JP6504356B2 - 固体酸化物形燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池装置に関し、特に、原料ガスを改質して得られた燃料ガスと空気との反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置に関する。

固体酸化物形燃料電池装置（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。

従来から、固体酸化物形燃料電池装置では、発電に用いられなかったオフガスを燃焼させて発生する排気ガスの熱を利用して酸化ガス（空気）を昇温させ、昇温させた酸化ガスを燃料電池セルに供給することが行われている。このような排気ガスと酸化ガスとの間で熱交換を行う構成として、例えば、特許文献１には、セルスタックを収容する収容室の外側に収容室から排気ガスを排出するための排気通路が形成され、その外側に酸化ガスを収容室内に供給するための空気通路が形成された装置が開示されている。また、特許文献１の装置では、排気通路内に水蒸気を生成する気化器を設けられている。このような構成によれば、排気通路内において排気ガスにより水蒸気を発生することができるとともに、排気通路と空気通路とが隣接して設けられているため、排気通路を通過する排気ガスと空気通路を通過する発電用空気との間で熱交換が行われる。

特開２０１２−２２１６５９号公報

ここで、特許文献１に記載された装置では、排気ガスは排気通路を上から下に向かって流れており、空気通路内の空気との熱交換により、排気通路内の排気ガスには上方から下方に向かって温度低下するような上下方向の温度ムラが生じている。また、空気は空気通路を下から上に向かって流れており、排気通路内の排気ガスとの熱交換により、空気通路内の空気にも上方から下方に向かって温度低下するような上下方向の温度ムラが生じている。

ところで、上記のような燃料電池装置を、一般消費者用（家庭用）として製造するためには、性能を確保しつつ小型化を図る必要がある。モジュールケースを小型化する場合には、必然的に燃料電池セルユニットとモジュールケースの側板との距離を小さくしなければならない。しかしながら、このように燃料電池セルユニットとモジュールケースの側板との距離を小さくすると、燃料電池セルユニットが排気通路内を流れる排気ガス及び空気通路内を流れる空気の温度ムラの影響を受けやすくなる。具体的には、上記のように、特許文献１に記載の燃料電池装置では、排気通路内を流れる排気ガス及び空気通路内を流れる空気に上下方向の温度ムラが生じているため、燃料電池セルユニットに上下方向に温度ムラが生じるおそれがある。さらに、平面視側板付近に配置された燃料電池セルユニットは、平面視中央付近に配置された燃料電池セルユニットに比べて排気ガス及び空気の温度ムラの影響を受けやすく、平面視側板付近に配置された燃料電池セルユニットと、平面視中央付近に配置された燃料電池セルユニットとの間にも横方向の温度ムラが生じてしまう。このような温度分布の不均一さは、燃料電池セルユニットを劣化させる要因となる。

また、上記の特許文献１に記載された構成では、排気通路内に気化器が設けられているため、空気通路内の空気との熱交換が行われる前に、排気ガスの排熱が水蒸気の気化に利用されるため、排気ガスの温度低下が生じる。このため、排気ガスと空気との間の熱交換性能が低下する。

本発明は、モジュールケースの側壁に沿うように設けられた外側の空気通路と、内側の排気通路との間で熱交換を行う固体酸化物形燃料電池装置において、装置を小型化及び低コスト化しつつ、燃料電池セルへの熱影響を抑制すると共に、酸化剤ガスに対する十分な熱交換性能を確保することを目的としている。

本発明の固体酸化物形燃料電池装置は、原料ガスを改質して得られた燃料ガスと空気との反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置において、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、天板及び側板を含み、複数の燃料電池セルを収容するモジュールケースと、モジュールケースを覆うように設けられた断熱材と、モジュールケース内の燃料電池セルの上方に配置され、水蒸気を用いて原料ガスを改質して燃料ガスを生成する改質器と、燃料ガスを複数の燃料電池セルに供給する燃料ガス供給通路と、モジュールケース内の複数の燃料電池セルの上方、かつ、改質器の下方において、複数の燃料電池セルの発電に寄与しなかった燃料ガスを燃焼させ、発生した排気ガスにより改質器を加熱する燃焼部と、断熱材内、かつ、モジュールケースの外部に配置され、排気ガスとの熱交換によって水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を改質器に供給する蒸発器と、少なくともモジュールケースの天板及び側板と断熱材との間に形成され、モジュールケースの天板上に供給された空気を、モジュールケースの側板の外面に沿ってモジュールケースの上方から下方に向けて導き、モジュールケースの下部から複数の燃料電池セルに空気を供給する空気供給通路と、モジュールケースの内部にモジュールケースの天板及び側板を挟んで、空気供給通路に沿うように延び、燃焼部で発生した排気ガスを排出する排気口へ誘導するとともに、空気供給通路内の空気と排気ガスとの間で熱交換を行う排気通路と、を備え、空気供給通路内には、空気と排気ガスとの間での熱交換を促進させる熱交換促進部材が設けられ、熱交換促進部材の下端は、モジュールケースの側板の燃焼部からの輻射熱を受けることができる部分と略等しい高さまで延出している、ことを特徴とする。

