JP5109252B2

JP5109252B2 - 燃料電池

Info

Publication number: JP5109252B2
Application number: JP2005350414A
Authority: JP
Inventors: 勝哉平田; アクベイタナー; 隆宮澤; 直也村上
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: WO2007066618A1; EP1976047B1; US8021794B2; JP2007157479A; EP1976047A1; US20090233130A1; EP1976047A4

Description

本発明は、複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池に関し、特に、各燃料電池スタックからの排熱を有効に利用した高効率の燃料電池に関するものである。

近年、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池は、高効率でクリーンな発電装置として注目されており、特に、固体酸化物形燃料電池は発電効率が高く、第三世代の発電用燃料電池として研究開発が進めらている。

この固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側から空気極層と燃料極層で挟み込んだ積層構造を有し、発電時には、反応用ガスとして空気極層側に酸化剤ガス（酸素) が、また燃料極層側に燃料ガス (Ｈ₂、ＣＯ等) が供給される。

発電セル内において、空気極層側に供給された酸素（例えば空気）は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ^2-）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動して燃料極層との界面近傍に到達し、この部分で、燃料ガスと反応して燃料極層に電子を放出すると共に、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂等の反応生成物を排ガスとして発電セルの外に放出する。電極反応で生じた電子は、別ルートの外部負荷にて起電力として取り出すことができる。

特に、固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池と比べて作動温度が高いことから、発電時の高温排熱を回収して発電効率を向上する試みが成されており、例えば、特許文献１、特許文献２には、排熱を回収して燃料改質器の改質反応や反応用ガス（燃料ガス、空気）の予熱等に利用する技術が開示されている。
特開昭６２−２８３５７０号公報特開２００５−１９０３４号公報

ところで、固体酸化物形燃料電池の場合、作動温度が１０００℃前後の高温作動型では排出される熱エネルギー量が多いため、熱エネルギーを回収するのは比較的容易であるが、作動温度が７００℃前後の低温作動型では、先の高温型に比べて排出される熱エネルギーの量が少ないため熱エネルギーの回収は難しい。
従って、低温作動型の場合は、効率的な熱回収が行われないと、例えば、燃料改質においては、改質反応が不十分となり、水素リッチな改質ガスが得られなくなる虞がある。改質不十分で改質ガス中にメタンが多量に存在すると、発電セル内において炭素が析出して電池性能が急激に低下し、効率的な発電が行えなくなる。

本発明は、このような従来の課題に鑑みて成されたもので、燃料電池スタックからの排熱を効率良く回収できる熱回収効率の良い燃料電池を提供することを目的としている。

すなわち、請求項１に記載の本発明は、発電反応室内に、固体電解質層の一方の表面に燃料極層が配置され、他方の表面に酸化剤極層が配置された発電セルとセパレータとを交互に積層した直方体状の燃料電池スタックを複数配置するとともに、運転時、上記燃料極層に炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスを改質した燃料ガスおよび上記酸化剤極層に酸化剤ガスを供給することにより発電反応を生じさせる燃料電池において、前記燃料電池スタックは、前記発電反応室内の中央付近に少なくとも平面視において縦横２列に配置されると共に、これら燃料電池スタックの対向側面間に、改質触媒を充填し上記燃料電池スタックからの放熱を受熱して上記混合ガスを改質する扁平箱型の複数の燃料改質器が平面視において十字状に配設され、前記燃料改質器は、各々の上端部に前記燃料ガスのガス入口部が設けられ、かつ各々の下端部に前記燃料ガスのガス出口部が設けられ、前記発電反応室の下部には、前記燃料電池スタックから当該発電反応室内に放出される排ガスを外部に排出する排気管が設けられているとともに、当該排気管内に前記水蒸気を生成する水蒸気発生器が配設されていることを特徴としている。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記燃料電池スタックの周囲に燃料熱交換器および空気熱交換器を含む熱交換器類が配置されることを特徴としている。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項２に記載の燃料電池において、前記熱交換器類は、前記燃料電池スタックを間に挟んで前記燃料改質器の十字型を形成する各翼部と対向するように配置されることを特徴としている。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項２または請求項３の何れかに記載の燃料電池において、前記燃料熱交換器と前記空気熱交換器は、前記縦２列の燃料電池スタックおよび前記横２列のスタックを挟んで対向するように、燃料スタックの周方向に交互に配置されることを特徴としている。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池において、前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸化物形燃料電池であることを特徴としている。

