JP6189605B2 - 燃料電池装置 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池装置に関し、特に固体酸化物形の燃料電池装置に関する。
燃料電池装置は、燃料電池システムの中核をなすもので、水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セルと、燃料電池セルの上端部（燃料電池セルの反応ガスの流れ方向における下流端部）から排出されるオフガス（未反応の水素富化燃料）を燃焼させて燃料電池セルを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、を含んで構成される。
また、燃料電池装置は、一般には、燃料電池セルの上方に配置されて水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器を更に含んで構成され、オフガス燃焼部は、燃料電池セルと共に改質器を加熱する。この改質器により燃料電池セルへの水素富化燃料の供給がなされる。
また、燃料電池装置は、一般には、燃料電池セルの上方に配置されて水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器を更に含んで構成され、オフガス燃焼部は、燃料電池セルと共に改質器を加熱する。この改質器により燃料電池セルへの水素富化燃料の供給がなされる。
一方、オフガス燃焼部にて生成された排ガスを外部に排出するための排ガス流路については、排ガスが改質器の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される。
このような燃料電池装置は、特許文献１に開示されている。
特許文献１では、改質器が気化部と改質部とを含んで構成されている。気化部では、外部から供給される水を気化させて水蒸気を発生させている。改質部では、気化部で発生した水蒸気を用いて、水素含有燃料を水蒸気改質反応により反応させている。
このような燃料電池装置は、特許文献１に開示されている。
特許文献１では、改質器が気化部と改質部とを含んで構成されている。気化部では、外部から供給される水を気化させて水蒸気を発生させている。改質部では、気化部で発生した水蒸気を用いて、水素含有燃料を水蒸気改質反応により反応させている。
特許文献１では、改質器において、気化部を構成する金属製の筺体の燃料電池セルに対向する側の面を構成する壁材の厚みを、改質部を構成する金属製の筺体の燃料電池セルに対向する側の面を構成する壁材の厚みよりも大きく形成することで、気化部の熱伝導性を強化することにより、改質器の温度分布の均一化を図っている。
ところで、改質器については、その流入口から比較的低温な水素含有燃料が流入するので、改質器の流入口側部分は低温になる虞がある。また、改質器の流入口側部分で水蒸気改質反応が開始される場合には、この反応が吸熱反応であることにより、流入口側部分の温度が低下しかねない。また、改質器の流入口側部分が特許文献１に記載のような気化部である場合には、気化熱により、流入口側部分の温度が低下しかねない。従って、改質器の流入口側部分が局所的に低温となり、この結果、改質器の温度分布が不均一になる虞がある。
この対策としては、特許文献１のように、改質器の流入口側部分（例えば気化部）の壁材の厚みを、流入口側部分以外の部分（例えば改質部）の壁材の厚みよりも大きく形成することで、改質器の流入口側部分の熱伝導性を強化することが考えられる。
この対策としては、特許文献１のように、改質器の流入口側部分（例えば気化部）の壁材の厚みを、流入口側部分以外の部分（例えば改質部）の壁材の厚みよりも大きく形成することで、改質器の流入口側部分の熱伝導性を強化することが考えられる。
しかしながら、この対策では、オフガス燃焼部について、改質器の流入口側部分の壁材の厚みが増大することにより燃焼空間が低減し、この結果、燃焼状態が不安定になる虞がある。このため、複数の燃料電池セルからなる燃料電池セル群において、改質器の流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルが、他の燃料電池セルに比べて低温となり、この結果、燃料電池セル群の温度分布が不均一になり、ひいては、燃料電池セル群の発電効率が低下する虞があった。
また、特許文献１のように、改質器の流入口側部分の熱伝導性を強化すると、当該流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルからの、当該流入口側部分の受熱量が増加するので、当該流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルが、他の燃料電池セルに比べて低温となり、この結果、燃料電池セル群の温度分布が不均一になり、ひいては、燃料電池セル群の発電効率が低下する虞があった。
また、特許文献１のように、改質器の流入口側部分の熱伝導性を強化すると、当該流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルからの、当該流入口側部分の受熱量が増加するので、当該流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルが、他の燃料電池セルに比べて低温となり、この結果、燃料電池セル群の温度分布が不均一になり、ひいては、燃料電池セル群の発電効率が低下する虞があった。
本発明は、このような実状に鑑み、改質器及び燃料電池セル群の温度分布を均一化することで、良好な発電効率を得ることを目的とする。
そのため本発明に係る燃料電池装置は、流入口より流入する水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、改質器の下方に配置されて、改質器にて生成された水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う水平一方向に配列された複数の燃料電池セル
と、複数の燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて複数の燃料電池セルを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、オフガス燃焼部にて生成された排ガスが改質器の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される排ガス流路と、を備える。改質器は、水平一方向に延在し、かつ水平一方向における流入口側の一端に気化部を有し、排ガス流路は、排ガスを導入する排ガス導入口を有し、排ガス導入口は、平面視にて前記気化部の側方に対応して、水平一方向に細長く開口している。
と、複数の燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて複数の燃料電池セルを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、オフガス燃焼部にて生成された排ガスが改質器の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される排ガス流路と、を備える。改質器は、水平一方向に延在し、かつ水平一方向における流入口側の一端に気化部を有し、排ガス流路は、排ガスを導入する排ガス導入口を有し、排ガス導入口は、平面視にて前記気化部の側方に対応して、水平一方向に細長く開口している。
本発明によれば、排ガス流路は、改質器の流入口側部分（第１の部分）の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器のうち流入口側部分以外の部分（第２の部分）の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成される。これにより、オフガス燃焼部からの高温の排ガスを改質器の流入口側部分の周辺に集中させることができるので、改質器の流入口側部分の温度低下を抑制することができる。従って、改質器の流入口側部分の下方に位置する燃料電池セルの温度低下が抑制され、この結果、燃料電池セル群の温度分布を均一化することができ、ひいては、燃料電池セル群の良好な発電効率を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１（Ａ）は、従来型の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。図１（Ｂ）は、後述する本発明の第１〜第４及び第７実施形態の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。図１（Ｃ）は、後述する本発明の第５及び第６実施形態の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。
図１（Ａ）は、従来型の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。図１（Ｂ）は、後述する本発明の第１〜第４及び第７実施形態の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。図１（Ｃ）は、後述する本発明の第５及び第６実施形態の燃料電池装置における排ガスの流れの概略を示す。
図１（Ａ）に示すように、従来型の燃料電池装置２０１は、例えば、複数の燃料電池セル１０と、オフガス燃焼部２０と、改質器３０と、熱交換部２０２と、排ガス出口２０３と、を含んで構成される。
燃料電池セル１０は、水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う。
改質器３０は、燃料電池セル１０の上方に配置されて水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する。
オフガス燃焼部２０は、燃料電池セル１０の上端部（燃料電池セル１０の反応ガスの流れ方向における下流端部）から排出されるオフガス（未反応の水素富化燃料）を燃焼させて燃料電池セル１０及び改質器３０を加熱する。
改質器３０は、例えば、気化部３５と改質部３６とを含んで構成される。気化部３５では、外部から供給される水を気化させて水蒸気を発生させる。改質部３６では、気化部３５で発生した水蒸気を用いて、水素含有燃料を水蒸気改質反応により反応させる。改質部３６にて生成された水素富化燃料は、燃料電池セル１０に供給される。
燃料電池セル１０は、水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う。
改質器３０は、燃料電池セル１０の上方に配置されて水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する。
オフガス燃焼部２０は、燃料電池セル１０の上端部（燃料電池セル１０の反応ガスの流れ方向における下流端部）から排出されるオフガス（未反応の水素富化燃料）を燃焼させて燃料電池セル１０及び改質器３０を加熱する。
改質器３０は、例えば、気化部３５と改質部３６とを含んで構成される。気化部３５では、外部から供給される水を気化させて水蒸気を発生させる。改質部３６では、気化部３５で発生した水蒸気を用いて、水素含有燃料を水蒸気改質反応により反応させる。改質部３６にて生成された水素富化燃料は、燃料電池セル１０に供給される。
熱交換部２０２では、例えば、オフガス燃焼部２０にて生成された排ガスの熱が、前述の酸化剤に受け渡される。
排ガス出口２０３では、熱交換部２０２を通過した排ガスが外部に排出される。
従来型の燃料電池装置２０１では、例えば、オフガス燃焼部２０にて生成された排ガスが改質器３０の壁面に沿って流れた後に、熱交換部２０２及び排ガス出口２０３を通って、外部に排出される。
この排ガスの流れについて、従来型の燃料電池装置２０１では、改質器３０の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量と、改質器３０の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量とが同等であった（図１（Ａ）参照）。
このため、改質器３０において、気化部３５が改質部３６より低温になりかねず、ひいては、改質器３０の温度分布が不均一になる虞があった。
排ガス出口２０３では、熱交換部２０２を通過した排ガスが外部に排出される。
従来型の燃料電池装置２０１では、例えば、オフガス燃焼部２０にて生成された排ガスが改質器３０の壁面に沿って流れた後に、熱交換部２０２及び排ガス出口２０３を通って、外部に排出される。
この排ガスの流れについて、従来型の燃料電池装置２０１では、改質器３０の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量と、改質器３０の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量とが同等であった（図１（Ａ）参照）。
