JP6315930B2 - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを内部に有する収納筐体を備える固体酸化物形燃料電池に関する。

固体酸化物型燃料電池にあっては、セルスタックの温度を高温に保つと共に、セルスタックに導かれる空気の予熱を図るべく、燃焼排ガスと空気とを熱交換するレキュペレータを、セルスタックや改質器等を外囲する状態で、固定設置する。
当該レキュペレータは、特許文献１や特許文献２に示されるように、燃焼排ガスを通流する燃料排ガス流路と空気を通流する空気流路とが、一体もので金属製の収納筐体内に形成されている。
特許文献２に開示の技術に基づいて、説明を追加すると、本願の図８に示すように、収納筐体３０は、短手方向に沿う側周面が開放した直方体形状を有しており、当該開放した部位を閉止する板状体５０、５１を備えて構成されている。当該収納筐体３０は、その長手方向に沿う側周部と天面部とに、外側隔壁３２と内側隔壁３１とにより区画される空気流路Ｌを有すると共に、長手方向に沿う側面部に形成される空気流路Ｌの内側には、燃焼排ガスが通流する燃焼排ガス流路Ｅを有する。
長手方向に沿う側方部に形成される空気流路Ｌは、外側隔壁３２と内側隔壁３１とで区切られる空間に対して水平方向に配置され空気の鉛直方向での流れを阻害する邪魔板（図示せず）を備えており、当該邪魔板により、空気は、水平方向で一方側に向かう方向と、他方側に向かう方向とで、交互に流動しつつ、全体としては、鉛直方向で上方側に流動する、所謂、蛇行流動を行う。
燃焼排ガス流路Ｅについても、空気流路Ｌと略同様の構成を有しており、これにより、燃焼排ガスは、全体としては鉛直方向で下方側に流動する、所謂、蛇行流動する。
以上より、燃焼排ガスの保有する熱により、セルスタックに導かれる空気が昇温されると共に、収納筐体３０の内部に配設されるセルスタックの温度が、一定以上に維持されていた。

特開２００５−１２３０１４号公報 特開２００７−０５９３７７号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に開示の技術は、何れも、燃焼排ガスと空気との熱交換は、収納筐体３０の長手方向に沿う天面部及び側面部のみで行われるように構成されており、短手方向に沿う側面部では、熱交換が行われない構成となっている。このため、収納筐体３０の長手方向の端部においては、長手方向の中央に比べ、燃焼排ガスの熱の供給が少なくなる傾向にあり、長手方向の端部におけるセルスタックの温度低下を招き、セルスタックの発電性能を十分に引き出せない原因となっていた。
即ち、セルスタックの性能を十分に引き出す意味においては、その温度の均一化が重要で、長手方向に沿う天面部及び側面部に加え、短手方向に沿う側面部においても、燃焼排ガスと空気との熱交換を行う構成を採用することが好ましい。
しかしながら、特許文献２に開示の技術において、長手方向に沿う側面部に設けられる空気流路Ｌ及び燃焼排ガス流路Ｅを、短手方向に沿う側面部にも共有する状態で配設するには、溶接工数が増加する等の理由から、コスト的な問題が生じる。
一方、長手方向に沿う側方部の２面と、短手方向に沿う側方部の２面の合計４面を、各別の流路とする構成を採用すると、４面夫々の温度分布にばらつきが生じるため、セルスタックを構成する複数の燃料電池セルの夫々に発電性能の差が生じる虞があり、セルスタックの性能が低下する可能性がある。
このような理由から、上記文献のように、レキュペレータは、長手方向に沿う天面部及び側面部に限られていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来にない独特の構成を採用することにより、比較的簡易な構成を維持しながらも、熱交換効率を高められると共に、セルスタック温度をより均一化させることができる固体酸化物形燃料電池を提供することにある。

