JP2016178073A - 固体酸化物形燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】従来の断熱性能を維持すると共に、軽量化と組み立て性向上を実現した固体酸化物形燃料電池モジュールを提供する。【解決手段】モジュール容器と、モジュール容器の内部に酸化剤ガスと燃料ガスにより発電する複数の燃料電池セルとを備えた固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、モジュール容器は、板状に形状を保持する形状保持シートに被覆された複数の板状断熱材により覆われ、板状断熱材は、固体酸化物形燃料電池モジュールの最外面を構成すると共に、複数の板状断熱材が互いに接触する部分は、固定部材によりモジュール容器に固定されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。【選択図】図５

Description

本発明は、内部に燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールを包囲する断熱材に関し、特に固体酸化物形燃料電池モジュールに関する。

次世代のクリーンな発電装置として、発電効率の高い燃料電池と、この燃料電池を稼動するための補機類とを備えた燃料電池装置の開発が活発化している。燃料電池としては、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、アルカリ電解質形燃料電池（ＡＦＣ）、直接形燃料電池（ＤＦＣ）等が知られている。

特にＳＯＦＣは、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を設け、一方の側に燃料ガス、他方の側に空気や酸素等の酸素含有ガスを供給することで高温で動作する燃料電池である。一般的に、固体酸化物形燃料電池へ供給する燃料ガスは都市ガスや天然ガスを改質して生成する。都市ガス等を燃料ガスへ変換する燃料改質器は高温で加熱する必要があるが、ＳＯＦＣの動作温度は約７００〜１０００℃と、他の燃料電池と比較して高温状態での運転となるため、その排ガスを使って燃料改質器の加熱を行うことができる。つまり、ＳＯＦＣは別途外部から燃料改質器を加熱するための熱を与える必要がなく、高い発電効率を得ることができるという利点を有する。

ところで、この固体酸化物形燃料電池装置において、燃料電池セルを内部に収容し内部で発電反応を行う燃料電池モジュールと、燃料ガス・空気・水などの流体を制御するための制御ユニットやインバータや熱回収ユニットなどの補機類（以下補機ユニットとも言う）とが必要となるため、燃料電池モジュールと補機類とを同一の筐体に収容し発電ユニットとする形態が一般的である。

そのため、内部に固体酸化物形燃料電池セルを収容した燃料電池モジュールにおいて、燃料電池モジュール容器（以下、モジュール容器と呼ぶこともある）の外方に熱を放出してしまうと、同一の筐体に収容された補機類は耐熱性能が低いため、放出された熱によって補機類が故障してしまう恐れがある。さらに、燃料電池セルは高温で作動するものであるため、モジュール容器外に熱を放出してしまうと、モジュール容器の内部の温度が低下してしまい、エネルギー効率が低下してしまう。これらのことから、燃料電池モジュールは、モジュール容器外部へ熱を放出することによって引き起こしてしまう補機類の故障やエネルギー効率の低下を防止するために、燃料電池モジュール容器の外表面を断熱材で覆い、動作中の燃料電池モジュールから熱が散逸することを抑制することが求められる。

例えば特許文献１では、複数の燃料電池セルを内部に収容した燃料電池モジュールに対してその外表面をブロック状の断熱材で覆い、さらにその断熱材の外表面を金属製の筐体によって包囲することが開示されている。

特開２０１４−１９１９７２号

ここで、燃料電池モジュールに用いられる断熱材は強度が低く、割れや欠けが発生してしまうことが懸念される。断熱材は燃料電池モジュール容器と密接して配置することが断熱性能の観点から望ましいが、割れ・欠けが発生してしまった場合には燃料電池モジュールの断熱性能が低下してしまう。すなわち、燃料電池モジュール容器の熱が断熱材の破損により生じた隙間から逃げてしまうことによって、不要な放熱が生じて熱利用率の低下に繋がってしまう。

さらに、断熱材の割れ・欠けによって生じた断熱材の微小な粉塵が、装置内部に並設された補機類に悪影響を及ぼすことが考えられる。具体的には、微小な粉塵が補機類に侵入し、インバータの電気回路をショートさせたり、電子部品の放熱を妨げたりすることで、機器の故障を引き起こしてしまうことによって補機類に悪影響を与えてしまう。

上記の理由により、断熱材の周囲を強度を有する部材で保護して断熱材の割れ・欠けを防止する必要があるが、燃料電池モジュールは高温で運転するものであるため、燃料電池モジュールの最外表面を構成する部材は耐熱性のあるものが望ましい。特許文献１の構成では、燃料電池モジュールの最外表面は耐熱性のある金属製の筐体によって覆われており、モジュール容器の外方に配置された断熱材を保護・補強している。

しかしながら、上述のように断熱材を配置した後にその外表面を耐熱性のある金属製の部材等によって被覆することは大変作業性が悪い上に、金属製の部材分だけ部材費がかかり、重量が大きくなってしまう。

詳述すると、燃料電池モジュール容器の各側面及び上下面に断熱材を配置するが、これらの作業は断熱材が破損しないように取り扱いに注意しながら行わなければならない。さらに、金属製の部材等によって断熱材の外表面を覆うが、断熱材と金属製の部材とは、コンパクト化の観点から、ほぼ隙間が生じないように構成するため、断熱材と金属製の部材とが接触して断熱材が破損して割れや欠けが生じる恐れがあった。そのため、断熱材の取り扱いには細心の注意を払って燃料電池モジュールを組み立てる必要があった。それに加えて、燃料電池モジュール外表面を覆うほどの金属製の部材を用いるため、部材費が高くなることや、燃料電池モジュールの重量が大きくなってしまうという問題があった。

以上のことから、本発明は上記の課題を解決し、従来の断熱性能を保持しつつ、組み立て性向上と軽量化を実現した固体酸化物形燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

そこで、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、モジュール容器と、モジュール容器の内部に酸化剤ガスと燃料ガスにより発電する複数の燃料電池セルとを備えた固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、モジュール容器は、板状に形状を保持する形状保持シートに被覆された複数の板状断熱材により覆われ、板状断熱材は、固体酸化物形燃料電池モジュールの最外面を構成すると共に、複数の板状断熱材が互いに接触する部分は、固定部材によりモジュール容器に固定されている。

このように構成された本件発明によれば、断熱材を形状保持シートによって被覆して断熱材に強度を付帯させることで、断熱材を板状の形状に保持することができ、モジュール容器の最外表面に配置することができる。すなわち、板状断熱材とすることで、粉塵の発生や断熱性能の低下を抑制するために必要であった金属製の筐体が必要とならず、燃料電池モジュールの最外表面に配置することが可能となる。このため、各板状断熱材の接触箇所のみを固定すればモジュール容器に固定することができるため、最小限の固定部材で燃料電池モジュールを構成することができる。さらに、板状断熱材として構成することで断熱材は強度が向上するため、燃料電池モジュール組み立て時に断熱材の取り扱いに細心の注意を払わずとも、モジュール容器の外方に板状断熱材を貼り付けるように配置することができ、燃料電池モジュールの組み立て性が向上する。以上のことから、従来の断熱材を板状断熱材として構成することで、モジュール容器の組立て作業性を向上させつつ、燃料電池モジュールの軽量化や部材費削減を実現することができる。

また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、固定部材は板状断熱材のそれぞれが接触する部分と、その近傍を覆うように設けられ、固定部材は板状断熱材のそれぞれと接触する部分を押しつぶすようにして固定されている。

このように構成された本件発明によれば、それぞれの断熱材の接触箇所は固定部材によって押しつぶされるように密着され接触箇所の断熱性能を向上させることができる。本件発明では、板状の断熱材を並べて配置することで、モジュール容器の断熱被覆を行っている。しかしながら、このように断熱材を並設すると断熱材同士の隙間から断熱被覆した内部から熱が放出しやすいため、一体的に形成された断熱材に比べて断熱性能が低くなってしまう。そのため、本件発明では並べて配置した板状断熱材の接触部を押しつぶすことで熱の放出を抑制している。これは従来のブロック形状の断熱材では、強度的に脆いため接触部が崩れてしまうが、板状断熱材は被覆され板状形状が維持されているため、接触部において崩れずに押しつぶすことができて、熱が放出する隙間をなくす事が可能となる。よって、別途複数の部材によって断熱性能を強化する必要がなくなり、軽量化と組み立て性の向上を実現できる。

また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、固定部材は断面の形状がＬ字である。

このように構成された本件発明によれば、板状断熱材の接触箇所は角をなすように接触するため、断面がＬ字の固定部材によって板状断熱材の接触箇所を覆うように固定することができる。よって、固定部材が板状断熱材を覆う部分を最小限とすることができるため、燃料電池モジュールを軽量化することができる。なお、Ｌ字形状は断面視において２辺の長さは相違したものであってもよい。

また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、固定部材は板状断熱材のそれぞれが接触する部分に沿って延在する線状形状である。

このように構成された本件発明によれば、それぞれの板状断熱材は一辺に渡って接触するが、固定部材を線状形状とすることで、一つの固定部材によって板状断熱材を密着させて固定することができる。すなわち、二つの板状断熱材が接触するのは一辺で接するため、一辺に渡って放熱が生じやすいが、線状形状に形成された一つの固定部材によって一辺に渡って接触する二つの板状断熱材同士を押しつぶすように固定することができる。よって、一つの固定部材で二つの板状部材の接触箇所を完全に被覆することができるため、一辺に渡って密着させ、部分的に断熱性能が異なることを防ぎ、均一な断熱性能を発揮することができる。

また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、板状断熱材とモジュール容器の間には、形状保持シートに被覆されていない断熱材が配置されている。

このように構成された本件発明によれば、強度の高い板状断熱材によって燃料電池モジュール筐体とすることができるため、モジュール容器と板状断熱材との間に強度的に脆い断熱材を配置しても、その外表面に板状断熱材を貼り付けるように組み付けることができるため、組み付け性が向上する。さらに、モジュール容器外表面はモジュール容器内部の熱により高温状態であるが、モジュール容器と板状断熱材との間に断熱材を配置することによって、熱による形状保持シートの劣化や破損による断熱性能の低下を防止することができる。

また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、板状断熱材の形状保持シートに被覆された断熱材はヒュームドシリカを含有する断熱材である。

ここで、ヒュームドシリカを含有する断熱材は一般的に脆く、断熱性能が良いが親水性が高いため内部に水分を蓄えてしまうという特徴を有する。断熱材の補強の観点から断熱材の外表面に金属製の筐体で覆った場合、断熱材の内部に蓄えた水分が運転環境下によって蒸発し、その水分が金属筐体と断熱材の間で結露と蒸発を繰り返して断熱材が劣化してしまうという問題があった。

そこで、このように構成された本件発明によれば、ヒュームドシリカを含有する断熱材が、固定部材が設けられている箇所を除いてモジュール容器の最外壁を構成しているため、断熱材内部に蓄えた水分が蒸発しても結露しないため、ヒュームドシリカを含有する断熱材の高い断熱性能を享受しつつも、水蒸気の凝縮によって発生する水によって断熱材が劣化することはない。

また、本明細書で開示する発明の構成の一態様は、形状保持シートはガラスクロスである。

このように構成された本件発明によれば、ガラスクロスの最高使用温度はおよそ５５０℃で燃料電池の作動温度より低いものであるが、板状断熱材とモジュール容器の間には形状保持シートに被覆されていない断熱材を内部に配置しているため、形状保持シートの劣化を防ぐことができる。