このため、改質器３０において、気化部３５が改質部３６より低温になりかねず、ひいては、改質器３０の温度分布が不均一になる虞があった。
そこで、図１（Ｂ）に示すように、本発明の第１〜第４及び第７実施形態では、燃料電池装置１は、排ガスを偏流させる偏流部２０４を備え、この偏流部２０４によって、改質器３０の流入口側部分である第１の部分（例えば気化部３５）の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器３０のうち流入口側部分以外の部分である第２の部分（例えば改質部３６）の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くすることにより、前記第１の部分における排ガスからの受熱量を増加させることで、改質器３０の温度分布を均一化する。尚、偏流部２０４の機能は、例えば、後述する蓋部材１０１、１０１ａ、１０１ｄ、又は、仕切り部材（後述する内部断熱材及びその延長部５２ａ、又は、排ガス流通路４０ｃが形成された酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂ）によって実現される。
また、図１（Ｂ）に示す手法において、改質器３０の壁面に沿って流れた後の排ガスについては、熱交換部２０２にて熱交換を効率良く行うために、熱交換部２０２より上流側にて、流量分布が均一化されていることが好ましい。このため、図１（Ｃ）に示すように、本発明の第５及び第６実施形態では、燃料電池装置１は、排ガスの流量分布を均一化する整流部２０５を更に備える。尚、整流部２０５の機能は、例えば、後述する蓋部材１０１ｂ、１０１ｃによって実現される。
また、図１（Ｂ）に示す手法において、改質器３０の壁面に沿って流れた後の排ガスについては、熱交換部２０２にて熱交換を効率良く行うために、熱交換部２０２より上流側にて、流量分布が均一化されていることが好ましい。このため、図１（Ｃ）に示すように、本発明の第５及び第６実施形態では、燃料電池装置１は、排ガスの流量分布を均一化する整流部２０５を更に備える。尚、整流部２０５の機能は、例えば、後述する蓋部材１０１ｂ、１０１ｃによって実現される。
図２は、本発明の第１実施形態を示す燃料電池装置の正面縦断面図である。図３は、燃料電池装置の平面横断面図であり、図２のＡ−Ａ断面のうち、後述する第２のケース５、第３のケース７、改質器３０、内部断熱材５０の左側部５１及び右側部５２を示している。
燃料電池装置１を構成する筐体２は、筐体２の最外側を構成する直方体状の第１のケース３と、第１のケース３内に第１の空隙４を隔てて収納される直方体状の第２のケース５と、第２のケース５内に第２の空隙６を隔てて収納されるチャンネル状の第３のケース７と、を含んで構成される。これらのケース３、５、７は金属製である。
燃料電池装置１を構成する筐体２は、筐体２の最外側を構成する直方体状の第１のケース３と、第１のケース３内に第１の空隙４を隔てて収納される直方体状の第２のケース５と、第２のケース５内に第２の空隙６を隔てて収納されるチャンネル状の第３のケース７と、を含んで構成される。これらのケース３、５、７は金属製である。
第１のケース３は、直方体状で、上面３ａ、底面３ｂ、左右一対の長側面３ｃ、３ｄ、前後一対の短側面（図示せず）を有している。尚、本実施形態では、第１のケース３において、一方の短側面（後述する第２のケース５の短側面５ｅ側の短側面）を正面（前面）とし、他方の短側面（後述する第２のケース５の短側面５ｆ側の短側面）を背面（後面）とし、これら一対の短側面同士を結ぶ方向を前後方向、長側面３ｃと長側面３ｄとを結ぶ方向を左右方向という。また、この前後方向が、本発明の「水平一方向」に対応する。
第２のケース５は、直方体状で、上面５ａ、底面５ｂ、左右一対の長側面５ｃ、５ｄ、前後一対の短側面５ｅ、５ｆを有している。
この第２のケース５は、第１のケース３より一回り小さく、第１のケース３と第２のケース５との間には、前記第１の空隙４として、上面３ａ、５ａ間、底面３ｂ、５ｂ間、長側面３ｃ、５ｃ間、長側面３ｄ、５ｄ間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するようにカソード用酸化剤（例えば空気）の流通空間をなす。
第２のケース５は、直方体状で、上面５ａ、底面５ｂ、左右一対の長側面５ｃ、５ｄ、前後一対の短側面５ｅ、５ｆを有している。
この第２のケース５は、第１のケース３より一回り小さく、第１のケース３と第２のケース５との間には、前記第１の空隙４として、上面３ａ、５ａ間、底面３ｂ、５ｂ間、長側面３ｃ、５ｃ間、長側面３ｄ、５ｄ間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するようにカソード用酸化剤（例えば空気）の流通空間をなす。
第３のケース７は、上部開放のチャンネル状（コ字形状）で、底面７ｂと２つの長側面７ｃ、７ｄとから構成されている。
第３のケース７の底面７ｂ及び長側面７ｃ、７ｄの前後方向の長さは第２のケース５の底面５ｂ及び長側面５ｃ、５ｄの前後方向の長さとほぼ等しく、第３のケース７の底面７ｂ及び長側面７ｃ、７ｄの前後方向の両端部は、第２のケース５の短側面５ｅ、５ｆに接合される。
第３のケース７の上側の開口部は、空隙を隔てて、第２のケース５の上面５ａに相対する。また、第３のケース７の底面７ｂ及び長側面７ｃ、７ｄは、空隙を隔てて、第２のケース５の底面５ｂ及び長側面５ｃ、５ｄに相対する。
従って、第２のケース５と第３のケース７との間には、前記第２の空隙６として、底面５ｂ、７ｂ間、長側面５ｃ、７ｃ間、長側面５ｄ、７ｄ間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するように排ガスの流通空間をなす。
第３のケース７の底面７ｂ及び長側面７ｃ、７ｄの前後方向の長さは第２のケース５の底面５ｂ及び長側面５ｃ、５ｄの前後方向の長さとほぼ等しく、第３のケース７の底面７ｂ及び長側面７ｃ、７ｄの前後方向の両端部は、第２のケース５の短側面５ｅ、５ｆに接合される。
第３のケース７の上側の開口部は、空隙を隔てて、第２のケース５の上面５ａに相対する。また、第３のケース７の底面７ｂ及び長側面７ｃ、７ｄは、空隙を隔てて、第２のケース５の底面５ｂ及び長側面５ｃ、５ｄに相対する。
従って、第２のケース５と第３のケース７との間には、前記第２の空隙６として、底面５ｂ、７ｂ間、長側面５ｃ、７ｃ間、長側面５ｄ、７ｄ間に、それぞれ空隙が形成される。これらの空隙は後述するように排ガスの流通空間をなす。
燃料電池装置１は、筐体２内、特に第３のケース７内に、水素富化燃料と酸化剤（空気）とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セル１０と、複数の燃料電池セル１０の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて燃料電池セル１０を高温状態に維持するオフガス燃焼部２０とを備える。
燃料電池装置１はまた、第３のケース７内に、水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成し、この水素富化燃料を燃料電池セル１０のアノード（燃料極）に供給する改質器３０と、燃料電池セル１０のカソード（酸化剤極）に酸化剤（空気）を供給する酸化剤供給部材４０とを備える。
燃料電池装置１はまた、第３のケース７内に、水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成し、この水素富化燃料を燃料電池セル１０のアノード（燃料極）に供給する改質器３０と、燃料電池セル１０のカソード（酸化剤極）に酸化剤（空気）を供給する酸化剤供給部材４０とを備える。
燃料電池セル１０は、上下方向に延びるセル支持体の表面に、アノード（燃料極）、固体酸化物からなる電解質、カソード（酸化剤極）を積層してなる。セル支持体は、その延在方向に沿って内部に燃料通路が形成されると共に、多孔質である。よって、アノードにはセル支持体内部から水素富化燃料が供給される。カソードには外部から酸化剤が供給される。
電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、例えば、空気中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。
従って、燃料電池セル１０のカソードにて、下記（１）式の電極反応が生起され、アノードにて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
電解質は、高温下で酸化物イオンを伝導する。アノードは、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて、電子及び水を発生させる。カソードは、例えば、空気中の酸素と電子とを反応させて、酸化物イオンを発生させる。
従って、燃料電池セル１０のカソードにて、下記（１）式の電極反応が生起され、アノードにて、下記（２）式の電極反応が生起されて、発電がなされる。
カソード： １／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（電解質） ・・・（１）
アノード： Ｏ２−（電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ・・・（２）
アノード： Ｏ２−（電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ・・・（２）
燃料電池装置１には前述のような燃料電池セル１０が多数備えられ、これらは電気的に直列及び／又は並列に接続されて、燃料電池セル１０の組み立て体であるセルスタック１１を構成している。燃料電池セル１０の形状及び配列は任意に選択することができるため、図中のセルスタック１１は、それらを省略して概略的に示したものである。セルスタック１１は、台座１３上に配置されている。
ここで、燃料電池セル１０（セルスタック１１）への水素富化燃料の供給は、台座１３側（セルスタック１１の下端部側）からなされ、台座１３は水素富化燃料の分配機能を有している。水素富化燃料としては、改質器３０から改質ガスが供給される。
ここで、燃料電池セル１０（セルスタック１１）への水素富化燃料の供給は、台座１３側（セルスタック１１の下端部側）からなされ、台座１３は水素富化燃料の分配機能を有している。水素富化燃料としては、改質器３０から改質ガスが供給される。
燃料電池セル１０（セルスタック１１）への酸化剤（空気）の供給は、複数の燃料電池セル１０を２つのグループに分割するように、燃料電池セル１０間の隙間に配置した酸化剤供給部材４０を介してなされる。
また、セルスタック１１の上端部側はオフガス（未反応の水素富化燃料）の排出部となり、オフガスは余剰の酸化剤供給下で燃焼する。従って、セルスタック１１の上端部近傍がオフガス燃焼部２０となる。
また、セルスタック１１の上端部側はオフガス（未反応の水素富化燃料）の排出部となり、オフガスは余剰の酸化剤供給下で燃焼する。従って、セルスタック１１の上端部近傍がオフガス燃焼部２０となる。
改質器３０は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して、水素リッチな改質ガス（水素富化燃料）を生成する。本実施形態では、オフガス燃焼部２０での燃焼熱によって加熱されるように、改質器３０は、第３のケース７内でセルスタック１１の上方に配置される。
改質器３０は酸化剤供給部材４０を避けるように形成されており、平面視でチャンネル形状（コ字形状）をなしている。
改質器３０は酸化剤供給部材４０を避けるように形成されており、平面視でチャンネル形状（コ字形状）をなしている。
改質器３０は、前後方向に延在する直方体状の左側ケーシング３１及び右側ケーシング３２と、これらケーシングの後端部同士を連結する中央後側ケーシング３３とを備えている。これらのケーシングは、金属製である。
左側ケーシング３１と右側ケーシング３２とは、水平面上に互いに平行に配置されている。左側ケーシング２１は、セルスタック１１の左側部分の上方に配置され、右側ケーシング３２は、セルスタック１１の右側部分の上方に配置される。左側ケーシング３１と右側ケーシング３２とは、互いの内部空間が、中央後側ケーシング３３の内部空間を介して連通している。
左側ケーシング３１と右側ケーシング３２とは、水平面上に互いに平行に配置されている。左側ケーシング２１は、セルスタック１１の左側部分の上方に配置され、右側ケーシング３２は、セルスタック１１の右側部分の上方に配置される。左側ケーシング３１と右側ケーシング３２とは、互いの内部空間が、中央後側ケーシング３３の内部空間を介して連通している。
改質器３０は気化部３５及び改質部３６を備える。気化部３５は、右側ケーシング３２の前側部（例えば前端から略中央までの部分）に配置されている。改質部３６は、右側ケーシング３２のうち気化部３５を除いた部分と、中央後側ケーシング３３と、左側ケーシング３１とからなる部分に配置されている。すなわち、改質器３０の右側ケーシング３２については、その一端側（前側）に気化部３５が配置されて、他端側（後側）に改質部３６が配置されている。