空気通路を流れる空気、及び、排気通路を流れる排気ガスの温度ムラによる燃料電池セルユニットの劣化を防止するためには、燃料電池セルよりも上方で熱交換を行うことが考えられる。しかしながら、燃料電池装置を小型化する場合には、燃料電池セルよりも上方に十分な熱交換距離を確保することが難しい。

これに対して、上記のように構成された本発明によれば、蒸発器が断熱材内、かつ、モジュールケースの外に配置されている。これにより、排気通路内の排気ガスが蒸発器により温度低下するのを防止し、短い熱交換距離であっても、排気ガスと空気との間で十分な熱交換を行うことができる。

また、本発明によれば、熱交換促進部材の下端は、モジュールケースの側板の燃焼部からの輻射熱を受けることができる部分と略等しい高さまで延出している。これにより、燃焼部からの輻射熱がモジュールケースの側板を介して熱交換促進部材に伝達される。このため、空気通路の燃料電池セルよりも上方の部位で、空気が十分加熱されることとなり、空気通路の燃料電池セルに対応する高さにおいて温度ムラが生じるのを防止できる。

さらに、熱交換促進部材の下端は、モジュールケースの側板の燃焼部からの輻射熱を受けることができる部分と略等しい高さまで延出している。これにより、モジュールケースの燃焼部の側方において排気ガスから空気への熱交換が促進されるため、燃焼部からの排熱が燃料電池セルの上方に滞留することを抑止し、より確実に温度ムラの発生を抑えることができる。

このようにして、本発明によれば、燃料電池セルよりも上方における排気ガスと発電用空気との間の熱交換性能を向上することが可能となり、燃料電池セルに温度ムラの影響を与えることなく燃料電池装置の小型化を図ることができる。

本発明において、好ましくは、熱交換促進部材は、モジュールケースの上方に設けられた空気供給口の近傍から、燃焼部からの輻射熱を受けることができる位置まで連続して設けられている。
このように構成された本発明によれば、燃焼部からモジュールケースの側板に伝達された輻射熱が熱交換促進部材に伝達され、さらに、この熱が熱交換促進部材により空気供給口の近傍まで伝達されるため、短い熱交換距離でも十分に空気を加熱することができる。

本発明において、好ましくは、燃料電池セルの上端部には、熱を蓄熱する蓄熱手段が設けられ、熱交換促進部材の下端は、蓄熱手段と略等しい高さに位置する。

このように構成された本発明によれば、蓄熱手段が燃焼部からの熱を受けるため、燃焼部により燃料電池セルが直接加熱することを防止し、燃料電池セルに上下方向の温度ムラが生じることを抑止できる。さらに、熱を蓄えた蓄熱手段が熱源として機能し、モジュールケースの側板を加熱するため、空気通路の燃料電池セルよりも上方の部位で、空気が十分加熱されることとなり、空気通路の燃料電池セルに対応する高さにおいて温度ムラが生じるのを防止できる。

本発明の固体酸化物形燃料電池装置によれば、モジュールケースの側壁に沿うように設けられた外側の空気通路と、内側の排気通路との間で熱交換を行う固体酸化物形燃料電池装置において、装置を小型化及び低コスト化しつつ、燃料電池セルへの熱影響を抑制すると共に、酸化剤ガスに対する十分な熱交換性能を確保することができる。

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の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。 図２のIII-III線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の燃料電池モジュールから断熱材及びハウジングを取り外した状態の斜視図である。 本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、燃料電池モジュールを示す側面断面図である。 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールにおけるガスの流れの説明するための、図２のIII-III線に沿った燃料電池モジュールの正面断面図である。 本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図である。

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形燃料電池装置を説明する。

図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。図１に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置（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を介して金属製のモジュールケース８が内蔵されている。この密閉空間であるモジュールケース８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤ガス（以下では適宜「発電用空気」又は「空気」と呼ぶ。）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が収容置されている。この燃料電池セル集合体１２は、複数の燃料電池セルユニット１６（図５参照）が直列接続されて構成されている。この例では、燃料電池セル集合体１２は、１２８本の燃料電池セルユニット１６を有する。