従来の断熱性能を維持すると共に、軽量化と組み立て性の向上を実現した固体酸化物形燃料電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の概略構成図である。 本発明の実施形態による板状断熱材と固定部材によって最外表面が構成された燃料電池モジュールを示す斜視図である。 本発明の実施形態による板状断熱材の配置を示す説明図である。 本発明の実施形態による固定部材の配置を示す説明図である。 発明の実施形態による固定部材と板状断熱材を示す図２のＸ−Ｘ線に沿った上面視からの部分断面図である。 本発明の実施形態による点火装置の配置部分について図２のＹ−Ｙ線に沿った側面視からの部分断面図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。 図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器及び空気通路カバーの分解斜視図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、燃料電池モジュールを示す側面断面図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った燃料電池モジュールの正面断面図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器の周囲を流れる排気ガスの説明図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器及び排気ガス誘導部材の側面断面斜視図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器及び排気ガス誘導部材の正面断面斜視図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の改質器の貫通孔を流れる排気ガスの説明図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の熱交換部の正面断面図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の天板と排気管の接続部分の説明図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の天板上の発電用空気供給通路の説明図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置のモジュール容器の天板下の排気通路の説明図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置のプレートフィンの斜視図である。 本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の空気通路カバーの側板とモジュール容器の側板との間に配置されたプレートフィンの説明図である。 本発明の第１の実施例（ａ）と第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））による断熱材の記載を省略した燃料電池モジュールを示す斜視図である。 図２５に示す燃料電池モジュールをｘ方向から見た、本発明の第１の実施例（ａ）と第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））による燃料電池モジュールを示す断面図（断熱材の記載は省略）である。 図２５に示す燃料電池モジュールをｘ方向から見た、本発明の第１の実施例（ａ）と第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））による燃料電池モジュールを示す断面図（空気通路カバーの記載は省略）である。 本発明の第１の実施例（ａ）と第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））による燃料電池モジュールを示す斜視図である。 図２８に示す燃料電池モジュールをｘ方向から見た、本発明の第１の実施例（ａ）と第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））による燃料電池モジュールを示す断面図（断熱材の記載は省略）である。

つぎに図１から図６を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物形燃料電池セルを収容した燃料電池モジュールについて説明する。図１は本発明の一実施形態による燃料電池モジュールを含む固体酸化物形燃料電池装置を示す全体構成概略である。図１に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えており、燃料電池モジュール２と補機ユニット４とは固体酸化物形燃料電池装置１の内部に並設される。

燃料電池モジュール２は、モジュール容器８を備え、このモジュール容器８の外部には、断熱材７、板状断熱材１０００の順に配置されている。モジュール容器８の内部は密閉空間であり、モジュール容器８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤ガス（以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。）とにより発電反応を行う燃料電池セル１２が配置されている。この例では、燃料電池セル集合体１４は、１２８本の燃料電池セルユニット１６を有する。燃料電池セル集合体１４は、複数の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。

燃料電池モジュール２のモジュール容器８の発電室１０の上方には、燃焼部としての燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、排気ガス（言い換えると燃焼ガス）を生成するようになっている。また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを生成する改質器１２０が配置され、上記した残余ガスの燃焼熱によって改質器１２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。

さらに、図１に示すようにモジュール容器８は断熱材７により覆われており、燃料電池モジュール２内部の熱が、外部へ発散するのを抑制している。断熱材７の外部には、板状断熱材１０００が配置され、燃料電池モジュール２の外表面を板状断熱材１０００と固定部材（図示せず）とで構成されており、板状断熱材１０００は端部を固定部材１００４（図２、３を参照）によって固定され燃料電池モジュール２を形成している。

また、モジュール容器８の上方には、蒸発器１４０が断熱材７内に設けられている。蒸発器１４０は、供給された水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガス（以下では「燃料ガス」と呼ぶこともある。）をモジュール容器８内の改質器１２０に供給する。

図２は、本発明の実施形態による燃料電池モジュール１００２の全体斜視図である。さらに、図３と図４は板状断熱材１０００と固定部材１００４とで構成される燃料電池モジュール２の簡易分解図を示している。また、図５は図２におけるＸ―Ｘ断面に沿った上面視部分断面図である。図２、図４、図５に示すように燃料電池モジュール２、１００２は、その外表面が板状断熱材１０００と固定部材１００４とで構成されており、領域Ａは二つの板状断熱材１０００が接触する箇所で、領域Ｂは三つの板状断熱材１０００が接触する箇所の角部を示している。

ここで、図３、４を参照しながら、燃料電池モジュール１００２の構成に関して説明する。図３に示すように、上下面、左右、正背面の６面全面にヒュームドシリカを含有するブロック状の断熱材１００１が配置されており、その内部にはモジュール容器１０１６が収納されている。さらに、断熱材１００１の外表面において、下面を除いた全面に板状断熱材１０００が周囲を覆うように設けられている。下面に配置された断熱材１００１の表面側には、金属板によって構成され端部が上方に折り曲げられたトレー１０１０が配置されており、トレー１０１０は図３に示すように底面の周囲４辺が折り曲げられて立ち上がり、底面全体を覆うように形成されている。なお、本実施形態では下面に板状断熱材１０００を設置していないが、これに限るものではない。

つぎに、図４に示すように、板状断熱材１０００は８つの固定部材１００４によって板状断熱材１０００同士が固定される。それぞれの固定部材１００４は二つの板状断熱材１０００が接触する箇所の領域Ａと、三つの板状断熱材１０００が接触する個所の領域Ｂとを覆うように設けられており、複数の板状断熱材１０００を固定している。さらに、図２を参照すると、燃料電池モジュール１００２の一側面には燃料供給配管１００３、発電用空気導入管１００５、温度センサ１００６、点火装置１０２０が板状断熱材１０００と断熱材１００１とを貫通して側面から燃料電池モジュール１００２の内部へと挿入されており、上面からは水添脱硫器用水素取出管１００９がモジュール容器１００２の上方に突出している。

ところで、一般的に断熱材は脆く、燃料電池モジュール１００２の組み立ての際などに割れや欠けが発生しやすく、割れや欠けが生じた断熱材は、通常と比較して断熱性能が低下し、発生した微小な粉塵が補機ユニット４（図１参照）に侵入し内部を構成する電子部品のショートや電子部品の放熱妨害を引き起こしてしまう。このため、従来では断熱材１０００をモジュール容器１０１６の表面に配置し、その後断熱材１０００の外表面に金属製のカバー部材で覆い、断熱材１０００の保護や補強を行っていた。しかしながら、断熱材１０００とカバー部材との接触による断熱材１０００の破損のリスクや、モジュール容器１０１６を覆うほどの金属製のカバー部材による重量化が懸念される。

そこで、本発明において図３に示すように、断熱材１０００ａの周囲を形状保持シート１０００ｂによって保護しながら断熱材１０００ａの強度を向上させた板状形状の板状断熱材１０００（図５参照）を、断熱材１００１の下面を除いた全ての表面に貼り付けるように配置されている。さらに、図４に示すように、これらの板状断熱材１０００は各々が端部で接触し、その接触領域を覆うように配置された断面形状がＬ字の固定部材１００４によってモジュール容器１０１６に固定されている。すなわち、板状断熱材１０００は形状保持シート１０００ｂによって十分な強度が付与されて板状形状が保持できるため、最外表面に設置して燃料電池モジュール１００２として形成することが可能であり、さらに断熱材の割れや欠けによって発生した粉塵が補機ユニット４（図１参照）へ悪影響を及ぼすリスクを低減することが可能となる。

また、形状保持シート１０００ｂによって断熱材１０００ａが保護されているため、断熱材を保護するための金属製のカバー部材が不要となり、モジュール容器２の外表面として用い、板状断熱材１０００とモジュール容器１０１６との間には強度的に不安のある複数の断熱材１００１を配置することができる。すなわち、モジュール容器１０１６を囲む断熱材を全て形状保持シート１０００ｂによって保護する必要はなく、断熱材を２層または多層に構成して最外層の断熱材を形状保持シート１０００ｂによって覆うことで、最小限の形状保持シート１０００ｂでコストを抑えながら構成することができる。これによって、断熱性能を高めるために、厚みが増えてサイズが大きくなった断熱材を形状保持シート１０００ｂによって被覆せずとも、内部に断熱材１００１を別途配置させればよく、断熱材１００１の表面に貼り付けるように外表面に配置して固定することができ、従来通りの断熱性能を確保しながら組み立て性向上と軽量化を計ることができる。

また、形状保持シート１０００ｂは熱伝導性の低いガラスクロスを用いている。ガラスクロスの最高使用温度はおよそ５５０℃で燃料電池装置の作動温度よりも低いものであるが、板状断熱材１０００とモジュール容器１０１６の間には被覆シート１０００ｂに覆われていない断熱材１００１を内側に配置しているため、燃料電池モジュール１００２が高温で運転されることによって被覆シートが劣化や損傷することはない。

ところで、複数の断熱材によってモジュール容器１０１６を包囲した場合には、それぞれの断熱材の接触箇所Ａは隙間ができやすいため内部の熱が逃げやすく、一体的に形成された断熱材に比べて断熱性能が低くなる。しかし、本件発明の実施形態によれば、図５を参照すると、板状断熱材１０００のそれぞれが接触する領域Ａにおいて、形状保持シート１０００ｂに包まれた断熱材１０００ａは固定部材１００４によってそれぞれの接触面を圧迫する方向に圧力が働く（図５の太字実線矢印）。具体的には、二つの板状断熱材１０００が接触する領域Ａにおいて、Ｌ字の固定部材１００４が板状断熱材１０００をモジュール容器１０１６方向に圧迫するように力が働く（太字実線矢印）。そのため、板状断熱材１０００の断熱材１０００ａは、図５の一点鎖線矢印に示すように、圧迫方向から逃れるように長手方向に延出しようとするため、図５の黒字太線に示すように、状断熱材１０００の端部は押しつぶされて密着している。以上のことから、二つの板状断熱材１０００の接触箇所を示す領域Ａでは、固定部材１００４による長手方向に延出しようとする力（一点鎖線矢印）が働くことで、断熱材１０００の端部が押しつぶされて密着するため、隙間ができやすい断熱材の合わせ面からの放熱を抑制することができる。

図２に示すように、３つの板状断熱材１０００が接触する燃料電池モジュールの角部の領域Ｂでは、特に隙間ができやすく、熱を放出しやすい。しかしながら本件発明の実施形態によれば、燃料電池モジュールの角部の領域Ｂには固定部材１００４の３つが重なる部分であり、板状断熱材１０００に大きな圧力がかかる。そのため、板状断熱材１０００の端部を確実に押しつぶすことが可能になり、最も放熱が生じやすい角部の領域Ｂにおいても、断熱性能が低下することはない。

上述したように、それぞれの板状断熱材１０００は一辺に渡って領域Ａにおいて接触するが（図２の領域Ａ参照）、断面形状がＬ字の固定部材１００４は線状形状に形成されているため、二つの板状断熱材１０００を一辺に渡って密着させている（図５の黒字太線を参照）。さらに、領域Ａにおいて、一つの固定部材１００４で二つの板状断熱材１０００を均等に圧迫されるため（図５の太字実線矢印を参照）、部分的に断熱性能が異なることなく、最低限の固定部材１００４で一辺に渡って均一な断熱性能を発揮できる。なお、本実施例においては燃料電池モジュール２の底面以外に設けた板状断熱材１０００を固定部材１００４によって固定しており、全体的にモジュール容器１０１６方向に向かう圧力を均等にしているが、部分的に固定部材を設けても良い。

ここで、断熱材１００１、１０００ａはヒュームドシリカを含有するものである。ヒュームドシリカを含有する断熱材は一般的に脆く、断熱性能が良いが親水性が強いため内部に水分を蓄えてしまう。断熱材の補強の観点から断熱材の外表面に金属性の筐体で覆うことが知られているが、内部に蓄えた水分が運転環境下によって蒸発し、その水分が金属筐体と断熱材の間で結露と蒸発を繰り返して断熱材が劣化してしまうという問題があった。そこで、本発明によれば、ヒュームドシリカを含有する断熱材１００１、１０００ａは、固定部材１００４が設けられている箇所を除いてモジュール容器１０１６の最外表面を構成しているため、断熱材１００１、１０００ａの内部に蓄えた水分は蒸発すると共に燃料電池モジュール２の外方に放出され、水蒸気の凝縮によって発生する水による断熱材１００１、１０００ａの劣化を防止することができる。