右側ケーシング３２の前端（気化部３５の前端）には流入口３７が設けられている。この流入口３７には、原燃料・改質用水供給パイプ３８の一端が接続されている。ここで、気化部３５が、本発明の「流入口側部分である第１の部分」に対応する。また、改質部３６が、本発明の「流入口側部分以外である第２の部分」に対応する。尚、原燃料・改質用水供給パイプ３８は第２のケース５の短側面５ｅ及び第１のケース３の短側面（図示せず）を貫通している。
左側ケーシング３１の前端には改質ガス流出口（図示せず）が設けられている。また、この改質ガス流出口からセルスタック１１の台座１３へ改質ガスを供給するための供給パイプ（図示せず）が設けられている。
右側ケーシング３２の前端（気化部３５の前端）には流入口３７が設けられている。この流入口３７には、原燃料・改質用水供給パイプ３８の一端が接続されている。ここで、気化部３５が、本発明の「流入口側部分である第１の部分」に対応する。また、改質部３６が、本発明の「流入口側部分以外である第２の部分」に対応する。尚、原燃料・改質用水供給パイプ３８は第２のケース５の短側面５ｅ及び第１のケース３の短側面（図示せず）を貫通している。
左側ケーシング３１の前端には改質ガス流出口（図示せず）が設けられている。また、この改質ガス流出口からセルスタック１１の台座１３へ改質ガスを供給するための供給パイプ（図示せず）が設けられている。
気化部３５には、例えばアルミナボールなどの伝熱部材（図示せず）が充填されており、改質部３６には、改質触媒が充填されている。
気化部３５では、原燃料・改質用水供給パイプ３８から流入口３７を介して流入した水素含有燃料（原燃料）と改質用水とが、オフガス燃焼部２０における燃焼熱と、セルスタック１１の発電による発熱とを受けて加熱される。この加熱により、気化部３５では、水素含有燃料が水蒸気改質反応に適した温度まで昇温されるとともに、改質用水が気化されて水蒸気が発生する。
気化部３５では、原燃料・改質用水供給パイプ３８から流入口３７を介して流入した水素含有燃料（原燃料）と改質用水とが、オフガス燃焼部２０における燃焼熱と、セルスタック１１の発電による発熱とを受けて加熱される。この加熱により、気化部３５では、水素含有燃料が水蒸気改質反応に適した温度まで昇温されるとともに、改質用水が気化されて水蒸気が発生する。
改質部３６では、気化部３５から供給される水蒸気を用いて、水蒸気改質反応によって、水素含有燃料を改質して、水素リッチな改質ガス（水素富化燃料）を生成する。この改質反応は吸熱反応であり、オフガス燃焼部２０における燃焼熱とセルスタック１１の発電による発熱とが利用される。尚、改質部３６では、水蒸気改質反応に替えて、部分酸化反応又は自己熱改質反応など、更にはこれらの改質反応の組み合わせなど、水素発生手法として公知な手法によって改質ガスを生成してもよい。また、本実施形態では、後述するように、気化部３５の周辺に排ガスを集中させることで、気化部３５の温度低下を抑制する。
水素含有燃料（原燃料）としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられ、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。
次に前記第１の空隙４と酸化剤供給部材４０とを含むカソード用酸化剤流路について説明する。
第１のケース３と第２のケース５との間の第１の空隙４は、第１のケース３の４面の内側（上面３ａ、５ａ間、底面３ｂ、５ｂ間、長側面３ｃ、５ｃ間、長側面３ｄ、５ｄ間）に形成されて、筐体２の外部からセルスタック１１のカソードへ供給する酸化剤（空気）の流通空間をなす。すなわち、上面３ａ、５ａ間の空隙４ａ、底面３ｂ、５ｂ間の空隙４ｂ、長側面３ｃ、５ｃ間の空隙４ｃ、長側面３ｄ、５ｄ間の空隙４ｄにより、酸化剤の流通空間が形成される。
そして、この酸化剤の流通空間に連通させて、第１のケース３の底面３ｂに筐体２の外部からの酸化剤入口管４１が接続される。
第１のケース３と第２のケース５との間の第１の空隙４は、第１のケース３の４面の内側（上面３ａ、５ａ間、底面３ｂ、５ｂ間、長側面３ｃ、５ｃ間、長側面３ｄ、５ｄ間）に形成されて、筐体２の外部からセルスタック１１のカソードへ供給する酸化剤（空気）の流通空間をなす。すなわち、上面３ａ、５ａ間の空隙４ａ、底面３ｂ、５ｂ間の空隙４ｂ、長側面３ｃ、５ｃ間の空隙４ｃ、長側面３ｄ、５ｄ間の空隙４ｄにより、酸化剤の流通空間が形成される。
そして、この酸化剤の流通空間に連通させて、第１のケース３の底面３ｂに筐体２の外部からの酸化剤入口管４１が接続される。
また、この酸化剤の流通空間からセルスタック１１への酸化剤出口として、第２のケース５の上面５ａに前後方向に延びるスリット４２が形成される。このスリット４２から第２のケース５内を経て第３のケース７内へ酸化剤供給部材４０が挿入配置されている。
酸化剤供給部材４０は、上面開口の扁平な矩形の容器で、燃料電池セル１０間の隙間に配置され、上面側の開口部は第１のケース３内の酸化剤流通空間と連通している。そして、扁平な矩形の容器の底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口４４が形成され、酸化剤噴出口４４はセルスタック１１に相対している。
従って、筐体２外の酸化剤供給源からの酸化剤（空気）は、酸化剤入口管４１から第１のケース３と第２のケース５との間の空隙、特に底面３ｂ、５ｂ間の空隙４ｂに流入した後、長側面３ｃ、５ｃ間の空隙４ｃ、長側面３ｄ、５ｄ間の空隙４ｄを経て、上面３ａ、５ａ間の空隙４ａに流入する。そして、スリット４２部から酸化剤供給部材４０の内部に流入し、酸化剤噴出口４４から噴出して、セルスタック１１のカソードに供給される。
酸化剤供給部材４０は、上面開口の扁平な矩形の容器で、燃料電池セル１０間の隙間に配置され、上面側の開口部は第１のケース３内の酸化剤流通空間と連通している。そして、扁平な矩形の容器の底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口４４が形成され、酸化剤噴出口４４はセルスタック１１に相対している。
従って、筐体２外の酸化剤供給源からの酸化剤（空気）は、酸化剤入口管４１から第１のケース３と第２のケース５との間の空隙、特に底面３ｂ、５ｂ間の空隙４ｂに流入した後、長側面３ｃ、５ｃ間の空隙４ｃ、長側面３ｄ、５ｄ間の空隙４ｄを経て、上面３ａ、５ａ間の空隙４ａに流入する。そして、スリット４２部から酸化剤供給部材４０の内部に流入し、酸化剤噴出口４４から噴出して、セルスタック１１のカソードに供給される。
次に前記第２の空隙６を含む排ガス流路について説明する。
排ガス流路については、オフガス燃焼部２０にて生成された排ガスが改質器３０の壁面に沿って流れた後に、後述する左側排ガス導入口６１、右側排ガス導入口６２、前記第２の空隙６、及び、後述する排ガス出口管４５を介して、外部に排出されるように構成されている。
第３のケース７内のセルスタック１１の上端部近傍のオフガス燃焼部２０にてオフガスが燃焼し、第３のケース７はオフガス燃焼部２０を区画する。そして、オフガスの燃焼によって排ガスが発生し、排ガスは、改質器３０の壁面（ケーシング３１〜３３の壁面）に沿って流れて、これにより対流伝熱が生じる。この後、排ガスは、第３のケース７の上面側の開口部から第２のケース５内に排出される。
第２のケース５と第３のケース７との間の第２の空隙６は、第２のケース５の３面の内側（底面５ｂ、７ｂ間、長側面５ｃ、７ｃ間、長側面５ｄ、７ｄ間）に形成されて、オフガス燃焼部２０から筐体２の外部へ排出する排ガスの流通空間をなす。すなわち、底面５ｂ、７ｂ間の空隙６ｂ、長側面５ｃ、７ｃ間の空隙６ｃ、長側面５ｄ、７ｄ間の空隙６ｄにより、排ガスの流通空間が形成される。
排ガス流路については、オフガス燃焼部２０にて生成された排ガスが改質器３０の壁面に沿って流れた後に、後述する左側排ガス導入口６１、右側排ガス導入口６２、前記第２の空隙６、及び、後述する排ガス出口管４５を介して、外部に排出されるように構成されている。
第３のケース７内のセルスタック１１の上端部近傍のオフガス燃焼部２０にてオフガスが燃焼し、第３のケース７はオフガス燃焼部２０を区画する。そして、オフガスの燃焼によって排ガスが発生し、排ガスは、改質器３０の壁面（ケーシング３１〜３３の壁面）に沿って流れて、これにより対流伝熱が生じる。この後、排ガスは、第３のケース７の上面側の開口部から第２のケース５内に排出される。
第２のケース５と第３のケース７との間の第２の空隙６は、第２のケース５の３面の内側（底面５ｂ、７ｂ間、長側面５ｃ、７ｃ間、長側面５ｄ、７ｄ間）に形成されて、オフガス燃焼部２０から筐体２の外部へ排出する排ガスの流通空間をなす。すなわち、底面５ｂ、７ｂ間の空隙６ｂ、長側面５ｃ、７ｃ間の空隙６ｃ、長側面５ｄ、７ｄ間の空隙６ｄにより、排ガスの流通空間が形成される。
そして、この排ガスの流通空間に連通させて、第２のケース５の底面５ｂに外部への排ガス出口管４５が接続される。尚、排ガス出口管４５は第１のケース３の底面３ｂを貫通している。また、第２のケース５の底面５ｂにおける排ガス出口管４５との接続部が、図１に示す排ガス出口２０３に対応する。
従って、第３のケース７内のオフガス燃焼部２０からの排ガスは、改質器３０の壁面（ケーシング３１〜３３の壁面）に沿って流れ、第３のケース７の上面側の開口部から、第２のケース５と第３のケース７との間の空隙、特に長側面５ｃ、７ｃ間の空隙６ｃ、及び、長側面５ｄ、７ｄ間の空隙６ｄへ流入した後、底面５ｂ、７ｂ間の空隙６ｂへ流入して、排ガス出口管４５より筐体２外へ排出される。
従って、第３のケース７内のオフガス燃焼部２０からの排ガスは、改質器３０の壁面（ケーシング３１〜３３の壁面）に沿って流れ、第３のケース７の上面側の開口部から、第２のケース５と第３のケース７との間の空隙、特に長側面５ｃ、７ｃ間の空隙６ｃ、及び、長側面５ｄ、７ｄ間の空隙６ｄへ流入した後、底面５ｂ、７ｂ間の空隙６ｂへ流入して、排ガス出口管４５より筐体２外へ排出される。
前述のように、筐体２内をカソード用酸化剤と排ガスとが流れる過程で、すなわち、酸化剤（空気）が第１のケース３と第２のケース５との間を第２のケース５の底面５ｂ、長側面５ｃ、５ｄ、上面５ａの外壁に沿って流れ、排ガスが第２のケース５と第３のケース７との間を第２のケース５の上面５ａ、長側面５ｃ、５ｄ、底面５ｂの内壁に沿って流れる過程で、第２のケース５の底面５ｂ、長側面５ｃ、５ｄ、上面５ａを介して、カソード用酸化剤と排ガスとの熱交換がなされ、カソード用酸化剤を十分に加熱する一方、排ガスを冷却することができる。ここで、例えば、第２のケース５の長側面５ｄが、図１に示す熱交換部２０２に対応し得る。
第３のケース７の内面には、内部断熱材５０が内張されている。内部断熱材５０は、左側部５１、右側部５２、及び下側部５３を含んで構成され、チャンネル状（コ字形状）の断面を有して前後方向に延在している。
内部断熱材５０の左側部５１は、その前後方向の長さが、第３のケース７の長側面７ｃの前後方向の長さとほぼ等しい。左側部５１は、第３のケース７の左側の長側面７ｃの内壁に面接触するように配置されている。
内部断熱材５０の右側部５２は、その前後方向の長さが、第３のケース７の長側面７ｄの前後方向の長さとほぼ等しい。右側部５２は、第３のケース７の右側の長側面７ｄの内壁に面接触するように配置されている。
内部断熱材５０の下側部５３は、その前後方向の長さが、第３のケース７の底面７ｂの前後方向の長さとほぼ等しい。下側部５３は、第３のケース７の底面７ｂと台座１３との間に介装されている。
内部断熱材５０の左側部５１は、その前後方向の長さが、第３のケース７の長側面７ｃの前後方向の長さとほぼ等しい。左側部５１は、第３のケース７の左側の長側面７ｃの内壁に面接触するように配置されている。
内部断熱材５０の右側部５２は、その前後方向の長さが、第３のケース７の長側面７ｄの前後方向の長さとほぼ等しい。右側部５２は、第３のケース７の右側の長側面７ｄの内壁に面接触するように配置されている。
内部断熱材５０の下側部５３は、その前後方向の長さが、第３のケース７の底面７ｂの前後方向の長さとほぼ等しい。下側部５３は、第３のケース７の底面７ｂと台座１３との間に介装されている。
ここで、前記第２の空隙６を含む排ガス流路のうち、内部断熱材５０の左側部５１に隣接して前後方向に細長に矩形状に開口し、かつ、第３のケース７の上面側の開口部からの排ガスを第２のケース５内（具体的には前記空隙６ｃ内）に導入する導入口を、左側排ガス導入口６１と称することにする。また、左側排ガス導入口６１の上端部は、第３のケース７の長側面７ｃの上端部と、第２のケース５の短側面５ｅ、５ｆ、及び長側面５ｃとによって区画形成されて前後方向に細長に矩形状に開口する細長開口部をなしている。この細長開口部は、平面視で改質器３０の左側ケーシング３１と並列に配置され、正面視で、改質器３０の左側ケーシング３１の底面より高位置に配置されている。
