JP5975426B2

JP5975426B2 - 固体酸化物型燃料電池装置

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Publication number: JP5975426B2
Application number: JP2012216702A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　真樹; 真樹佐藤; 直樹渡邉; 暢夫井坂; 安藤　茂; 茂安藤; 大籾山; 潔端山; 正紀古屋; 岡本　修; 修岡本
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP2014072026A

Description

本発明は、固体酸化物型燃料電池装置に関し、特に、炭化水素系の原燃料ガスを改質し、改質された燃料ガスにより発電する固体酸化物型燃料電池装置に関する。

固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に酸化剤ガス（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。

特開２０１０−２３８６００号公報（特許文献１）には、固体電解質型燃料電池が記載されている。この燃料電池においては、燃料電池セルスタックの上方に箱形の改質器が配置され、この改質器を、燃料電池セルスタックの各セルの上端から流出するオフガスを燃焼させた燃焼熱により加熱している。また、改質器には、原燃料ガス及び水蒸気改質用の水が供給され、原燃料ガスと水蒸気の混合気が、改質器内に充填された改質触媒に触れることにより、原燃料ガスが水蒸気改質される。

このようなタイプの改質器では、供給された原燃料ガスと水蒸気が十分に混合されるように、原燃料ガス及び水蒸気は比較的長い通路を流れた後、改質触媒の中に送り込まれる。また、原燃料ガスと水蒸気の混合気が十分に改質触媒に接触するように、混合気は、改質器内の比較的長い通路を流れながら改質される。

特開２０１０−２３８６００号公報

しかしながら、特開２０１０−２３８６００号公報記載の燃料電池における改質器では、原燃料ガスと水蒸気の混合気が長い流路を通って改質されるため、改質器における圧力損失が大きいという問題がある。このため、改質すべき原燃料ガスを、改質器を通過させるために、原燃料ガスを強く加圧して改質器に送り込む必要がある。

また、特開２０１０−２３８６００号公報記載の燃料電池においては、改質器が燃料電池セルスタックの上方に配置され、各セルから流出したオフガスの燃焼熱により下方から直接加熱されているため、改質器の占有投影面積が大きくなるという問題がある。即ち、或る量の原燃料ガスを改質するためには、所定の体積の改質触媒が必要になるが、この所定体積の改質触媒をオフガスの燃焼熱により、均等に直接加熱するためには、改質触媒を、燃料電池セルスタックの上方に薄く広い面積に分布させる必要があるため、改質器の占有投影面積が大きくなる。

従って、本発明は、原燃料ガスを強く圧送することなく、原燃料ガスを改質部（改質器）に送り込むことができる固体酸化物型燃料電池装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、改質部（改質器）の占有投影面積を小さくすることができる固体酸化物型燃料電池装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、炭化水素系の原燃料ガスを改質し、改質された燃料ガスにより発電する固体酸化物型燃料電池装置であって、原燃料ガスを供給する燃料供給装置と、この燃料供給装置により供給された原燃料ガスを水蒸気改質するための水を供給する水供給装置と、発電用の酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、この酸化剤ガス供給装置により供給された発電用の酸化剤ガスと改質された燃料ガスを反応させることにより電力を生成する燃料電池セルスタックと、この燃料電池セルスタック上方に設けられ、燃料電池セルスタックにおいて発電に利用されずに残った燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、燃料電池セルスタックの少なくとも一部を取り囲み、燃料電池セルスタック及び燃焼部から熱を受けるように配置された燃料ガス供給流路と、この燃料ガス供給流路の下部に設けられ、燃料供給装置から供給された原燃料ガスを燃料ガス供給流路に流入させる燃料ガス導入部と、燃料ガス供給流路内に、燃料ガス導入部よりも上方に配置され、水供給装置から供給された水を蒸発させる蒸発部と、燃料ガス供給流路内に設けられ、燃料ガス導入部から導入された原燃料ガスを蒸発部において生成された水蒸気により水蒸気改質する改質部と、を有し、改質部は、蒸発部よりも上方に、燃料電池セルスタックの上部を取り囲むように配置されていることを特徴としている。

このように構成された本発明においては、燃料供給装置により、燃料ガス導入部を介して原燃料ガスが、燃料電池セルスタックの少なくとも一部を取り囲むように配置された燃料ガス供給流路に流入される。一方、水供給装置により、水蒸気改質用の水が、燃料ガス供給流路内の、燃料ガス導入部よりも上方に配置された蒸発部に供給され、水蒸気が生成される。供給された原燃料ガス及び水蒸気は、燃料ガス供給流路内に設けられた改質部に流入し、水蒸気改質される。改質された燃料ガスは、燃料電池セルスタックにおいて、酸化剤ガス供給装置により供給された発電用の酸化剤ガスと反応し、電力が生成される。

このように構成された本発明によれば、燃料ガス供給流路が、燃料電池セルスタックの少なくとも一部を取り囲み、燃料電池セルスタック及び燃焼部から熱を受けるように配置されている。また、この燃料ガス供給流路内の、蒸発部よりも上方に、燃料電池セルスタックの上部を取り囲むように改質部が設けられている。このため、燃料ガス供給流路内上方の改質部の温度は、下方の燃料ガス導入部及び蒸発部よりも温度が高くなる。これにより、燃料ガス供給流路内において上昇気流が発生するので、この上昇気流により、燃料ガス導入部から導入された原燃料ガスを強く圧送することなく、蒸発部において生成された水蒸気と混合させながら上方の改質部に容易に送り込むことができる。また、燃料電池セルスタックの上部を取り囲むように改質部が設けられているので、改質触媒を燃料電池セルスタックの周囲に広く分布させることができ、改質部の占有投影面積を小さく抑制しながら、燃料電池セルスタック及び燃焼部の熱により、改質部を十分に加熱することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、燃料ガス供給流路の少なくとも一部を取り囲むように、燃料ガス供給流路との間で熱交換可能に設けられ、燃焼部において燃焼された燃焼ガスを排出する排ガス排出流路を有し、この排ガス排出流路は、燃料電池セルスタックの上方から、燃料ガス導入部よりも上方、且つ蒸発部よりも下方に設けられた排ガス流出口へ燃焼ガスを導く。

このように構成された本発明においては、排ガス排出流路が燃料ガス供給流路の少なくとも一部を取り囲むように設けられ、燃焼部において燃焼された燃焼ガスが排出される。この排ガス排出流路の排ガス流出口は、蒸発部よりも下方に設けられているので、蒸発部を十分に加熱することができる。また、排ガス流出口は、燃料ガス導入部よりも上方に設けられているので、上方の蒸発部と燃料ガス導入部との間で温度勾配を作ることができ、燃料ガス導入部から導入された原燃料ガスを、上昇気流により効果的に上方に搬送することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、排ガス排出流路の少なくとも一部を取り囲むように、排ガス排出流路との間で熱交換可能に設けられた酸化剤ガス供給流路を有し、この酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給装置から供給された発電用の酸化剤ガスを、蒸発部よりも上方に設けられた酸化剤ガス流入口から燃料電池セルスタックの上方へ向けて導く。

このように構成された本発明においては、排ガス排出流路との間で熱交換可能に酸化剤ガス供給流路が設けられている。また、この酸化剤ガス供給流路の酸化剤ガス流入口は蒸発部よりも上方に設けられているので、蒸発部近傍において、排ガス排出流路の熱が、酸化剤ガス供給流路の酸化剤ガスに奪われるのを抑制することができ、蒸発部を排気ガスの熱により確実に加熱することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、蒸発部と改質部の間に、燃料ガス供給流路内に設けられた混合部を有し、燃料ガス供給流路内に原燃料ガスを導入する燃料ガス導入部と、水供給装置から供給された水を蒸発部に導入する水導入部が近接して配置され、混合部において混合される。

このように構成された本発明においては、原燃料ガスを導入する燃料ガス導入部と水を導入する水導入部が近接して配置されているので、燃料ガス導入部から導入された原燃料ガスが、水導入部の近傍で生成された水蒸気と共に混合部に導入され、これにより、原燃料ガスと水蒸気を効果的に混合させることができる。

本発明において、好ましくは、さらに、蒸発部は燃料ガス供給流路の内壁面に取り付けられた傾斜板により構成され、水供給装置から供給された水は傾斜板の上面側に貯留されると共に、傾斜板よりも下方から燃料ガス供給流路内に供給された原燃料ガスは、傾斜板によって流路を絞られながら上方に流れる。

