せず、且つ熱交換部９３に対向していない部分である。そのため、セルスタック１００，２００の外表面１００ｃ，２００ｃ近傍の部分は、空気による放熱作用や熱交換部９３による放熱作用を受け難く、温度上昇し易い。

この点、セルスタック１００では、熱伝導部材１３０〜１３３がセルスタック１００の内部から熱交換部９３に向かうように配置されているため、セルスタック１００の内部の放熱作用を高めることができる。すなわち、熱伝導部材１３０〜１３３は、セルスタック１００から発せられる熱を熱交換部９３に向かって放熱する放熱構造３１０として機能する。この放熱構造３１０により、セルスタック１００の温度分布をより均一化することができる。

また、セルスタック２００では、熱伝導部材２３０〜２３３が同様に放熱構造３１１として機能するため、セルスタック１００と同様の作用及び効果を得ることができる。

（３）熱伝導部材１３０〜１３３は燃料電池セル１１０の表面にのみ配置されているため、セルスタック１００全体に熱伝導部材を配置する場合と比較すると、セルスタック１００の構造の簡素化及び軽量化を図ることができる。同様の作用及び効果はセルスタック２００でも得ることができる。

＜第３実施形態＞
次に、燃料電池装置の第３実施形態について説明する。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。

図５に示されるように、本実施形態の燃料電池装置１では、熱伝導部材１３０〜１３３，２３０〜２３３のそれぞれの断面積を異ならせている。

詳しくは、熱伝導部材１３０〜１３３のそれぞれの断面積は、セルスタック１００のガス導入面１００ａから離間しているものほど大きくなっている。すなわち、セルスタック１００の熱伝導部材１３０〜１３３のそれぞれの熱伝導率は、ガス導入面１００ａから離間しているものほど高くなっている。

同様に、熱伝導部材２３０〜２３３のそれぞれの断面積も、セルスタック２００のガス導入面２００ａから離間しているものほど大きくなっている。すなわち、セルスタック２００の熱伝導部材２３０〜２３３のそれぞれの熱伝導率は、ガス導入面２００ａから離間しているものほど高くなっている。

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１によれば、以下の（４）に示される作用及び効果を更に得ることができる。

（４）セルスタック１００における空気の放熱作用はガス導入面１００ａから遠ざかるほど低下する。すなわち、セルスタック１００の温度は、ガス導入面１００ａからの距離が遠い部分ほど高くなり易い。

この点、本実施形態のセルスタック１００では、ガス導入面１００ａから離間するほど、熱伝導部材１３０〜１３３の熱伝導率が高くなる。これにより、ガス導入面１００ａからの距離が遠い部分ほど放熱作用を高めることができるため、より的確にセルスタック１００の温度分布を均一化することができる。同様の作用及び効果はセルスタック２００でも得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、燃料電池装置の第４実施形態について説明する。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。

図６に示されるように、本実施形態のセルスタック１００，２００は、熱伝導部材１３０〜１３３，２３０〜２３３に代えて、ガス流れ制御板１４０，２４０を有している。

ガス流れ制御板１４０は、燃料電池セル１１０の他端部１１０ｂに、すなわち燃料電池セル１１０を通過した空気が排出される側の端部に対向するようにセパレータ１２０に固定されて配置されている。ガス流れ制御板１４０は板状の部材からなり、その延伸方向が空気の流れ方向Ｓ２０に対して直交するように配置されている。

ガス流れ制御板２４０は、燃料電池セル２１０の他端部２１０ｂに、すなわち燃料電池セル２１０を通過した空気が排出される側の端部に対向するようにセパレータ２２０に固定して配置されている。ガス流れ制御板２４０も板状の部材からなり、その延伸方向が空気の流れ方向Ｓ２１に対して直交するように配置されている。

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１によれば、以下の（５）に示される作用及び効果を更に得ることができる。