同様に、前記第２の空隙６を含む排ガス流路のうち、内部断熱材５０の右側部５２に隣接して前後方向に細長に矩形状に開口し、かつ、第３のケース７の上面側の開口部からの排ガスを第２のケース５内（具体的には前記空隙６ｄ内）に導入する導入口を、右側排ガス導入口６２と称することにする。また、右側排ガス導入口６２の上端部は、第３のケース７の長側面７ｄの上端部と、第２のケース５の短側面５ｅ、５ｆ、及び長側面５ｄとによって区画形成されて前後方向に細長に矩形状に開口する細長開口部をなしている。この細長開口部は、平面視で改質器３０の右側ケーシング３２と並列に配置され、正面視で、改質器３０の右側ケーシング３２の底面より高位置に配置されている。
同様に、前記第２の空隙６を含む排ガス流路のうち、内部断熱材５０の右側部５２に隣接して前後方向に細長に矩形状に開口し、かつ、第３のケース７の上面側の開口部からの排ガスを第２のケース５内（具体的には前記空隙６ｄ内）に導入する導入口を、右側排ガス導入口６２と称することにする。また、右側排ガス導入口６２の上端部は、第３のケース７の長側面７ｄの上端部と、第２のケース５の短側面５ｅ、５ｆ、及び長側面５ｄとによって区画形成されて前後方向に細長に矩形状に開口する細長開口部をなしている。この細長開口部は、平面視で改質器３０の右側ケーシング３２と並列に配置され、正面視で、改質器３０の右側ケーシング３２の底面より高位置に配置されている。
尚、内部断熱材５０の左側部５１の上端と、内部断熱材５０の右側部５２の上端とについては、各々が、改質器３０の上面（ケーシング３１〜３３の上面）より上方に位置することが好ましい。より多くの排ガスが改質器３０の周囲を通過してから前述の細長開口部に流れ込むようにすることで、より効果的に排ガスの熱を改質器３０に伝熱することができるからである。
本実施形態では、図３に示すように、右側排ガス導入口６２の細長開口部のうち、改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６に隣り合う部分を、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材１０１で塞いでいる。それゆえ、オフガス燃焼部２０から右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、蓋部材１０１で閉じられている改質部３６側よりも、蓋部材１０１が存在しない気化部３５側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部３５の周辺に集中することになる。このため、改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。換言すれば、本実施形態では、排ガス流路は、改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されている。従って、気化部３５の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。
また、本実施形態では、右側排ガス導入口６２の細長開口部の流量について、後側（改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６側）の流量に比べて、前側（改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５側）の流量が多い。すなわち、本実施形態では、右側排ガス導入口６２の細長開口部における排ガスの流量が、後側から前側に向かうほど多くなっている。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置１の前側に位置する気化部３５の周辺に集中させることができる。
本実施形態によれば、燃料電池装置１は、流入口３７より流入する水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器３０と、改質器３０の下方に配置されて、改質器３０にて生成された水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う複数の燃料電池セル１０と、複数の燃料電池セル１０の上端部から排出されるオフガスを燃焼させて複数の燃料電池セル１０を高温状態に維持するオフガス燃焼部２０と、オフガス燃焼部２０にて生成された排ガスが改質器３０の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される排ガス流路と、を備える。排ガス流路は、改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５（流入口側部分である第１の部分）の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６（流入口側部分以外の部分である第２の部分）の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成される。これにより、オフガス燃焼部２０からの高温の排ガスを改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５の周辺に集中させることができるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。従って、気化部３５の下方に位置する燃料電池セル１０の温度低下が抑制されるので、セルスタック１１（特にセルスタック１１の右側部分）の温度分布を均一化することができる。また、高温の排ガスを改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５の周辺に集中させることで気化部３５の温度低下を抑制することにより、気化部３５の周辺に位置する酸化剤供給部材４０の温度低下を抑制することができるので、セルスタック１１に供給される酸化剤（空気）の前後方向での温度分布を均一化することができ、ひいては、燃料電池スタック１１の前後方向での温度分布を均一化することができる。従って、燃料電池スタック１１の局所的な温度低下を抑制して、燃料電池スタック１１の良好な発電効率を得ることができる。
また本実施形態によれば、改質器３０の流入口３７側部分（第１の部分）は改質用水（液体）を気化する気化部３５である。これにより、オフガス燃焼部２０からの燃焼熱を利用して、改質用水を気化させて水蒸気を得ることができるので、燃料電池装置１の筺体２
内で効率良く燃料改質用の水蒸気を得ることができる。
内で効率良く燃料改質用の水蒸気を得ることができる。
また本実施形態によれば、改質器３０の右側ケーシング３２は前後方向（水平一方向）に延在し、その前側（一端側）に気化部３５（第１の部分）が配置されて、後側（他端側）に改質部３６（第２の部分）が配置され、排ガス流路は、その右側排ガス導入口６２が前後方向（水平一方向）に細長く開口し、この細長開口部が平面視で改質器３０の右側ケーシング３２と並列に配置され、右側排ガス導入口６２の細長開口部における排ガスの流量が、後側（他端側）から前側（一端側）に向かうほど多い。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置１の前側に位置する気化部３５の周辺に集中させることができる。
また本実施形態によれば、右側排ガス導入口６２には、前後方向（水平一方向）に延在して右側排ガス導入口６２の細長開口部の一部を塞ぐ蓋部材１０１が設けられ、蓋部材１０１が、平面視で、改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６と並列に配置される。これにより、比較的簡素な構成で、排ガスの流れを気化部３５の周辺に集中させることができる。
図４は、本発明の第２実施形態を示す燃料電池装置１の平面横断面図である。
図２及び図３に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態において、第３のケース７内でセルスタック１１の上方に配置される改質器３０’は、前後方向に延在する直方体状で金属製のケーシング３４を備えている。ケーシング３４内には、仕切板３４ａによってチャンネル状（コ字形状）の流路が形成されている。ここで、本実施形態における改質器３０’については、仕切板３４ａより左側の部分と、右側の部分とが、それぞれ、前述の左側ケーシング３１、右側ケーシング３２に相当している。ケーシング３４の右側部分については、その一端側（前側）に気化部３５が配置されて、他端側（後側）に改質部３６が配置されている。ケーシング３４の前端（気化部３５の前端）には流入口３７が設けられている。この流入口３７には、原燃料・改質用水供給パイプ３８の一端が接続されている。
図２及び図３に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態において、第３のケース７内でセルスタック１１の上方に配置される改質器３０’は、前後方向に延在する直方体状で金属製のケーシング３４を備えている。ケーシング３４内には、仕切板３４ａによってチャンネル状（コ字形状）の流路が形成されている。ここで、本実施形態における改質器３０’については、仕切板３４ａより左側の部分と、右側の部分とが、それぞれ、前述の左側ケーシング３１、右側ケーシング３２に相当している。ケーシング３４の右側部分については、その一端側（前側）に気化部３５が配置されて、他端側（後側）に改質部３６が配置されている。ケーシング３４の前端（気化部３５の前端）には流入口３７が設けられている。この流入口３７には、原燃料・改質用水供給パイプ３８の一端が接続されている。
改質器３０’のケーシング３４には、それを上下方向に貫通するように、後述する酸化剤供給部材４０’を挿通させるための複数の管状通路３４ｂが設けられている。
また、前述の酸化剤の流通空間からセルスタック１１への酸化剤出口として、第２のケース５の上面５ａに、管状通路３４ｂと同数の孔（図示せず）が管状通路３４ｂと相対する位置に形成される。これら孔から第２のケース５内を経て、更に管状通路３４ｂを経て第３のケース７内へ、複数の酸化剤供給部材４０’が挿入配置されている。
酸化剤供給部材４０’は、上面開口の円筒形の容器で、燃料電池セル１０間の隙間に配置され、上面側の開口部は第１のケース３内の酸化剤流通空間と連通している。そして、円筒形の容器の底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口（図示せず）が形成され、これら酸化剤噴出口はセルスタック１１に相対している。
尚、図４では、複数の酸化剤供給部材４０’を前後方向に直列に配置する例を示したが、左右方向に直列に配置してもよい。また、改質器３０’は、前述の第１実施形態、後述する第３〜第５実施形態に例示するチャンネル形状容器の改質器３０と相互に置き換えることができる。
また、前述の酸化剤の流通空間からセルスタック１１への酸化剤出口として、第２のケース５の上面５ａに、管状通路３４ｂと同数の孔（図示せず）が管状通路３４ｂと相対する位置に形成される。これら孔から第２のケース５内を経て、更に管状通路３４ｂを経て第３のケース７内へ、複数の酸化剤供給部材４０’が挿入配置されている。
酸化剤供給部材４０’は、上面開口の円筒形の容器で、燃料電池セル１０間の隙間に配置され、上面側の開口部は第１のケース３内の酸化剤流通空間と連通している。そして、円筒形の容器の底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口（図示せず）が形成され、これら酸化剤噴出口はセルスタック１１に相対している。
尚、図４では、複数の酸化剤供給部材４０’を前後方向に直列に配置する例を示したが、左右方向に直列に配置してもよい。また、改質器３０’は、前述の第１実施形態、後述する第３〜第５実施形態に例示するチャンネル形状容器の改質器３０と相互に置き換えることができる。
本実施形態では、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材１０１ａで、右側排ガス導入口６２の細長開口部を塞いでいる。
蓋部材１０１ａには、開口部である複数の貫通孔１０２ａが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔１０２ａは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔１０２ａは、蓋部材１０１ａによって塞がれた右側排ガス導入口６２の細長開口部の内外を連通する。ここで、貫通孔１０２ａについては、隣り合う貫通孔１０２ａ同士の間隔が、後側（改質器３０’のケーシング３４の右側部分の改質部３６側）から前側（改質器３０’のケーシング３４の右側部分の気化部３５側）に向かうほど小さくなるように形成されている。
このように蓋部材１０１ａに複数の貫通孔１０２ａを貫通形成することにより、蓋部材１０１ａは、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、蓋部材１０１ａの開口率とは、蓋部材１０１ａの単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、蓋部材１０１ａの単位面積あたりの貫通孔１０２ａの割合である。また、本実施形態では、蓋部材１０１ａの開口率が、右側排ガス導入口６２（細長開口部）の実質的な開口率に対応している。