燃料電池モジュール２のモジュールケース８の発電室１０の上方には、燃焼部としての燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった（発電に寄与しなかった）残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼し、排気ガス（言い換えると燃焼ガス）を生成するようになっている。さらに、モジュールケース８は断熱材７により覆われており、燃料電池モジュール２内部の熱が、外気へ発散するのを抑制している。また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器１２０が配置され、残余ガスの燃焼熱によって改質器１２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。

さらに、ハウジング６内においてモジュールケース８の上方には、蒸発器１４０が断熱材７内に設けられている。蒸発器１４０は、供給された水と排気ガスとの間で熱交換を行うことによって、水を蒸発させて水蒸気を生成し、この水蒸気と原燃料ガスとの混合ガス（以下では「燃料ガス」と呼ぶこともある。）をモジュールケース８内の改質器１２０に供給する。

次に、補機ユニット４は、燃料電池モジュール２からの排気中に含まれる水分を結露させた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、この貯水タンクから供給される水の流量を調整す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、都市ガス等の原料ガスの供給減である燃料供給源３０から供給された燃料を遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）と、電源喪失時において、燃料流量調整ユニット３８から流出する燃料ガスを遮断するバルブ３９を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４及び発電用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）と、改質器１２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。

なお、本実施形態では、装置の起動時に改質器１２０内において、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）のみが生じるＰＯＸ工程から、部分酸化改質反応（ＰＯＸ）と水蒸気改質反応（ＳＲ）が混在したオートサーマル改質反応（ＡＴＲ）が生じるＡＴＲ工程を経て、水蒸気改質反応のみが生じるＳＲ工程が行われるように構成してもよいし、ＰＯＸ工程を省略してＡＴＲ工程からＳＲ工程に移行されるように構成してもよいし、ＰＯＸ工程及びＡＴＲ工程を省略してＳＲ工程のみが行われるように構成してもよい。なお、ＳＲ工程のみが行われる構成では、改質用空気流量調整ユニット４４は不要である。

次に、燃料電池モジュール２には、排気ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４から水道水が供給され、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。また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。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、図２乃至図４を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの構造について説明する。図２は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿った断面図であり、図４は、モジュールケース及び空気通路カバーの分解斜視図である。

図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール２は、断熱材７で覆われたモジュールケース８の内部に設けられた燃料電池セル集合体１２及び改質器１２０を有すると共に、モジュールケース８の外部で且つ断熱材７内に設けられた蒸発器１４０を有する。

まず、モジュールケース８は、図４に示すように、略矩形の天板８ａ，底板８ｃ，これらの長手方向（図２の左右方向）に延びる辺同士を連結する対向する一対の側板８ｂからなる筒状体と、この筒状体の長手方向の両端部の２つの対向する開口部を塞ぎ、天板８ａ及び底板８ｃの幅方向（図３の左右方向）に延びる辺同士を連結する閉鎖側板８ｄ，８ｅからなる。

モジュールケース８は、空気通路カバー１６０によって天板８ａ及び側板８ｂが覆われている。空気通路カバー１６０は、天板１６０ａと、対向する一対の側板１６０ｂとを有する。天板１６０ａの略中央部分には、排気管１７１を貫通させるための開口部１６７が設けられている。天板１６０ａと天板８ａとの間、及び、側板１６０ｂと側板８ｂとの間は、所定の距離だけ離間した状態となっている。これにより、モジュールケース８の外側と断熱材７との間、具体的にはモジュールケース８の天板８ａ及び側板８ｂと、空気通路カバー１６０の天板１６０ａ及び側板１６０ｂとの間には、天板１６０ａ及び側板１６０ｂの外面に沿って、酸化剤ガス供給通路としての空気通路１６１ａ，１６１ｂが形成されている（図３参照）。

モジュールケース８の側板８ｂの下部には、複数の貫通孔である吹出口８ｆが設けられている（図４参照）。発電用空気は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａのうち、モジュールケース８の閉鎖側板８ｅ側の略中央部には、空気通路１６１ａに連通する空気供給口１６０ｃ（図２参照）が形成されている。発電用空気導入管７４は、空気供給口１６０ｃに接続されており、発電用空気導入管７４から導入された空気は流路方向調整部１６４を介してモジュールケース８の天板８ａ上の空気通路１６１ａ内に供給される（図２、図４参照）。そして、発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂを通って、吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される（図３、図４参照）。