上記目的を達成するための固体酸化物形燃料電池は、
原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを内部に有する収納筐体を備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記収納筐体は、天面とその天面縁部全周から下方に延びる側周面を有すると共に、前記燃焼部からの燃焼排ガスをその内部から外部へ排出する燃焼排ガス排出部を有し、
前記燃料電池セルに供給される空気を流通させ、外側壁と内側壁とで外部と区切られる空間から形成される空気流路を内部に有するエアジャケット筐体を、前記内側壁の内周面と前記収納筐体の前記側周面及び前記天面との間に燃焼排ガスを流通自在な状態で、前記収納筐体の少なくとも外周側周面全体を外囲して配設可能に備え、
前記エアジャケット筐体の前記空気流路は、少なくとも前記外周側周面全体に対向する部位全域に亘って形成されており、
前記エアジャケット筐体は、前記空気流路を水平方向に区切る板状面が水平方向である複数の仕切板を備え、
前記空気流路は、前記外側壁と前記内側壁と前記複数の仕切板とによりそれぞれ外囲されることで形成される、複数の仕切空気流路を有しており、
各仕切空気流路において、空気を各仕切板に沿った水平方向に沿って流通させ、
前記複数の仕切板は、前記仕切板に沿って水平方向に流通した空気の流れの下流側において、各仕切空気流路を鉛直方向に連通させ、空気の流通を許容する開口部を少なくとも１つ有すると共に、鉛直方向に隣接する前記仕切板に設けられる前記開口部は、水平方向で互いに異なる位置に設けられる点にある。

上記特徴構成によれば、収納筐体とは別体で、当該収納筐体を外囲するエアジャケット筐体を備えると共に、当該エアジャケット筐体の内部に形成する空気流路を、少なくとも収納筐体の外周側周面全体に対応する部位の全域に亘って形成するから、収納筐体とエアジャケット筐体との間を通流する燃焼排ガスと熱交換して昇温した空気を、少なくとも収納筐体の外周側周面全体に対応する部位全域に亘って流通させることができ、収納筐体の側周面の全域を略均一に昇温（保温）できる。これにより、収納筐体内に配設されるセルスタックの温度の均一化を図ることができ、その性能が温度分布の偏りにより低下することを防止できる。
また、収納筐体とは、別体にエアジャケット筐体を設けると共に、当該エアジャケット筐体を、収納筐体を外囲する状態で配設する構成を採用しているから、燃焼排ガスと空気とを熱交換するレキュペレータを、収納筐体とエアジャケット筐体との間の燃焼排ガスが通流する空間と、エアジャケット筐体内で空気が流通する空気流路とにより実現でき、溶接工数等を増加させることなく、比較的簡易な構成を維持できる。
以上より、従来にない独特の構成として、収納筐体を外囲するエアジャケット筐体を設けることにより、比較的簡易な構成を維持しながらも、熱交換効率を高められると共に、セルスタック温度をより均一化させることができる固体酸化物形燃料電池を実現できる。

尚、上述の構成において、『燃焼排ガスは、エアジャケット筐体の内周面と、収納筐体の側周面及び天面との間に流通自在な構成である』としたが、当該構成においては、燃焼排ガスは、収納筐体の側周面及び天面の全域に亘って流通していなくても良いものとする。
例えば、収納筐体が、長手方向に沿う側周面と短手方向に沿う側周面とを有する直方体形状である場合には、燃焼排ガスは、長手方向に沿う側周面及び天面にのみ流通し、短手方向に沿う側周面に流通しない構成を、含むものとする。
上記特徴構成によれば、例えば、空気流路に対し、鉛直方向で下方側から空気を通流させることにより、水平方向に延びる仕切板に沿う状態で水平方向に流動しつつ、仕切板に形成される開口部から鉛直方向で上方へ流動することを繰り返すことになるから、略蛇行流動しながら、全体として鉛直方向で上方側へ流動することになる。これにより、空気を、収納筐体の側周面の略全域に亘って、流動させることができ、収納筐体の温度の均一化を積極的に図ることができる。

本願の固体酸化物形燃料電池の更なる特徴構成は、
前記収納筐体は、長手方向に沿う前記側周面と短手方向に沿う前記側周面とを有する直方体形状であり、
前記空気流路は、長手方向に沿う前記側周面と短手方向に沿う前記側周面との双方に対向する領域において、連続した流路を形成する点にある。

上記特徴構成によれば、長手方向に沿う側周面と短手方向に沿う側周面との双方に対向する領域に形成される空気流路を、連続した流路としているから、長手方向に沿う側周面と短手方向に沿う側周面との間で、偏りのない略均一な温度分布を形成することができる。

本願の固体酸化物形燃料電池の更なる特徴構成は、
前記空気流路を形成する前記仕切板の前記開口部を、前記収納筐体の短手方向に沿う前記側周面に対向する前記エアジャケット筐体の部位のみに形成している点にある。