以上のことから、本発明の実施形態によれば、板状断熱材１０００と固定部材１００４とによって燃料電池モジュール最外表面を構成するため、つまり燃料電池モジュールの筐体を形成することができるため、断熱材を保護するための金属製のカバーが不要となり、低コスト化や軽量化を計ることが可能となる。さらに、板状断熱材１０００は強度が高く、断熱材１００１に貼り付けるようにモジュール容器１０１６に組み付けて最外面が構成できるため断熱材の破損のリスクを低くしつつ燃料電池モジュール１００２の組み立てが可能となる。それに加えて、固定部材１００４によって領域Ａまたは領域Ｂの放熱を抑えながら板状断熱材１０００を固定することができるため、別途複数の部材によって断熱性能を強化する必要がなく、軽量化と組み立て性向上を実現できる。

つぎに、図６を参照しながら、燃料電池モジュール１００２の側面から内部に挿入され、燃料電池セル１０１８の上部に配置された点火装置１０２０について説明する。図６は図２のＹ−Ｙの断面図を示している。

図６に示すように、燃料電池モジュール１００２のモジュール容器１０１６の発電室１０１９の上方には燃焼室１０１４が形成され、この燃焼室１０１４で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の空気とを燃焼させており、燃焼の際には点火装置１０２０によって残余のガスに着火して燃焼させている。なお、本実施例では点火装置１０２０は点火ヒーターを用いているが、点火プラグ等によって着火してもよい。

また、図６は点火装置１０２０が設置されたモジュール容器１０１６の部分断面図を示している。点火装置１０２０は板状断熱材１０００と断熱材１００１を貫通し、モジュール容器１０１６の側壁からモジュール内部に挿入されており、点火装置１０２０の先端は燃焼室１０１４に位置するように配置されている。なお、ここでは改質器は図示しない。

ここで、点火装置１０２０の先端は燃焼室１０１４に位置するように設けられているため、常に燃焼室１０１４の高温の燃焼熱を受け続けることとなる。その一方で、図２、４に示すように点火装置１０２０は板状断熱材１０００と断熱材１００１を貫通してモジュール容器１０１６内部へと挿入されるため、周囲を断熱材で覆われることとなり、自身に蓄えた燃焼室１０１４からの熱を放熱しにくく、点火装置１０２０などの電子部品は熱劣化の促進や破損に至ってしまう。そのため、本実施形態において、点火装置１０２０がモジュール容器１０１６の内部の熱によって劣化・破損する事を防止する目的で、点火装置１０２０と板状断熱材１０００の外表面とを接続する放熱部材１０２２を設けている。

放熱部材１０２２は伝熱性を有する金属板で構成されており、この金属板は一方が点火装置１０２０と接触し、他方が板状断熱材１０００の外表面と接続され、それぞれが固定されている。このように構成することで、点火装置１０２０に蓄えた熱量が熱伝導によって放熱部材１０２２に伝わり、板状断熱材１０００の外表面側へと伝熱していき、放熱部材１０２２と板状断熱材１０００外方の空気とで熱交換を行う（図６の点線矢印）。そのため、断熱材に囲まれている点火装置１０２０から放熱させることができ、蓄熱による点火装置１０２０の劣化や故障を防止することができる。なお、板状断熱材１０００の大きさや接触面積を変化することによって放熱量を調整することができ、最低限の熱量を点火装置１０２０から放熱させて燃料電池モジュール１００２２の熱効率を維持することができる。また、本実施形態では点火装置１０２０について言及したが、モジュール容器１０１６を貫通して内部から熱を受ける電子部品に適用することも可能である。

（第１実施例）
次に、図７〜図２４を参照して、本発明の第１実施例を説明する。

図７は、本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図８は、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であり、図９は、モジュール容器及び空気通路カバーの分解斜視図である。

図７及び図８に示すように、燃料電池モジュール２は、断熱材７で覆われたモジュール容器８の内部に設けられた燃料電池セル集合体１２及び改質器１２０を有すると共に、モジュール容器８の外部で且つ断熱材７内に設けられた蒸発器１４０を有する。

まず、モジュール容器８は、図９に示すように、略矩形の天板８ａ，底板８ｃ，これらの長手方向（図７の左右方向）に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板８ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板８ａ及び底板８ｃの幅方向（図８の左右方向）に延びる辺同士を連結する閉鎖側板８ｄ，８ｅからなる。

モジュール容器８は、空気通路カバー１６０によって天板８ａ及び側板８ｂが覆われている。空気通路カバー１６０は、天板１６０ａと、対向する一対の側板１６０ｂとを有する。天板１６０ａの略中央部分には、排気管１７１を貫通させるための開口部１６７が設けられている。天板１６０ａと天板８ａとの間、及び、側板１６０ｂと側板８ｂとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュール容器８の外側と断熱材７との間、具体的にはモジュール容器８の天板８ａ及び側板８ｂと、空気通路カバー１６０の天板１６０ａ及び側板１６０ｂとの間には、酸化剤ガス供給通路としての空気通路１６１ａ，１６１ｂが形成されている（図８参照）。

モジュール容器８の側板８ｂの下部には、複数の貫通孔である吹出口８ｆが設けられている（図９参照）。発電用空気は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａのうち、モジュール容器８の閉鎖側板８ｅ側の略中央部に設けられた発電用空気導入管７４から流路方向調整部１６４を介して空気通路１６１ａ内に供給される（図７、図９参照）。そして、発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂを通って、吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される（図８、図９参照）。

また、空気通路１６１ａ，１６１ｂの内部には、熱交換促進部材としての板状のオフセットフィンであるプレートフィン１６２，１６３が設けられている（図８参照）。プレートフィン１６２は、モジュール容器８の天板８ａと空気通路カバー１６０の天板１６０ａの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられ、プレートフィン１６３は、モジュール容器８の側板８ｂと空気通路カバー１６０の側板１６０ｂとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット１６よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられている。

空気通路１６１ａ，１６１ｂを流れる発電用空気は、特にプレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の内側のモジュール容器８内（具体的には天板８ａ，側板８ｂに沿って設けられた排気通路）を通過する排気ガスとの間で熱交換を行い、加熱されることとなる。このようなことから、空気通路１６１ａ，１６１ｂにおいてプレートフィン１６２，１６３が設けられた部分は、熱交換器（熱交換部）として機能する。なお、プレートフィン１６２が設けられた部分が主たる熱交換器部分を構成し、プレートフィン１６３が設けられた部分が従たる熱交換器部分を構成する。

次に、蒸発器１４０は、モジュール容器８の天板８ａ上で水平方向に延びるように固定されている。また、蒸発器１４０とモジュール容器８との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材７の一部分７ａが配置されている（図７及び図８参照）。

具体的には、蒸発器１４０は、長手方向（図７の左右方向）の一側端側に、水及び原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい）を供給する燃料供給配管６３と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管８２（図８参照）とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管１７１の上端部が連結されている。排気管１７１は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａに形成された開口部１６７を貫通して下方へ延び、モジュール容器８の天板８ａ上に形成された排気口１１１に連結されている。排気口１１１は、モジュール容器８内の燃焼室１８で生成された排気ガスをモジュール容器８の外へ排出する開口部であり、モジュール容器８の上面視略矩形の天板８ａのほぼ中央部に形成されている。

また、蒸発器１４０は、図７及び図８に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース１４１を有している。この蒸発器ケース１４１は、２つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース１４２と下側ケース１４３とを、これらの間に中間板１４４を挟んだ状態で接合して形成されている。

したがって、蒸発器ケース１４１は、上下方向に二層構造となっており、下層部分には、排気管１７１から供給された排気ガスが通過する排気通路部１４０Ａが形成され、上層部分には、燃料供給配管６３から供給された水を蒸発させて水蒸気を生成する蒸発部１４０Ｂと、蒸発部１４０Ｂで生成された水蒸気と燃料供給配管６３から供給された原燃料ガスとを混合させる混合部１４０Ｃが設けられている。

蒸発部１４０Ｂ及び混合部１４０Ｃは、複数の連通孔（スリット）が設けられた仕切り板により蒸発器１４０を仕切った空間にて形成されている。また、蒸発部１４０Ｂ内には、アルミナボール（図示せず）が充填されている。
また、排気通路部１４０Ａは、同様に複数の連通孔を有する２つの仕切り板により排気ガスの上流側から下流側にかけて３つの空間に仕切られている。そして、２番目の空間に燃焼触媒（図示せず）が充填されている。すなわち、本第１実施例の蒸発器１４０は、燃焼触媒器を含んでいる。

このような蒸発器１４０では、蒸発部１４０Ｂ内の水と排気通路部１４０Ａを通過する排気ガスとの間で熱交換が行われ、排気ガスの熱により蒸発部１４０Ｂ内の水が蒸発して、水蒸気が生成されることとなる。また、混合部１４０Ｃ内の混合ガスと排気通路部１４０Ａを通過する排気ガスとの間で熱交換が行われ、排気ガスの熱により混合ガスが昇温されることとなる。

更に、図７に示すように、混合部１４０Ｃには、改質器１２０に混合ガスを供給するための混合ガス供給管１１２が接続されている。この混合ガス供給管１１２は、排気管１７１の内部を通過するように配置されており、一端が中間板１４４に形成された開口１４４ａに連結され、他端が改質器１２０の天面に形成された混合ガス供給口１２０ａに連結されている。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ内，排気管１７１内を通過してモジュール容器８内まで鉛直下方に延び、そこで略９０°屈曲されて天板８ａに沿って水平方向に延びた後、下方へ略９０°屈曲されて改質器１２０に連結されている。

次に、改質器１２０は、燃焼室１８の上方でモジュール容器８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置され、モジュール容器８の天板８ａとの間に排気ガス誘導部材１３０を介して所定距離隔てられて状態で、天板８ａに対して固定されている。改質器１２０は、上面視で外形略矩形であるが、中央部に貫通孔１２０ｂが形成された環状構造体であり、上側ケース１２１と下側ケース１２２とが接合された筐体を有している。この貫通孔１２０ｂは、天板８ａに形成された排気口１１１と上面視で重なるように位置し、好ましくは、貫通孔１２０ｂの中央位置に排気口１１１が形成される。

改質器１２０の長手方向の一端側（モジュール容器８の閉鎖側板８ｅ側）では、上側ケース１２１に設けられた混合ガス供給口１２０ａに混合ガス供給管１１２が連結されており、他端側（閉鎖側板８ｄ側）では、燃料ガス供給管６４が下側ケース１２２に、脱硫器３６まで延びる水添脱硫器用水素取出管６５が上側ケース１２１にそれぞれ連結されている。したがって、改質器１２０は、混合ガス供給管１１２から混合ガス（つまり水蒸気が混合された原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい））を受け取り、内部で混合ガスを改質し、燃料ガス供給管６４及び水添脱硫器用水素取出管６５から改質後のガス（即ち、燃料ガス）を排出するように構成されている。

改質器１２０は、その内部空間が２つの仕切り板１２３ａ，１２３ｂによって３つの空間に仕切られることにより、改質器１２０内に、混合ガス供給管１１２からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部１２０Ａと、混合ガスを改質するための改質触媒（図示せず）が充填された改質部１２０Ｂと、改質部１２０Ｂを通過したガスを排出するガス排出部１２０Ｃと、が形成されている（図７参照）。改質部１２０Ｂは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに設けられた複数の連通孔（スリット）を通って移動可能となっている。また、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や、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。

混合ガス受入部１２０Ａには、蒸発器１４０から混合ガス供給管１１２を介して供給された混合ガスが混合ガス供給口１２０ａを通して噴出される。この混合ガスは、混合ガス受入部１２０Ａ内で拡張されて噴出速度が低下し、仕切り板１２３ａを通過して改質部１２０Ｂに供給される。
改質部１２０Ｂでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板１２３ｂを通過してガス排出部１２０Ｃに供給される。
ガス排出部１２０Ｃでは、燃料ガスが燃料ガス供給管６４、及び、水添脱硫器用水素取出管６５へ排出される。