また、空気通路１６１ａ，１６１ｂの内部には、熱交換促進部材としてのプレートフィン１６２が設けられている（図３参照）。プレートフィン１６２は、モジュールケース８の天板８ａと空気通路カバー１６０の天板１６０ａの間で長手方向及び幅方向に延びるように水平方向に設けられた水平部１６２ａと、モジュールケース８の側板８ｂと空気通路カバー１６０の側板１６０ｂとの間であって、且つ、燃料電池セルユニット１６よりも上方の位置に長手方向及び鉛直方向に延びるように設けられた鉛直部１６２ｂとを含む。水平部１６２ａは短手方向中央側の端部が、空気通路カバー１６０の天板１６０ａに形成された空気供給口１６０ｃの近傍まで延出している。

また、鉛直部１６２ｂの下端は、モジュールケース８の側板８ｂの燃焼室１８から輻射熱を受けることができる部分と略等しい高さまで延出している。具体的には、鉛直部１６２ｂの下端は、後述する蓄熱手段として機能する燃料電池セルユニット１６の上端付近、より具体的には内側電極端子８６の高さに位置している。

プレートフィン１６２は、一枚のプレートフィンが天板８ａの縁近傍において折り曲げられて形成され、水平部１６２ａ及び鉛直部１６２ｂは連続した一部材として構成されている。なお、本実施形態では、水平部１６２ａ及び鉛直部１６２ｂは、一枚のプレートフィンが天板８ａを折り曲げて構成しているが、必ずしもこのように構成する必要はない。例えば、二枚のプレートフィンを溶接等で接続して水平部１６２ａ及び鉛直部１６２ｂを構成してもよく、水平部１６２ａと鉛直部１６２ｂとが、熱を伝達可能なように連続する一部材として構成されていればよい。

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

つぎに、蒸発器１４０は、モジュールケース８の天板８ａ上で水平方向に延びるように固定されている。また、蒸発器１４０とモジュールケース８との間には、これらの隙間を埋めるように断熱材７の一部分７ａが配置されている（図２及び図３参照）。

具体的には、蒸発器１４０は、長手方向（図２の左右方向）の一側端側に、水及び原燃料ガス（改質用空気を含めてもよい）を供給する燃料供給配管６３と、排気ガスを排出するための排気ガス排出管８２（図３参照）とが連結され、長手方向の他側端側に、排気管１７１の上端部が連結されている。排気管１７１は、空気通路カバー１６０の天板１６０ａに形成された開口部１６７を貫通して下方へ延び、モジュールケース８の天板８ａ上に形成された排気口１１１に連結されている。排気口１１１は、モジュールケース８内の燃焼室１８で生成された排気ガスをモジュールケース８の外へ排出する開口部であり、モジュールケース８の上面視略矩形の天板８ａのほぼ中央部に形成されている。

また、蒸発器１４０は、図２及び図３に示すように、上面視で略矩形の蒸発器ケース１４１を有している。この蒸発器ケース１４１は、２つの高さの低い有底矩形筒状の上側ケース１４２と下側ケース１４３とを、これらの間に中間板１４４を挟んだ状態で接合して形成されている。

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

図２及び図３に示すように、蒸発部１４０Ｂ及び混合部１４０Ｃは、複数の連通孔（スリット）１４５ａが形成された仕切り板１４５により蒸発器１４０を仕切った空間にて形成されている。また、蒸発部１４０Ｂ内には、アルミナボール（図示せず）が充填されている。

また、排気通路部１４０Ａは、同様に複数の連通孔を有する２つの仕切り板１４６，１４７により排気ガスの上流側から下流側にかけて３つの空間に仕切られている。そして、２番目の空間に燃焼触媒（図示せず）が充填されている。すなわち、本実施形態の蒸発器１４０は、上下方向の二層構造のうちの下層構造に燃焼触媒器を含んでいる。

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

さらに、図２に示すように、混合部１４０Ｃには、改質器１２０に混合ガスを供給するための混合ガス供給管１１２が接続されている。この混合ガス供給管１１２は、排気管１７１の内部を通過するように配置されており、一端が中間板１４４に形成された開口１４４ａに連結され、他端が改質器１２０の天面に形成された混合ガス供給口１２０ａに連結されている。混合ガス供給管１１２は、排気通路部１４０Ａ内，排気管１７１内を通過してモジュールケース８内まで鉛直下方に延び、そこで略９０°屈曲されて天板８ａに沿って水平方向に延びた後、下方へ略９０°屈曲されて改質器１２０に連結されている。

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

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

改質器１２０は、その内部空間が２つの仕切り板１２３ａ，１２３ｂによって３つの空間に仕切られることにより、改質器１２０内に、混合ガス供給管１１２からの混合ガスを受入れる混合ガス受入部１２０Ａと、混合ガスを改質するための改質触媒（図示せず）が充填された改質部１２０Ｂと、改質部１２０Ｂを通過したガスを排出するガス排出部１２０Ｃと、が形成されている（図２参照）。改質部１２０Ｂは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに挟まれた空間であり、この空間に改質触媒が保持されている。混合ガス及び改質後の燃料ガスは、仕切り板１２３ａ，１２３ｂに設けられた複数の連通孔（スリット）を通って移動可能となっている。また、改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。