上記特徴構成によれば、例えば、鉛直方向で下方側から空気流路に導入された空気は、収納筐体の長手方向に沿う側周面においては、その長手方向の全域に亘って水平方向に流動することになるから、収納筐体の長手方向の全域に亘るセルスタックの温度分布をより一層均一にすることができる。

本願の固体酸化物形燃料電池の更なる特徴構成は、
前記収納筐体の前記短手方向に沿う側周面に対向する前記エアジャケット筐体の部位のみに形成される前記仕切板の前記開口部は、
一対の短手方向に沿う前記側周面の一方側と他方側とに鉛直方向で交互に設けられている点にある。

上記特徴構成によれば、仕切板に形成される開口部は、一対の短手方向に沿う側周面の一方側と他方側とに鉛直方向で交互に設けられているから、例えば、一方側の側周面に対向するエアジャケット筐体の部位のみに開口部を形成する場合に比べ、空気流路を側周面の広範囲に亘って形成することができ、温度の均一化を一層促進できる。

本願の固体酸化物形燃料電池の更なる特徴構成は、
前記セルスタックを構成する複数の燃料電池セルの並び方向を、前記収納筐体の長手方向に沿わせると共に、
前記収納筐体の短手方向に沿う前記側周面の近傍に、前記燃料電池セルの並び方向の両端部を配設する点にある。

上記特徴構成によれば、燃料電池セルの並び方向が、収納筐体の長手方向に沿う状態で、セルスタックが配設されるから、当該セルスタックを、収納筐体の長手方向に沿う側周面に対向して設けられる空気流路を通流する空気により昇温（保温）して、セルスタックの長手方向での温度分布の偏りを抑制できる。
特に、その温度が低下し易いセルスタックの長手方向の両端部は、収納筐体の短手方向に沿う側周面の近傍に配設されるから、当該短手方向の側周面に対向する領域の空気流路を通過する空気により、適切に昇温（保温）され、セルスタックの長手方向での温度分布の偏りをより一層適切に抑制できる。

本願の固体酸化物形燃料電池の更なる特徴構成は、
鉛直方向で前記収納筐体の上端部位に前記燃焼排ガス排出部を備えると共に、鉛直方向で前記収納筐体の下端部位に前記燃焼排ガス排出部から排出された燃焼排ガスを受け入れる燃焼排ガス受入部を備え、
前記空気流路に空気を導入する空気導入部は、鉛直方向で前記エアジャケット筐体の下端部位に設けられると共に、前記空気導入部から導入された空気を受け入れる空気受入部は、鉛直方向で前記エアジャケット筐体の上端部位に設けられる点にある。

上記特徴構成によれば、空気流路を通流する空気は、全体として鉛直方向で下方側から上方側へ流動すると共に、燃焼排ガスは、全体として鉛直方向で上方側から下方側流動するから、空気と燃焼排ガスとを、全体として略対向流とすることができ、熱交換効率を高くすることができる。

本願の固体酸化物形燃料電池の更なる特徴構成は、
前記エアジャケット筐体は、前記外側壁と、前記内側壁と、前記外側壁と前記内側壁との間の空気流路を複数の仕切空気流路に水平方向に仕切る板状面を有する前記複数の仕切板と、下端部位に第１鍔部と、を備え、
前記エアジャケット筐体が、前記収容筐体を外囲するように配設されることで、当該第１鍔部が前記収納筐体に設けられる第２鍔部に固定可能に構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、エアジャケット筐体と収納筐体とを、第１鍔部と第２鍔部とをボルト及びナット等により簡易に固定でき、構成の簡素化を図ることができる。

収納筐体からエアジャケット筐体を取り外した状態を示す図 エアジャケット筐体の空気流路を通流する空気の流れのみを取り出した図 収納筐体へのエアジャケット筐体の取り付ける状態を示す図 長手方向から視た収納筐体の一部断面を示す概略構成図 改質器及びセルスタックの斜視図 本願の燃料電池の長手方向における温度分布を示すグラフ図 図８に示す従来の燃料電池の長手方向における温度分布を示すグラフ図 従来の燃料電池を示す概略構成図