燃料ガス供給通路としての燃料ガス供給管６４は、モジュール容器８内を閉鎖側板８ｄに沿って下方へ延び、底板８ｃ付近で略９０°屈曲されて水平方向に延びて、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内へ入り、更にマニホールド６６内で逆側の閉鎖側板８ｅ付近まで水平方向に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。このマニホールド６６の上方には、燃料電池セルスタック１４を支持するための貫通孔を備えた下支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。また、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。

排気ガス誘導部材１３０は、改質器１２０と天板８ａとの間でモジュール容器８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排気ガス誘導部材１３０は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板１３１及び上部誘導板１３２と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板１３３，１３４とを備えている（図７，図８参照）。上部誘導板１３２は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板１３１に連結されている。連結板１３３，１３４は、上端部が天板８ａに連結され、下端部が改質器１２０に連結されており、これにより、排気ガス誘導部材１３０及び改質器１２０を天板８ａに固定している。

下部誘導板１３１は、幅方向（図８の左右方向）の中央部が下方に向けて突出する凸状段部１３１ａが形成されている。一方、上部誘導板１３２は、下部誘導板１３１と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部１３２ａが形成されている。凸状段部１３１ａと凹部１３２ａは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管１１２は、モジュール容器８内でこの凹部１３２ａ内を水平方向に延びた後、閉鎖側板８ｅ付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板１３２及び下部誘導板１３１を貫通して、改質器１２０に連結されている。

排気ガス誘導部材１３０は、上部誘導板１３２、下部誘導板１３１、連結板１３３，１３４によって、断熱層として機能する内部空間であるガス溜１３５が形成されている。このガス溜１３５は、燃焼室１８と流体連通している。すなわち、上部誘導板１３２、下部誘導板１３１、連結板１３３，１３４は、所定の隙間を形成するように連結されており、気密的には連結されていない。ガス溜１３５には、運転中に燃焼室１８から排気ガスが流入したり、停止時に外部から空気が流入したりすることが可能となっているが、総じてガス溜１３５の内外間のガスの移動は緩やかである。

上部誘導板１３２は、天板８ａと所定の上下方向距離を隔てて配置されており、上部誘導板１３２と天板８ａとの間には、長手方向及び幅方向に沿って水平方向に延びる排気通路１７２が形成されている。この排気通路１７２は、モジュール容器８の天板８ａを挟んで空気通路１６１ａと並設されており、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内のプレートフィン１６２，１６３と同様なプレートフィン１７５が配置されている。このプレートフィン１７５は、プレートフィン１６２と上面視で略同一箇所に設けられており、天板８ａを挟んで上下方向に対向している。空気通路１６１ａ及び排気通路１７２のうち、プレートフィン１６２，１７５が設けられた部分において、空気通路１６１ａを流れる発電用空気と排気通路１７２を流れる排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われて、排気ガスの熱により発電用空気が昇温されることとなる。

また、改質器１２０は、モジュール容器８の側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、改質器１２０と側板８ｂとの間には、排気ガスを下方から上方へ通過させる排気通路１７３が形成されている。また、排気ガス誘導部材１３０も側板８ｂと所定の水平方向距離を隔てて配置されており、排気通路１７３は、排気ガス誘導部材１３０と側板８ｂとの間の通路を含んで天板８ａまで延びている。排気通路１７３は、天板８ａと側板８ｂとの角部に位置する排気ガス導入口１７２ａで排気通路１７２と連通している。この排気ガス導入口１７２ａは、モジュール容器８内で長手方向に延びている。

さらに、下部誘導板１３１は、改質器１２０の上側ケース１２１の天面から所定の上下方向距離を隔てて配置されており、下部誘導板１３１と上側ケース１２１との間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂは、貫通孔１２０ｂを下方から上方へ向けて通過した排気ガスを通過させる排気通路１７４を形成している。この排気通路１７４は、改質器１２０の上方で排気通路１７３と合流する。

次に、図１０を参照して、燃料電池セルユニット１６について説明する。図１０は、本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図１０に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子８６とを備えている。
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。

燃料電池セル８４の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路細管９８が形成されている。

この燃料ガス流路細管９８は、内側電極端子８６の中心から燃料電池セル８４の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド６６（図７参照）から、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃料ガス流路８８に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路８８から、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃焼室１８（図７参照）に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。

内側電極層９０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ドとの混合体、の少なくとも一種から形成される。

電解質層９４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。

外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた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から選ばれた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から選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。

次に、図１１を参照して、燃料電池セルスタック１４について説明する。図１１は、本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
図１１に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６は、８本ずつ２列に並べて配置されている。
各燃料電池セルユニット１６は、下端側がセラミック製の長方形の下支持板６８（図７参照）により支持され、上端側は、両端部の燃料電池セルユニット１６が４本ずつ、概ね正方形の２枚の上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。

さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される燃料極用接続部１０２ａと、空気極である外側電極層９２の外周面と電気的に接続される空気極用接続部１０２ｂとを接続するように一体的に形成されている。また、各燃料電池セルユニット１６の外側電極層９２（空気極）の外表面全体には、空気極側の電極として、銀製の薄膜が形成されている。この薄膜の表面に空気極用接続部１０２ｂが接触することにより、集電体１０２は空気極全体と電気的に接続される。

さらに、燃料電池セルスタック１４の端（図１１では左端の奥側）に位置する燃料電池セルユニット１６の空気極には、２つの外部端子１０４がそれぞれ接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の内側電極端子８６に接続され、上述したように、１２８本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。

次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガスの流れについて説明する。図１２は、図７と同様の、本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図１３は、図８と同様の、図７のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１２及び図１３は、それぞれ、図７及び図８中にガスの流れを示す矢印を新たに付加した図であり、説明の便宜上、断熱材７を取り除いた状態の図を示している。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排気ガスの流れを示す。

図１２に示すように、水及び原燃料ガス（燃料ガス）は、蒸発器１４０の長手方向の一端側に連結された燃料供給配管６３から蒸発器１４０の上層に設けられた蒸発部１４０Ｂ内に供給される。蒸発部１４０Ｂに供給された水は、蒸発器１４０の下層に設けられた排気通路部１４０Ａを流れる排気ガスにより加熱され水蒸気となる。この水蒸気と、燃料供給配管６３から供給された原燃料ガスとが、蒸発部１４０Ｂ内を下流方向に流れて行き、混合部１４０Ｃ内で混合される。混合部１４０Ｃ内の混合ガスは、下層の排気通路部１４０Ａを流れる排気ガスにより加熱される。

混合部１４０Ｃ内で形成された混合ガス（燃料ガス）は、混合ガス供給管１１２を通って、モジュール容器８内の改質器１２０に供給される。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ，排気管１７１，及び排気通路１７２を順に通過しているため、これらの通路を流れる排気ガスにより、混合ガス供給管１１２内の混合ガスは更に加熱される。

混合ガスは、改質器１２０内の混合ガス受入部１２０Ａ内に流入し、ここから仕切り板１２３ａを通過して改質部１２０Ｂに流入する。混合ガスは、改質部１２０Ｂにおいて改質されて燃料ガスとなる。こうして生成された燃料ガスは、仕切り板１２３ｂを通過して、ガス排出部１２０Ｃに流入する。

更に、燃料ガスは、ガス排出部１２０Ｃから燃料ガス供給管６４と水添脱硫器用水素取出管６５とに分岐する。そして、燃料ガス供給管６４に流入した燃料ガスは、燃料ガス供給管６４の水平部６４ａに設けられた燃料供給孔６４ｂからマニホールド６６内に供給され、マニホールド６６から各燃料電池セルユニット１６内に供給される。

また、図１２及び図１３に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管７４から空気通路１６１ａに供給される。発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内において、プレートフィン１６２，１６３を通過する際に、これらプレートフィン１６２，１６３の下部のモジュール容器８内に形成された排気通路１７２，１７３を通過する排気ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。特に、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａのプレートフィン１６２に対応してプレートフィン１７５が設けられているので、発電用空気は、プレートフィン１６２とプレートフィン１７５とを介して、排気ガスとより効率的な熱交換を行う。この後、発電用空気は、モジュール容器８の側板８ｂの下部に設けられた複数の吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される。なお、本第１実施例では、燃料電池セル集合体１２の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排気ガスとの間の熱交換は行われない。したがって、燃料電池セル集合体１２の側方部位において、空気通路１６１ｂ内の発電用空気に上下方向の温度勾配が生じ難くなっている。

また、発電室１０内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図１３に示すように、燃焼室１８で燃焼されて排気ガス（燃焼ガス）となり、モジュール容器８内を上昇していく。具体的には、排気ガスは、排気通路１７３と排気通路１７４とに分岐して、改質器１２０の外側面とモジュール容器８の側板８ｂとの間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂから改質器１２０と排気ガス誘導部材１３０との間をそれぞれ通過する。このとき、排気通路１７４を通過する排気ガスは、改質器１２０の貫通孔１２０ｂの上方に配置された凸状段部１３１ａによって幅方向に二分され、排気ガス誘導部材１３０の下部に留まることなく排気通路１７３に向けて誘導され、排気通路１７３を流れる排気ガスに素早く合流される。

その後、排気ガスは、排気ガス導入口１７２ａから排気通路１７２に流入する。排気通路１７２内では、排気ガスは、排気通路１７２を水平方向に流れていき、モジュール容器８の天板８ａの中央に形成された排気口１１１から流出する。
なお、排気ガスが排気通路１７３を上方へ流れていく際に、空気通路１６１ｂ内に設けられたプレートフィン１６３を介して、発電用空気と排気ガスとの間で熱交換が行われる。また、排気ガスが排気通路１７２を水平方向に流れていく際に、排気通路１７２内に設けられたプレートフィン１７５と、このプレートフィン１７５に対応して空気通路１６１ａ内に設けられたプレートフィン１６２とを介して、発電用空気と排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排気ガスの熱により発電用空気が昇温される。

そして、排気口１１１から流出した排気ガスは、モジュール容器８の外部に設けられた排気管１７１を通過して蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａに流入し、排気通路部１４０Ａを通過した後、蒸発器１４０から排気ガス排出管８２へ排出される。排気ガスは、蒸発器１４０の排気通路部１４０Ａを流れる際に、上述したように、蒸発器１４０の混合部１４０Ｃ内の混合ガス及び蒸発部１４０Ｂ内の水と熱交換を行う。

次に、図１４〜図１８を参照して、本第１実施例の改質器の作用について説明する。図１４は、本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図であり、図１５は、改質器の周囲を流れる排気ガスの説明図であり、図１６及び図１７は、それぞれ改質器及び排気ガス誘導部材の側面断面斜視図及び正面断面斜視図であり、図１８は、改質器の貫通孔を流れる排気ガスの説明図である。

図１４に示すように、発電室１０内に供給された発電用空気は、上方へ向けて移動し（図１４の破線矢印参照）、燃焼室１８でオフガスを燃焼させて排気ガスとなる。改質器１２０に貫通孔１２０ｂが形成されていない場合には、排気ガスは、燃焼室１８から、排気通路１７３（モジュール容器８の側板８ｂの内面に沿って延びる）のみを通って、モジュール容器８内の上部へ向けて移動することになる。この場合、発電用空気の流路分布は、燃料電池セル集合体１２に対して、上面視幅方向の両端部付近に偏ったものとなり、中央部分の燃料電池セルユニット１６への空気供給が十分でなくなり、この部分の燃料電池セルユニット１６を劣化させてしまうおそれがあった。

そこで、本第１実施例では、改質器１２０に貫通孔１２０ｂを設けることにより、排気通路１７４（改質器１２０の貫通孔１２０ｂから改質器１２０と排気ガス誘導部材１３０との間に延びる）を形成している。これにより、本第１実施例では、排気ガスは、燃焼室１８から、排気通路１７４と排気通路１７３とに分岐して、モジュール容器８内の上部へ向けて移動することができる（図１５参照）。