混合ガス受入部１２０Ａには、蒸発器１４０から混合ガス供給管１１２を介して供給された混合ガスが混合ガス供給口１２０ａを通して噴出される。この混合ガスは、混合ガス受入部１２０Ａ内で拡張されて噴出速度が低下し、仕切り板１２３ａを通過して改質部１２０Ｂに供給される。

改質部１２０Ｂでは、低速で移動する混合ガスが改質触媒により燃料ガスに改質され、この燃料ガスが仕切り板１２３ｂを通過してガス排出部１２０Ｃに供給される。

ガス排出部１２０Ｃでは、燃料ガスが燃料ガス供給管６４、及び、水添脱硫器用水素取出管６５へ排出される。

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

排気ガス誘導部材１３０は、改質器１２０と天板８ａとの間でモジュールケース８の長手方向に沿って水平方向に延びるように配置されている。排気ガス誘導部材１３０は、上下方向に所定距離だけ離間された下部誘導板１３１及び上部誘導板１３２と、これらの長手方向の両端辺が取り付けられる連結板１３３，１３４とを備えている（図２，図３参照）。上部誘導板１３２は、幅方向の両端部が下方に向けて折り曲げられ、下部誘導板１３１に連結されている。連結板１３３，１３４は、上端部が天板８ａに連結され、下端部が改質器１２０に連結されており、これにより、排気ガス誘導部材１３０及び改質器１２０を天板８ａに固定している。

下部誘導板１３１は、幅方向（図３の左右方向）の中央部が下方に向けて突出する凸状段部１３１ａが形成されている。一方、上部誘導板１３２は、下部誘導板１３１と同様に、幅方向の中央部が下方に向けて凹状となるように凹部１３２ａが形成されている。凸状段部１３１ａと凹部１３２ａは、上下方向で並行して長手方向に延びている。混合ガス供給管１１２は、モジュールケース８内でこの凹部１３２ａ内を水平方向に延びた後、閉鎖側板８ｅ付近で下方に向けて屈曲し、上部誘導板１３２及び下部誘導板１３１を貫通して、改質器１２０に連結されている。

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

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

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

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

つぎに、図５を参照して、燃料電池セルユニット１６について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図５に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の両端部にそれぞれ接続されたキャップである内側電極端子８６とを備えている。

燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。

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

この燃料ガス流路細管９８は、内側電極端子８６の中心から燃料電池セル８４の軸線方向に延びるように設けられた細長い細管である。このため、マニホールド６６（図２参照）から、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃料ガス流路８８に流入する燃料ガスの流れには、所定の圧力損失が発生する。従って、下側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流入側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。また、燃料ガス流路８８から、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８を通って燃焼室１８（図２参照）に流出する燃料ガスの流れにも所定の圧力損失が発生する。従って、上側の内側電極端子８６の燃料ガス流路細管９８は、流出側流路抵抗部として作用し、その流路抵抗は所定の値となるように設定されている。

内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。

電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。

外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。

少なくとも上方の内側電極端子８６は、熱容量が大きく、蓄熱性の高い金属から形成されており、蓄熱手段として機能する。燃料電池セルユニット１６の上方の燃焼室１８で発生した熱は、上方の内側電極端子８６で蓄熱され、これにより燃料電池セル８４へ燃焼室１８からの熱が直接伝わるのを抑止できる。また、このようにして蓄熱された内側電極端子８６は熱源として機能し、蓄熱した熱を周囲に放出する。

燃料電池セル集合体１２は、各燃料電池セルユニット１６の燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６が、他の燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面に電気的に接続されることにより、１２８本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されて構成される。

つぎに、図６〜図８を参照して、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュール内のガス及び熱の流れについて説明する。
図６は、図２と同様の、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図７は、図３と同様の、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。また、図８は、本発明の一実施形態による固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池モジュールの上部の部分断面図である。
なお、図６及び図７は、それぞれ、図２及び図３中にガスの流れを示す矢印を新たに付加した図であり、説明の便宜上、断熱材７を取り除いた状態の図を示している。図中、実線矢印は燃料ガスの流れ、破線矢印は発電用空気の流れ、一点鎖線矢印は排気ガスの流れを示す。