（５）燃料電池セル１１０の一端部１１０ａから導入された空気は、燃料電池セル１１０から発せられる熱を受熱し、燃料電池セル１１０の他端部１１０ｂから排出される。燃料電池セル１１０から排出される空気はガス流れ制御板１４０に当たることにより、その流れ方向が矢印Ｓ２０で示されるように熱交換部９３に向かう方向へと変化する。これにより、燃料電池セル１１０を通過して温度上昇した空気の熱が熱交換部９３でより効果的に受熱される。結果的に、燃料電池セル１１０から発せられる熱が熱交換部９３へと拡散される。すなわち、ガス流れ制御板１４０は、セルスタック１００の内部から発せられる熱を熱交換部９３に向かって放熱する放熱構造３２０として機能する。この放熱構造３２０により、セルスタック１００の温度分布をより均一化することができる。

また、セルスタック２００では、ガス流れ制御板２４０により空気の流れ方向が矢印Ｓ２１で示されるように変化するため、ガス流れ制御板２４０が同様に放熱構造３２１として機能する。よって、セルスタック２００でも、セルスタック１００と同様の作用及び効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
次に、燃料電池装置の第５実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図７に示されるように、本実施形態のセルスタック１０は直方体状をなしている。セルスタック１０では、セパレータ１２上に２つの燃料電池セル１３，１４が並べて配置されている。燃料電池セル１３，１４は、それぞれの外面１３ｃ，１４ｃが互いに対向している。なお、図中では、燃料電池セル１３における外面１３ｃと反対側の外面に符号１３ａが付されるとともに、それら以外の外面に符号１３ｂ，１３ｄがそれぞれ付されている。また、燃料電池セル１４における外面１４ｃと反対側の外面に符号１４ａが付されるとともに、それら以外の外面に符号１４ｂ，１４ｄがそれぞれ付されている。

セパレータ１２は、燃料電池セル１３，１４の外面１３ｃ，１４ｃの中間に排気口１５を有している。排気口１５は、燃料電池セル１３，１４を通過した空気をスタックアダプタ７０に排出する排気ダクトに接続されている。

第１筒状体２１及び第２筒状体２２は円筒状をなしている。これにより、熱交換部９３は円筒状に形成されている。なお、図示は省略するが、第３筒状体２３、第４筒状体２４、及び第５筒状体２５も同様に円筒状をなしている。第１筒状体２１は、燃料電池セル１３の外面１３ａに対向する部分に通孔２９ａを有している。また、第１筒状体２１は、燃料電池セル１４の外周面１４ａに対向する部分に通孔２９ｂを有している。通孔２９ａ，２９ｂは第１筒状体２１の外面から内面に貫通している。空気流路９２内の空気は通孔２９ａ，２９ｂを介してセルスタック１０に供給される。

詳しくは、通孔２９ａから導入された空気は、セルスタック１０の外表面１０ａから燃料電池セル１３に導入される。通孔２９ｂから導入された空気は、セルスタック１０の外表面１０ｃから燃料電池セル１４に導入される。すなわち、本実施形態の燃料電池装置１では、セルスタック１０の外表面１０ａ，１０ｃがガス導入面となっている。以下、セルスタック１０の外表面１０ａ，１０ｃを「ガス導入面」とも称する。セルスタック１０の外表面１０ａから燃料電池セル１３に導入された空気は、図中に矢印Ｓ３０で示されるように、燃料電池セル１３，１４の配列方向ｒに並行に流れ、排気口１５を通じてスタックアダプタ７０に排出される。セルスタック１０の外表面１０ｃから燃料電池セル１４に導入された空気は、図中に矢印Ｓ３１で示されるように、矢印Ｓ３０とは逆の方向に流れ、排気口１５を通じてスタックアダプタ７０に排出される。

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１によれば、以下の（６）に示される作用及び効果を更に得ることができる。