また、本第１実施例では、特に、排気通路１７４と排気通路１７３を流れる排気ガスの流量比が所定値になるように、特定的には、排気通路１７３よりも排気通路１７４を流れる排気ガスの流量が大きくなるように、排気通路１７３の通路断面積，改質器１２０の上側での排気通路１７４の通路断面積，貫通孔１２０ｂの開口面積や角部Ｒ形状，後述する連結凹部等が寸法設計されている。これにより、改質器１２０と燃料電池セル集合体１２との距離が接近していたとしても、排気ガスを確実に排気通路１７４へ流すことができる。このため、本第１実施例では、このような排気ガスの流れに伴い、発電用空気の流れは、上面視で燃料電池セル集合体１２の幅方向の両端部付近に偏ることなく、中央部分へも流れるため、発電室１０内での発電用空気の空気供給量のムラが抑制され、発電用空気の流れが均等化され易くなる。

また、本第１実施例では、改質器１２０は、その底面に衝突する排気ガスによって加熱された後、排気通路１７３を通過する排気ガスにより幅方向の側方から加熱されると共に、貫通孔１２０ｂを通過する排気ガスにより中央部からも加熱される。このように、第１実施例では、排気ガスによる改質器１２０の加熱を効率良く行うことができる。

また、本第１実施例では、上面視で改質器１２０の貫通孔１２０ｂとモジュール容器８の排気口１１１とが少なくとも部分的に重なり合うように形成されている。より好適には、上面視で排気口１１１は、貫通孔１２０ｂの点対称な位置である、貫通孔１２０ｂの長手方向及び幅方向の中央部に配置されている。また、上面視で排気口１１１及び貫通孔１２０ｂは、燃料電池セル集合体１２の中央部分に配置されている。

仮に、排気口１１１が、上面視で貫通孔１２０ｂに対して幅方向にずれて配置されている場合には、貫通孔１２０ｂから排気口１１１への排気ガスの流れが、少なくとも幅方向において不均等又は非対称になる。そして、このような排気ガスの流れに伴って、発電用空気の流れも幅方向において不均等になる。しかしながら、本第１実施例では、排気口１１１と貫通孔１２０ｂが上面視でモジュール容器８の中央部分に配置され、且つ、互いに重なり合う構成となっているため、貫通孔１２０ｂから排気口１１１への排気ガスの流れが、少なくとも幅方向において均等になり、発電用空気の流れも幅方向において均等になる。なお、改質器１２０も上面視でモジュール容器８の中央位置に配置されている。これにより、発電用空気の流路分布の偏りが抑制されて、中央部分及び両端部付近を含んで略均等に燃料電池セルユニット１６へ発電用空気を十分に供給することができるため、燃料電池セルユニット１６の劣化を抑制することが可能となる。

また、本第１実施例では、改質器１２０の幅方向において、排気ガスの流量が対称（線対称）となるように、即ち、貫通孔１２０ｂを挟んで両側の排気通路１７３の流量が均等で流路分布の偏りがなくなるように、貫通孔１２０ｂは、上面視で改質器１２０を少なくとも幅方向に略等分に区分けするように線対称に形成されている。なお、本第１実施例では、貫通孔１２０ｂは、上面視で改質器１２０を長手方向にも略等分に区分けするように線対称に形成されている。

また、本第１実施例では、図１６及び図１７に示されているように、改質器１２０の貫通孔１２０ｂは、上面視略長円形であり、長手方向に延びるように形成されている。また、改質器１２０のハウジングは、上側ケース１２１及び下側ケース１２２からなる。上側ケース１２１及び下側ケース１２２の各々には、幅方向の両端部から貫通孔１２０ｂを連結するように内方へ窪んだ連結凹部１２１ａ，１２２ａが形成されている。本第１実施例では、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、それぞれ長手方向に離間して２つずつ形成されている。

連結凹部１２２ａは、燃焼室１８から上昇してきた排気ガスが改質器１２０の下側ケース１２２の底面に衝突すると、この排気ガスを幅方向の両側、即ち、貫通孔１２０ｂ（排気通路１７４）及びモジュール容器８の側板８ｂに沿った排気通路１７３に誘導する。これにより、本第１実施例では、排気通路１７３に排気ガスの流れが偏ることなく、貫通孔１２０ｂに排気ガスを積極的に供給することが可能となる。

また、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、改質器１２０の内部空間へ向けて突出している。具体的には、連結凹部１２１ａ，１２２ａは、改質器１２０内の改質部１２０Ｂの流路を狭めるように内部空間へ向けて突出している。このため、混合ガスは、連結凹部１２１ａ，１２２ａによる突出部分によって流路を変更しながら改質部１２０Ｂを流れるので、混合ガスと改質触媒との接触機会及び接触時間が増える。これにより、本第１実施例では、混合ガスの改質効率を向上させることができる。さらに、改質触媒は改質器１２０の周囲を流れる排気ガスにより所定温度まで昇温されるが、混合ガスと改質触媒との接触機会・接触時間が増えることにより、昇温した改質触媒によって混合ガスを効率良く加熱することができる。

また、本第１実施例では、上側ケース１２１及び下側ケース１２２は、同一の原ケース部材から形成されている。即ち、原ケース部材は、金属材料を所定の型を用いて成形（例えば、絞り加工）したものである。そして、同一の原ケース部材を加工することにより、上側ケース１２１と下側ケース１２２がそれぞれ形成される。このため、低コスト化と組み立て性の向上を両立することができる。また、改質器１２０のケースを１パーツ構成とすると、絞り加工では嵩高のケースを形成できないが、本第１実施例では、改質器１２０のケースを上側ケース１２１及び下側ケース１２２による２パーツ構成としているため、嵩高なケースを形成することができる。このため、容積を同一とした場合には、より底面積の小さな小型の改質器とすることができる。

上側ケース１２１と下側ケース１２２は、それぞれ外周側のフランジ部１２１ｂ，１２２ｂと、貫通孔１２０ｂを形成する内周側のフランジ部１２１ｃ，１２２ｃを有しており、これらフランジ部を重ね合せた状態で溶接固定されている。外周側のフランジ部１２１ｂ，１２２ｂは、同一の幅を有しており、ケースの側方から容易に溶接作業を行うことが可能である。これに対して、内周側のフランジ部１２１ｃ，１２２ｃが同一の幅を有していた場合には、これらフランジ部を側方から溶接作業を行うことは困難であり、組み立て性が悪い。このため、本第１実施例では、内周側のフランジ部１２１ｃは、フランジ部１２２ｃよりも幅が狭くなるように原ケース部材から加工されている（図１７参照）。このため、フランジ部１２１ｃ，１２２ｃは、これらフランジ部の段差を利用して上側から溶接作業を容易に行うことが可能となり、組み立て性を向上させることができる。

また、上側ケース１２１及び下側ケース１２２は、その内側面の角部（貫通孔１２０ｂの角部を含む）は、所定の曲率半径を有するＲ形状となるように湾曲形状とされている（図１６及び図１５の破線部Ａ参照）。曲率半径は、１．０ｍｍ〜３０ｍｍが好ましい。このため、本第１実施例では、ガスが改質器１２０の内部を通過する際に、角部にガスが滞留することが防止されるので、容器内にデッドスペースがなくなり改質触媒に対して均一にガスを流通させ易くなる。

また、貫通孔１２０ｂの周面と下側ケース１２２の下面との接続部分又は角部は、貫通孔１２０ｂの周縁（連結凹部１２２ａの部分も含む）にわたって、所定の曲率半径となるようにＲ形状に形成されている（図１７の破線部Ａ参照）。即ち、図１８に示されているように、改質器１２０のケース断面は、改質器１２０の底面から貫通孔１２０ｂの周面（側面）にかけて、外側に向けて凸状となるＲ形状となっている。

貫通孔１２０ｂの周面と下側ケース１２２の底面との角部が所定の曲率半径の断面円弧状に形成されていることにより、下側ケース１２２に衝突した排気ガスは貫通孔１２０ｂに向けて誘導され易くなる。そして、このような排気ガスの流れに引っ張られて、発電用空気も貫通孔１２０ｂに向けて誘導される。しかしながら、曲率半径が大きくなり過ぎると、貫通孔１２０ｂへ誘導される発電用空気が多くなり過ぎて、改質器１２０の外周側を通過する発電用空気が少なくなり過ぎ、発電室１０内での発電用空気の流路分布が不均等になってしまう。

このため、本第１実施例では、排気通路１７３と排気通路１７４での発電用空気の流量比が適宜な値になるように、角部の曲率半径が１．０ｍｍ〜３０ｍｍに設定されており、これにより、中央部分及び周縁部分に配置された燃料電池セルユニット１６にそれぞれ十分な発電用空気を行き渡らせることができる。

次に、図１４を参照して、本第１実施例の排気ガス誘導部材の作用について説明する。
本第１実施例では、蒸発器１４０をモジュール容器８の外部に配置しており、この配置により、モジュール容器８内で水の蒸発熱による局所的な温度低下（排気ガスの温度低下を含む）を防止し、排気ガスと発電用空気との熱交換をより効率的に行うように構成されている。したがって、本第１実施例では、燃料電池セルユニット１６の側方部分で熱交換を行うことを回避して、モジュール容器８の天板８ａ付近の限定された部位のみで実質的な熱交換を行うことを可能としている。

このため、本第１実施例では、天板８ａを挟んでその上下に空気通路１６１ａ，排気通路１７２が形成され、この部分で実質的な熱交換が行われるように構成されている。しかしながら、装置の小型化を図る場合には、天板８ａの面積も小さくなるため、十分な熱交換を行うための面積が確保できなくなるおそれがある。そこで、本第１実施例では、排気通路１７２の入口と出口における排気ガスの温度差を可能な限り大きく維持することにより、高い熱交換効率を達成するように構成している。

このため、本第１実施例では、排気ガス誘導部材１３０を採用している。排気ガス誘導部材１３０は、貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた排気ガスを、貫通孔１２０ｂと向かい合うように下方に向けて突出する凸状段部１３１ａに衝突させ、幅方向に方向付けて、速やかに排気ガス導入口１７２ａに誘導する。これにより、排気ガスは、排気ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留することなく、素早く排気ガス導入口１７２ａに向けて誘導される。

排気ガス誘導部材１３０の上部には熱交換部として機能する排気通路１７２が形成されているため、排気ガス誘導部材１３０の上部の排気ガスは下部の排気ガスよりも低温である。したがって、排気通路１７４内で排気ガスが排気ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留すると、排気ガス誘導部材１３０を介して排気通路１７２内の排気ガスとの間で熱交換が生じて、排気通路１７４内の排気ガスの温度が低下するおそれがある。また、排気通路１７４内の排気ガスは、改質器１２０の上面や排気ガス誘導部材１３０の下面を通して熱を奪われるおそれがある。しかしながら、本第１実施例では、排気ガス誘導部材１３０の底面に凸状段部１３１ａを設けたことにより、改質器１２０の貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた高温の排気ガスを、排気ガス誘導部材１３０の底面付近に滞留させることなく、速やかに側方に誘導することができるので、高い温度を維持したまま排気ガス導入口１７２ａに到達させることが可能となる。

また、排気通路１７２では、幅方向の両端部（排気通路１７２の入口である排気ガス導入口１７２ａ）から中央部（特に、排気通路１７２の出口である排気口１１１）に向けて排気ガスが流れる際に、発電用空気との熱交換が行われるため、排気ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａ付近（図１４の破線部Ａ参照）での排気ガスの温度が最も低くなる。特に、凹部１３２ａの長手方向の中央部分に配置された排気口１１１付近の温度が最も低くなる。一方、排気通路１７４では、改質器１２０の貫通孔１２０ｂの上方、即ち、排気ガス誘導部材１３０の凸状段部１３１ａ付近（図１４の破線部Ｂ参照）の温度が最も高くなる。