このように構成された本発明においては、傾斜板の下方から燃料ガス供給流路内に供給された原燃料ガスは、傾斜板によって流路を絞られながら上方に流れるので、原燃料ガスの流速が上昇され、傾斜板の上面側で生成された水蒸気がこの流れに巻き込まれ、原燃料ガスと水蒸気を効果的に混合することができる。

本発明の固体酸化物型燃料電池装置によれば、原燃料ガスを強く圧送することなく、原燃料ガスを改質部（改質器）に送り込むことができる。
また、本発明の固体酸化物型燃料電池装置によれば、改質部（改質器）の占有投影面積を小さくすることができる。

本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に備えられた燃料電池セル収容容器の外観を示す斜視図である。本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に備えられた燃料電池セル収容容器の断面図である。図３のIV−IV線に沿う平面断面図である。本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に備えられた燃料電池セル収容容器の上部を拡大して示す概略断面図である。本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置を示すブロック図である。本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池の起動時の動作を示すタイムチャートである。図８は、各位置における、燃料ガス供給流路内の温度、及び排ガス排出流路内の温度を示すグラフであり、（ａ）起動１０分後、（ｂ）起動２０分後、（ｃ）起動３０分後の温度を夫々示す。本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池の内側円筒部材と外側円筒部材との間に形成される燃料ガス供給流路内の構造を示す斜視図である。本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池の内側円筒部材と外側円筒部材との間に形成される燃料ガス供給流路について、内側円筒部材の外周方向に沿って展開した概略図である。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。

燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材７を介して燃料電池セル収容容器８が配置されている。この燃料電池セル収容容器８内の下部には発電室１０が構成され、この発電室１０の中には、燃料ガスと酸化剤ガスである空気により発電反応を行う燃料電池セルスタック１４が収容されている。この燃料電池セルスタック１４は、同心円状に配置された１００本の燃料電池セルユニット１６から構成されている。

燃料電池セル収容容器８内の発電室１０の上方（燃料電池セルスタック１４の上方）には、燃焼部である燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されずに残った残余の燃料（オフガス）と残余の空気とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。

次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置である水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）と、この燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスを分配する比例弁３２を備えている。

なお、比例弁３２を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール２内に配置された脱硫器３６と、熱交換器３４、電磁弁３５を介して燃料電池セル収容容器８の内部に導入される。脱硫器３６は、燃料電池セル収容容器８の周囲を取り囲むように環状に形成されており、原燃料ガスから硫黄を除去するようになっている。また、熱交換器３４は、脱硫器３６において温度上昇した高温の原燃料ガスが直接電磁弁３５に流入し、電磁弁３５が劣化されるのを防止するために設けられている。電磁弁３５は、燃料電池セル収容容器８内への原燃料ガスの供給を停止するために設けられている。

補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）を備えている。

さらに、補機ユニット４には、燃料電池モジュール２からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置５０が備えられている。この温水製造装置５０には、水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュール２により発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。

次に、燃料電池セルユニット１６について説明する。
本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置１においては、燃料電池セルユニット１６として、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルが採用されている。
燃料電池セルユニット１６は、円筒形の内側電極層（図示せず）と、内側電極層の周囲に設けられた電解質層（図示せず）と、この電解質層の周囲に設けられた外側電極層（図示せず）と、を備えている。内側電極層（図示せず）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（図示せず）は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。これら内側電極層（図示せず）、電解質層（図示せず）、外側電極層（図示せず）から構成された円筒状の部材に、各種電極端子（図示せず）を取り付けることにより燃料電池セルユニット１６が構成される。実使用時においては、円筒形の内側電極層（図示せず）の内側の通路（図示せず）に燃料ガスが流され、外側電極層（図示せず）の周囲に発電用の酸化剤ガスとして空気が流される。

内側電極層（図示せず）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（図示せず）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（図示せず）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。

燃料電池セルスタック１４は、燃料電池セル収容容器８の発電室１０内に同心円上に配列された１００本の燃料電池セルユニット１６から構成されている。各燃料電池セルユニット１６に取り付けられた各種電極端子（図示せず）、集電体（図示せず）を導電体（図示せず）により相互に電気的に接続することにより、燃料電池セルスタック１４が構成される。各燃料電池セルユニット１６を接続した導電体（図示せず）は、バスバー８０（図３）に接続され、燃料電池セル収容容器８から引き出される。

次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールに内蔵された燃料電池セル収容容器の内部構造を説明する。図２は、燃料電池セル収容容器の外観を示す斜視図であり、図３は燃料電池セル収容容器の断面図である。
図２及び図３に示すように、燃料電池セル収容容器８内の密閉空間には、複数の燃料電池セルユニット１６が同心円状に配列された燃料電池セルスタック１４が配置され、その周囲を取り囲むように燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、酸化剤ガス供給流路２２が順に同心円状に形成されている。

まず、図２に示すように、燃料電池セル収容容器８は、概ね円筒状の密閉容器であり、その下部の外径が太くなっている。また、燃料電池セル収容容器８の下部側面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ５６、及び排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８が接続されている。さらに、燃料電池セル収容容器８の上端面には、内蔵された燃焼バーナーに原燃料ガスを供給するためのバーナー用ガス供給パイプ６０が接続され、また、上端面からは、燃焼バーナーに点火するための点火プラグ６２が突出している。

図３に示すように、燃料電池セル収容容器８の内部には、燃料電池セルスタック１４の周囲を取り囲むように、内側から順に、内側円筒部材６４、外側円筒部材６６、内側円筒容器６８、外側円筒容器７０が配置されている。上述した燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、及び酸化剤ガス供給流路２２は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。即ち、排ガス排出流路２１は燃料ガス供給流路２０を取り囲むように配置され、酸化剤ガス供給流路２２は排ガス排出流路２１を取り囲むように配置されている。また、燃料電池セル収容容器８の底面は、概ね円形のベース部材７２により密閉されている。

内側円筒部材６４は、上部の小径部と、下部の大径部と、それらを接続するテーパー部からなる概ね円筒状の管である。
外側円筒部材６６は、内側円筒部材６４の周囲に配置される円筒状の管であり、内側円筒部材６４との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、内側円筒部材６４と概ね相似形に形成されている。内側円筒部材６４の外周面と、外側円筒部材６６の内周面の間の円環状の空間は、燃料ガス供給流路２０として機能する。このため、燃料ガス供給流路２０は、取り囲んでいる燃料電池セルスタック１４及び燃焼室１８から熱を受ける。また、内側円筒部材６４の上端部と外側円筒部材６６の上端部は接合されており、燃料ガス供給流路２０の上端は閉鎖されている。

内側円筒容器６８は、外側円筒部材６６の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、外側円筒部材６６との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が外側円筒部材６６と概ね相似形に形成されている。外側円筒部材６６の外周面と、内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間は、排ガス排出流路２１として機能する。この排ガス排出流路２１は、外側円筒部材６６の上端部で、内側円筒部材６４の内側の空間と連通する。また、内側円筒容器６８の下部側面には、排ガス流出口である排ガス排出パイプ５８が接続されており、排ガス排出流路２１が排ガス排出パイプ５８に連通される。

外側円筒容器７０は、内側円筒容器６８の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、内側円筒容器６８との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が内側円筒容器６８と概ね相似形に形成されている。内側円筒容器６８の外周面と、外側円筒容器７０の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路２２として機能する。また、外側円筒容器７０の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ５６が接続されており、酸化剤ガス供給流路２２が酸化剤ガス導入パイプ５６に連通される。

ベース部材７２は、概ね円板状の部材であり、内側円筒容器６８の下端に設けられたフランジに、パッキンを介して固定されることにより、密封された燃料電池セル収容容器８を構成している。また、内側円筒部材６４及び外側円筒部材６６の下端も、ベース部材７２まで延びている。

内側円筒容器６８の天井面から垂下するように、発電用の空気を噴射するための、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ７４が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ７４は、内側円筒容器６８の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セルユニット１６が配置される。酸化剤ガス噴射用パイプ７４の上端が内側円筒容器６８の天井面に取り付けられることにより、内側円筒容器６８と外側円筒容器７０の間に形成されている酸化剤ガス供給流路２２と酸化剤ガス噴射用パイプ７４が連通される。一方、酸化剤ガス噴射用パイプ７４の下端面は閉鎖されると共に、下端部側面には複数の噴射口７４ａが設けられている。酸化剤ガス供給流路２２から供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入し、下端部側面に設けられた複数の噴射口７４ａから周囲の各燃料電池セルユニット１６に向けて放射状に噴射される。