（６）本実施形態の燃料電池装置１では、セルスタック１０のガス導入面１０ａ，１０ｂから離間するほど、セルスタック１０の外表面１０ｂ，１０ｄと熱交換部９３との間の距離が長くなっている。セルスタック１０の外表面１０ｂ，１０ｄでは、熱交換部９３との間の距離が長くなるほど、熱交換部９３の受熱面積が相対的に広くなるため、熱交換部９３の受熱作用が高められる。したがって、熱交換部９３の受熱作用は、ガス導入面１０ａに近い領域Ａよりも、中央部付近の領域Ｂの方が高くなる。このように、本実施形態では、直方体状のセルスタック１０と、円筒状の熱交換部９３とにより放熱構造３３０が構成されている。この放熱構造３３０により、温度上昇し易いセルスタック１０の中央部で熱交換部９３による受熱作用を高めることができるため、より的確にセルスタック１００の温度分布を均一化することができる。

＜他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第２実施形態の燃料電池装置１は、セルスタック１００，２００を有する構造に代えて、図７に示されるような第５実施形態のセルスタック１０の構造、すなわちセパレータ１２上に２つの燃料電池セル１３，１４が配置される構造を採用することも可能である。第３実施形態の燃料電池装置１や第４実施形態の燃料電池装置１についても同様である。

・第２実施形態及び第３実施形態では、熱伝導部材１３０〜１３３，２３０〜２３３の数や形状を適宜変更可能である。

・第２実施形態及び第３実施形態では、棒状の熱伝導部材１３０〜１３３，２３０〜２３３に代えて、平板状の熱伝導部材を燃料電池セル１１０，２１０の表面に配置してもよい。また、燃料電池セル１１０，２１０の表面にだけ熱伝導部材を配置する方法に代えて、軸線ｍに直交する断面積がセパレータ１２０，２２０と同程度の断面積を有する熱伝導部材を燃料電池セル１１０，２１０に対向してそれぞれ配置してもよい。要は、燃料電池装置１は、セルスタック１００，２００の内部から熱交換部９３に向かって熱伝導部材が配置される構造であればよい。

・第３実施形態では、熱伝導部材１３０〜１３３，２３０〜２３３の熱伝導率を変化させる方法として、熱伝導部材１３０〜１３３，２３０〜２３３の材質を変更する方法を採用してもよい。すなわち、熱伝導部材１３０〜１３３として、ガス導入面１００ａから離間しているものほど熱伝導率の高い材質のものを用いる。また、熱伝導部材２３０〜２３３として、ガス導入面２００ａから離間しているものほど熱伝導率の高い材質のものを用いる。このような構成であっても、上記（４）示される作用及び効果を得ることが可能である。

・第４実施形態のガス流れ制御板１４０，２４０の位置や形状は、燃料電池セル１１０，２１０を通過した空気の流れ方向を熱交換部９３に向かう方向に変化させることの可能な構造であれば、適宜変更可能である。

・第５実施形態では、セパレータ１２上に配置される燃料電池セルの数や位置を適宜変更してもよい。

・第５実施形態では、熱交換部９３の形状を適宜変更してもよい。例えば図８に示されるように、第１筒状体２１及び第２筒状体２２のそれぞれの断面構造を楕円状にすることにより、熱交換部９３の断面構造を楕円状にしてもよい。その際、熱交換部９３の内部には２つのセルスタック１００，２００を配置してもよい。なお、一方のセルスタック１００は、複数の燃料電池セル１１０がセパレータ１２０を介して複数積層された構造からなる。他方のセルスタック２００は、複数の燃料電池セル２１０がセパレータ２２０を介して複数積層された構造からなる。セルスタック１００，２００はスタックアダプタ７１，７２を介してベースプレート８０上に並べて配置されている。このような構造でも、セルスタック１００のガス導入面１００ａから離間するほど、セルスタック１００の外表面１００ｂ，１００ｄと熱交換部９３との間の距離が長くなる。また、セルスタック２００のガス導入面２００ａから離間するほど、セルスタック２００の外表面２００ｂ，２００ｄと熱交換部９３との間の距離が長くなる。したがって、上記（６）に準じた作用及び効果を得ることができる。要は、第５実施形態の放熱構造３３０は、ガス導入面から離間するほどセルスタックの外表面と熱交換部との間の距離が長くなるようにセルスタックと熱交換部とが配置された構造であればよい。