最も温度が低い破線部Ａの領域と最も温度が高い破線部Ｂの領域（図１４参照）とは、排気ガス誘導部材１３０を介して上下に位置するため、直線的な離間距離は小さい。このため、これらの領域間で熱交換が行われてしまうと、排気ガスの入口温度が低下するおそれがある。そこで、本第１実施例では、排気ガス誘導部材１３０のケース部材内にガス溜１３５（ガス室）を形成し、このガス溜１３５を断熱材として機能させている。これにより、本第１実施例では、排気ガス誘導部材１３０の上下の空間（即ち、排気通路１７２と排気通路１７４）との間、特に図１４の破線部Ａ及びＢの領域間の熱交換が遮断されるため、改質器１２０の貫通孔１２０ｂを通過して上昇してきた高温の排気ガスの温度低下が防止され、高温状態に維持したまま排気ガス導入口１７２ａへ流出させて、排気ガスの入口温度を高温に維持することができる。

また、排気ガス誘導部材１３０が断熱材として機能するため、排気通路１７２内の排気ガスの熱が排気ガス誘導部材１３０によって奪われることが抑制され、排気通路１７２内の排気ガスと空気通路１６１ａ内の発電用空気との間の熱交換を促進させることができる。
さらに、排気通路１７２において、排気ガス誘導部材１３０の上部誘導板１３２が熱反射板として機能するため、上部誘導板１３２からの輻射熱を排気ガス及び空気に与えることができる。これにより、本第１実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。

また、排気ガス誘導部材１３０は、伝熱性を有する部材（例えば、金属材料等）で形成されており、それ自体が熱伝導させる。したがって、高温の排気ガスが排気ガス誘導部材１３０の凸状段部１３１ａに衝突することにより凸状段部１３１ａが加熱されると、凸状段部１３１ａから排気ガス誘導部材１３０の他の部位への熱伝導を完全に遮断することはできない。このため、排気ガス誘導部材１３０の上面への熱伝導も生じ得る。そうすると、排気ガス誘導部材１３０の上面において、熱交換部を構成する排気通路１７２の上流側と下流側の温度差が縮小され、熱交換効率の向上に不利となる。

そこで、本第１実施例では、排気ガス誘導部材１３０の上面のうち排気ガスの温度が最も低くなる排気通路１７２の下流側の部位（即ち、幅方向の中央部分）に凹部１３２ａを形成することにより、排気通路１７２内で排気ガスの本流部分が通過する部分（凹部１３２ａが形成された部位以外の通路高さ位置であり、図１４ではプレートフィン１７５が位置する高さ位置）と排気ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａの底面との間の距離を大きくしている。これにより、排気通路１７２の下流側の部位において、排気ガスと排気ガス誘導部材１３０との間で熱交換が起き難くなり、凸状段部１３１ａから凹部１３２ａへの熱伝導が抑制される。即ち、凹部１３２ａが熱伝導により一旦昇温した後は、凹部１３２ａ付近で排気ガスとの熱交換が起き難いため、凹部１３２ａの温度は低下し難くなる。これにより、本第１実施例では、熱交換部でのより高い熱交換効率を達成することができる。

また、混合ガス供給管１１２は、排気口１１１からモジュール容器８内を通って、改質器１２０へ配管されている。このため、混合ガス供給管１１２内の混合ガスをモジュール容器８内で予熱することができるが、この予熱により排気ガスの熱が奪われるため、熱交換効率の向上にとって不利となる。そこで、本第１実施例では、排気ガスの温度が最も低くなっている排気通路１７２の下流側にある排気ガス誘導部材１３０の凹部１３２ａ内に混合ガス供給管１１２を配置することにより、熱交換部での熱交換前の高温の排気ガスではなく、熱交換後の低温の排気ガスによって混合ガス供給管１１２を昇温させるように構成されている。これにより、排気ガスの熱が混合ガス供給管１１２によって過剰に奪われることが抑制され、混合ガスを予熱する効率（熱交換効率）を低減することができる。

次に、図１９〜図２４を参照して、本第１実施例の熱交換器の作用について説明する。図１９は、本発明の第１実施例による固体酸化物形燃料電池装置の熱交換部の横断面図であり、図２０は、モジュール容器の天板と排気管の接続部分の説明図であり、図２１は、モジュール容器の天板上の発電用空気供給通路の説明図であり、図２２は、モジュール容器の天板下の排気通路の説明図であり、図２３は、プレートフィンの斜視図であり、図２４は、空気通路カバーの側板とモジュール容器の側板との間に配置されたプレートフィンの説明図である。

図１９に示すように、空気通路カバー１６０は、モジュール容器８に対して、長手方向の一端側（図１９の右側）にやや偏った位置に取り付けられている。具体的には、モジュール容器８の長手方向の他端側では、水添脱硫器用水素取出管６５が天板８ａを貫通して上方に延びているが、空気通路カバー１６０は、水添脱硫器用水素取出管６５を避けてモジュール容器８の長手方向の一端側にずらして配置されている。これにより、空気通路カバー１６０には、水添脱硫器用水素取出管６５を貫通させるための貫通孔を設けることが不要になる。また、空気通路カバー１６０に貫通孔を設けた場合には、水添脱硫器用水素取出管６５を貫通孔において溶接等により気密的に固定する必要があるが、このような複雑な加工工程も不要となる。

また、図１９に示すように、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの一端側の端部中央部分には、開口部１６５が形成されており、この開口部１６５を覆うように流路方向調整部１６４が固定されている。発電用空気導入管７４を流れてきた発電用空気は、流路方向調整部１６４を介して開口部１６５を通って空気通路１６１ａ内へ供給される。発電用空気導入管７４は、少なくともその供給側端部が、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの長手方向に沿って水平に延びている（図９参照）。なお、本第１実施例では、発電用空気導入管７４の供給側端部が天板１６０ａ又は天板８ａと平行に延びているが、先端側が下がるように角度付けされていてもよい。

流路方向調整部１６４は、発電用空気導入管７４を連結するための略半円形状の取付部１６４ａと、上方に突出するように形成された凸状流路部１６４ｂとを有する流路部材であり、天板１６０ａの開口部１６５を塞ぐように取り付けられている。凸状流路部１６４ｂは、取付部１６４ａから発電用空気の進行方向に沿って徐々に略半円形状の断面が相似的に縮小するカバー部材であり、内部に空気流路を形成している。したがって、内部空気流路は、先端側ほど上面が低くなり且つ幅も狭くなる。また、凸状流路部１６４ｂの下部は、開口部１６５を介して空気通路１６１ａと連通している。

天板１６０ａの下に形成された空気通路１６１ａは、幅方向寸法及び長手方向寸法は大きいが、通路の高さは低くなるように形成されている。このため、モジュール容器８の天板８ａと空気通路カバー１６０の天板１６０ａとの間の距離（通路の高さ）は、発電用空気導入管７４の径寸法よりも小さいので、発電用空気導入管７４を空気通路１６１ａの高さ部分で空気通路カバー１６０に連結することは困難であり、仮に連結することができたとしても圧力損失が大きくなる。

また、発電用空気導入管７４を上下方向に延びるように配置し、上方から開口部１６５を通して空気通路１６１ａ内に発電用空気を供給した場合には、発電用空気が空気通路１６１ａの下面に衝突し、側方の通路空間に向けて分散し難くなる。このため、発電用空気を空気通路１６１ａの全域にムラなく供給することが困難となり、局所的に熱交換効率が低下する部位が生じるため、全体として熱交換効率が低下してしまう。

そこで、本第１実施例では、発電用空気導入管７４の供給側端部を、流路方向調整部１６４を介して空気通路カバー１６０の天板１６０ａに連結している。このように構成することにより、流路方向調整部１６４を別部材として空気通路カバー１６０に組み付けることが可能となると共に、発電用空気導入管７４を空気通路カバー１６０に連結する組み付け性が向上される。また、流路方向調整部１６４を空気通路カバー１６０に予め組み付けておき、その後、空気通路カバー１６０をモジュール容器８に組み付けることが可能である。

しかしながら、この構成では、発電用空気導入管７４が空気通路１６１ａの上方にずれて位置することになり、発電用空気導入管７４と空気通路１６１ａ内の流路方向とは長手方向成分において略平行であるが、上下方向に離間することになる。このため、流路方向調整部１６４は、発電用空気導入管７４の供給側端部から離れるに従って、内部流路高さが低くなるように形成されている。これにより、凸状流路部１６４ｂは、発電用空気導入管７４から供給される発電用空気の流路方向を徐々に下方に向けて変更し、空気通路１６１ａの流路方向に対して緩やかな角度に角度付けて空気通路１６１ａへ発電用空気を送り出すことができる。

さらに、凸状流路部１６４ｂは、発電用空気導入管７４の供給側端部から離れるに従って、内部流路高さが低くなることに加えて、内部流路幅が狭くなるように形成されている（図９参照）。したがって、凸状流路部１６４ｂは、進行方向に対して流路断面積が徐々に小さくなる。このため、発電用空気は、流路方向調整部１６４内で大きな抵抗を受けることなく、徐々に増速される。これにより、空気通路カバー１６０の長手方向の一端側から空気通路１６１ａに供給された発電用空気は、空気通路カバー１６０の長手方向の他端側まで到達可能であり、空気通路１６１ａの全域に発電用空気をムラなく供給することができる。

また、流路方向調整部１６４を用いない場合には、発電用空気導入管７４から流路高さの低い空気通路１６１ａへの流入面積が小さくなるため、上述のように、圧力損失が大きくなってしまうが、流路方向調整部１６４を用いることにより、大きな流入面積を確保することができる。このため、本第１実施例では、圧力損失を小さくして、空気通路１６１ａにおいて、空気通路カバー１６０の長手方向の他端側まで発電用空気をスムーズに供給することができる。

また、空気通路１６１ａ内には、排気管１７１の両側にモジュール容器８の長手方向に沿って２つの空気分配部材１６６が略平行に配置されている（図２０、図２１参照）。プレートフィン１６２は、空気分配部材１６６に対して、空気通路１６１ａの幅方向外側に配置されており、したがって、２つの空気分配部材１６６の間には、プレートフィン１６２のようなガスが移動する際の抵抗となる部材（排気管１７１を除く）が存在しない空間が形成される。

空気分配部材１６６は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの長手方向の略全体の長さ範囲にわたって空気通路１６１ａを区画するように延びる長尺部材である。空気分配部材１６６は、長手方向に離間して所定間隔で形成された多数の貫通孔を有し、この貫通孔により空気通路１６１ａを幅方向に連通している（図１９参照）。また、空気分配部材１６６は、天板８ａと天板１６０ａとを連結している（図２０参照）。

図２１に示すように、流路方向調整部１６４を介して供給された発電用空気は、空気通路カバー１６０の一端側（図２１の右側）から他端側に向けて２つの空気分配部材１６６の間を流れる。２つの空気分配部材１６６の間は、プレートフィンのような物理的な抵抗がないため、流路方向調整部１６４によって流速を速められて空気通路１６１ａ内に供給された発電用空気は、空気通路カバー１６０の他端側まで到達可能である。そして、発電用空気は、空気分配部材１６６の貫通孔を通って幅方向へ移動する。

空気分配部材１６６の貫通孔を通過した発電用空気は、プレートフィン１６２，天板８ａ，排気通路１７２内のプレートフィン１７５を介して、排気ガスとの間で熱交換が行われ昇温される。その後、発電用空気は、空気通路１６１ａの幅方向の両端部に到達し、空気通路１６１ｂを経由して、モジュール容器８の側板８ｂに形成された吹出口８ｆから発電室１０内へ噴射される。

流路方向調整部１６４は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａの４つの端辺のうち、空気通路１６１ｂに連通する端辺（長手方向に延びる辺）とは異なる端辺（幅方向に延びる辺）に配置されている。このため、本第１実施例では、発電用空気を天板８ａ上の空気通路１６１ａ内で長手方向に沿って供給しつつ幅方向に供給することにより、その後、側板８ｂ上の空気通路１６１ｂに対して長手方向において均等に発電用空気を供給することができる。