請求項１〜５に記載の本発明によれば、燃料電池スタックを少なくとも平面視において縦横２列に配置することにより、発電反応室内において各燃料電池スタックの熱的条件を同一にすることができ、これら燃料電池スタックの熱的制御を一括して行うことが可能となる。これにより、各燃料電池スタックを個々に熱的制御する場合に比べて熱制御機構を簡素化できる。
また、複数の燃料電池スタックに囲まれて輻射熱の熱溜まりとなる発電反応室の中央部分に燃料改質器が配置されるため、燃料改質器では、対向する各燃料電池スタックからの高温度の輻射熱を多量に受熱して、十分な改質温度にて転化率の高い燃料改質が行われるようになる。これにより、残留メタンの少ない水素リッチな改質ガスを燃料電池スタックに供給できるようになり、高効率発電が行える。

また、請求項２、３に記載の本発明によれば、燃料電池スタックと燃料改質器を囲むように熱交換器類を配置することにより、燃料改質器による熱回収に熱的影響を及ぼすことなく、各熱交換器類による熱回収が行われると共に、この熱交換器類の熱回収により外部への無意味な放熱（放熱ロス）を低減でき、よって、熱回収効率の高い燃料電池を提供することができる。

また、請求項４に記載の本発明によれば、発電反応室内において、燃料電池スタックの周方向に燃料熱交換器と空気熱交換器を交互に配置することにより、各燃料電池スタック周辺において、熱交換器による吸熱量がバランスし、発電反応室内における平面方向の熱的条件を同一にすることができ、よって、燃料電池スタックの熱的制御が行い易くなる。

以下、図１〜図４に基づいて本発明の実施形態を説明する。

図１、図２は本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の内部概略構成を示し、図３は燃料電池スタックの要部概略構成を示し、図４は燃料電池スタックへの反応用ガスの供給形態を示している。

図１、図２において、符号１は固体酸化物形燃料電池（燃料電池モジュール）である。符号２はモジュール缶体、符号２０は内部缶体で、このモジュール缶体２と内部缶体２０の間に断熱材２３が介装されている。内部缶体２０は、缶内（すなわち、発電反応室２１）を気密状態に保持している。この発電反応室２１のほぼ中央に積層方向を縦にして複数の燃料電池スタック３が配設されている。

燃料電池スタック３は、図３に示すように、固体電解質層４の両面に燃料極層５と空気極層６を配した発電セル７と、燃料極層５の外側の燃料極集電体８と、空気極層６の外側の空気極集電体９と、各集電体８、９の外側のセパレータ１０とを単位セルとして、これら単位セルを複数積層すると共に、この単位セルによる積層体を電気的絶縁を施した部材（図示せず）により固定してユニット化したものである。

ここで、固体電解質層４はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、燃料極層５はＮｉ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、空気極層６はＬａＭｎＯ₃、ＬａＣｏＯ₃等で構成され、燃料極集電体８はＮｉ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体９はＡｇ等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ１０はステンレス等で構成されている。

セパレータ１０は、発電セル７間を電気的に接続すると共に、発電セル７に反応用ガスを供給する機能を有し、燃料ガスマニホールド１３より供給される燃料ガスをセパレータ１０の外周面から導入してセパレータ１０の燃料極集電体８に対向するほぼ中央部から吐出する燃料ガス通路１１と、空気マニホールド１４より供給される空気をセパレータ１０の外周面から導入してセパレータ１０の空気極集電体９に対向する面のほぼ中央から吐出する空気通路１２を備えている。
尚、上述した燃料ガスマニホールド１３と空気マニホールド１４は、何れも各燃料電池スタック３の内部に形成されており、スタック内において、燃料マニホールド１３は、後述する燃料バッファタンク４５の燃料分配管２８に接続され、空気マニホールド１４は後述する空気バッファタンク５５の空気分配管２９に接続されている。