・各実施形態では、酸化剤ガスとして空気を用いたが、例えば酸素ボンベに充填された酸素ガス等を用いてもよい。

・各実施形態では、燃料ガスを生成するための原料として都市ガスを用いたが、例えばＬＰガスや灯油などを用いてもよい。

・セルスタックは、直方体状に限らず、例えば６角形状や８角形状等の多角形状、あるいは円柱状等の適宜の形状を採用することができる。なお、セルスタックが円柱状の場合、ガス導入面は、セルスタックの積層面となる円周外表面において酸化剤ガスが導入される側の円周外表面の一部となる。また、セルスタックが多角形状の場合、ガス導入面は、セルスタックの積層面となる外表面において酸化剤ガスが導入される側の外表面の一部、より詳しくは多角形状の一辺あるいは複数辺に対応する外表面の一部となる。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、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、サイズ等は、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、前述した実施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。

１：燃料電池装置
１０，１００，２００：セルスタック
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１００ｂ，１００ｄ，２００ｂ，２００ｄ：外表面
１０ａ，１０ｃ，１００ａ，２００ａ：ガス導入面
１１，１３，１４，１１０，２１０：燃料電池セル
９３：熱交換部
１３０〜１３３，２３０〜２３３：熱伝導部材
３１０，３１１，３２０，３２１，３３０：放熱構造
１４０，２４０：ガス流れ制御板

Claims (8)

1. 燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池装置であって、
   前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの供給に基づき発電する燃料電池セル（１１）の積層構造からなるセルスタック（１０）と、
   前記セルスタックの積層面となる外表面において前記酸化剤ガスが導入される側の外表面であるガス導入面（１０ａ）を除く外表面（１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）と対向し前記外表面を囲むように配置され、前記外表面を介して前記セルスタックから発せられる熱を前記酸化剤ガスと熱交換させる熱交換部（９３）と、を備えることを特徴とする燃料電池装置。
2. 燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池装置であって、
   前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの供給に基づき発電する燃料電池セル（１３，１４，１１０，２１０）の積層構造からなるセルスタック（１０，１００，２００）と、
   前記セルスタックの積層面となる外表面において前記酸化剤ガスが導入される側の外表面であるガス導入面（１０ａ，１０ｃ，１００ａ，２００ａ）を除く外表面（１０ｂ，１０ｄ，１００ｂ，１００ｄ，２００ｂ，２００ｄ）に対向し前記外表面を囲むように配置され、前記外表面を介して前記セルスタックから発せられる熱を前記酸化剤ガスと熱交換させる熱交換部（９３）と、
   前記セルスタックにおいて前記熱交換部に対向していない部分から発せられる熱を前記熱交換部に向かって放熱する放熱構造（３１０，３１１，３２０，３２１，３３０）と、を備えることを特徴とする燃料電池装置。
3. 前記放熱構造（３１０，３１１）は、前記セルスタック（１００，２００）の積層面となる外表面において前記熱交換部に対向していない部分の内部から前記熱交換部に向かって配置される熱伝導部材（１３０〜１３３，２３０〜２３３）からなることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
4. 前記熱伝導部材は、前記燃料電池セル（１１０，２１０）の表面にのみ配置されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
5. 前記放熱構造は、前記ガス導入面から離間するほど、熱伝導率が高くなるように前記熱伝導部材が複数配置された構造からなることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池装置。
6. 前記放熱構造（３２０，３２１）は、前記燃料電池セル（１１０，２１０）を通過した酸化剤ガスの流れ方向を前記熱交換部に向かう方向に変化させるガス流れ制御板（１４０，２４０）からなることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
7. 前記放熱構造（３３０）は、前記ガス導入面（１０ａ，１０ｃ，１００ａ，２００ａ）から離間するほど前記セルスタックの外表面（１０ｂ，１０ｄ，１００ｂ，１００ｄ，２００ｂ，２００ｄ）と前記熱交換部との間の距離が長くなるように前記セルスタックと前記熱交換部とが配置された構造からなることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
8. 前記セルスタックは、直方体状をなすものであり、
   前記熱交換部は、前記セルスタックを内部に収容する円筒状の部材からなることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池装置。

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