ベース部材７２の上面には、ドーナツ形断面の燃料ガス分散室７６が設けられている。燃料ガス分散室７６は、ベース部材７２と同心円を為すように、ベース部材７２上に設けられた気密性のあるチャンバであり、その上面に各燃料電池セルユニット１６が林立されている。燃料ガス分散室７６の上面に取り付けられた各燃料電池セルユニット１６は、その内側の燃料極が、燃料ガス分散室７６の内部と連通されている。

一方、内側円筒部材６４と、燃料ガス分散室７６の上面とを接続するように、改質ガス移送パイプ７８が設けられている。改質ガス移送パイプ７８は、内側円筒部材６４の内側上部から、燃料ガス分散室７６の上面へ、概ね鉛直方向に延びる管である。改質ガス移送パイプ７８の上端は、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間の燃料ガス供給流路２０と連通され、下端は、燃料ガス分散室７６の上面を貫通して、燃料ガス分散室７６の内部まで延びている。これにより、燃料ガス供給流路２０内を上昇した燃料ガスは、改質ガス移送パイプ７８を通って下方に下り、燃料ガス分散室７６の中に流入する。燃料ガス分散室７６に流入した燃料ガスは、各燃料電池セルユニット１６の燃料極に分配される。

さらに、ベース部材７２の中央には、ベース部材７２を貫通するようにバスバー８０が取り付けられている。バスバー８０は、燃料電池セルスタック１４により生成された電力を、燃料電池セル収容容器８の外部へ取り出すための細長い金属プレート導体であり、ベース部材７２には絶縁体を介して取り付けられている。バスバー８０は、燃料電池セル収容容器８の内部において、後述する各燃料電池セルユニット１６に取り付けられた集電体と電気的に接続されている。また、バスバー８０は、燃料電池セル収容容器８の外部において、インバータ５４（図１）に接続される。

また、ベース部材７２の上面には、燃料ガス分散室７６を取り囲むように、円筒状のセルスタック保温用断熱材８２が取り付けられている。セルスタック保温用断熱材８２は、燃料ガス分散室７６全体、及び燃料電池セルスタック１４の下部約２／３程度の周囲を取り囲むように構成された円筒形の断熱材である。また、セルスタック保温用断熱材８２の上部約１／３の部分は、上端に向けて断熱材の厚さが次第に薄くなるように、テーパが付けられている。この構成により、燃料電池セルスタック１４と、その周囲の内側円筒部材６４との間の断熱性は、セルスタック保温用断熱材８２の上端に向けて少しずつ低下する。

次に、図４、図５を新たに参照して、燃焼バーナーの構成を説明する。
図４は、図３のIV−IV線に沿う平面断面図である。図５は、燃料電池セル収容容器の上部を拡大して示す概略断面図である。

図３乃至図５に示すように、燃焼バーナー８４は、燃料電池セル収容容器８内の上端部に配置された概ねドーナツ形のバーナーであり、その中心軸線上に酸化剤ガス噴射用パイプ７４が貫通されている。燃焼バーナー８４の外周部には、複数のガス噴射口８４ａが設けられており、図４に示すように、燃焼バーナー８４から概ね水平方向に放射状に炎が形成される。また、燃焼バーナー８４の上面には、エジェクター８４ｂが設けられている。エジェクター８４ｂは、燃焼バーナー８４内に燃料ガスを導入する導入口として形成されており、この導入口に向けてバーナー用ガス供給パイプ６０の先端から燃料ガスが噴射される。バーナー用ガス供給パイプ６０の先端から噴射された燃料ガスは、周囲の空気や排気ガスを引き込みながら、燃焼バーナー８４の内部に導入される。燃焼バーナー８４内に流入した燃料ガス及び空気は内部で混合され、各ガス噴射口８４ａから噴射される。

また、点火プラグ６２（図３）は、その先端部がガス噴射口８４ａの近傍に位置するように配置されており、点火プラグ６２の先端部で火花を発生させることにより、ガス噴射口８４ａから噴射された燃料ガス及び空気の混合気に点火される。燃焼バーナー８４の炎は、ガス噴射口８４ａと向かい合う内側円筒部材６４の上端部を加熱する。この燃焼バーナー８４により加熱される内側円筒部材６４の上端部は、加熱部６４ａ（図５）として機能する。

次に、図３を参照して、燃料供給源３０から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間の空間で構成されている燃料ガス供給流路２０の下部には、水蒸気改質用の水を蒸発させるための蒸発部８６が設けられている。蒸発部８６は、外側円筒部材６６の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板８６ａ及び水供給パイプ８８から構成されている。また、蒸発部８６は、発電用の空気を導入するための酸化剤ガス導入パイプ５６よりも下方で、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８よりも上方に配置されている。傾斜板８６ａは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材６６の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板８６ａの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板８６ａの内周縁と、内側円筒部材６４の外壁面との間には隙間が設けられている。

水供給パイプ８８はベース部材７２を貫通して鉛直方向に延びるパイプであり、水流量調整ユニット２８から供給された水蒸気改質用の水が、水供給パイプ８８を介して蒸発部８６に供給される。水供給パイプ８８の上端は、傾斜板８６ａを貫通して傾斜板８６ａの上面側まで延び、傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面の間に留まる。傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。このように、水供給パイプ８８の上端部は、水導入部８８ａとして機能する。

また、蒸発部８６の下方には、原燃料ガスを燃料ガス供給流路２０内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ９０を介して燃料ガス供給流路２０に導入される。燃料ガス供給パイプ９０はベース部材７２を貫通して鉛直方向に延びるパイプであり、水供給パイプ８８の近傍に配置されている。また、燃料ガス供給パイプ９０の上端は、傾斜板８６ａよりも下方に位置している。従って、燃料ガス供給パイプ９０の上端部は、燃料ガス導入部９０ａとして機能する。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、傾斜板８６ａの下側に導入され、傾斜板８６ａの傾斜により流路を絞られながら傾斜板８６ａの上側へ上昇する。傾斜板８６ａの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部８６で生成された水蒸気と共に上昇する。

燃料ガス供給流路２０内の蒸発部８６上方には、混合部９２が設けられている。混合部９２は、内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられた３つの螺旋羽根９２ａにより構成されている。各螺旋羽根９２ａは、内側円筒部材６４の周りを概ね１周するＣ形の薄板から構成されており、この板が螺旋を描くように内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられている。また、各螺旋羽根９２ａの外周縁は、外側円筒部材６６の内壁面近傍まで延びているため、燃料ガス供給流路２０内には、各螺旋羽根９２ａにより、概ね螺旋を描く流路が形成される。この螺旋状の流路を通過することにより、燃料ガス導入部９０ａから導入された原燃料ガスと、蒸発部８６で生成された水蒸気が十分に混合される。

さらに、燃料ガス供給流路２０内の混合部９２上方、且つ燃料ガス供給流路２０上端の加熱部６４ａ（図５）の下方には、改質部９４が設けられている。改質部９４は、燃料電池セルスタック１４の上部と、その上方の燃焼室１８の周囲を取り囲むように配置されている。改質部９４は、内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられた６つの触媒保持螺旋板９４ａと、触媒保持螺旋板９４ａの上部および下部で内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられた２つの触媒保持通気板９４ｂと、これらにより保持された改質触媒９６によって構成されている。各触媒保持螺旋板９４ａは、内側円筒部材６４の周りを概ね１周するＣ形の薄板から構成されており、この板が螺旋を描くように内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられている。また、各触媒保持螺旋板９４ａの外周縁は、外側円筒部材６６の内壁面近傍まで延びているため、燃料ガス供給流路２０内には、各触媒保持螺旋板９４ａにより、概ね螺旋を描く流路が形成される。各触媒保持通気板９４ｂには、多数の細孔が設けられ通気性が確保される。その細孔の大きさは、改質触媒６４を通過させないように保持しかつ原燃料ガスと水蒸気が改質部９４へ流入させ、そして流出させることのできる通気性が確保される程度である。改質触媒９６は、上述の各触媒保持螺旋板９４ａ、各触媒保持通気板９４ｂの内部に充填される。

このように、改質部９４内に充填された改質触媒９６に、混合部９２において混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部９４内においては、式（１）に示す水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
Ｃ_mＨ_n＋ｘＨ₂Ｏ → aＣＯ₂＋ｂＣＯ＋ｃＨ₂ （１）