また、この燃料電池スタック３は、発電セル７の外周部にガス漏れ防止シールを設けないシールレス構造であり、運転時には、図３に示すように、燃料ガス通路１１および空気通路１２を通してセパレータ１０の略中心部から発電セル７に向けて吐出される反応用ガス（燃料ガスおよび空気）を、発電セル７の外周方向に拡散させながら燃料極層５および空気極層６の全面に行き渡らせて発電反応を生じさせると共に、発電反応で消費されなかった残余のガス（排ガス）を発電セル７の外周部から外に自由に放出するようになっている。

本実施形態は、上記構成の燃料電池スタック３が発電反応室２１内のほぼ中央付近に平面視おいて縦横２列に配置されると共に、架台１８を間に介在して高さ方向に４段積み上げ、合計１６基が一体的に配置されることにより、高出力型の燃料電池モジュール１が構成されている。
尚、図２に示すように、発電反応室２１の上部と下部の中央には、各燃料電池スタック３より発電反応室２１内に放出された高温の排ガスを外部に排出するための排気管１９ａ、１９ｂが設けられている。

また、発電反応室２１内には、平面視において縦横２列に配設された各々燃料電池スタック３の対向側面間にそれぞれ改質触媒を充填した扁平箱形の翼部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄを有する十字型の燃料改質器３０が最上段の燃料電池スタック３から最下段の燃料電池３に近接する位置まで配設され、上記複数の燃料電池スタック３と共に底部のスタック台２２上に固定されている。

このように、本実施形態では、燃料改質器３０を燃料電池スタック３からの輻射熱を効率良く受熱でき、且つ、最も高温となる部位に配置すると共に、自然対流の影響で下部より高温雰囲気となる発電反応室２１内の上部に位置する各翼部３０ａ〜３０ｄの上端部に各々燃料ガス導入用のガス入口３１が設けられ、各翼部３０ａ〜３０ｄの下端部に改質ガス排出用の排出管３２が設けられる構成と成されている。

そして、発電反応室２１内において、これら燃料電池スタック３と燃料改質器３０の周囲に、側部燃料熱交換器４０、燃料バッファタンク４５、側部空気熱交換器５０、空気バッファタンク５５等が燃料電池スタック３の高さ方向に沿って立設されている。側部燃料熱交換器４０の下端部には、モジュール缶体２の底部より導入される燃料供給管１５が接続され、側部空気熱交換器５０の下端部には後述するバーナ２４の冷却ジャケットからの温空気配管２５が接続されている。

また、上記側部燃料熱交換器４０と上記側部空気熱交換器５０は、省スペース化を図り、且つ、各燃料電池スタック３からの輻射熱を効率良く受熱できるように何れも平板型と成され、中央の燃料電池スタック３に対して距離を置いた内部缶体２０側に配置されていると共に、スタック側の面にフィン（図示せず）を配設して熱交換性能の向上が図られている。
そして、側部燃料熱交換器４０と側部空気熱交換器５０は、燃料電池スタック３の周囲において燃料改質器３０の各翼部３０ａ〜３０ｄに対向するようにそれぞれ４基配置され、且つ、平面視、縦２列の燃料電池スタック３、および平面視、横２列の燃料電池スタック３を挟んで、側部燃料熱交換器４０と側部空気熱交換器５０が対向するように、それぞれが燃料電池スタック３の周方向に交互に配置されている。

これら熱交換器類４０、５０と燃料電池スタック３との間には、上記した燃料バッファタンク４５と空気バッファタンク５５が配設されている。燃料バッファタンク４５は平面視、縦横２列に配置された燃料電池スタック３の各列の中央に位置され、空気バッファタンク５５は各隅部に位置されている。

また、燃料電池スタック３の上方には、水平方向に上部燃料熱交換器４１と上部空気熱交換器５１が配設されている。これらもフィン付き平板型の熱交換器である。

上部燃料熱交換器４１は、上述した側部燃料熱交換器４０の下流側の熱交換器であり、その入口が配管３３により側部燃料熱交換器４０の上端部に接続されると共に、出口が導入管３４により上述した燃料改質器３０の各ガス入口３１に接続されている。尚、燃料改質器３０の排出管３２は上述した燃料バッファタンク４５の下端部に接続されている。
上部空気熱交換器５１は、上述した側部空気熱交換器５０の下流側熱交換器であり、その入口が配管３５により側部空気熱交換器５０の上端部に接続されると共に、出口が配管３６により上述した空気バッファタンク５５の上端部に接続されている。