図６に示すように、水及び原燃料ガス（燃料ガス）は、蒸発器１４０の長手方向の一端側に連結された燃料供給配管６３から蒸発器１４０の上層に設けられた蒸発部１４０Ｂ内に供給される。蒸発部１４０Ｂに供給された水は、蒸発器１４０の下層に設けられた排気通路部１４０Ａを流れる排気ガスにより加熱され水蒸気となる。この水蒸気と、燃料供給配管６３から供給された原燃料ガスとが、蒸発部１４０Ｂ内を下流方向に流れて行き、混合部１４０Ｃ内で混合される。混合部１４０Ｃ内の混合ガスは、下層の排気通路部１４０Ａを流れる排気ガスにより加熱される。

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

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

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

また、図６及び図７に示すように、発電用空気は、発電用空気導入管７４から空気通路１６１ａに供給される。発電用空気は、空気通路１６１ａ，１６１ｂ内において、プレートフィン１６２を通過する際に、これらプレートフィン１６２の下部のモジュールケース８内に形成された排気通路１７２，１７３を通過する排気ガスとの間で効率的な熱交換を行い、加熱されることとなる。特に、排気通路１７２内には、空気通路１６１ａのプレートフィン１６２に対応してプレートフィン１７５が設けられているので、発電用空気は、プレートフィン１６２とプレートフィン１７５とを介して、排気ガスとより効率的な熱交換を行う。

また、燃焼室１８においてオフガスが燃焼されることにより、モジュールケース８の側板８ｂの燃料電池セルユニット１６の上端部よりも上方の部分が輻射熱を受け、加熱される。そして、モジュールケース８の側板８ｂが加熱されることにより、この熱が空気通路１６１ｂ内のプレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂに伝達される。さらに、プレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂに伝達された熱は水平部１６２ａまで伝搬される。このため、空気通路１６１ｂの燃料電池セルユニット１６の上端部よりも上方の部分でも空気が効率的に加熱される。この後、発電用空気は、モジュールケース８の側板８ｂの下部に設けられた複数の吹出口８ｆから燃料電池セル集合体１２に向けて発電室１０内に噴射される。

なお、本実施形態では、燃料電池セル集合体１２の側方部位には排気通路が形成されていないため、この部位において発電用空気と排気ガスとの間の熱交換は抑制される。したがって、燃料電池セル集合体１２の側方部位において、空気通路１６１ｂ内の発電用空気に上下方向の温度ムラが生じ難くなっている。

また、発電室１０内で発電に利用されなかった燃料ガスは、図７に示すように、燃焼室１８で燃焼されて排気ガス（燃焼ガス）となり、モジュールケース８内を上昇していく。具体的には、排気ガスは、排気通路１７３と排気通路１７４とに分岐して、改質器１２０の外側面とモジュールケース８の側板８ｂとの間、及び、改質器１２０の貫通孔１２０ｂから改質器１２０と排気ガス誘導部材１３０との間をそれぞれ通過する。このとき、排気通路１７４を通過する排気ガスは、改質器１２０の貫通孔１２０ｂの上方に配置された凸状段部１３１ａによって幅方向に二分され、排気ガス誘導部材１３０の下部に留まることなく排気通路１７３に向けて誘導され、排気通路１７３を流れる排気ガスに素早く合流される。

また、図９に示すように、燃焼室１８において発電室１０内で発電に利用されなかった燃料ガスが燃焼されることにより、輻射熱が発生する。この輻射熱は、矢印Ａで示すように、主に燃料電池セルユニット１６の上端部（内側電極端子８６）、及び、モジュールケース８の側板８ｂの燃料電池セルユニット１６の上端部よりも上方の部分に放射され、これらの部分が輻射熱により加熱される。

モジュールケース８の側板８ｂの燃料電池セルユニット１６の内側電極端子８６は、蓄熱性が高い材料により構成されているため、燃焼室１８で発生した熱を蓄熱する。そして、内側電極端子８６は熱を蓄えると熱源として機能し、矢印Ｂで示すように、モジュールケース８の側板８ｂを介して、プレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂを加熱する。鉛直部１６２ｂが加熱されると、その熱は矢印Ｃで示すように、水平部１６２ａの空気供給口１６０ｃ近傍の部位まで伝達されるため、空気通路１６１ａ、１６１ｂの空気供給口１６０ｃから燃料電池セルユニット１６の上端部よりも上方の部分で効率良く熱交換が行われる。

その後、排気ガスは、排気ガス導入口１７２ａから排気通路１７２に流入する。排気通路１７２内では、排気ガスは、排気通路１７２を水平方向に流れていき、モジュールケース８の天板８ａの中央に形成された排気口１１１から流出する。