本願の固体酸化物形燃料電池１００は、それらを構成する機能部位を内部に収納する収納筐体２０と、当該収納筐体２０を外囲すると共にその内部に空気を通流する空気流路Ｌ１〜Ｌ４を備えるエアジャケット筐体３０とを備える構成を採用することにより、比較的簡易な構成を維持しながらも、熱交換効率を高められると共に、セルスタック温度をより均一化させるものに関する。以下、本願の固体酸化物形燃料電池１００の実施形態を、図面に基づいて説明する。

〔収納筐体及びその内部の機能部位〕
本願の固体酸化物形燃料電池１００にあっては、図１〜５に示すように、天面２０ａと当該天面２０ａの天面縁部全周から下方に延びる側周面２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを有する収納筐体２０の内部に、その主要な機能部位が収められている。即ち、本願の固体酸化物形燃料電池１００では、収納筐体２０の内部に、原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器４１と、当該改質器４１で生成された燃料ガスを用いて発電する複数の燃料電池セル４２ａを有するセルスタック４２と、当該セルスタック４２からのオフガスを燃焼する燃焼部４５と、燃焼部４５からの燃焼排ガスに含まれる未燃成分を燃焼して除去する燃焼触媒部４４とを備える。
尚、当該実施形態にあっては、収納筐体２０は、図１〜５に示すように、セルスタック４２を構成する複数の燃料電池セル４２ａの並び方向（図５で矢印Ｙに沿う方向）を、その長手方向（図１〜４で矢印Ｙに沿う方向）に沿わせると共に、当該並び方向に直交する方向にその短手方向を沿わせる直方体形状を有している。

本願の固体酸化物形燃料電池１００は、図１、４に示すように、収納筐体２０の天面２０ａの直下に第２断熱材Ｋ２を備えると共に、外周側周面２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅの内側に第１断熱材Ｋ１を備え、当該断熱材Ｋ１、Ｋ２の内側に、上述した各機能部位を備えている。
図４、５に示すように、改質器４１は、収納筐体２０の下面に沿う状態で、燃焼部４５からの燃焼排ガスが層状に通流する第３燃焼排ガス流路Ｅ３を流通する燃焼排ガスとの熱交換により、水と原燃料とが加熱された混合ガスが、混合ガス供給路４１ａにより供給され燃料ガスを生成する。
生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路４１ｂによりセルスタック４２の複数の燃料電池セル４２ａに供給される燃料ガスを受け入れるガスマニホルド４３に供給され、当該ガスマニホルド４３を介して、燃料電池セル４２ａに供給される。
燃料電池セル４２ａは、燃料ガスが供給される燃料極（図示せず）と、詳細については後述するが、収納筐体２０の下方領域に設けられるレキュペレータ２８、及びエアジャケット筐体３０の空気流路Ｌ１〜Ｌ４にて、燃焼部４５からの燃焼排ガスと熱交換して昇温した空気（即ち、酸素）が供給される空気極（図示せず）との間に固体電解質層（図示せず）を備えた固体酸化物形に構成されている。
各燃料電池セル４２ａでは、図４に示すように、ガスマニホルド４３から供給される燃料ガスが上向きに通流することで燃料極の全体に燃料ガスが供給され、収納筐体２０の短手方向の略中央部位で鉛直方向上方から下方に延びる第６空気流路Ｌ６から供給される空気が、上向きに通流することで空気極の全体に空気が供給される。
図４に示すように、複数の燃料電池セル４２ａから成るセルスタック４２の鉛直方向で上方には、当該セルスタック４２からのオフガスを燃焼させる燃焼部４５が設けられ、更にその鉛直方向で上方には、当該燃焼部４５からの燃焼排ガスにより加熱される状態で、改質器４１が設けられている。

改質器４１は、図４に示すように、燃焼部４５からの燃焼排ガスをその下面で受けると共に、当該下面に沿って収納筐体２０の短手方向（図４で矢印Ｘに沿う方向）の中央側に移動した後に上方へ移動する燃焼排ガスとその側面で接触し、短手方向で中央側から端部側へ移動する燃焼排ガスとその上面で接触して、燃焼排ガスの保有する熱により加熱される。

改質器４１の上面には、その長手方向（図４で矢印Ｙに沿う方向）の全域に亘って延びる燃焼触媒部４４がその下面を接触させる状態で配設されており、当該燃焼触媒部４４が未燃成分を燃焼させることに伴って発生した熱により、改質器４１の長手方向の全域を加熱する。燃焼触媒部４４は、粒状の燃焼触媒と、当該燃焼触媒を充填可能な金属製で通気性を有する金属メッシュ容器とから構成されている。