改質部９４において改質された燃料ガスは、改質ガス移送パイプ７８を通って下方に流れ、燃料ガス分散室７６に流入して、各燃料電池セルユニット１６に供給される。なお、水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるが、反応に要する熱は、燃焼バーナー８４により加熱された加熱部６４ａ（図５）から伝導する熱、燃焼室１８において生成される燃焼熱、及び燃料電池セルスタック１４において発生する発電熱により供給される。

次に図６により本実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）に備えられているセンサ類等について説明する。図６は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置１（ＳＯＦＣ）を示すブロック図である。
図６に示すように、固体酸化物型燃料電池装置１は、制御部１１０を備え、この制御部１１０には、使用者が操作するための「ＯＮ」や「ＯＦＦ」等の操作ボタンを備えた操作装置１１２、発電出力値（ワット数）等の種々のデータを表示するための表示装置１１４、及び、異常状態のとき等に警報（ワーニング）を発する報知装置１１６が接続されている。なお、この報知装置１１６は、遠隔地にある管理センタに接続され、この管理センタに異常状態を通知するようなものであっても良い。また、制御部１１０には、マイクロコンピュータ、メモリ、及びこれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）が内蔵されており、これらにより、制御部１１０に接続された各機器が制御される。

次に、制御部１１０には、以下に説明する種々のセンサからの信号が入力されるようになっている。
先ず、可燃ガス検出センサ１２０は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４に取り付けられている。
ＣＯ検出センサ１２２は、本来排気ガス通路８０等を経て外部に排出される排気ガス中のＣＯが、燃料電池モジュール２及び補機ユニット４を覆う外部ハウジング（図示せず）へ漏れたかどうかを検知するためのものである。
貯湯状態検出センサ１２４は、図示しない給湯器におけるお湯の温度や水量を検知するためのものである。

電力状態検出センサ１２６は、インバータ５４及び分電盤（図示せず）の電流及び電圧等を検知するためのものである。
発電用空気流量検出センサ１２８は、発電室１０に供給される発電用空気の流量を検出するためのものである。
改質用空気流量センサ１３０は、改質器２０に供給される改質用空気の流量を検出するためのものである。
燃料流量センサ１３２は、改質器２０に供給される燃料ガスの流量を検出するためのものである。

水流量センサ１３４は、改質器２０に供給される純水の流量を検出するためのものである。
水位センサ１３６は、純水タンク２６の水位を検出するためのものである。
圧力センサ１３８は、改質部９４の外部の上流側の圧力を検出するためのものである。
排気温度センサ１４０は、温水製造装置５０に流入する排気ガスの温度を検出するためのものである。

発電室温度センサ１４２は、燃料電池セルスタック１４の近傍の温度を検出して、燃料電池セルスタック１４の温度を推定するためのものである。
燃焼室温度センサ１４４は、燃焼室１８の温度を検出するためのものである。
排気ガス室温度センサ１４６は、排ガス排出流路２１内を流れる排気ガスの温度を検出するためのものである。
改質器温度センサ１４８は、改質部９４の温度を検出するためのものであり、改質部９４の入口温度と出口温度から改質部９４の温度を算出する。
外気温度センサ１５０は、固体酸化物型燃料電池装置１（ＳＯＦＣ）が屋外に配置された場合、外気の温度を検出するためのものである。また、外気の湿度等を測定するセンサを設けるようにしても良い。

これらのセンサ類からの信号は、制御部１１０に送られ、制御部１１０は、これらの信号によるデータに基づき、水流量調整ユニット２８、燃料ブロア３８、空気流量調整ユニット４５に制御信号を送り、これらのユニットにおける各流量を制御するようになっている。

次に図７により本実施形態による固体酸化物型燃料電池装置１（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を説明する。図７は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）の起動時の動作を示すタイムチャートであり、燃料電池セルスタック１４の温度が反映される発電室１０の温度、及び改質部９４の温度の推移を示している。また、図７には、これらの温度と併せて、発電用の空気の供給流量、燃焼バーナー８４への燃料ガスの供給流量、改質部９４への燃料ガスの供給流量、及び蒸発部８６への水の供給流量が示されているが、これらは各供給流量の増減の傾向を模式的に表すものであり、具体的な供給量を表すものではない。

固体酸化物型燃料電池装置１の起動時においては、燃料電池モジュール２内の燃料電池セルスタック１４を発電可能な温度まで昇温させるために起動工程を実行する。この起動工程においては、燃料電池モジュール２からインバータ５４へ電力が取り出されることはない。従って、起動工程においては、燃料電池モジュール２は発電を行わない。

先ず、図７の時刻ｔ１において、制御部１１０により空気流量調整ユニット４５が起動され、燃料電池モジュール２への空気の供給が開始される。供給された空気は、酸化剤ガス導入パイプ５６から酸化剤ガス供給流路２２に流入し、酸化剤ガス供給流路２２内を上方に向かって流れた後、酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入する。酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入した空気は下降し、酸化剤ガス噴射用パイプ７４下端の噴射口７４ａから、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を取り囲むように配置された各燃料電池セルユニット１６の下部に吹き付けられる。各燃料電池セルユニット１６の下部（燃料電池セルスタック１４の下部）に吹き付けられた空気は、発電室１０内を上昇して燃焼室１８内に流入し、燃焼バーナー８４と内側円筒部材６４の内壁面の間の環状の空間を通って、内側円筒容器６８の天井面に到達する。内側円筒容器６８の天井面に到達した空気は、放射方向に流れて、内側円筒容器６８と外側円筒部材６６の間に形成された排ガス排出流路２１に流入する。排ガス排出流路２１に流入した空気は、下降して、排ガス排出パイプ５８から燃料電池モジュール２の外へ排出される。これにより、燃料電池モジュール２の発電室１０内、燃焼室１８内に滞留していた気体も燃料電池モジュール２の外へ排出される。

次に、時刻ｔ１において、制御部１１０により燃料ブロア３８が起動される。燃料ブロア３８が起動されることにより、燃料供給源３０から供給された原燃料ガスは、比例弁３２に送り込まれる。時刻ｔ１においては、比例弁３２は、供給された全ての原燃料ガスが、燃焼バーナー８４へ送り込まれる状態に設定されている。従って、比例弁３２から流出した原燃料ガスは、バーナー用ガス供給パイプ６０に流入する。バーナー用ガス供給パイプ６０に流入した原燃料ガスは、その下端から燃焼バーナー８４のエジェクター８４ｂに向けて噴射される。エジェクター８４ｂに噴射された原燃料ガスは、周囲の空気を巻き込みながら、空気と共に燃焼バーナー８４の内部に流入する。燃焼バーナー８４に流入した原燃料ガスは、その各ガス噴射口８４ａから概ね水平方向に、放射状に噴射される。

さらに、時刻ｔ２において、制御部１１０により点火プラグ６２に信号が送られ、ガス噴射口８４ａから噴射されている原燃料ガスに点火される。これにより、燃焼バーナー８４の燃焼熱により燃料電池モジュール２内の温度を上昇させる燃焼運転が開始される。燃焼バーナー８４の炎は、燃焼バーナー８４の外周面と対向するように配置されている内側円筒部材６４の上端部である加熱部６４ａを加熱する。加熱部６４ａが加熱されると、熱伝導により内側円筒部材６４全体の温度が上昇すると共に、内側円筒部材６４と接合されている外側円筒部材６６の温度も上昇する。これにより、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間に配置されている改質部９４内の改質触媒９６も加熱され温度上昇する。

また、内側円筒部材６４に取り囲まれている発電室１０内、燃焼室１８内の温度も上昇する。さらに、燃焼バーナー８４により生成された高温の燃焼ガスは、燃焼バーナー８４と加熱部６４ａの間の空間を通って排ガス排出流路２１に流入する。即ち、燃焼により生じた排気ガスは、外側円筒部材６６と内側円筒容器６８の間の排ガス排出流路２１を通って排出される。この際、外側円筒部材６６の内側に設けられた改質部９４を周囲から加熱すると共に、内側円筒容器６８の外側に設けられている酸化剤ガス供給流路２２内を流れる空気を加熱する。これにより、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を通って発電室１０内に流入する空気の温度も上昇し、発電室１０内の温度も上昇する。これらの作用により、時刻ｔ２以降、発電室１０内の温度、及び改質部９４の温度が上昇する。