本第１実施例では、モジュール容器８の外側から空気通路カバー１６０を組み付けて固定することにより、モジュール容器８外に空気通路１６１ａ，１６１ｂを容易に形成することができる（図９参照）。また、モジュール容器８の天板８ａ及び側板８ｂ上に予めプレートフィン１６２，１６３を配置した後に、空気通路カバー１６０を配置することが可能であり、プレートフィン１６２，１６３の組み付け性も良好である。

また、モジュール容器８に対して空気通路カバー１６０を外部から機械溶接を適用し固定することが可能であるため、量産化を図ることができる。特に、本第１実施例では、空気通路カバー１６０が共に矩形状の天板１６０ａ及び側板１６０ｂを備えているため、外郭が直線的に形成されており、自動機械による溶接の適用が容易である。
このように、本第１実施例では、空気通路の形成のための作業性が良好となり、製造コストを低減することが可能である。

また、本第１実施例では、モジュール容器８内には排気通路のみを形成すればよくなるため、製造が容易になる。更に、モジュール容器８内に排気通路が位置するので、排気ガスがモジュール容器８外に漏洩することを防止することができる。一方、空気通路はモジュール容器８外に位置するが、空気通路の気密性が確保できなくなった場合でも、発電用空気がモジュール容器８外に漏洩するだけに留めることができる。

また、本第１実施例では、図２０に示すように、モジュール容器８の天板８ａの排気口１１１には排気管１７１が固定されている。このため、空気通路カバー１６０の開口部１６７に排気管１７１を挿入することにより、モジュール容器８に対して空気通路カバー１６０を位置決めすることができるので、良好な組付け性を確保することができる。

さらに、空気通路カバー１６０の開口部１６７には、その周縁部が上方へ突出するように湾曲されることにより環状部１６７ａが形成されている。したがって、環状部１６７ａの曲面に沿って排気管１７１を開口部１６７に容易に挿入することができる。
また、環状部１６７ａと排気管１７１とを固定する際に、環状部１６７ａが溶接を行う際の接続しろとなる。このため、本第１実施例では、環状部１６７ａのような接続しろが無い場合と比べて、空気通路カバー１６０の開口部１６７と排気管１７１の周面とをより確実に溶接によって固定することができる。
このように、本第１実施例では、開口部１６７に上方へ突出する環状部１６７ａを設けたことにより、空気通路カバー１６０をモジュール容器８に組み付ける際の作業性を向上させることができる。

本第１実施例では、上述のように、燃料電池セルユニット１６の側方部分での熱交換を行うことを回避して、モジュール容器８の天板８ａ付近で実質的な熱交換を行うこととしている。この場合、天板８ａの面積は燃料電池セルユニット１６の側方の側板８ｂの面積よりも小さくなるため、十分な熱交換を行うための面積が確保できないおそれがある。しかしながら、本第１実施例では、小さな面積でも十分な熱交換を行うことができるように、上述の排気ガス誘導部材１３０に加えて、熱交換距離延長部材１７６を設けている。

図２２に示すように、排気ガス誘導部材１３０の上部誘導板１３２上には、混合ガス供給管１１２及び凹部１３２ａを挟んで幅方向の両側にプレートフィン１７５が配置されている。また、これらプレートフィン１７５の長手方向に延びる中央側の端辺に沿って、その内側に熱交換距離延長部材１７６が配置されている。２つの熱交換距離延長部材１７６は、長手方向に沿って略平行、且つ、排気口１１１に対して対称に配置されている。熱交換距離延長部材１７６は、その長さが天板８ａの長手方向長さの略半分である長尺な板状部材であり、その下端部が上部誘導板１３２に固定されると共に、上端部が天板８ａに当接されている（図２０参照）。

排気通路１７３，１７４から排気ガス導入口１７２ａを介して排気通路１７２へ供給された排気ガスは、天板８ａの略中央部分に設けられた排気口１１１から排出される。したがって、熱交換距離延長部材１７６が無い場合には、排気ガスの流れは、排気ガス導入口１７２ａから排気口１１１へ直接的に向かうようになり、排気通路１７２の一部に排気ガスの流れが偏ってしまい、排気ガスから十分な熱量をプレートフィン１７５に伝えることができない。その結果、排気ガスと発電用空気との間の熱交換を十分に行うことができない。

そこで、本第１実施例では、排気口１１１を挟んで２つの熱交換距離延長部材１７６を配置することにより、排気ガスを迂回させて排気口１１１へ導くように構成されている。具体的には、排気ガスは、排気ガス導入口１７２ａからプレートフィン１７５を通過しつつ、排気通路１７２の幅方向の中央部に向けて移動する。ところが、排気口１１１の両側には長手方向に沿って熱交換距離延長部材１７６が配置されているので、排気ガスは、熱交換距離延長部材１７６に衝突し、その長手方向の一端側又は他端側に迂回して、２つの熱交換距離延長部材１７６の間の空間に到達し、さらにこの空間を通過して排気口１１１に到達する。このように、本第１実施例では、排気ガスに熱交換距離延長部材１７６を迂回させることにより、排気通路１７２において排気ガスが流れる距離が延長されると共に、排気通路１７２の全面で熱交換が可能となる。これにより、排気ガスから十分な熱量を空気通路１６１ａ内の発電用空気に伝えることが可能となり、その結果、排気ガスと発電用空気との間の熱交換効率を向上させることができる。

また、熱交換距離延長部材１７６は、その上端部が天板８ａに当接されているので（図２０参照）、排気ガスの熱を天板８ａに直接的に伝導させて、空気通路１６１ａ内の発電用空気を昇温させることができる。
さらに、空気通路１６１ａに供給された発電用空気は、排気管１７１の外周壁に衝突するため、排気管１７１の周囲付近は、空気密度が他の領域よりも高くなり（図２０の破線部Ａ参照）、排気管１７１は冷却される。一方、熱交換距離延長部材１７６の上端部は、排気管１７１（及び排気口１１１）付近の天板８ａと当接している（図２０、図２２参照）。このため、熱交換距離延長部材１７６から温度が低下された排気管１７１への熱伝導が促進されるので、より効率的に空気通路１６１ａ内の発電用空気を昇温させることが可能である。

次に、図２３に示すように、プレートフィン１６２，１６３，１７５は、矩形状の薄い金属板をプレス加工することにより形成されており、平面部２００と、平面部２００に所定間隔で形成され、平面部２００の両面側に向けてそれぞれ突出する突出部２０２とを備えている。突出部２０２は、平面部２００の一部を切り欠いて台形状に展伸させたものであり、傾斜部２０２ａと天板部２０２ｂからなる。突出部２０２の傾斜部２０２ａと天板部２０２ｂは、平面部２００から離間しており、離間した部位に開口２０２ｃが形成されている。このように形成されたプレートフィンでは、平面部２００の両側面に沿ってガスが流れる際に、ガスと平面部２００とが直接的に熱交換を行う以外に、ガスが突出部２０２に衝突することにより、ガスと突出部２０２とが熱交換を行う。これにより、ガスとプレートフィンとの間で効率よく熱交換を行うことができる。

また、ガスと突出部２０２との衝突により、ガスの流路方向が変更される。具体的には、突出部２０２の傾斜部２０２ａの外側面（開口２０２ｃと逆側の面）又は内側面（開口２０２ｃ側の面）に衝突することにより、ガスの流路は側方へ変更される。これにより、ガスは、全体としては流路に沿った方向に流れるが、局所的には種々の方向に流れて互いに混じり合うため分散性が向上される。

また、図２４に示すように、プレートフィン１６３は、モジュール容器８の側板８ｂと空気通路カバー１６０の側板１６０ｂに挟まれて配置されている。プレートフィン１６３は、側板８ｂとは突出部２０２の天板部２０２ｂで接触しているが、側板１６０ｂとは天板部２０２ｂに設けた突起部２０３を介して接触している。

突起部２０３は、天板部２０２ｂよりも接触面積が小さくなるように形成されており、例えば、天板部２０２ｂの一部を外方へ突出させることにより形成することができる。また、突起部２０３は、熱伝導性の良好なプレートフィンとは別部材とすることもできる。この場合、プレートフィンよりも熱伝導性の低い材料で形成すると好適である。

突起部２０３は、側板１６０ｂ側のすべての突出部２０２の天板部２０２ｂに設けられてはおらず、少なくとも１つの天板部２０２ｂに設けられている。このため、側板１６０ｂに向けて突出する突出部２０２のうち、ほとんどの突出部２０２が側板１６０ｂと接触せず、１つ又は少数の突出部２０２のみが突起部２０３を介して側板１６０ｂと接触している。

このように、プレートフィン１６３は、接触面積が小さく、好ましくは熱伝導性が低い突起部２０３を介して、側板１６０ｂと接触している。このため、プレートフィン１６３から側板１６０ｂを介して外部の断熱材７へ熱を放散させること（熱損失）を抑制することが可能となり、排気通路１７３の排気ガスと空気通路１６１ｂの発電用空気との間の熱交換効率より向上させることができる。なお、プレートフィン１６２でも同様である。

（第２実施例）
つぎに、本発明にかかる固体酸化物形燃料電池装置１の第２実施例について、図２５〜図２９を参照しながら説明する。図２５〜図２９の（ａ）は第１実施例に記載の固体酸化物形燃料電池装置１を示し、（ｂ）および（ｃ）は第２実施例における固体酸化物形燃料電池装置を示している。なお、図２５〜図２９において、第１実施例と同じ機能を有する構成部品については、同一の番号を付与し、説明は省略する。

はじめに、第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））に記載の燃料電池モジュール２は第１実施例に対して、出力を抑えて燃料電池モジュールをコンパクトに形成して多用なニーズに応えることができるものである。例えば（ｂ）の燃料電池モジュール２は燃料電池セルユニット１６が６×１３の合計７８本のセルが配置されており、第１実施例よりもコンパクトに構成される（図２６参照）。さらに、（ｃ）に記載の燃料電池モジュール２は４×１９の合計７６本のセルが配置されており、（ｂ）よりも燃料電池モジュール２を薄く構成することができる（図２６参照）。

図２５を参照すると、（ａ）に対して（ｂ）及び（ｃ）は幅方向（ｚ方向）にコンパクトに形成されている。さらに（ｂ）に対して、（ｃ）の方が幅方向に小さく、奥行き方向（ｘ方向）に長く形成されているため、同じ性能でありながら燃料電池モジュール２を薄く形成することができる。

ところで、燃料電池セルユニット１６の作動温度は７００〜１０００度と非常に高温の状態で作動し、その排気ガスを使って改質器１２０の加熱を行うことができる。すなわち、別途外部から改質器１２０を加熱するための熱を与える必要がなく、高い発電効率を得ることができるという利点を有する。しかし、上述のように、燃料電池セルユニット１６の総数を減らして小型化することによって、発電熱や燃焼熱が小さくなることに起因する問題が生じる。すなわち、燃料電池セルユニット１６の発熱量や燃料電池セルユニット１６の上部での燃焼量が小さくなることによって、熱自立性を担保させるための熱量が不足してしまうばかりか、昇温不足による改質不良を招いてしまう。その熱量不足を燃料電池セルユニット１６上部の燃焼熱を大きくして補おうとすると、燃料電池セルユニット１６の長手方向に温度ムラが生じてしまい、燃料電池セルユニット１６の発電性能に支障をきたしてしまう。

さらに、装置が小型化すると流路長や流路径が縮小してしまい、熱交換距離の短縮や、熱交換通路を流れるガスの流速が増大することによる熱交換時間の短縮など、発電用空気と排気ガスとの熱交換性能が低下し、熱量不足の要因の一つとなる。加えて、発電用空気の流速が増大することによって、燃料電池セルユニット１６への発電用空気の供給ムラや、着火不良を招いてしまう。また、マニホールド６６も同様に小型化することから、マニホールド６６の内部空間も小さくなり、燃料ガスが十分に分散せずに燃料電池セルユニット１６に偏って供給される恐れがある。以上のことから、コンパクトな燃料電池モジュールにおいて、装置の小型化に伴い発生する種々の問題を解消することが求められる。