当該燃焼触媒部４４は、燃焼部４５からの燃焼排ガスの全量が、収納筐体２０の短手方向の中央側から端部側へ向けて通過する状態で配設されている。
説明を追加すると、燃焼触媒部４４は、図４に示すように、収納筐体２０の短手方向で中央部位に形成される第６空気流路Ｌ６を挟む状態で一対設けられ、その上方は、第２断熱材Ｋ２で覆われると共に、その下方に改質器４１が配設され、収納筐体２０の短手方向で燃焼触媒部４４の外側には、燃焼排ガスを収納筐体２０の外部へ放出する燃焼排ガス排出部２１が設けられている。当該構成により、燃焼部４５からの燃焼排ガスは、一対の燃焼触媒部４４の対向する領域に集められ、その全量が燃焼触媒部４４を通過した後に、燃焼排ガス排出部２１を介して収納筐体２０の内部から外部へ排出される。
このように、収納筐体２０の内部には、長手方向の全域に亘る状態で、燃焼排ガスを燃焼触媒部４４に通過させる第１燃焼排ガス流路Ｅ１が形成される。

図１に示すように、収納筐体２０の長手方向の側周面２０ｂ、２０ｄの上方部位に複数設けられる燃焼排ガス排出部２１から外部へ排出された燃焼排ガスは、収納筐体２０自身と、当該収納筐体２０の少なくとも天面２０ａ及び外周側周面全体を外囲する状態で配置されるエアジャケット筐体３０との間を通流し、収納筐体２０の長手方向の側周面２０ｂ、２０ｄの下端部位に一対設けられる燃焼排ガス受入部２２から受け入れられる。
受け入れられた燃焼排ガスは、図４に示すように、収納筐体２０の下方側に設けられるレキュペレータ２８にて、セルスタック４２に送られる空気と熱交換した後、外部へ排出される。
尚、当該レキュペレータ２８に関しては、公知の構成であるので、その詳細な説明は割愛するが、燃焼排ガスと空気とが長手方向（図４で矢印Ｙに沿う方向）で複数段の層状に交互に流れる流路を形成する形態で、燃焼排ガスと空気との熱交換を実行すると共に、収納筐体２０の内部の温度分布の均一化を促進している。

一方、レキュペレータ２８で燃焼排ガスとの熱交換により昇温した空気は、収納筐体２０を外囲するエアジャケット筐体３０の内部に形成される空気流路Ｌ１〜Ｌ５を通流して、収納筐体２０とエアジャケット筐体３０との間に形成される第２燃焼排ガス流路Ｅ２を通流する燃焼排ガスと熱交換した後、収納筐体２０の天面２０ａの開口部２４から第６空気流路Ｌ６へ導入される。
以下、エアジャケット筐体３０に係る構成に関し、説明を追加する。

図１〜４に示すように、エアジャケット筐体３０は、その下端部位に第１鍔部３６を有し、当該第１鍔部３６が収納筐体２０の下端部位に設けられる第２鍔部２５に当接する状態で、第１鍔部３６に形成される複数の管通孔３６ａと第２鍔部２５に形成される複数の管通孔２５ａとが、ボルト及びナット（図示せず）等により気密に挟持固定される。これにより、エアジャケット筐体３０と収納筐体２０との間からは、燃焼排ガスの漏洩が阻止される。
エアジャケット筐体３０は、図１、４に示すように、外側壁３２と内側壁３１とで区切られる空間を水平方向で仕切る複数の仕切板３３ａ〜３３ｃを備え、複数の仕切板３３ａ〜３３ｃには、収納筐体２０の短手方向に沿う一対の側周面２０ｃ、２０ｅに対し開口部Ｃ１〜Ｃ３を有している。説明を追加すると、鉛直方向で隣接する仕切板３３ａ〜３３ｃに設けられる開口部Ｃ１〜Ｃ３は、短手方向に沿う一対の側周面２０ｃ、２０ｅに対し、一方側と他方側とに鉛直方向で交互に設けられる。
これにより、エアジャケット筐体３０には、外側壁３２と内側壁３１と仕切板３３ａ〜３３ｃとに囲まれる空気流路Ｌ１〜Ｌ４が形成される。
以下、空気流路Ｌ１〜Ｌ４を流通する空気の流れに関し、説明を追加する。尚、空気流路Ｌ１〜Ｌ４の空気の流れに関しては、図１に示しているが、図示の関係上、背面に形成される空気流路Ｌ１〜Ｌ４の空気の流れに関しては、図示を省略している場合がある。また、同様の理由により、背面に形成される第２鍔部２５等の図示を省略している。