改質部９４の温度が十分に上昇すると、制御部１１０は、時刻ｔ３において、改質部９４への燃料及び水蒸気の供給を開始する。これにより、燃焼バーナー８４の燃焼熱で燃料電池モジュール２内を加熱しながら、改質部９４内においては水蒸気改質反応ＳＲを発生させるＳＲ１工程が開始される。具体的には、制御部１１０により比例弁３２の設定が変更され、流入した原燃料ガスが燃焼バーナー８４及び改質部９４へ供給されるようになる。また、制御部１１０により、水流量調整ユニット２８が起動され、蒸発部８６への水の供給が開始される。

比例弁３２の設定が変更されることにより、比例弁３２へ流入した原燃料ガスは、燃焼バーナー８４の他に、脱硫器３６へも供給されるようになる。脱硫器３６へ流入した原燃料ガスは、そこで硫黄分が除去される。なお、時刻ｔ３においては、燃料電池セル収容容器８を取り囲むように配置されている脱硫器３６内の触媒（図示せず）の温度も、脱硫が可能な温度まで上昇されており、十分に硫黄分を除去することができる。脱硫器３６から流出した原燃料ガスは、熱交換器３４により温度が低下され、電磁弁３５を通って燃料電池セル収容容器８内に流入する。なお、脱硫器３６から流出した原燃料ガスの温度を熱交換器３４で低下させることにより、後続の電磁弁３５の劣化が防止される。

電磁弁３５を通過した原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ９０の先端の燃料ガス導入部９０ａから、燃料ガス供給流路２０に流入する。燃料ガス供給流路２０の内部は、その上端の加熱部６４ａが加熱されているため、上方の温度が高い状態にある。また、排ガス排出流路２１の排ガス排出パイプ５８は、燃料ガス導入部９０ａよりも上方に設けられているため、燃料ガス導入部９０ａの上方の部分までが排気ガスの熱により加熱されるので、燃料ガス導入部９０ａの上方の温度が高くなる。このため、燃料ガス供給流路２０内には上昇気流が存在するので、燃料ガス導入部９０ａから流入した原燃料ガスは、上昇気流と共に上昇する。この際、燃料ガス導入部９０ａの上方に取り付けられた傾斜板８６ａにより、原燃料ガスの流路は上方が狭くなるように絞られるため、ここで原燃料ガスの流速が上昇する。

一方、水流量調整ユニット２８により送り出された改質用の水は、水供給パイプ８８先端の水導入部８８ａから流出し、傾斜板８６ａの上側の面に流入する。ここで、傾斜板８６ａが取り付けられている外側円筒部材６６の外側は、排ガス排出流路２１であり、上方で改質部９４を加熱した高温の排気ガスが、傾斜板８６ａの周囲まで流下している。この高温の排気ガスの流れにより、蒸発部８６を構成する傾斜板８６ａ及びその近傍の外側円筒部材６６の温度も上昇しているため、水導入部８８ａから蒸発部８６に流入した水は蒸発され、水蒸気が生成される。なお、排ガス排出流路２１内を流下する排気ガスは、上方で改質部９４を加熱することにより温度が低下しているが、蒸発部８６は、改質部９４ほど高温まで加熱する必要はないため、改質部９４を加熱した後の排気ガスによっても十分に加熱することができる。また、蒸発部８６は、燃料電池セルスタック１４の側からも熱を受けるが、燃料電池セルスタック１４と蒸発部８６の間には、セルスタック保温用断熱材８２が配置されているので、蒸発部８６は主に排ガス排出流路２１からの熱により加熱される。

また、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８は、蒸発部８６よりも下方に配置されているため、排気ガスは蒸発部８６を加熱した後、排ガス排出パイプ５８から排出される。これにより、蒸発部８６は、排ガス排出流路２１内を流れる排気ガスの熱により十分に加熱される。また、蒸発部８６は、発電用の空気を導入するための酸化剤ガス導入パイプ５６よりも下方に配置されている。このため、排ガス排出流路２１の、蒸発部８６を取り囲んでいる部分は、酸化剤ガス供給流路２２内を流れる空気により熱を奪われにくく、蒸発部８６は排気ガスの熱により確実に加熱される。

ここで、燃料ガス導入部９０ａと水導入部８８ａは近傍に配置されている。このため、燃料ガス導入部９０ａから流入し、傾斜板８６ａの内周縁と内側円筒部材６４の外壁面の間から上昇した原燃料ガスは、水導入部８８ａから導入され、傾斜板８６ａの上面の水導入部８８ａ近傍で蒸発された水蒸気と即座に混ざり合いながら、上昇気流と共に燃料ガス供給流路２０内を上昇する。原燃料ガス及び水蒸気は、蒸発部８６の上方に配置された混合部９２に到達し、ここで、各螺旋羽根９２ａによって形成されている螺旋状の流路に沿って、内側円筒部材６４の周囲を回りながら上昇する。螺旋状の流路を旋回しながら上昇することにより、原燃料ガスと水蒸気は十分に混合される。

混合部９２において十分に混合された原燃料ガス及び水蒸気は更に上昇し、混合部９２の上方に配置されている改質部９４に到達する。改質部９４においては、原燃料ガス及び水蒸気は、螺旋を為すように配置された触媒保持螺旋板９４ａに沿って螺旋状に流れ、ここで、改質触媒９６に接触する。これにより、上記式（１）に示した水蒸気改質反応ＳＲが発生し、原燃料ガスは、水素を豊富に含む燃料ガスに改質される。

改質部９４において改質された燃料ガスは、改質ガス移送パイプ７８を通って下方に流れ、燃料ガス分散室７６に流入する。燃料ガス分散室７６に流入した燃料ガスは、燃料ガス分散室７６の上面に配置された各燃料電池セルユニット１６内側の燃料極に流入する。燃料極に流入した燃料ガスは、各燃料電池セルユニット１６内を上昇し、各燃料電池セルユニット１６の上端から流出する。時刻ｔ３においては、発電室１０内の温度は十分に上昇しているため、各燃料電池セルユニット１６の上端から流出した燃料ガスは燃焼され、各燃料電池セルユニット１６の上端には炎が形成される。この各燃料電池セルユニット１６上方の燃焼室１８内における燃料ガスの燃焼熱によっても、燃焼室１８を取り囲むように配置されている改質部９４が加熱される。

上述したように、改質部９４内で発生する水蒸気改質反応ＳＲは、吸熱反応であるが、この反応に要する熱は、燃焼バーナー８４による加熱部６４ａへの加熱、燃焼室１８内における燃焼熱、及び燃焼室１８から改質部９４周囲の排ガス排出流路２１を通って流れる排気の熱によって賄われる。

燃料電池モジュール２内の温度が所定の温度まで上昇すると、制御部１１０は、時刻ｔ４において、ＳＲ２工程を開始させる。ＳＲ２工程においては、制御部１１０により比例弁３２の設定が変更され、燃焼バーナー８４への燃料ガス供給量が減少される一方、改質部９４への燃料ガス供給量が増加される。また、水流量調整ユニット２８により蒸発部８６へ供給される水の流量も増加される。これにより、燃焼バーナー８４による加熱が減少し、各燃料電池セルユニット１６の上端から流出する燃料ガスの燃焼熱による加熱が増加する。

燃料電池モジュール２内の温度が更に上昇して、所定の温度に到達すると、制御部１１０は、時刻ｔ５において、ＳＲ３工程を開始させる。ＳＲ３工程においては、制御部１１０により比例弁３２の設定が変更され、燃焼バーナー８４への燃料ガスの供給が停止される一方、改質部９４への燃料ガス供給量が増加される。また、水流量調整ユニット２８により蒸発部８６へ供給される水の流量も増加される。これにより、燃焼バーナー８４による加熱が停止され、専ら各燃料電池セルユニット１６の上端から流出する燃料ガスの燃焼熱により加熱されるようになる。

さらに、燃料電池セルスタック１４の温度が、発電可能な温度に到達すると、制御部１１０は、時刻ｔ６において、起動工程を終了し、発電工程を開始する。具体的には、制御部１１０により、燃料電池モジュール２がインバータ５４に接続され、バスバー８０を介してインバータ５４に電流が取り出される。これにより、各燃料電池セルユニット１６の燃料極側（内側）を流れる燃料ガスと、空気極側（外側）を流れる空気の間で発電反応が発生し、電力が生成される。なお、発電工程においては、燃料ガス供給流量、水供給流量、及び発電用の空気流量は、要求される発電量に応じて決定される。本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、ＳＲ３工程における燃料ガス供給流量、水供給流量、及び発電用の空気流量は、最大定格電力を生成するために必要な各流量よりも多く設定されている。従って、ＳＲ３工程から発電工程に移行すると、燃料ガス供給流量、水供給流量、及び空気流量は低下される。