蓋部材１０１ａには、開口部である複数の貫通孔１０２ａが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔１０２ａは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔１０２ａは、蓋部材１０１ａによって塞がれた右側排ガス導入口６２の細長開口部の内外を連通する。ここで、貫通孔１０２ａについては、隣り合う貫通孔１０２ａ同士の間隔が、後側（改質器３０’のケーシング３４の右側部分の改質部３６側）から前側（改質器３０’のケーシング３４の右側部分の気化部３５側）に向かうほど小さくなるように形成されている。
このように蓋部材１０１ａに複数の貫通孔１０２ａを貫通形成することにより、蓋部材１０１ａは、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、蓋部材１０１ａの開口率とは、蓋部材１０１ａの単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、蓋部材１０１ａの単位面積あたりの貫通孔１０２ａの割合である。また、本実施形態では、蓋部材１０１ａの開口率が、右側排ガス導入口６２（細長開口部）の実質的な開口率に対応している。
本実施形態における、オフガス燃焼部２０から右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、蓋部材１０１ａの開口率が小さい改質部３６側よりも、蓋部材１０１ａの開口率が大きい気化部３５側のほうが流れやすい。それゆえ、排ガスの流れが、気化部３５の周辺に集中することになる。このため、改質器３０’のケーシング３４の右側部分の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器３０’のケーシング３４の右側部分の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。従って、気化部３５の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。
特に本実施形態によれば、右側排ガス導入口６２には、前後方向（水平一方向）に延在して右側排ガス導入口６２の細長開口部を塞ぐ蓋部材１０１ａが設けられ、蓋部材１０１ａには、右側排ガス導入口６２の細長開口部の内外を連通する複数の貫通孔１０２ａ（開口部）が形成され、蓋部材１０１ａは、その開口率が、後側（他端側）から前側（一端側）に向かうほど大きい。これにより、比較的簡素な構成で、右側排ガス導入口６２の細長開口部における排ガスの流量を、後側から前側に向かうほど多くすることができる。
尚、本実施形態では、蓋部材１０１ａの開口率（右側排ガス導入口６２の実質的な開口率）を後側から前側に向かうほど大きくするための手法として、蓋部材１０１ａにおいて、隣り合う貫通孔１０２ａ同士の間隔を、後側から前側に向かうほど小さくする手法を挙げて説明したが、これに代えて、又はこれに加えて、複数の貫通孔１０２ａの孔径を後側から前側に向かうほど大きくすることによって、蓋部材１０１ａの開口率（右側排ガス導入口６２の実質的な開口率）を後側から前側に向かうほど大きくしてもよい。また、蓋部材１０１ａの代わりに、右側排ガス導入口６２の細長開口部の後縁部が底辺に相当し、前後方向の長さが高さに相当する三角板状の蓋部材を右側排ガス導入口６２の細長開口部に設置することで、右側排ガス導入口６２の実質的な開口率を、後側から前側に向かうほど大きくしてもよい。
また、本実施形態では、蓋部材１０１ａのうち、改質器３０’のケーシング３４の右側部分の改質部３６に隣り合う部分に複数の貫通孔１０２ａを形成しているが、この部分については貫通孔１０２ａを形成することなく第１実施形態の蓋部材１０１と同様の構成としてもよい。
また、本実施形態では、蓋部材１０１ａのうち、改質器３０’のケーシング３４の右側部分の改質部３６に隣り合う部分に複数の貫通孔１０２ａを形成しているが、この部分については貫通孔１０２ａを形成することなく第１実施形態の蓋部材１０１と同様の構成としてもよい。
図５は、本発明の第３実施形態を示す燃料電池装置１の平面横断面図である。図６は、第３実施形態における排ガス流路の右側排ガス導入口及び仕切り部材を示す。尚、図６では、第２のケース５の長側面５ｄのうち、右側排ガス導入口６２より下側の一部を示している。また、第２のケース５の短側面５ｅ、５ｆの図示を省略している。
図２及び図３に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、右側排ガス導入口６２の細長開口部を開口したままとしている。また、本実施形態では、内部断熱材５０の右側部５２の上端部を第２のケース５の上面５ａに接触するまで延長することで延長部５２ａを形成している。
ここで、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａが本発明の「仕切り部材」に対応し、右側排ガス導入口６２と改質器３０との間を仕切っている。
図２及び図３に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、右側排ガス導入口６２の細長開口部を開口したままとしている。また、本実施形態では、内部断熱材５０の右側部５２の上端部を第２のケース５の上面５ａに接触するまで延長することで延長部５２ａを形成している。
ここで、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａが本発明の「仕切り部材」に対応し、右側排ガス導入口６２と改質器３０との間を仕切っている。
また、延長部５２ａのうち、平面視で右側ケーシング３２の気化部３５に隣り合う部分には開口部５２ｂが左右方向に貫通するように形成されている。開口部５２ｂは、改質器３０の右側ケーシング３２の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口６２に導く。すなわち、仕切り部材である内部断熱材５０の右側部５２及びその延長部５２ａには、改質器３０の右側ケーシング３２の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口６２に導く開口部５２ｂが形成されている。
それゆえ、オフガス燃焼部２０から右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、内部断熱材５０の右側部５２の延長部５２ａが存在する改質部３６側よりも、開口部５２ｂが形成されている気化部３５側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部３５の周辺に集中することになる。このため、改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。従って、気化部３５の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。
それゆえ、オフガス燃焼部２０から右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、内部断熱材５０の右側部５２の延長部５２ａが存在する改質部３６側よりも、開口部５２ｂが形成されている気化部３５側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部３５の周辺に集中することになる。このため、改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。従って、気化部３５の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。
また、このように内部断熱材５０の右側部５２の延長部５２ａ及び開口部５２ｂを形成することにより、内部断熱材５０の右側部５２及びその延長部５２ａからなる仕切り部材については、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、仕切り部材の開口率とは、仕切り部材の単位面積あたりの開口部５２ｂの割合である。
本実施形態では、内部断熱材５０の右側部５２のうち延長部５２ａが存在する部分（開口部５２ｂが形成されていない部分）では、排ガスが内部断熱材５０の右側部５２を越えて右側排ガス導入口６２に流れることができない。そのため、排ガスは改質器３０の右側ケーシング３２の壁面に沿うように流れるため、前述の第１及び第２実施形態に比べて、改質器３０を暖める効果が大きい。また、前述の第１及び第２実施形態のように右側排ガス導入口６２の細長開口部に蓋部材１０１、１０１ａを配置する場合に比べて、排ガスの圧力損失を抑制することができる。
特に本実施形態によれば、排ガス流路は、その右側排ガス導入口６２と改質器３０との間にこれらを仕切り、かつ、前後方向（水平一方向）に延在する仕切り部材（内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａ）を有し、仕切り部材には、改質器３０に右側ケーシング３２の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口６２に導く開口部５２ｂが形成され、仕切り部材は、その開口率が、後側（他端側）から前側（一端側）に向かうほど大きい。これにより、比較的簡素な構成で、排ガスの流れを気化部３５の周辺に集中させることができる。
尚、本実施形態では、仕切り部材として、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａを用いて説明したが、仕切り部材はこれに限らず、右側排ガス導入口６２と改質器３０とを仕切る機能を有し、かつ、改質器３０に右側ケーシング３２の壁面に沿って流れた排ガスを右側排ガス導入口６２に導く開口部が形成された部材を、仕切り部材として、例えば、第３のケース７の長側面７ｄに設けてもよい。
図７は、本発明の第４実施形態を示す燃料電池装置１の平面横断面図である。
図５及び図６に示した第３実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態において、内部断熱材５０の右側部５２の延長部５２ａは、その上端部が空隙を隔てて、第２のケース５の上面５ａに相対する。この空隙は、開口部５２ｂに連続する。すなわち、本実施形態では、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａからなる仕切り部材について、その開口部５２ｂが、その上側後端部より後方に延長されている。これにより、開口部５２ｂについては、ケース３、５、７の長側面視で、前側（改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５側）の開口率が大きく、後側（改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６側）の開口率が小さい、前後２段の開口部が形成される。すなわち、仕切り部材については、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。
図５及び図６に示した第３実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態において、内部断熱材５０の右側部５２の延長部５２ａは、その上端部が空隙を隔てて、第２のケース５の上面５ａに相対する。この空隙は、開口部５２ｂに連続する。すなわち、本実施形態では、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａからなる仕切り部材について、その開口部５２ｂが、その上側後端部より後方に延長されている。これにより、開口部５２ｂについては、ケース３、５、７の長側面視で、前側（改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５側）の開口率が大きく、後側（改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６側）の開口率が小さい、前後２段の開口部が形成される。すなわち、仕切り部材については、その開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。
特に本実施形態では、内部断熱材５０の右側部５２の延長部５２ａの上端部が、空隙を隔てて、第２のケース５の上面５ａに相対する。これにより、少量の排ガスが内部断熱材５０の右側部５２の延長部５２ａを越えて右側排ガス導入口６２に流れることができるので、排ガスが、前側（改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５側）に過度に偏流することを抑制することができる。