上記燃料バッファタンク４５の出口は複数の燃料分配管２８により、また、空気バッファタンク５５の出口は複数の空気分配管２９により、それぞれ各燃料電池スタック３に接続されている。
燃料バッファタンク４５からの燃料分配管２８は各々燃料電池スタック３の上端部と下端部に接続され、空気バッファタンク５５からの空気分配管２９は、上側２段の燃料電池スタック３においてはスタック下端部に接続され、下側２段の燃料電池スタック３においてはスタック上端部に接続されている。

また、内部缶体２０の下部側面には、各燃料電池スタック３と対向する４基の起動用の予熱バーナ２４（例えば、赤外線バーナ）が配設され、各燃料電池スタック３が予熱バーナ２４からの輻射熱を受熱できるようになっている。
これは、下方に位置する燃料電池スタック３の昇温速度を向上し、起動時間を短縮するためであり、スタックが予熱バーナ２４の輻射熱を直接的に効率良く受熱できるよう、側部燃料熱交換器４０および側部空気熱交換器５０は、その下端が予熱バーナ２４よりも上方に位置する長さに形成されており、これにより、バーナ前面にこれら熱交換器４０、５０が位置しないようにしている。
本実施形態では、これらバーナ２４の側面と背面に冷却ジャケット（図示せず）を設けると共に、空気供給管１６によりジャケット内部に外部空気を導入してバーナ本体を冷却することにより、バーナ本体が過度の高温に加熱されるのを防止している。この冷却ジャケットからの冷却空気（温空気）は温空気配管２５を介して上述した側部空気熱交換器５０に導入されるようになっている。

他方、内部缶体２０の下方には、水蒸気発生器６０が配設されている。
この水蒸気発生器６０は、燃料改質用の高温水蒸気を得るための熱交換器であって、水蒸気の発生には高温よりも寧ろ多量の熱量を必要とすることから、発電反応室２１から離隔し、且つ、上述した熱交換器４０、５０より外側の低温部位となる下部排気管１９ｂ内に配設されている。
尚、本実施形態では、発電反応室２１内から外部に排出される排ガスを熱源として効率良く利用できるように、下部排気管１９ｂの口径を上部排気管１９ａより大きくして下部排気管１９ｂより多量の排ガスが排出されるようになっている。

この水蒸気発生器６０には水供給管１７が接続され、この水供給管１７からの外部供給水が水蒸気発生器６０の水流路内において発電反応室２１から排出される高温排ガスと熱交換されて水蒸気を発生する。水蒸気出口側は水蒸気配管２６により発電反応室２１内において燃料供給管１５の燃料混合部２７に接続されている。

また、上記水蒸気発生器６０の水流路内には多数のセラミックビーズが充填されている。セラミックビーズを充填することにより、水蒸気のハンチングが防止され、発電反応室２１内に安定した水蒸気量を供給することができると共に、熱伝導率の高いアルミナ製ビーズ等を用いることにより、水蒸気発生器６０の熱交換性を向上することができる。

また、下部排気管１９ｂ内であって、水蒸気発生器６０の排ガス入口部分６１にハニカム燃焼触媒が配置されている。本実施形態では、この燃焼触媒により排ガス中の未燃メタンを燃焼させ、その燃焼ガスを水蒸気発生器６０の熱源に利用している。燃焼触媒としては、ハニカム触媒の他、燃焼触媒塗料を塗布しても良い。

上記構成の燃料電池１において、運転時には、外部燃料ガス（例えば、都市ガス）が燃料供給管１５を介して発電反応室２１内に導入されると共に、発電反応室２１内において水蒸気発生器６０からの高温水蒸気と燃料混合部７において合流し、混合ガスとなって燃料電池スタック３周辺の各側部燃料熱交換器４０に下方より導入される。
混合ガスは、これら側部燃料熱交換器４０内を上方に流通する過程で対向する燃料電池スタック３からの輻射熱を受熱して昇温されると共に、より雰囲気温度が高いスタック上部に誘導され、上部燃料熱交換器４１において、さらに昇温されて高温の混合ガスとなる。