ここで、図２５に示す第１実施例（ａ）、第２実施例（ｂ）及び（ｃ）において、燃料供給配管６３は傾斜して蒸発器１４０へと配設されることによって水が蒸発器１４０内に流入しやすくすることができる。そのため、蒸発器１４０の入口側の圧力が上昇した場合においても、傾斜によって水が蒸発器１４０へ流れ落ちやすくなるため、安定的に蒸発器１４０に水・燃料供給することが可能となる。

さらに、発電用空気を供給するための発電用空気導入管７４が、一側面から空気通路カバー１６０の天板１０６ａに配設され、発電用空気がモジュール容器８の天板８ａに吹き付けられるように構成されている。また、モジュール容器８の下方では、複数の燃料電池セルユニット１６に電気的に接続されたバスバー２５２がモジュール容器８の外部に引き出されており、電気の取り出しを行う。

図２６は図２５に記載のｘ方向から見たモジュール容器８の断面図を示している。（ａ）は第１実施例の断面図を示しており、（ｂ１）、（ｂ２）及び（ｃ）は第２実施例の断面図を示している。さらに、（ｂ２）は（ｂ１）に対して、排気側のプレートフィン１７５の配置箇所を拡大したものであって、（ｃ）はプレートフィン１６３の配置箇所を拡大されている。

一般的に、燃料電池装置をコンパクトにしようとすると、排気ガスと発電用空気の熱交換距離も同時に小さくなるため、排ガスの熱を有効利用できずに熱利用率が低下してしまう恐れがある。そのため、図２６の（ｂ２）に示す第２実施例では、プレートフィン１７５の配置面積を（ｂ１）に対して拡大することによって、熱交換距離が短くなっても、プレートフィン１７５によって熱交換を促進させているため、排気ガスと発電用空気との熱交換量は低下しない。

また、図２６の（ｃ）において、モジュール容器の天面の幅方向（図２５のｘ方向）が小さいため、モジュール容器８の天板８ａでの熱交換距離が非常に小さくなる。その場合、プレートフィン１６３の設置距離を大きくする（設置箇所を増やす）ことによって、熱交換距離が短くなっても、熱交換量は低下しない。

このように、小型化によって熱交換距離が小さくなったとしても、プレートフィン１６２、１６３、１７５によって熱交換性能が低下することを防ぐことができる。なお、熱交換距離が短くなった分をプレートフィン等の熱交換促進部材の配置箇所や配置距離によって補えばよいため、この配置方法に限るものではない。

ところで、マニホールド６６の内部の燃料ガス供給管６４およびマニホールド６６の天面は、支持板２６０によってマニホールド内部に支持される。ここで、燃料ガスはマニホールド６６の内部において、燃料ガス供給管６４からマニホールド６６の底面に吹き付けるように噴出されるため、支持板２６２がマニホールド６６の内部のガス分散の障壁となってしまう。これは、特に図２６の（ｃ）に示されるように、モジュール容器８自体がコンパクトに形成されることによってマニホールド６６の内部空間が小さくなり、燃料ガスの分散を阻害することとなる。従って、本実施例２によれば、図２６の（ｃ）に示すようなコンパクトな燃料電池モジュール２でも確実にマニホールド６６の内部において、支持板２６２はガス通過領域の確保と、燃料ガス供給管６４およびマニホールド６６の天面の支持との両立を実現することができる。

ところで、図２６に示すように、蒸発器１４０は、上面視で略矩形の蒸発器ケース１４１を有している。この蒸発器ケース１４１は、２つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース１４２と下側ケース１４３とを、これらの間に中間板１４４を挟んだ状態で接合して形成されている。これらの接合面には、蒸発器用ヒーター２５０が接合面に沿って配置されており、３つの部材の接合面から効率よく蒸発器１４０全体を昇温させることができる。なお、蒸発器１４０の天面と蒸発器用ヒーター２５０との高さを揃えることで平坦面を形成することができるため、蒸発器１４０の外周に配置される断熱材７の底面への特段の加工を不必要とすることができる。

なお、図示しないが、第１実施例（ａ）に記載の燃料電池モジュールを、第２実施例（ｂ）、（ｃ）に記載の燃料電池モジュールに小型化、コンパクト化するに際し、これに起因して変動する内部ガスの流動を調整するために、あるいはこれに起因して変動する熱量や温度分布を調整するために、流路長や流路径、各構成部品の間隔や形状等を適宜修正、変更して用いることも好ましい。

図２７は、空気通路カバー１６０の記載を省略した燃料電池モジュール２の斜視図を示している。図２７の第１実施例（ａ）及び、第２実施例（ｂ）、（ｃ）において、発電用空気導入管７４から供給された空気は空気分散部材２５４とモジュール容器８の天板８ａとの間に形成される空気流入室２５６に流入する。空気流入室２５６に供給された空気は、天板８ａと接触することによって分散し、空気分散部材２５４に設けられた通過穴２５８からプレートフィン１６２、１６３と接触しながら、吹出口８ｆから燃料電池セルユニット１６へと供給される。ここで、空気分散部材２５４に設けられた通過穴２５８は空気流入室２５６に流入してきた空気をプレートフィン１６２に任意の量で供給すればよいため、穴の数や大きさはこれに限るものではなく、モジュール容器８のサイズによって自由に構成してよい。

また、図２７の第１実施例の斜視図（ａ）に対して、第２実施例（ｂ）及び（ｃ）では、モジュール容器の大きさが異なるため、発電用空気と排気ガスとの熱交換距離が異なり、第２実施例（ｂ）及び（ｃ）のようにコンパクトにした場合には、十分に熱交換できないことが考えられる。そのため、図２７の（ｂ）及び（ｃ）に示すようにプレートフィン１６２、１６３の配置や、大きさを変えることによって、発電用空気と排気ガスとの熱交換量をコントロールすることができる。すなわち、図２７の（ｃ）では、モジュール容器８の天板８ａのｚ方向が短くなってしまうが、ｙ方向のプレートフィン１６３の距離を伸ばすことによって総合的な熱交換効率に差が生じないように構成することができる。

さらに、図２７を参照すると、吹出口８ｆがモジュール容器８の側板８ｂに設けられており、吹出口８ｆからモジュール容器８の内部に配置された燃料電池セルユニット１６へと発電用空気が供給されることとなる。本第２実施例によれば、図２７の（ｂ）及び（ｃ）のように異なる大きさのモジュール容器においても、穴の配置場所、穴の数または、穴の大きさによって発電用空気の流量を調整し、供給ムラ等を防止することができる。

図２８は第１実施例（ａ）と第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））における燃料電池モジュール２の斜視図を示している。第１実施例の図２８の（ａ）は発電用空気導入管７４をモジュール容器８の天板８ａから一側面に配設している。さらに、図２８（ｂ）及び（ｃ）を参照すると、発電用空気導入管７４をモジュール容器８の天板８ａからそのまま上方に突出させている。

本第２実施例（（ｂ）及び（ｃ））においても、第１実施例（ａ）と同様に、燃料電池モジュール容器を板状に形状を保持する形状保持シートに被覆された複数の板状断熱材１０００により覆い、複数の板状断熱材１０００が互いに接触する部分は、固定部材１００４によりモジュール容器に固定することができる。このように、モジュール容器の形状、サイズが異なった場合であっても本件発明を適用することができ、とくにモジュール容器の軽量化又は小型化を進めた場合に軽量性および作業性向上の観点で有益である。

ここで、図２８の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に共通して、板状断熱材１０００や内部に設けられた断熱材７よりも内部に設けられた構成部品（例えば熱電対等）と燃料電池モジュール２の天面との平坦性を確保するための抑え部材２６０である。なお、抑え部材２６０の配置箇所や形状はこれに限るものではない。

図２９は、図２８のｘ方向から見た断面図である。なお、図２９の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、それぞれ蒸発器１４０の断面図が異なるように断面を示している。第１実施例（ａ）、第２実施例（ｂ）及び（ｃ）は、蒸発器１４０が設置されたモジュール容器８を断熱材７、７ａ及び板状断熱材１０００によって覆い、固定部材１００４によって、モジュール容器８に固定されている。燃料電池モジュール２の下方からは電力を取り出すためのバスバー２５２が配置されている。

ところで、上述したように、モジュール容器８の内部では発電用空気の流速が増大傾向であるため、燃料電池セルユニット１６への空気供給ムラや、長手方向の温度ムラや、着火不良（火移り不良）などが生じてしまう。そのため、図２６に示す上支持板１００を大きくすることによって、発電用空気の流れを乱して流速を低下させることも好ましい。さらに、図示はしないが、燃料電池モジュール２の起動時間を長くして、すなわち種々のガスの供給量や流速を抑えることによって、起動時の温度ムラや着火性を安定させることも好ましい。

本発明にかかる固体酸化物形燃料電池装置は、モジュール容器の外方に断熱材を備えた固体酸化物形燃料電池装置において幅広く有用である。

１ 固体酸化物形燃料電池装置
２ 燃料電池モジュール
７，７ａ 断熱材
８ モジュール容器
８ａ 天板
８ｂ 側板
８ｄ，８ｅ 閉鎖側板
１０ 発電室
１６ 燃料電池セルユニット
１８ 燃焼室（燃焼部）
６３ 燃料供給配管
６４ 燃料ガス供給管（燃料ガス供給通路）
７４ 発電用空気導入管
８２ 排気ガス排出管
１１１ 排気口
１１２ 混合ガス供給管
１２０ 改質器
１２０ｂ 貫通孔
１３０ 排気ガス誘導部材
１３１ａ 凸状段部
１３２ａ 凹部
１３５ ガス溜
１４０ 蒸発器
１６０ 空気通路カバー
１６０ａ 天板
１６０ｂ 側板
１６１ａ，１６１ｂ 空気通路
１６２，１６３ プレートフィン
１６４ 流路方向調整部
１７１ 排気管
１７２ａ 排気ガス導入口
１７２ 排気通路
１７３ 排気通路（第２排気通路）
１７４ 排気通路（第１排気通路）
１７５ プレートフィン
１７６ 熱交換距離延長部材
２５０ 蒸発器用ヒーター
２５２ バスバー
２５４ 空気分散部材
２５６ 空気流入室
２５８ 通過穴
２６０ 抑え部材
２６２ 支持板
１０００ 板状断熱材
１０００ａ 断熱材
１０００ｂ 形状保持シート
１００１ 断熱材
１００２ 燃料電池モジュール
１００３ 燃料供給配管
１００４ 固定部材
１００５ 発電用空気導入管
１００６ 温度センサ
１００９ 水添脱硫器用水素取出管
１０１０ トレー
１０１４ 燃焼室
１０１６ モジュール容器
１０１８ 燃料電池セル
１０２０ 点火装置（点火ヒーター）
１０２２ 放熱部材
Ａ ２つの板状部材が接触する箇所
Ｂ ３つの板状部材が接触する箇所

Claims (7)

1. モジュール容器と、
   前記モジュール容器の内部に酸化剤ガスと燃料ガスにより発電する複数の燃料電池セルとを備えた固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、
   前記モジュール容器は、板状に形状を保持する形状保持シートに被覆された複数の板状断熱材により覆われ、
   前記板状断熱材は、前記固体酸化物形燃料電池モジュールの最外面を構成すると共に、複数の前記板状断熱材が互いに接触する部分は、固定部材により前記モジュール容器に固定されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。
2. 前記固定部材は前記板状断熱材のそれぞれが接触する部分と、その近傍を覆うように設けられ、前記固定部材は前記板状断熱材のそれぞれと接触する部分を押しつぶすようにして固定されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
3. 前記固定部材は断面の形状がＬ字であることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
4. 前記固定部材は前記板状断熱材のそれぞれが接触する部分に沿って延在する線状形状であることを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
5. 前記板状断熱材と前記モジュール容器の間には、前記形状保持シートに被覆されていない断熱材が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
6. 前記板状断熱材の前記形状保持シートに被覆された断熱材はヒュームドシリカを含有する断熱材であることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
7. 前記形状保持シートはガラスクロスであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール

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