尚、本実施形態では、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａからなる仕切り部材の開口率を、後側から前側に向かうほど大きくするための手法として、ケース３、５、７の長側面視で、前側の開口率が大きく、後側の開口率が小さい、前後２段の開口部５２ｂを形成する手法を挙げて説明したが、開口部５２ｂの段数は２段に限らず、３段以上であってもよい。また、開口部５２ｂが３段以上である場合には、そのうち最も後側に位置する段の開口部を、第３実施形態と同様に、延長部５２ａで塞いでもよい。
また、開口部５２ｂについては、ケース３、５、７の長側面視で、後側から前側に向かうほど、開口部５２ｂの上下方向の長さが長くなるように形成することで、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａからなる仕切り部材の開口率を、後側から前側に向かうほど大きくすることができる。この場合には、例えば、ケース３、５、７の長側面視で、開口部５２ｂの下端が、後側から前側に向かうほど下方に傾斜するように、及び／又は、下方に段階的に向かうように、開口部５２ｂを形成する。
また、開口部５２ｂについては、ケース３、５、７の長側面視で、後側から前側に向かうほど、開口部５２ｂの上下方向の長さが長くなるように形成することで、内部断熱材５０の右側部５２及び延長部５２ａからなる仕切り部材の開口率を、後側から前側に向かうほど大きくすることができる。この場合には、例えば、ケース３、５、７の長側面視で、開口部５２ｂの下端が、後側から前側に向かうほど下方に傾斜するように、及び／又は、下方に段階的に向かうように、開口部５２ｂを形成する。
図８は、本発明の第５実施形態における排ガス流路の右側排ガス導入口、仕切り部材、及び、蓋部材（整流部）を示す。尚、図８では、第２のケース５の長側面５ｄのうち、右側排ガス導入口６２より下側の一部を示している。また、第２のケース５の短側面５ｅ、５ｆの図示を省略している。
図５及び図６に示した第３実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材１０１ｂで、右側排ガス導入口６２の細長開口部を塞いでいる。
図５及び図６に示した第３実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態では、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材１０１ｂで、右側排ガス導入口６２の細長開口部を塞いでいる。
蓋部材１０１ｂには、開口部である複数の貫通孔１０２ｂが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔１０２ｂは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔１０２ｂは、蓋部材１０１ｂによって塞がれた右側排ガス導入口６２の細長開口部の内外を連通する。ここで、貫通孔１０２ｂについては、隣り合う貫通孔１０２ｂ同士の間隔が、後側（改質器３０の右側ケーシング３２の改質部３６側）から前側（改質器３０の右側ケーシング３２の気化部３５側）に向かうほど大きくなるように形成されている。
このように蓋部材１０１ｂに複数の貫通孔１０２ｂを貫通形成することにより、蓋部材１０１ｂでは、その開口率が、後側から前側に向かうほど小さくなる。ここで、蓋部材１０１ｂの開口率とは、蓋部材１０１ｂの単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、蓋部材１０１ｂの単位面積あたりの貫通孔１０２ｂの割合である。また、本実施形態では、蓋部材１０１ｂの開口率が、右側排ガス導入口６２（細長開口部）の実質的な開口率に対応している。
このように蓋部材１０１ｂに複数の貫通孔１０２ｂを貫通形成することにより、蓋部材１０１ｂでは、その開口率が、後側から前側に向かうほど小さくなる。ここで、蓋部材１０１ｂの開口率とは、蓋部材１０１ｂの単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、蓋部材１０１ｂの単位面積あたりの貫通孔１０２ｂの割合である。また、本実施形態では、蓋部材１０１ｂの開口率が、右側排ガス導入口６２（細長開口部）の実質的な開口率に対応している。
仕切り部材（内部断熱材５０の右側部５２及びその延長部５２ａ）の開口部５２ｂから右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、蓋部材１０１ｂの開口率が小さい前側（気化部３５側）よりも、蓋部材１０１ｂの開口率が大きい後側（改質部３６側）のほうが流れやすい。それゆえ、開口部５２ｂ近傍では前側（気化部３５側）に集中していた排ガスの流れが、蓋部材１０１ｂの開口部（貫通孔１０２ｂ）の通過時には、流れにくい前側から流れにやすい後側に分散する。従って、複数の貫通孔１０２ｂが形成された蓋部材１０１ｂが、本発明の「整流部」として機能して、排ガス流路内（特に空隙６ｄ）における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することができる。
尚、本実施形態では、蓋部材１０１ｂの開口率（右側排ガス導入口６２の実質的な開口率）を後側から前側に向かうほど小さくするための手法として、蓋部材１０１ｂにおいて、隣り合う貫通孔１０２ｂ同士の間隔を、後側から前側に向かうほど大きくする手法を挙げて説明したが、これに代えて、又はこれに加えて、複数の貫通孔１０２ｂの孔径を後側から前側に向かうほど小さくすることによって、蓋部材１０１ｂの開口率（右側排ガス導入口６２の実質的な開口率）を後側から前側に向かうほど小さくしてもよい。また、蓋部材１０１ｂの代わりに、右側排ガス導入口６２の細長開口部の前縁部が底辺に相当し、前後方向の長さが高さに相当する三角板状の蓋部材を右側排ガス導入口６２の細長開口部に設置することで、右側排ガス導入口６２の実質的な開口率を、後側から前側に向かうほど小さくしてもよい。
特に本実施形態によれば、右側排ガス導入口６２には、前後方向（水平一方向）に延在して右側排ガス導入口６２の細長開口部を塞ぐ蓋部材１０１ｂが設けられ、蓋部材１０１ｂには、右側排ガス導入口６２の細長開口部の内外を連通する開口部（連通孔１０２ｂ）が形成され、蓋部材１０１ｂは、その開口率が、後側（他端側）から前側（一端側）に向かうほど小さい。これにより、蓋部材１０１ｂの開口部（貫通孔１０２ｂ）を排ガスが通過する際に、前側よりも後側のほうが通過しやすくなるので、開口部５２ｂ近傍では前側に集中していた排ガスの流れを、蓋部材１０１ｂの開口部（貫通孔１０２ｂ）の通過時に、前側から後側に分散させることができる。
また本実施形態によれば、燃料電池装置１は、排ガス流路内（特に空隙６ｄ）における排ガスの前後方向（水平一方向）での流量分布を均一化する整流部（複数の貫通孔１０２ｂが形成された蓋部材１０１ｂ）を更に備える。これにより、酸化剤が第１のケース３と第２のケース５との間を第２のケース５の底面５ｂ、長側面５ｃ、５ｄ、上面５ａの外壁に沿って流れ、排ガスが第２のケース５と第３のケース７との間を第２のケース５の上面５ａ、長側面５ｃ、５ｄ、底面５ｂの内壁に沿って流れる過程で、特に、第２のケース５の長側面５ｄを介してなされるカソード用酸化剤（空気）と排ガスとの熱交換を、前後方向で均一に行うことができ、ひいては、効率の良い熱交換を行うことができる。
また本実施形態によれば、排ガス流路のうち蓋部材１０１ｂ（整流部）より下流側に設けられて、排ガスの熱を酸化剤に受け渡す熱交換部２０２（第２のケース５の長側面５ｄ）を更に備える。これにより、流量分布が前後方向に均一化された排ガスを用いて、酸化剤を効率的に昇温させることができる。
図９は、本発明の第６実施形態を示す燃料電池装置の正面縦断面図である。図１０は、燃料電池装置の平面横断面図であり、図９のＢ−Ｂ断面のうち、第２のケース５、第３のケース７、改質器１３０、内部断熱材５０の左側部５１及び右側部５２を示している。
図２及び図３に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
燃料電池セル１０の組み立て体であるセルスタック１１１が台座１３上に配置されている。
また、セルスタック１１１の上端部側はオフガス（未反応の水素富化燃料）の排出部となり、オフガスは余剰の酸化剤供給下で燃焼する。従って、セルスタック１１１の上端部近傍がオフガス燃焼部２０となる。
図２及び図３に示した第１実施形態と異なる点について説明する。
燃料電池セル１０の組み立て体であるセルスタック１１１が台座１３上に配置されている。
また、セルスタック１１１の上端部側はオフガス（未反応の水素富化燃料）の排出部となり、オフガスは余剰の酸化剤供給下で燃焼する。従って、セルスタック１１１の上端部近傍がオフガス燃焼部２０となる。
改質器１３０は、オフガス燃焼部２０での燃焼熱によって加熱されるように、第３のケース７内でセルスタック１１１の上方に配置される。
改質器１３０は、前後方向に延在する直方体状で金属製のケーシング１３１を備えている。改質器１３０のケーシング１３１については、その一端側（前側）に気化部３５が配置されて、他端側（後側）に改質部３６が配置されている。ケーシング１３１の前端（気化部３５の前端）には流入口３７が設けられている。この流入口３７には、原燃料・改質用水供給パイプ３８の一端が接続されている。ケーシング１３１の後端（改質部３６の後端）には改質ガス流出口（図示せず）が設けられている。また、この改質ガス流出口からセルスタック１１１の台座１３へ改質ガスを供給するための供給パイプ（図示せず）が設けられている。
改質器１３０は、前後方向に延在する直方体状で金属製のケーシング１３１を備えている。改質器１３０のケーシング１３１については、その一端側（前側）に気化部３５が配置されて、他端側（後側）に改質部３６が配置されている。ケーシング１３１の前端（気化部３５の前端）には流入口３７が設けられている。この流入口３７には、原燃料・改質用水供給パイプ３８の一端が接続されている。ケーシング１３１の後端（改質部３６の後端）には改質ガス流出口（図示せず）が設けられている。また、この改質ガス流出口からセルスタック１１１の台座１３へ改質ガスを供給するための供給パイプ（図示せず）が設けられている。
燃料電池セル１０（セルスタック１１１）への酸化剤（空気）の供給は、左右一対の酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂを介してなされる。左側の酸化剤供給部材４０ａは、セルスタック１１１と内部断熱材５０の左側部５１との間に配置されている。右側の酸化剤供給部材４０ｂは、セルスタック１１１と内部断熱材５０の右側部５２との間に配置されている。酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂは、それぞれ、酸化剤供給部材４０と同様に、扁平な矩形の容器で構成されており、その底部近傍の側面に複数の酸化剤噴出口４４が形成されている。酸化剤噴出口４４はセルスタック１１１に相対している。
酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂには、各々の上部の扁平部を貫通させて、開口部である複数の排ガス流通路４０ｃを設けている。酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の複数の排ガス流通路４０ｃは、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて配置されている。尚、複数の排ガス流通路４０ｃは、互いにほぼ同等の内径を有する。ここで、左側の酸化剤供給部材４０ａが本発明の「仕切り部材」に対応し、左側排ガス導入口６１と改質器１３０との間でこれらを仕切り、かつ、前後方向に延在している。また、右側の酸化剤供給部材４０ｂも本発明の「仕切り部材」に対応し、右側排ガス導入口６２と改質器１３０との間でこれらを仕切り、かつ、前後方向に延在している。
酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂには、各々の上部の扁平部を貫通させて、開口部である複数の排ガス流通路４０ｃを設けている。酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の複数の排ガス流通路４０ｃは、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて配置されている。尚、複数の排ガス流通路４０ｃは、互いにほぼ同等の内径を有する。ここで、左側の酸化剤供給部材４０ａが本発明の「仕切り部材」に対応し、左側排ガス導入口６１と改質器１３０との間でこれらを仕切り、かつ、前後方向に延在している。また、右側の酸化剤供給部材４０ｂも本発明の「仕切り部材」に対応し、右側排ガス導入口６２と改質器１３０との間でこれらを仕切り、かつ、前後方向に延在している。