図１に示すように、収納筐体２０の下方に設けられるレキュペレータ２８から、空気取り合い部３５を介して、エアジャケット筐体３０の外側壁３２と内側壁３１と第１仕切板３３ａとで仕切られる空気流路Ｌ１に流入した空気は、第１仕切板３３ａに沿って水平方向に流動し、収納筐体２０の短手方向に沿う側周面２０ｅに対向する部位で紙面奥側（図１で矢印Ｙの矢示反対側）に導かれる。当該部位にて、長手方向に沿う一対の側周面２０ｂ、２０ｄに沿う第１空気流路Ｌ１を流通する空気が合流し、開口部Ｃ１を介して、鉛直方向上側へ移動する。
第１空気流路Ｌ１から鉛直方向上側へ移動した空気は、外側壁３２と内側壁３１と第１仕切板３３ａと第２仕切板３３ｂとで区画される第２空気流路Ｌ２を、水平方向に移動し、収納筐体２０の短手方向に沿う側周面２０ｃに対向する部位で紙面手前側（図１で矢印Ｙの矢示側）に導かれる。当該部位にて、長手方向に沿う一対の側周面２０ｂ、２０ｄに沿う第２空気流路Ｌ２を流通する空気が合流し、開口部Ｃ２を介して、鉛直方向上側へ移動する。
第２空気流路Ｌ２から鉛直方向上側へ移動した空気は、外側壁３２と内側壁３１と第２仕切板３３ｂと第３仕切板３３ｃとで区画される第３空気流路Ｌ３を、水平方向に移動し、収納筐体２０の短手方向に沿う側周面２０ｅに対向する部位で紙面奥側（図１で矢印Ｙの矢示反対側）に導かれる。当該部位にて、長手方向に沿う一対の側周面２０ｂ、２０ｄに沿う第３空気流路Ｌ３を流通する空気が合流し、開口部Ｃ３を介して、鉛直方向上側へ移動する。
第３空気流路Ｌ３から鉛直方向情報へ移動した空気は、外側壁３２と内側壁３１と第３仕切板３３ｃとで区画される第３空気流路Ｌ３を、水平方向に移動しながら、収納筐体２０の天面２０ａに対向する天面空気流路部位Ｌ５へ流入し、エアジャケット筐体３０の内側壁３１に形成される空気受入部（図示せず）を介して、天面２０ａに形成される開口部２４から収納筐体２０の内部の第６空気流路Ｌ６へ流入する。
ここで、エアジャケット筐体３０と収納筐体２０の天面２０ａとの間で、開口部２４の近傍には、エアジャケット筐体３０と収納筐体２０の天面２０ａとの間を気密にシールするシール部材２７が設けられており、エアジャケット筐体３０と収納筐体２０との間を流通する燃焼排ガスが、開口部２４から収納筐体２０の内部へ流入することを防止する。
尚、エアジャケット筐体３０には、収納筐体２０のシール部材２７の配設部位に対向する位置に、外側壁３２を開放自在な天板３７が設けられており、当該天板３７を取り外すことにより、シール部材２７等の調整を実行可能に構成されている。

以上の構成により、エアジャケット筐体３０の内部に形成される空気流路Ｌ１〜Ｌ４は、収納筐体２０の長手方向に沿う側周面２０ｂ、２０ｄと、短手方向に沿う側周面２０ｃ、２０ｅとの双方に対応する領域において、連続した空気流路Ｌ１〜Ｌ４が蛇行形成されることにより、それらの領域における温度分布の均一化をより一層促進している。