なお、排気ガスが排気通路１７３を上方へ流れていく際に、空気通路１６１ｂ内に設けられたプレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂを介して、発電用空気と排気ガスとの間で熱交換が行われる。また、排気ガスが排気通路１７２を水平方向に流れていく際に、排気通路１７２内に設けられたプレートフィン１７５と、このプレートフィン１７５に対応して空気通路１６１ａ内に設けられたプレートフィン１６２の水平部１６２ａとを介して、発電用空気と排気ガスとの間で効率的な熱交換が行われる。このようにして、排気ガスの熱により発電用空気が昇温される。

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

本実施形態による固体酸化物形燃料電池装置１によれば以下の効果が奏される。
本実施形態では、蒸発器１４０が断熱材７の内側、かつ、モジュールケース８の外に配置されている。これにより、排気通路１７２、１７３における排気ガスが蒸発器１４０により温度低下するのを防止し、短い熱交換距離であっても、排気通路１７２、１７３内の排気ガスと空気通路１６１内の空気との間で十分な熱交換を行うことができる。

また、本実施形態では、プレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂの下端は、モジュールケース８の側板８ｂの燃焼室１８からの輻射熱を受けることができる部分と略等しい高さまで延出している。これにより、燃焼室１８からの輻射熱がモジュールケース８の側板８ｂを介してプレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂに伝達される。このため、空気通路１６１ａ、１６１ｂの燃料電池セル８４よりも上方の部位で、空気が十分加熱されることとなり、空気通路１６１ａ、１６１ｂの燃料電池セル８４に対応する高さにおいて温度ムラが生じるのを防止できる。

また、例えば、プレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂの下端が改質器１２０と略等しい高さにおいて終端している場合には、モジュールケース８の側板８ｂの燃焼室１８の側方に当たる部分では、排気ガスと空気との熱交換効率が低下する。このように燃焼室１８の側方に当たる部分での熱交換効率が低下してしまうと、燃焼室１８で発生した熱が燃料電池セルユニット１６の上方に滞留してしまう。

これに対して、本実施形態では、プレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂの下端は、モジュールケース８の側板８ｂの燃焼室１８からの輻射熱を受けることができる部分と略等しい高さまで延出している。これにより、モジュールケース８の燃焼室１８の側方において排気ガスから空気へ交換が促進されるため、燃焼室１８からの排熱が燃料電池セルユニット１６の上方に滞留することを抑止し、より確実に温度ムラの発生を抑えることができる。

このようにして、本実施形態によれば、燃料電池セル８４よりも上方における排気ガスと空気との間の熱交換性能を向上することが可能となり、燃料電池セル８４に温度ムラの影響を与えることなく燃料電池装置１の小型化を図ることができる。

また、本実施形態では、プレートフィン１６２は、水平部１６２ａと鉛直部１６２ｂとが一体に構成され、空気供給口１６０ｃの近傍から、燃焼室１８からの輻射熱を受けることができる位置まで連続して設けられている。これにより、燃焼室１８からモジュールケース８の側板８ｂに伝達された輻射熱がプレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂに伝達され、さらに、この熱がプレートフィン１６２により空気供給口１６２ｃの近傍まで伝達されるため、短い熱交換距離でも十分に空気を加熱することができる。

本実施形態では、燃料電池セル８４の上端部には、熱容量が大きく、蓄熱性の高い金属から形成された内側電極端子８６が設けられ、プレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂの下端は、内側電極端子８６と略等しい高さに位置している。これにより、内側電極端子８６が燃焼室１８からの熱を受けるため、燃焼室１８により燃料電池セル８４が直接加熱することを防止し、燃料電池セル８４に上下方向の温度ムラが生じることを抑止できる。さらに、熱を蓄えた内側電極端子８６が熱源として機能し、モジュールケース８の側板８ｂを介してプレートフィン１６２の鉛直部１６２ｂを加熱するため、空気通路１６１ｂの燃料電池セル８４よりも上方の部位で、空気が十分加熱されることとなり、空気通路１６１ｂの燃料電池セル８４に対応する高さにおいて温度ムラが生じるのを防止できる。