発電工程では、各燃料電池セルユニット１６において、発電熱が発生する。従って、燃料電池モジュール２の内部は、各燃料電池セルユニット１６の発電熱によっても加熱される。特に、燃料電池セルスタック１４の上部の周囲を取り囲むように配置されている改質部９４は、発電熱により加熱される。このため、発電工程中においても、燃料ガス供給流路２０は、上部の温度が高く、下部の温度が低くなり、その内部において上昇気流が発生し、供給された原燃料ガスが容易に上方へ送られる。

また、発電室１０内の温度は、その上部が燃焼室１８における燃焼熱により加熱されるため、上部において温度が高く、下部において温度が低くなる傾向があり、これにより、各燃料電池セルユニット１６においても、その上部と下部の間で温度ムラが発生しやすい。

しかしながら、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、燃料電池セルスタック１４の下部がセルスタック保温用断熱材８２によって包囲されているため、各燃料電池セルユニット１６の下部で発生した発電熱が、周囲の内側円筒部材６４（燃料ガス供給流路２０）へ移りにくく、各燃料電池セルユニット１６の下部が保温される。一方、温度が上昇しやすい各燃料電池セルユニット１６の上部は、内部で吸熱反応が発生している改質部９４と直接対向しているため、周囲に発電熱が奪われやすくなっている。これにより、各燃料電池セルユニット１６における上部と下部の間での温度ムラが抑制される。

さらに、燃料電池セルスタック１４を取り囲むセルスタック保温用断熱材８２は、上端に向かって次第に薄くなるように形成されている。これにより、各燃料電池セルユニット１６において、セルスタック保温用断熱材８２に囲まれている部分と、囲まれていない部分で急激に断熱性が変化することによる温度ムラの発生が抑制される。また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、内側円筒部材６４の下部の内径が大きく、上部の内径が小さく形成されている。このため、燃料電池セルスタック１４の下部においては、燃料電池セルスタック１４から周囲の内側円筒部材６４までの距離が離れており、上部においては内側円筒部材６４までの距離が近接し、下方ほど燃料電池セルスタックから内側円筒部材６４までの距離が離れている。これにより、燃料ガス供給流路２０は、燃料電池セルスタック１４の下部からは、燃料電池セルスタック１４の上部からよりも、燃料電池セルスタック１４の熱を受けにくくなる。換言すれば、燃料電池セルスタック１４の下部においては、発電熱が奪われにくくなり、各燃料電池セルユニット１６における上部と下部の間での温度ムラが抑制される。

また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、発電用の空気は、燃料電池セルスタック１４の中央に配置された酸化剤ガス噴射用パイプ７４から放射状に噴射され、発電室１０内を上昇した後、内側円筒部材６４の上端縁から、環状の排ガス排出流路２１に流入する。このため、発電室１０内及び燃焼室１８内の空気の流れは、ほぼ完全に軸対称の流れとなり、燃料電池セルスタック１４を構成する各燃料電池セルユニット１６の周囲には、ムラなく空気が流れる。これにより、各燃料電池セルユニット１６間の温度差が抑制され、各燃料電池セルユニット１６で均等な起電力を発生することができる。

次に、図８を参照して、起動工程における燃料電池セル収容容器８内の温度分布を説明する。図８（ａ）乃至（ｃ）は、図３に示す位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける、燃料ガス供給流路２０内の温度、及び排ガス排出流路２１内の温度を示すグラフであり、燃料ガス供給流路２０内の温度を実線で、排ガス排出流路２１内の温度を破線で示している。図８（ａ）は起動１０分後の温度分布を示し、（ｂ）は２０分後、（ｃ）は３０分後を示している。図３に示すように、位置Ａは、燃料電池セル収容容器８の上端部近傍であり、燃料ガス供給流路２０内の位置Ａは加熱部６４ａ近傍であり、排ガス排出流路２１内の位置Ａは排ガス排出流路２１の入り口近傍である。位置Ｂは、燃料ガス供給流路２０内において改質部９４が形成された部分に該当する。位置Ｃは、混合部９２と改質部９４の間の部分に該当する。位置Ｄは、燃料ガス供給流路２０内において蒸発部８６が形成された部分に該当する。

まず、図８（ａ）に示すように、起動１０分後においては、燃焼バーナー８４で加熱されている加熱部６４ａ近傍の位置Ａにおける温度は上昇しているが、下方の位置Ｂ乃至Ｄにおける温度は、あまり上昇していない。また、破線で示す排ガス排出流路２１内の温度の方が、実線で示す燃料ガス供給流路２０内の温度よりも高くなっている。

次に、図８（ｂ）に示すように、起動２０分後においては、加熱部６４ａ近傍の位置Ａにおける熱が、下方の位置Ｂ、Ｃに伝導され、温度が上昇しており、改質部９４の温度が上昇し始めている。これに対して、位置Ｄにおける温度は、まだあまり上昇していない。また、図８（ｂ）から明らかなように、排ガス排出流路２１内の温度は、燃料ガス供給流路２０内の温度よりも高く、排ガス排出流路２１内を流れる排気ガスにより、燃料ガス供給流路２０内の燃料ガス、水、改質触媒９６が加熱される。また、図８（ｂ）において、燃料ガス供給流路２０内の位置Ｄの温度が１００℃程度まで上昇しており、蒸発部８６内における水蒸気の生成が可能になる。

さらに、図８（ｃ）に示すように、起動３０分後においては、位置Ｂにおける温度が位置Ａに接近し、改質触媒９６が十分に加熱されていることが分かる。また、図８（ｂ）（ｃ）から明らかなように、燃料ガス供給流路２０内の温度は、上方ほど高くなっており、これにより生じる上昇気流により、燃料ガスは、ブロア等によりあまり加圧されていなくとも、燃料ガス供給流路２０内で上昇し改質部９４へ送り込まれる。また、蒸発部８６において発生した水蒸気も上昇気流により、燃料ガスと混合されながら、改質部９４へ送り込まれる。このように、燃料ガス供給流路２０内においては、大きな温度勾配が発生している一方、燃料ガス供給流路２０により取り囲まれている燃料電池セルスタック１４の上部と下部の間の温度ムラは、上述したように抑制される。

次に、図３、図９及び図１０を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池の内側円筒部材と外側円筒部材との間に形成される燃料ガス供給流路内の構造について、さらに詳細に説明する。
図９は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池の内側円筒部材の外壁面と外側円筒部材の内壁面との間に形成される燃料ガス供給流路内の構造を示す斜視図であり、図１０は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池の内側円筒部材と外側円筒部材との間に形成される燃料ガス供給流路について、内側円筒部材の外周方向に沿って展開した概略図である。
ここで、図１０は、図９に示す内側円筒部材６４の外壁面１５２について、上下方向に延びる所定の切り取り線Ｌ１に沿って切断し、内側円筒部材６４の外周方向に展開した図である。また、図１０は、図９に示す内側円筒部材６４の中心軸線Ｃ１を中心に、切り取り線Ｌ１から図９の上方から見て反時計回りに展開したときの角度（すなわち、内側円筒部材６４の外壁面１５２の円周角に相当）をθ（度）とし、内側円筒部材６４の外壁面１５２を周方向に一周分、すなわち、角度θを０度から３６０度まで展開した様子を示している。

図３、図９及び図１０に示すように、内側円筒部材６４の外壁面１５２と外側円筒部材６６の内壁面１５４との間に形成される燃料ガス供給流路２０内において、蒸発部８６と改質部９４との間には、旋回流路部１５６が設けられており、この旋回流路部１５６は、燃料ガス供給パイプ９０の燃料ガス導入部９０ａから燃料ガス供給流路２０内に導入されて上昇した原燃料ガスＦと、水供給パイプ８８の水導入部８８ａから導入され、蒸発部８６で生成されて上昇した水蒸気Ｓとを燃料ガス供給流路２０の周方向に沿って旋回させ、混合された原燃料ガスと水蒸気を改質部９４の全周に亘って均一に供給する流れ（混合気流）Ｍを形成することができるようになっている。

より具体的に説明すると、旋回流路部１５６は、燃料ガス導入部９０ａから燃料ガス供給流路２０内に導入されて上昇した原燃料ガスＦと蒸発部８６で生成されて上昇した水蒸気Ｓとを燃料ガス供給流路２０の周方向に沿って旋回させる螺旋状の流路を形成する螺旋流路部１５８を備えている。この螺旋流路部１５８は、実質的には、上述した混合部９２に相当し、内側円筒部材６４の周りを概ね１周するＣ形の薄板からなる３つの螺旋羽根９２ａを備えている。