次に、本願の構成を採用した場合の温度分布を図６のグラフ図に、図８に示す様な短手方向に沿う側周面に空気流路を設けない構成を採用した場合の温度分布を図７のグラフ図に示す。
図６のグラフ図からわかるように、本願の構成を採用した場合には、長手方向の端部で、特に下部の温度（ここで下部の温度はセルスタック４２の電極面の下端付近温度を表す）は、中央代表部の温度よりたかだか２０℃程度の低下に留まっている。また、上部の温度（ここで上部の温度はセルスタック４２の電極面の上端付近温度を表す）と下部の温度の温度差に関しても、長手方向の全域に亘って、２０℃未満程度に抑えられている。当該構造での発電効率は、内部温度の許容温度範囲内で、燃料利用率のチューニングを行った場合、５３〜５５％ＬＨＶの高い発電効率を得ることができた。
一方、図７のグラフ図からわかるように、図８に示すような従来構造を採用した場合には、長手方向の端部で、特に下部の温度は、中央代表部温度より３０〜５０℃も低いほか、上部の温度に関しても、上部の長手中央部より３０℃程度低くなっていることがわかる。このように、大きい温度分布が発生し、長手方向の端部において、温度が極端に低くなっている場合、長手方向で中央付近のセルスタック４２よりも、長手方向で端部のセルスタック４２の温度が低くなり、長手方向の端部でのセルスタック４２の性能は著しく低くなる。この構造の時の発電効率は、４８％ＬＨＶであった。なお燃料利用率は、スタックの耐熱性をも勘案して、最後部温度にダメージを与えない範囲で最適化した結果での効率を示している。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態において、エアジャケット筐体３０の空気流路Ｌ１〜Ｌ４を形成する仕切板３３ａ〜３３ｃは、水平方向に伸びる複数（上記実施形態では、３つ）が設けられる構成において、最上部の第４空気流路Ｌ４と、収納筐体２０の天面２０ａに対向する天面空気流路部位Ｌ５との間には、仕切板を設けない例を示した。
しかしながら、第４空気流路Ｌ４と天面空気流路部位Ｌ５との間に、仕切板を設ける構成を採用しても構わない。より具体的には、第４空気流路Ｌ４と天面空気流路部位Ｌ５との間で、開口部Ｃ３の上方部位と、エアジャケット筐体３０の長手方向（図１で矢印Ｘに沿う方向）に沿う部位に、仕切板を設けるように構成しても構わない。
下方から開口部Ｃ３に導かれた空気は、第４空気流路Ｌ４を流通した後、開口部Ｃ３が設けられる側周面２０ｅに対向する側周面２０ｃに沿う部位から、第４空気流路Ｌ４を通流する空気が、途中で天面空気流路部位Ｌ５に分岐することなく、水平方向に流動させることができ、長手方向における温度の均一化を、より一層促進することができる。

（２）上記実施形態においては、収納筐体２０は、長手方向を有する直方体形状であるとしたが、天面２０ａとその天面縁部全周から下方に延びる側周面を有するものであれば、どのような形状のものであっても構わない。
例えば、上記実施形態にあっては、側周面は、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの４面から成るものとしたが、例えば、４面より多くても構わない。

（３）上記実施形態において、エアジャケット筐体３０の空気流路Ｌ１〜Ｌ４を形成する仕切板３３ａ〜３３ｃの開口部Ｃ１〜Ｃ３（図１で空気が合流している箇所）は、収納筐体２０の短手方向に沿う側周面２０ｃ、２０ｅに対向する部位に設けられる例を示した。
しかしながら、当該開口部は、鉛直方向で隣接する仕切板３３ａ〜３３ｃにおいて、水平方向で異なる位置に設けられていれば良く、別に、長手方向に沿う側周面２０ｂ、２０ｄに対向する部位に設けられても構わない。
また、当該開口部は、鉛直方向で隣接する仕切板３３ａ〜３３ｃに対し、異なる側周面２０ｂ〜２０ｅに対向する部位に形成されていることが好ましい。

（４）上記実施形態において、エアジャケット筐体３０と収納筐体２０との間の第２燃焼排ガス流路Ｅ２を通流する燃焼排ガスは、収納筐体２０の長手方向に沿う側周面２０ｂ、２０ｄに対向する領域と、短手方向に沿う側周面２０ｃ、２０ｅに対向する領域との双方を通流可能な例を示したが、当該燃焼排ガスに関しては、必ずしも、短手方向に沿う側周面２０ｃ、２０ｅに対向する領域に通流させなくても構わない。

本発明の固体酸化物形燃料電池１００は、従来にない独特の構成を採用することにより、比較的簡易な構成を維持しながらも、熱交換効率を高められると共に、セルスタック温度をより均一化させることができる固体酸化物形燃料電池として、有効に利用可能である。