酸化剤供給部材４０ａの排ガス流通路４０ｃを介して、左側排ガス導入口６１近傍の空間と改質器１３０近傍の空間とが連通している。また、酸化剤供給部材４０ｂの排ガス流通路４０ｃを介して、右側排ガス導入口６２近傍の空間と改質器１３０近傍の空間とが連通している。それゆえ、排ガス流通路４０ｃは、本発明の「仕切り部材の開口部」として機能して、改質器１３０の壁面に沿って流れた排ガスを左側排ガス導入口６１と右側排ガス導入口６２とに導くことができる。
また、排ガス流通路４０ｃについては、前後方向で隣り合う排ガス流通路４０ｃ同士の間隔が、後側（改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６側）から前側（改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５側）に向かうほど小さくなるように形成されている。このように酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々に複数の排ガス流通路４０ｃを設けることにより、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの開口率とは、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの長側面視での単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの長側面視での単位面積あたりの排ガス流通路４０ｃの割合である。
また、排ガス流通路４０ｃについては、前後方向で隣り合う排ガス流通路４０ｃ同士の間隔が、後側（改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６側）から前側（改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５側）に向かうほど小さくなるように形成されている。このように酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々に複数の排ガス流通路４０ｃを設けることにより、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の開口率が、後側から前側に向かうほど大きくなる。ここで、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの開口率とは、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの長側面視での単位面積あたりの開口部の割合であり、本実施形態では、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの長側面視での単位面積あたりの排ガス流通路４０ｃの割合である。
本実施形態における、オフガス燃焼部２０から左側排ガス導入口６１及び右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの開口率が小さい改質部３６側よりも、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの開口率が大きい気化部３５側のほうが流れやすい。それゆえ、排ガスの流れが、気化部３５の周辺に集中することになる。このため、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。換言すれば、本実施形態では、排ガス流路は、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されている。従って、気化部３５の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。
尚、排ガス流通路４０ｃについては、改質器１３０の上面（ケーシング１３１の上面）より上方に位置することが好ましい。より多くの排ガスが改質器１３０の周囲を通過してから排ガス流通路４０ｃに流れ込むようにすることで、より効果的に排ガスの熱を改質器１３０に伝熱することができるからである。
尚、排ガス流通路４０ｃについては、改質器１３０の上面（ケーシング１３１の上面）より上方に位置することが好ましい。より多くの排ガスが改質器１３０の周囲を通過してから排ガス流通路４０ｃに流れ込むようにすることで、より効果的に排ガスの熱を改質器１３０に伝熱することができるからである。
本実施形態では、図１０に示すように、左側排ガス導入口６１の細長開口部のうち、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５に隣り合う部分を、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材１０１ｃで塞いでいる。蓋部材１０１ｃには、開口部である複数の貫通孔１０２ｃが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔１０２ｃは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔１０２ｃは、蓋部材１０１ｃによって塞がれた左側排ガス導入口６１の細長開口部の一部の内外を連通している。
同様に、右側排ガス導入口６２の細長開口部のうち、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５に隣り合う部分を、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材１０１ｃで塞いでいる。蓋部材１０１ｃには、開口部である複数の貫通孔１０２ｃが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔１０２ｃは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔１０２ｃは、蓋部材１０１ｃによって塞がれた右側排ガス導入口６２の細長開口部の一部の内外を連通している。
同様に、右側排ガス導入口６２の細長開口部のうち、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５に隣り合う部分を、前後方向に延在する矩形板状の蓋部材１０１ｃで塞いでいる。蓋部材１０１ｃには、開口部である複数の貫通孔１０２ｃが、前後方向に沿って直列に互いに間隔を空けて貫通形成されている。ここで、複数の貫通孔１０２ｃは、互いにほぼ同等の孔径を有する。貫通孔１０２ｃは、蓋部材１０１ｃによって塞がれた右側排ガス導入口６２の細長開口部の一部の内外を連通している。
このように、複数の貫通孔１０２ｃを有する蓋部材１０１ｃを、左側排ガス導入口６１の細長開口部と、右側排ガス導入口６２の細長開口部とに、それぞれ設けることにより、これら細長開口部の開口率が、後側から前側に向かうほど、実質的に小さくなる。
それゆえ、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の排ガス流通路４０ｃから左側排ガス導入口６１及び右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、蓋部材１０１ｃが存在する気化部３５側よりも、蓋部材１０１ｃが存在しない改質部３６側のほうが流れやすくなる。従って、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の排ガス流通路４０ｃ近傍では前側（気化部３５側）に集中していた排ガスの流れが、左側排ガス導入口６１の細長開口部及び右側排ガス導入口６２の細長開口部の通過時には、流れにくい前側から流れにやすい後側に分散する。従って、蓋部材１０１ｃが、本発明の「整流部」として機能して、排ガス流路内（特に空隙６ｃ、６ｄ）における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することができる。ここで、例えば、第２のケース５の長側面５ｃ、５ｄが、図１に示す熱交換部２０２に対応し得る。
それゆえ、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の排ガス流通路４０ｃから左側排ガス導入口６１及び右側排ガス導入口６２への排ガスの流れについては、蓋部材１０１ｃが存在する気化部３５側よりも、蓋部材１０１ｃが存在しない改質部３６側のほうが流れやすくなる。従って、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの各々の排ガス流通路４０ｃ近傍では前側（気化部３５側）に集中していた排ガスの流れが、左側排ガス導入口６１の細長開口部及び右側排ガス導入口６２の細長開口部の通過時には、流れにくい前側から流れにやすい後側に分散する。従って、蓋部材１０１ｃが、本発明の「整流部」として機能して、排ガス流路内（特に空隙６ｃ、６ｄ）における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することができる。ここで、例えば、第２のケース５の長側面５ｃ、５ｄが、図１に示す熱交換部２０２に対応し得る。
図１１は、本発明の第７実施形態を示す燃料電池装置の正面縦断面図である。図１２は、図１１のＣ−Ｃ断面図であり、改質器と排ガス流路の排ガス導入口と蓋部材とを示す。
図９及び図１０に示した第６実施形態と異なる点について説明する。
第３のケース７は、更に、上面７ａを有している。
第３のケース７の上面７ａの内壁には、内部断熱材５０の左側部５１の上端及び右側部５２の上端が当接している。
左右一対の酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの上面側の開口部は、第３のケース７の上面７ａの外壁により区画形成される酸化剤流通空間５５と連通している。酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂへの酸化剤（空気）の供給は、酸化剤流通空間５５を介してなされる。尚、本実施形態において、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂには、排ガス流通路４ｃが形成されていない。
図９及び図１０に示した第６実施形態と異なる点について説明する。
第３のケース７は、更に、上面７ａを有している。
第３のケース７の上面７ａの内壁には、内部断熱材５０の左側部５１の上端及び右側部５２の上端が当接している。
左右一対の酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂの上面側の開口部は、第３のケース７の上面７ａの外壁により区画形成される酸化剤流通空間５５と連通している。酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂへの酸化剤（空気）の供給は、酸化剤流通空間５５を介してなされる。尚、本実施形態において、酸化剤供給部材４０ａ、４０ｂには、排ガス流通路４ｃが形成されていない。
第３のケース７の上面７ａの下方には、改質器１３０及びセルスタック１１１が配置されている。
第３のケース７の上面７ａには、その左右方向中央部に、開口部５８が形成されている。開口部５８は、平面視で、前後方向に沿う長辺と左右方向に沿う短辺とからなる矩形状をなす。開口部５８は、改質器１３０の左右方向中央部の上方に配置されて、改質器１３０の上面に対向している。
開口部５８には、排ガス流通路５９の一端側が接続されており、排ガス流通路５９の他端側が、図示しない排ガス出口に接続されている。排ガス流通路５９は、酸化剤流通空間５５内に配置されている。ここで、開口部５８が、本発明の「排ガス導入口」に対応しており、また、前後方向に細長く開口する「細長開口部」に対応している。
第３のケース７の上面７ａには、その左右方向中央部に、開口部５８が形成されている。開口部５８は、平面視で、前後方向に沿う長辺と左右方向に沿う短辺とからなる矩形状をなす。開口部５８は、改質器１３０の左右方向中央部の上方に配置されて、改質器１３０の上面に対向している。
開口部５８には、排ガス流通路５９の一端側が接続されており、排ガス流通路５９の他端側が、図示しない排ガス出口に接続されている。排ガス流通路５９は、酸化剤流通空間５５内に配置されている。ここで、開口部５８が、本発明の「排ガス導入口」に対応しており、また、前後方向に細長く開口する「細長開口部」に対応している。
本実施形態では、第３のケース７内のセルスタック１１１の上端部近傍のオフガス燃焼部２０にてオフガスが燃焼し、第３のケース７はオフガス燃焼部２０を区画する。そして、オフガスの燃焼によって排ガスが発生し、排ガスは、改質器１３０の壁面（ケーシング１３１の壁面）に沿って流れて、これにより対流伝熱が生じる。この後、排ガスは、第３のケース７の上面７ａの開口部５８から排ガス流通路５９に排出されて、図示しない排ガス出口を介して外部に排出される。すなわち、本実施形態の排ガス流路は、オフガス燃焼部２０にて生成された排ガスが改質器１３０の壁面に沿って流れた後に、開口部５８（排ガス導入口）、排ガス流通路５９、及び、図示しない排ガス出口を介して、外部に排出されるように構成されている。