また、図９及び図１０に示すように、これら３つの螺旋羽根９２ａは、第１螺旋羽根１６０、第２螺旋羽根１６２及び第３螺旋羽根１６４から構成され、第１螺旋羽根１６０の下縁の位置Ｐ１は、３つの螺旋羽根１６０，１６２，１６４のうちで線Ｌ１に最も近接しており、第１螺旋羽根１６０の上縁の位置Ｑ１は、第１螺旋羽根１６０の下縁の位置Ｐ１のほぼ真上に位置している。
さらに、第２螺旋羽根１６２の下縁の位置Ｐ２は、第１螺旋羽根１６０の下縁の位置Ｐ１に対して中心軸線Ｃを中心に内側円筒部材６４の外壁面１５２の周方向に角度θを１２０度ずらした位置となっており、第２螺旋羽根１６２の上縁の位置Ｑ２は、第２螺旋羽根１６２の下縁の位置Ｐ２のほぼ真上に位置している。
同様に、第３螺旋羽根１６４の下縁の位置Ｐ３は、第１螺旋羽根１６０の下縁の位置Ｐ１に対して中心軸線Ｃを中心に内側円筒部材６４の外壁面１５２の周方向に角度θを２４０度ずらした位置となっており、第２螺旋羽根１６２の下縁の位置Ｐ２に対して中心軸線Ｃを中心に内側円筒部材６４の外壁面１５２の周方向に角度θをさらに１２０度ずらした位置となっており、第３螺旋羽根１６４の上縁の位置Ｑ３は、第３螺旋羽根１６４の下縁の位置Ｐ３のほぼ真上に位置している。

また、旋回流路部１５６の螺旋流路部１５８は、これら３つの螺旋羽根１６０，１６２，１６４、内側円筒部材６４の外壁面１５２、及び外側円筒部材６６の内壁面１５４により螺旋状に形成される３つの第１螺旋流路１６６、第２螺旋流路１６８、及び第３螺旋流路１７０を備えている。ここで、第１螺旋流路１６６は、第１螺旋羽根１６０、第２螺旋羽根１６２、内側円筒部材６４の外壁面１５２、及び外側円筒部材６６の内壁面１５４により形成されている。同様に、第２螺旋流路１６８は、第２螺旋羽根１６２、第３螺旋羽根１６４、内側円筒部材６４の外壁面１５２、及び外側円筒部材６６の内壁面１５４により形成されており、第３螺旋流路１７０は、第１螺旋羽根１６０、第３螺旋羽根１６４、内側円筒部材６４の外壁面１５２、及び外側円筒部材６６の内壁面１５４により形成されている。

なお、本実施形態においては、螺旋羽根１６０，１６２，１６４の外周縁が外側円筒部材６６の内壁面１５４近傍まで延びており、外側円筒部材６６の内壁面１５４との間に僅かな隙間が形成されているため、各螺旋流路１６６，１６８，１７０の流路断面が完全に閉じた流路断面とはなっていないが、各螺旋流路１６６，１６８，１７０の流路断面については、螺旋羽根１６０，１６２，１６４の外周縁と外側円筒部材６６の内壁面１５４との隙間が形成されていない完全に閉じた流路断面に設定してもよい。
また、螺旋流路１６６，１６８，１７０についても、２つ又は４つ以上の複数の螺旋流路に設定してもよい。

さらに、螺旋流路部１５８の３つの螺旋流路１６６，１６８，１７０のそれぞれは、下端に位置する入口１６６ａ，１６８ａ，１７０ａと、各入口１６６ａ，１６８ａ，１７０ａの位置に対してほぼ真上に位置する出口１６６ｂ，１６８ｂ，１７０ｂをそれぞれ備えている。各螺旋流路１６６，１６８，１７０の各入口１６６ａ，１６８ａ，１７０ａから各螺旋流路１６６，１６８，１７０に沿って各出口１６６ｂ，１６８ｂ，１７０ｂに至る流路長さは、内側円筒部材６４の外壁面１５２の外周の長さとほぼ等しく設定されている。
また、図９及び図１０に示すように、第２螺旋流路１６８の入口１６８ａの位置は、第１螺旋流路１６６の入口１６６ａの位置に対して中心軸線Ｃを中心に内側円筒部材６４の外壁面１５２の周方向に角度θを１２０度ずらした位置となっており、第３螺旋流路１７０の入口１７０ａの位置は、第２螺旋流路１６８の入口１６８ａの位置に対して中心軸線Ｃを中心に内側円筒部材６４の外壁面１５２の周方向に角度θを１２０度ずらした位置となっている。
同様に、第２螺旋流路１６８の出口１６８ｂの位置は、第１螺旋流路１６６の出口１６６ｂの位置に対して中心軸線Ｃを中心に内側円筒部材６４の外壁面１５２の周方向に角度θを１２０度ずらした位置となっており、第３螺旋流路１７０の出口１７０ｂの位置は、第２螺旋流路１６８の出口１６８ｂの位置に対して中心軸線Ｃを中心に内側円筒部材６４の外壁面１５２の周方向に角度θを１２０度ずらした位置となっている。

次に、旋回流路部１５６は、蒸発部８６と螺旋流路部１５８との間に形成され、燃料ガス導入部９０ａから燃料ガス供給流路２０内に導入されて上昇した原燃料ガスＦと蒸発部８６で生成されて上昇した水蒸気Ｓとを螺旋流路部１５８に分散させる単一の下側分散室１７２を備えている。
また、旋回流路部１５６は、螺旋流路部１５８と改質部９４との間に形成され、螺旋流路部１５８で混合された原燃料ガスと水蒸気との混合割合を均一化させて改質部９４の全周に亘って分散させる単一の上側分散室１７４を備えている。
ここで、下側分散室１７２の容積Ｖ１は、上側分散室１７４の容積Ｖ２よりも小さく設定されており、螺旋流路部１５８と蒸発部８６とを近接させることができるようになっている。これにより、螺旋通路部１５８の各螺旋流路１６６，１６８，１７０内の熱について、螺旋羽根１６０，１６２，１６４を伝熱媒体として下方の蒸発部８６へ伝えることができ、この蒸発部８６に伝わった熱によって発生する上昇気流と共に、原燃料ガスと水蒸気を螺旋通路部１５８に確実に導くことができるようになっている。

さらに、上側分散室１７４内には、螺旋流路部１５８の螺旋羽根１６０，１６２，１６４のような螺旋羽根は設けられていないが、この上側分散室１７４内においては、各螺旋流路部１５８の各螺旋流路１６６，１６８，１７０内を旋回して混合された原燃料ガスと水蒸気の混合気流Ｍが各出口１６６ｂ，１６８ｂ，１７０ｂから上側分散室１７４内に流入した際に、これらの混合気流Ｍを各螺旋流路１６６，１６８，１７０よりも容積が大きい上側分散室１７４内で分散させると共に、さらに螺旋状に上昇させることができるようになっている。これにより、上側分散室１７４内において、各螺旋流路１６６，１６８，１７０の各出口１６６ｂ，１６８ｂ，１７０ｂのそれぞれから流出した時点で混合気流Ｍの混合割合がそれぞれ異なっていたとしても、各混合気流Ｍを上側分散室１７４内でさらに螺旋状に上昇させて混合し、均一化された混合割合の混合気流Ｍが、改質部９４の底面に多数形成された流入口１７６を経て改質部９４に供給されるようになっている。

本発明の実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１によれば、燃料ガス供給流路２０が、燃料電池セルスタック１４を取り囲み、燃料電池セルスタック１４及び燃焼部１８から熱を受けるように配置されている（図３）。また、この燃料ガス供給流路２０内の、蒸発部８６よりも上方に、燃料電池セルスタック１４の上部を取り囲むように改質部９４が設けられている。このため、燃料ガス供給流路２０内上方の改質部９４の温度は、下方の燃料ガス導入部９０ａ及び蒸発部８６よりも温度が高くなる（図８）。これにより、燃料ガス供給流路２０内において上昇気流が発生するので、この上昇気流により、燃料ガス導入部９０ａから導入された原燃料ガスを強く圧送することなく、蒸発部８６において生成された水蒸気と混合させながら上方の改質部９４に容易に送り込むことができる。また、燃料電池セルスタック１４の上部を取り囲むように改質部９４が設けられているので、改質触媒を燃料電池セルスタック１４の周囲に広く分布させることができ、改質部９４の占有投影面積を小さく抑制しながら、燃料電池セルスタック１４及び燃焼部１８の熱により、改質部９４を十分に加熱することができる。