この高温の混合ガスは燃料改質器３０の上端部において、各翼部３０ａ〜３０ｄの端部のガス入口３１より改質器内部に導入される。中央部に比べて輻射熱が多く得られる各翼部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの各端部に上記ガス入口３１を設けることにより、各燃料電池スタック３からの輻射熱を効率的に受熱できる。
導入ガスは各翼部３０ａ〜３０ｄ内を下方に流通する過程で改質触媒による改質反応が行われる。この改質反応は吸熱反応であって、改質反応に必要な熱は、燃料電池スタック３からの輻射熱を回収して得られる。改質反応による吸熱量は温度の高い改質器上部において多く、改質器下方に向かって減少するため、この吸熱量の変化により、燃料電池スタック３の高さ方向の熱的バランスを均一化することができる。

燃料改質器３０で改質された水素リッチな燃料ガスは、下流部（下部）の各排出管３２より排出され、配管を介して燃料バッファタンク４５に導入・貯留された後、各燃料電池スタック３（詳しくは、燃料ガスマニホールド１３）に分配される。
ここで、燃料バッファタンク４５内の燃料ガスは、図４に示すように、それぞれ各燃料電池スタック３の上端部および下端部から供給される。このように、燃料ガスをスタック上下（スタック両端）より供給することで、ガス流通過程での圧損差を緩和し、各発電セル７へ等分配された燃料ガスを安定的に供給することができる。これにより、各発電セルの発電性能を均一にし、発電効率を向上できる。

一方、外部空気は、空気供給管１６を介してバーナ２４の冷却ジャケットに供給され、バーナ本体を冷却すると共に、冷却ジャケットを経由した冷却空気（温空気）は温空気配管２５を介して燃料電池スタック３周辺の各側部空気熱交換器５０に下方より導入される。
冷却空気は、各側部空気熱交換器５０内を上方に流通する過程でそれぞれ対向する燃料電池スタック３からの輻射熱を効率良く受熱して昇温されると共に、スタック上部において、上部空気熱交換器５１にてさらに昇温された後、配管を介して空気バッファタンク５５に導入・貯留され、そこから、各燃料電池スタック３（詳しくは、空気マニホールド１４）に分配される。
ここで、空気バッファタンク５５内の空気は、図４に示すように、温度の高い燃料電池モジュール１の中央部より供給（上側２段のスタックは下端部から、下側２段のスタックは上端部から供給する）され、そこから上下方向に流通する過程で昇温された空気が比較的温度の低いスタック両端側を昇温する。これにより、スタックの高さ方向の温度を均一化できる。

また、この空気バッファタンク５５には、上端より上部空気熱交換器５１からの温空気が導入され、下端からは空気供給管１６からの外部空気が導入されているため、
この予熱空気と外部空気との供給割合でスタック温度をコントロールすることも可能である。

各燃料電池スタック３に供給された反応用ガス（燃料ガス、空気）の流れは図３に示した通りである。

以上のように本発明では、燃料電池スタック３を少なくとも平面視において縦横２列に配置されているため、発電反応室２１内において各燃料電池スタック３の熱的条件を同一にすることができ、これら燃料電池スタック３の熱的制御を一括して行うことが可能となり、各燃料電池スタック３を個々に熱的制御する場合に比べて熱制御機構（燃料ガスや空気の供給制御装置やその流通系路）を簡素化することができる。
また、複数の燃料電池スタック３に囲まれて輻射熱の熱溜まりとなり、最も高温となる発電反応室２１の中央部分に燃料改質器３０が配置されているため、燃料改質器３０では、対向する各燃料電池スタック３からの高温度の輻射熱を多量に受熱して、十分な改質温度にて転化率の高い燃料改質が行われるようになり、残留メタンの少ない水素リッチな改質ガスを各燃料電池スタック３に供給できるようになる。これにより、高効率発電が行える。