１ 固体酸化物形燃料電池装置
２ 燃料電池モジュール
４ 補機ユニット
６ ハウジング
７ 断熱材
８ モジュールケース
８ａ 天板
８ｂ 側板
８ｃ 底板
８ｄ 閉鎖側板
８ｅ 閉鎖側板
８ｆ 吹出口
１０ 発電室
１２ 燃料電池セル集合体
１６ 燃料電池セルユニット
１８ 燃焼室
２４ 水供給源
２６ 純水タンク
２８ 水流量調整ユニット
３０ 燃料供給源
３２ ガス遮断弁
３６ 脱硫器
３８ 燃料流量調整ユニット
３９ バルブ
４０ 空気供給源
４２ 電磁弁
４４ 改質用空気流量調整ユニット
４５ 発電用空気流量調整ユニット
４６ 第１ヒータ
４８ 第２ヒータ
５０ 温水製造装置
５２ 制御ボックス
５４ インバータ
６３ 燃料供給配管
６４ 燃料ガス供給管
６４ａ 水平部
６４ｂ 燃料供給孔
６５ 水添脱硫器用水素取出管
６６ マニホールド
６８ 下支持板
７４ 発電用空気導入管
８２ 排気ガス排出管
８３ 点火装置
８４ 燃料電池セル
８６ 内側電極端子
８８ 燃料ガス流路
９０ 内側電極層
９２ 外側電極層
９４ 電解質層
９６ シール材
９８ 燃料ガス流路細管
１１１ 排気口
１１２ 混合ガス供給管
１２０ 改質器
１２０Ａ 混合ガス受入部
１２０Ｂ 改質部
１２０Ｃ ガス排出部
１２０ａ 混合ガス供給口
１２０ｂ 貫通孔
１２１ 上側ケース
１２２ 下側ケース
１２３ａ 仕切り板
１２３ｂ 仕切り板
１３０ 排気ガス誘導部材
１３１ 下部誘導板
１３１ａ 凸状段部
１３２ 上部誘導板
１３２ａ 凹部
１３３ 連結板
１３４ 連結板
１３５ ガス溜
１４０ 蒸発器
１４０Ａ 排気通路部
１４０Ｂ 蒸発部
１４０Ｃ 混合部
１４１ 蒸発器ケース
１４２ 上側ケース
１４３ 下側ケース
１４４ 中間板
１４４ａ 開口
１４５ 仕切り板
１４６ 仕切り板
１６０ 空気通路カバー
１６０ａ 天板
１６０ｂ 側板
１６０ｃ 空気供給口
１６１ａ 空気通路
１６１ｂ 空気通路
１６２ プレートフィン
１６２ａ 水平部
１６２ｂ 鉛直部
１６３ プレートフィン
１６４ 流路方向調整部
１６７ 開口部
１７１ 排気管
１７２ 排気通路
１７３ 排気通路
１７４ 排気通路
１７５ プレートフィン

Claims (3)

1. 原料ガスを改質して得られた燃料ガスと空気との反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置において、
   互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、
   天板及び側板を含み、前記複数の燃料電池セルを収容するモジュールケースと、
   前記モジュールケースを覆うように設けられた断熱材と、
   前記モジュールケース内の前記燃料電池セルの上方に配置され、水蒸気を用いて原料ガスを改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
   前記燃料ガスを前記複数の燃料電池セルに供給する燃料ガス供給通路と、
   前記モジュールケース内の前記複数の燃料電池セルの上方、かつ、前記改質器の下方において、前記複数の燃料電池セルの発電に寄与しなかった燃料ガスを燃焼させ、発生した排気ガスにより前記改質器を加熱する燃焼部と、
   前記断熱材内、かつ、前記モジュールケースの外部に配置され、排気ガスとの熱交換によって水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を前記改質器に供給する蒸発器と、
   少なくとも前記モジュールケースの天板及び側板と前記断熱材との間に形成され、前記モジュールケースの天板上に供給された空気を、前記モジュールケースの側板の外面に沿って前記モジュールケースの上方から下方に向けて導き、前記モジュールケースの下部から前記複数の燃料電池セルに空気を供給する空気供給通路と、
   前記モジュールケースの内部に前記モジュールケースの天板及び側板を挟んで、前記空気供給通路に沿うように延び、前記燃焼部で発生した排気ガスを排出する排気口へ誘導するとともに、前記空気供給通路内の空気と前記排気ガスとの間で熱交換を行う排気通路と、を備え、
   前記空気供給通路内には、前記空気と前記排気ガスとの間での熱交換を促進させる熱交換促進部材が設けられ、
   前記熱交換促進部材の下端は、前記モジュールケースの側板の前記燃焼部からの輻射熱を受けることができる部分と略等しい高さまで延出している、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池装置。
2. 前記熱交換促進部材は、前記モジュールケースの上方に設けられた空気供給口の近傍から、前記燃焼部からの輻射熱を受けることができる位置まで連続して設けられている、請求項１記載の固体酸化物形燃料電池装置。
3. 前記燃料電池セルを構成する燃料電池セルの上端部には、熱を蓄熱する蓄熱手段が設けられ、前記熱交換促進部材の下端は、前記蓄熱手段と略等しい高さに位置する、請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池装置。

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