また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１によれば、排ガス排出流路２１が燃料ガス供給流路２０を取り囲むように設けられ（図３）、燃焼部１８において燃焼された燃焼ガスが排出される。この排ガス排出流路２１の排ガス排出パイプ５８は、蒸発部８６よりも下方に設けられているので、蒸発部８６を十分に加熱することができる。また、排ガス排出パイプ５８は、燃料ガス導入部９０ａよりも上方に設けられているので、上方の蒸発部８６と燃料ガス導入部９０ａとの間で温度勾配を作ることができ、燃料ガス導入部９０ａから導入された原燃料ガスを、上昇気流により効果的に上方に搬送することができる。

さらに、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１によれば、排ガス排出流路２１との間で熱交換可能に酸化剤ガス供給流路２２が設けられている。また、この酸化剤ガス供給流路２２の酸化剤ガス流入口は蒸発部よりも上方に設けられている（図３）ので、蒸発部８６近傍において、排ガス排出流路２１の熱が、酸化剤ガス供給流路２２の空気に奪われるのを抑制することができ、蒸発部８６を排気ガスの熱により確実に加熱することができる。
また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１によれば、原燃料ガスを導入する燃料ガス導入部９０ａと水を導入する水導入部８８ａが近接して配置されている（図３）ので、燃料ガス導入部９０ａから導入された原燃料ガスが、水導入部８８ａの近傍で生成された水蒸気と共に混合部に導入され、これにより、原燃料ガスと水蒸気を効果的に混合させることができる。

さらに、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１によれば、傾斜板８６ａの下方から燃料ガス供給流路２０内に供給された原燃料ガスは、傾斜板８６ａによって流路を絞られながら上方に流れる（図３）ので、原燃料ガスの流速が上昇され、傾斜板８６ａの上面側で生成された水蒸気がこの流れに巻き込まれ、原燃料ガスと水蒸気を効果的に混合することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、燃料ガス供給流路は、燃料電池セルスタックの全周を取り囲むように設けられていたが、燃料ガス供給流路は燃料電池セルスタックの一部を取り囲むだけでもよい。同様に、排ガス排出流路は燃料ガス供給流路の全周を取り囲み、酸化剤ガス供給流路は排ガス排出流路の全周を取り囲んでいたが、これらも一部を取り囲んでいるだけでよい。

１固体酸化物型燃料電池装置
２燃料電池モジュール
４補機ユニット
７断熱材
８燃料電池セル収容容器
１０発電室
１４燃料電池セルスタック
１６燃料電池セルユニット
１８燃焼室（燃焼部）
２０燃料ガス供給流路
２１排ガス排出流路
２２酸化剤ガス供給流路
２４水供給源
２６純水タンク
２８水流量調整ユニット（水供給装置）
３０燃料供給源
３２比例弁
３４熱交換器
３５電磁弁
３６脱硫器
３８燃料ブロア（燃料供給装置）
４０空気供給源
４５空気流量調整ユニット（酸化剤ガス供給装置）
５０温水製造装置
５４インバータ
５６酸化剤ガス導入パイプ（酸化剤ガス流入口）
５８排ガス排出パイプ（排ガス流出口）
６０バーナー用ガス供給パイプ
６２点火プラグ
６４内側円筒部材
６４ａ加熱部
６６外側円筒部材
６８内側円筒容器
７０外側円筒容器
７２ベース部材
７４酸化剤ガス噴射用パイプ
７４ａ噴射口
７６燃料ガス分散室
７８改質ガス移送パイプ
８０バスバー
８２セルスタック保温用断熱材
８４燃焼バーナー
８４ａガス噴射口
８４ｂエジェクター
８６蒸発部
８６ａ傾斜板
８８水供給パイプ
８８ａ水導入部
９０燃料ガス供給パイプ
９０ａ燃料ガス導入部
９２混合部
９２ａ螺旋羽根
９４改質部
９４ａ触媒保持板
９６改質触媒
１１０制御部（制御手段）
１１２操作装置
１１４表示装置
１１６警報装置
１２６電力状態検出センサ（出力電圧検出手段）
１３２燃料流量センサ（燃料供給量検出手段）
１３８圧力センサ（改質器圧力センサ）
１４０排気温度センサ
１４２発電室温度センサ（温度検出手段）
１４８改質器温度センサ（温度検出手段）
１５０外気温度センサ
１５２内側円筒部材の外壁面
１５４外側円筒部材の内壁面
１５６旋回流路部
１５８螺旋流路部
１６０第１螺旋羽根
１６２第２螺旋羽根
１６４第３螺旋羽根
１６６第１螺旋流路
１６６ａ第１螺旋流路の入口
１６６ｂ第１螺旋流路の出口
１６８第２螺旋流路
１６８ａ第２螺旋流路の入口
１６８ｂ第２螺旋流路の出口
１７０第３螺旋流路
１７０ａ第３螺旋流路の入口
１７０ｂ第３螺旋流路の出口
１７２下側分散室（第２分散室）
１７４上側分散室（第１分散室）
１７６改質部の流入口

Claims

炭化水素系の原燃料ガスを改質し、改質された燃料ガスにより発電する固体酸化物型燃料電池装置であって、
原燃料ガスを供給する燃料供給装置と、
この燃料供給装置により供給された原燃料ガスを水蒸気改質するための水を供給する水供給装置と、
発電用の酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
この酸化剤ガス供給装置により供給された発電用の酸化剤ガスと改質された燃料ガスを反応させることにより電力を生成する燃料電池セルスタックと、
この燃料電池セルスタック上方に設けられ、上記燃料電池セルスタックにおいて発電に利用されずに残った燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、
上記燃料電池セルスタックの少なくとも一部を取り囲み、上記燃料電池セルスタック及び上記燃焼部から熱を受けるように配置された燃料ガス供給流路と、
この燃料ガス供給流路の下部に設けられ、上記燃料供給装置から供給された原燃料ガスを上記燃料ガス供給流路に流入させる燃料ガス導入部と、
上記燃料ガス供給流路内に、上記燃料ガス導入部よりも上方に配置され、上記水供給装置から供給された水を蒸発させる蒸発部と、
上記燃料ガス供給流路内に設けられ、上記燃料ガス導入部から導入された原燃料ガスを上記蒸発部において生成された水蒸気により水蒸気改質する改質部と、を有し、
上記改質部は、上記蒸発部よりも上方に、上記燃料電池セルスタックの上部を取り囲むように配置されていることを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置。
さらに、上記燃料ガス供給流路の少なくとも一部を取り囲むように、上記燃料ガス供給流路との間で熱交換可能に設けられ、上記燃焼部において燃焼された燃焼ガスを排出する排ガス排出流路を有し、この排ガス排出流路は、上記燃料電池セルスタックの上方から、上記燃料ガス導入部よりも上方、且つ上記蒸発部よりも下方に設けられた排ガス流出口へ燃焼ガスを導く請求項１記載の固体酸化物型燃料電池装置。
さらに、上記排ガス排出流路の少なくとも一部を取り囲むように、上記排ガス排出流路との間で熱交換可能に設けられた酸化剤ガス供給流路を有し、この酸化剤ガス供給流路は、上記酸化剤ガス供給装置から供給された発電用の酸化剤ガスを、上記蒸発部よりも上方に設けられた酸化剤ガス流入口から上記燃料電池セルスタックの上方へ向けて導く請求項２記載の固体酸化物型燃料電池装置。
さらに、上記蒸発部と上記改質部の間に、上記燃料ガス供給流路内に設けられた混合部を有し、上記燃料ガス供給流路内に原燃料ガスを導入する上記燃料ガス導入部と、上記水供給装置から供給された水を上記蒸発部に導入する水導入部が近接して配置され、上記混合部において混合される請求項３記載の固体酸化物型燃料電池装置。
上記蒸発部は上記燃料ガス供給流路の内壁面に取り付けられた傾斜板により構成され、上記水供給装置から供給された水は上記傾斜板の上面側に貯留されると共に、上記傾斜板よりも下方から上記燃料ガス供給流路内に供給された原燃料ガスは、上記傾斜板によって流路を絞られながら上方に流れる請求項３記載の固体酸化物型燃料電池装置。