酸化剤（空気）が酸化剤流通空間５５を流れる過程で、排ガス流通路５９の壁面を介して、カソード用酸化剤と排ガスとの熱交換がなされ、カソード用酸化剤を十分に加熱する一方、排ガスを冷却することができる。ここで、例えば、排ガス流通路５９の壁面が、図１に示す熱交換部２０２に対応し得る。
酸化剤（空気）が酸化剤流通空間５５を流れる過程で、排ガス流通路５９の壁面を介して、カソード用酸化剤と排ガスとの熱交換がなされ、カソード用酸化剤を十分に加熱する一方、排ガスを冷却することができる。ここで、例えば、排ガス流通路５９の壁面が、図１に示す熱交換部２０２に対応し得る。
本実施形態では、図１２に示すように、平面視で、開口部５８のうち、改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６に対応する部分を、蓋部材１０１ｄで塞いでいる。蓋部材１０１ｄには、楔状の開口部１０２ｄが形成されており、この楔状の開口部１０２ｄは、後側から前側に向かうほど幅広になっている。尚、開口部１０２ｄは、蓋部材１０１ｄによって塞がれた開口部５８（排ガス導入口）の一部の内外を連通している。
それゆえ、オフガス燃焼部２０から開口部５８への排ガスの流れについては、蓋部材１０１ｄが存在する改質部３６側よりも、蓋部材１０１ｄが存在しない気化部３５側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部３５の周辺に集中することになる。このため、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。換言すれば、本実施形態では、排ガス流路は、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されている。従って、気化部３５の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。
また、本実施形態では、開口部５８での排ガスの流量について、後側（改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６側）の流量に比べて、前側（改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５側）の流量が多い。すなわち、本実施形態では、開口部５８での排ガスの流量が、後側から前側に向かうほど多くなっている。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置１の前側に位置する気化部３５の周辺に集中させることができる。
それゆえ、オフガス燃焼部２０から開口部５８への排ガスの流れについては、蓋部材１０１ｄが存在する改質部３６側よりも、蓋部材１０１ｄが存在しない気化部３５側のほうが流れやすくなり、その結果、排ガスの流れが、気化部３５の周辺に集中することになる。このため、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量が、改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くなる。換言すれば、本実施形態では、排ガス流路は、改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成されている。従って、気化部３５の周辺での対流伝熱が促進されるので、気化部３５の温度低下を抑制することができる。
また、本実施形態では、開口部５８での排ガスの流量について、後側（改質器１３０のケーシング１３１の改質部３６側）の流量に比べて、前側（改質器１３０のケーシング１３１の気化部３５側）の流量が多い。すなわち、本実施形態では、開口部５８での排ガスの流量が、後側から前側に向かうほど多くなっている。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置１の前側に位置する気化部３５の周辺に集中させることができる。
特に本実施形態によれば、改質器１３０は前後方向（水平一方向）に延在し、その前側（一端側）に気化部３５（第１の部分）が配置されて、後側（他端側）に改質部３６（第２の部分）が配置され、排ガス流路は、その排ガス導入口（開口部５８）が改質器１３０の上方にて前後方向（水平一方向）に細長く開口し、この細長開口部が改質器１３０の上面に対向するように配置され、この細長開口部における排ガスの流量が、後側（他端側）から前側（一端側）に向かうほど多い。これにより、排ガスの流れを、燃料電池装置１の前側に位置する気化部３５の周辺に集中させることができる。
尚、前記第５及び第６実施形態では、本発明の「整流部」として、貫通孔１０２ｂが形成された蓋部材１０１ｂと、貫通孔１０２ｃが形成された蓋部材１０１ｃとを用いて説明したが、「整流部」の設置位置は、排ガス導入口の細長開口部に限らない。例えば、第１実施形態において、蓋部材１０１より下流側の空隙６ｄの上下方向中央部に、蓋部材１０１ｂ又は蓋部材１０１ｃと同様の構成を有する板状部材を設けることによって、排ガス流路内における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することが可能である。また、第２実施形態において、蓋部材１０１ａより下流の空隙６ｄの上下方向中央部に、蓋部材１０１ｂ又は蓋部材１０１ｃと同様の構成を有する板状部材を設けることによって、排ガス流路内における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することが可能である。また、第７実施形態において、蓋部材１０１ｄより下流の排ガス流通路５９の途中に、蓋部材１０１ｂ又は蓋部材１０１ｃと同様の構成を有する板状部材を設けることによって、排ガス流路内における排ガスの前後方向での流量分布を均一化することが可能である。
また、前記第１〜第７実施形態では、本発明の「改質器の流入口側部分である第１の部分」として、気化部３５を挙げて説明したが、当該「第１の部分」はこれに限らない。例えば、気化部が改質器とは別体である場合には、当該「第１の部分」は、改質器の改質部３６の流入口側部分になり得る。この場合においても、改質部３６の流入口側部分では、吸熱反応である水蒸気改質反応が比較的起こりやすいことから、低温になりかねない。この改質部３６の流入口側部分に前記第１〜第７実施形態のいずれかの技術を適用することにより、オフガス燃焼部２０からの高温の排ガスを改質器の改質部３６の流入口側部分の周辺に集中させることができるので、改質部３６の流入口側部分の温度低下を抑制することができる。従って、改質部３６の流入口側部分の下方に位置する燃料電池セル１０の温度低下が抑制されるので、セルスタックの温度分布を均一化することができる。
また、前記第１〜第７実施形態では、セルスタック１１、１１１の上端部近傍にてオフガスを燃焼させているが、オフガスの燃焼形態はこれに限らず、例えば、燃料電池セル１０から排出されるオフガスを一旦回収し、回収したオフガスを配管等を用いてバーナに供給してオフガスを燃焼させてもよい。このバーナによる燃焼熱によって、改質器が加熱され得る。また、バーナでの燃焼により生成される排ガスの流路については、前記第１〜第７実施形態における排ガス流路と同様に、改質器の気化部３５の壁面に沿って流れる排ガスの流量を、改質器の改質部３６の壁面に沿って流れる排ガスの流量に比べて多くするように構成され得る。
以上からわかるように、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
１ 燃料電池装置
２ 筐体
３ 第１のケース
３ａ 上面
３ｂ 底面
３ｃ、３ｄ 長側面
４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ） 第１の空隙
５ 第２のケース
５ａ 上面
５ｂ 底面
５ｃ、５ｄ 長側面
５ｅ、５ｆ 短側面
６（６ｂ、６ｃ、６ｄ） 第２の空隙
７ 第３のケース
７ａ 上面
７ｂ 底面
７ｃ、７ｄ 長側面
７ｅ、７ｆ 短側面
１０ 燃料電池セル
１１ セルスタック
１３ 台座
２０ オフガス燃焼部
３０、３０’ 改質器
３１ 左側ケーシング
３２ 右側ケーシング
３３ 中央後側ケーシング
３４ ケーシング
３４ａ 仕切板
３４ｂ 管状通路
３５ 気化部
３６ 改質部
３７ 流入口
３８ 原燃料・改質用水供給パイプ
４０、４０’、４０ａ、４０ｂ 酸化剤供給部材
４０ｃ 排ガス流通路
４１ 酸化剤入口管
４２ スリット
４４ 酸化剤噴出口
４５ 排ガス出口管
５０ 内部断熱材
５１ 左側部
５２ 右側部
５２ａ 延長部
５２ｂ 開口部
５３ 下側部
５５ 酸化剤流通空間
５８ 開口部（排ガス導入口）
５９ 排ガス流通路
６１ 左側排ガス導入口
６２ 右側排ガス導入口
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 蓋部材
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 貫通孔（開口部）
１０２ｄ 開口部
１１１ セルスタック
１３０ 改質器
１３１ ケーシング
２０１ 燃料電池装置
２０２ 熱交換部
２０３ 排ガス出口
２０４ 偏流部
２０５ 整流部
２ 筐体
３ 第１のケース
３ａ 上面
３ｂ 底面
３ｃ、３ｄ 長側面
４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ） 第１の空隙
５ 第２のケース
５ａ 上面
５ｂ 底面
５ｃ、５ｄ 長側面
５ｅ、５ｆ 短側面
６（６ｂ、６ｃ、６ｄ） 第２の空隙
７ 第３のケース
７ａ 上面
７ｂ 底面
７ｃ、７ｄ 長側面
７ｅ、７ｆ 短側面
１０ 燃料電池セル
１１ セルスタック
１３ 台座
２０ オフガス燃焼部
３０、３０’ 改質器
３１ 左側ケーシング
３２ 右側ケーシング
３３ 中央後側ケーシング
３４ ケーシング
３４ａ 仕切板
３４ｂ 管状通路
３５ 気化部
３６ 改質部
３７ 流入口
３８ 原燃料・改質用水供給パイプ
４０、４０’、４０ａ、４０ｂ 酸化剤供給部材
４０ｃ 排ガス流通路
４１ 酸化剤入口管
４２ スリット
４４ 酸化剤噴出口
４５ 排ガス出口管
５０ 内部断熱材
５１ 左側部
５２ 右側部
５２ａ 延長部
５２ｂ 開口部
５３ 下側部
５５ 酸化剤流通空間
５８ 開口部（排ガス導入口）
５９ 排ガス流通路
６１ 左側排ガス導入口
６２ 右側排ガス導入口
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 蓋部材
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ 貫通孔（開口部）
１０２ｄ 開口部
１１１ セルスタック
１３０ 改質器
１３１ ケーシング
２０１ 燃料電池装置
２０２ 熱交換部
２０３ 排ガス出口
２０４ 偏流部
２０５ 整流部
Claims (4)
- 流入口より流入する水素含有燃料を改質して水素富化燃料を生成する改質器と、
前記改質器の下方に配置されて、前記改質器にて生成された水素富化燃料と酸化剤とを反応させて発電を行う水平一方向に配列された複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの上端部から排出されるオフガスを燃焼させて前記複数の燃料電池セルを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、
前記オフガス燃焼部にて生成された排ガスが前記改質器の壁面に沿って流れた後に外部に排出されるように構成される排ガス流路と、
を備える燃料電池装置であって、
前記改質器は、水平一方向に延在し、かつ前記水平一方向における前記流入口側の一端に気化部を有し、
前記排ガス流路は、排ガスを導入する排ガス導入口を有し、
該排ガス導入口は、
平面視にて前記気化部の側方に対応して、水平一方向に細長く開口している、
ことを特徴とする燃料電池装置。 - 前記排ガス導入口は、前記流入口側の一端において、前記気化部より長く設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
- 前記排ガス導入口における排ガスの流量が、前記一端と反対側の前記他端側から前記一端側に向かうほど多いことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池装置。
- 前記排ガス流路内における排ガスの前記水平一方向での流量分布を均一化する整流部を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
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