２０ ：収納筐体
２０ａ ：天面
２０ｂ〜２０ｅ：側周面
２１ ：燃焼排ガス排出部
２２ ：燃焼排ガス受入部
２６ ：第１鍔部
３０ ：エアジャケット筐体
３１ ：内側壁
３２ ：外側壁
３３ ：仕切板
３６ ：第１鍔部
４１ ：改質器
４２ ：セルスタック
４２ａ ：燃料電池セル
４４ ：燃焼触媒部
４５ ：燃焼部
１００ ：固体酸化物形燃料電池
Ｃ１〜Ｃ３：開口部
Ｅ１ ：第１燃焼排ガス流路
Ｌ１〜Ｌ４：空気流路

Claims (6)

1. 原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器で生成された燃料ガスと空気とを反応させて発電する燃料電池セルを有するセルスタックと、前記セルスタックからのオフガスを燃焼する燃焼部とを内部に有する収納筐体を備える固体酸化物形燃料電池であって、
   前記収納筐体は、天面とその天面縁部全周から下方に延びる側周面を有すると共に、前記燃焼部からの燃焼排ガスをその内部から外部へ排出する燃焼排ガス排出部を有し、
   前記燃料電池セルに供給される空気を流通させ、外側壁と内側壁とで外部と区切られる空間から形成される空気流路を内部に有するエアジャケット筐体を、前記内側壁の内周面と前記収納筐体の前記側周面及び前記天面との間に燃焼排ガスを流通自在な状態で、前記収納筐体の少なくとも外周側周面全体を外囲して配設可能に備え、
   前記エアジャケット筐体の前記空気流路は、少なくとも前記外周側周面全体に対向する部位全域に亘って形成されており、
   前記エアジャケット筐体は、前記空気流路を水平方向に区切る板状面が水平方向である複数の仕切板を備え、
   前記空気流路は、前記外側壁と前記内側壁と前記複数の仕切板とによりそれぞれ外囲されることで形成される、複数の仕切空気流路を有しており、
   各仕切空気流路において、空気を各仕切板に沿った水平方向に沿って流通させ、
   前記複数の仕切板は、前記仕切板に沿って水平方向に流通した空気の流れの下流側において、各仕切空気流路を鉛直方向に連通させ、空気の流通を許容する開口部を少なくとも１つ有すると共に、鉛直方向に隣接する前記仕切板に設けられる前記開口部は、水平方向で互いに異なる位置に設けられる、固体酸化物形燃料電池。
2. 前記収納筐体は、長手方向に沿う前記側周面と短手方向に沿う前記側周面とを有する直方体形状であり、
   前記空気流路は、長手方向に沿う前記側周面と短手方向に沿う前記側周面との双方に対向する領域において、連続した流路を形成する請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
3. 前記空気流路を形成する前記仕切板の前記開口部を、前記収納筐体の短手方向に沿う前記側周面に対向する前記エアジャケット筐体の部位のみに形成している請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
4. 前記収納筐体の前記短手方向に沿う側周面に対向する前記エアジャケット筐体の部位のみに形成される前記仕切板の前記開口部は、
   一対の短手方向に沿う前記側周面の一方側と他方側とに鉛直方向で交互に設けられている請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池。
5. 鉛直方向で前記収納筐体の上端部位に前記燃焼排ガス排出部を備えると共に、鉛直方向で前記収納筐体の下端部位に前記燃焼排ガス排出部から排出された燃焼排ガスを受け入れる燃焼排ガス受入部を備え、
   前記空気流路に空気を導入する空気導入部は、鉛直方向で前記エアジャケット筐体の下端部位に設けられると共に、前記空気導入部から導入された空気を受け入れる空気受入部は、鉛直方向で前記エアジャケット筐体の上端部位に設けられる請求項１〜４の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
6. 前記エアジャケット筐体は、前記外側壁と、前記内側壁と、前記外側壁と前記内側壁との間の空気流路を複数の仕切空気流路に水平方向に仕切る板状面を有する前記複数の仕切板と、下端部位に第１鍔部と、を備え、
   前記エアジャケット筐体が、前記収容筐体を外囲するように配設されることで、当該第１鍔部が前記収納筐体に設けられる第２鍔部に固定可能に構成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。

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