また、燃料電池スタック３と燃料改質器３０を囲むように、内部缶体２０に沿って熱交換器類４０、５０が配置されているため、燃料改質器３０の熱回収に熱的影響を及ぼすことなく、熱交換器類の熱回収が行われると共に、この熱交換器類の熱回収により、モジュール外への無意味な放熱（放熱ロス）を低減でき、よって、熱回収効率の高い燃料電池モジュール１が実現できる。
加えて、燃料電池スタック３の周方向に側部燃料熱交換器４０と側部空気熱交換器５０が交互に配置されているため、各燃料電池スタック３周辺において熱交換器類による吸熱量がバランスし、発電反応室２１内における平面方向の熱的条件を同一にすることができ、よって、燃料電池スタック３の熱的制御が容易になり、そのための熱制御機構を簡素化できる。

特に、シールレス構造の固体酸化物形燃料電池１では、燃料電池スタック３の周側部から発電反応室２１内に高温度の排ガスが自由に放出されるため、上記した燃料改質器３０や各熱交換器４０、４１、５０、５１の熱回収に極めて好都合である。加えて、本実施形態では、内部缶体２０による発電反応室２１の気密構造により、周囲の断熱材２３の隙間から発電反応室２１内の高温排ガスがモジュール外部に無駄に放出されることが防止され、発電反応室２１内を安定した高温雰囲気状態に維持することができる。

上記した作用効果により、燃料電池スタック３からの熱を有効に利用した高効率の燃料電池モジュール１を提供することができる。

以上、本実施形態では、燃料改質器３０を燃料電池スタック３の対向側面間に収まる十字型としたが、燃料電池スタック３の対向側面間に各々扁平箱形の燃料改質器が個々に配設される構成とすることも可能である。
また、燃料電池モジュール１については、平面方向４基配置の燃料電池スタック３を縦方向に４段積み上げた構成を説明したが、積層段数はこれに限るものではないことは勿論であり、要は、燃料電池スタック３に囲まれて輻射熱の熱溜まりとなる発電反応室２１の中央部分に上記燃料改質器３０が配設される構造であれば良い。

本発明に係る燃料電池の内部概略構成を示す上面図。同、燃料電池の内部概略構成を示す側面図。同、燃料電池スタックの要部概略構成を示す説明図。燃料電池スタックへの反応用ガスの供給形態を示す説明図。

符号の説明

１燃料電池（固体酸化物形燃料電池）
３燃料電池スタック
７発電セル
１０セパレータ
２１発電反応室
３０燃料改質器
３０ａ、３９ｂ、３０ｃ、３０ｄ翼部
４０燃料熱交換器
５０空気熱交換器

Claims

発電反応室内に、固体電解質層の一方の表面に燃料極層が配置され、他方の表面に酸化剤極層が配置された発電セルとセパレータとを交互に積層した直方体状の燃料電池スタックを複数配置するとともに、運転時、上記燃料極層に炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスを改質した燃料ガスおよび上記酸化剤極層に酸化剤ガスを供給することにより発電反応を生じさせる燃料電池において、
前記燃料電池スタックは、前記発電反応室内の中央付近に少なくとも平面視において縦横２列に配置されると共に、これら燃料電池スタックの対向側面間に、改質触媒を充填し上記燃料電池スタックからの放熱を受熱して上記混合ガスを改質する扁平箱型の複数の燃料改質器が平面視において十字状に配設され、
前記燃料改質器は、各々の上端部に前記燃料ガスのガス入口部が設けられ、かつ各々の下端部に前記燃料ガスのガス出口部が設けられ、
前記発電反応室の下部に、前記燃料電池スタックから当該発電反応室内に放出される排ガスを外部に排出する排気管が設けられているとともに、当該排気管内に前記水蒸気を生成する水蒸気発生器が配設されていることを特徴とする燃料電池。
前記燃料電池スタックの周囲に燃料熱交換器および空気熱交換器を含む熱交換器類が配置されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
前記熱交換器類は、前記燃料電池スタックを間に挟んで前記燃料改質器の十字型を形成する各翼部と対向するように配置されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
前記燃料熱交換器と前記空気熱交換器は、前記縦２列の燃料電池スタックおよび前記横２列のスタックを挟んで対向するように、燃料スタックの周方向に交互に配置されることを特徴とする請求項２または請求項３の何れかに記載の燃料電池。
前記燃料電池は、発電反応に使用されなかった残余のガスを発電セルの外周部より放出するシールレス構造の固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池。