特許 6017977 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6017977

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/0662 20160101AFI20161020BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20161020BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/06 S

   H01M8/12

   H01M8/04 Z

   H01M8/04 N

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-10392(P2013-10392)

(22)【出願日】2013年1月23日

(65)【公開番号】特開2013-175448(P2013-175448A)

(43)【公開日】2013年9月5日

【審査請求日】2015年9月10日

(31)【優先権主張番号】特願2012-11293(P2012-11293)

(32)【優先日】2012年1月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】栗林 誠

(72)【発明者】

【氏名】臼井 淑隆

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 洋介

(72)【発明者】

【氏名】柴田 昌宏

【審査官】 久保田 創

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１６５１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９３８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１３９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２１５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３８５３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／２４８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックで発電後の余剰の前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを内部で燃焼させる燃焼チャンバーと、
少なくとも前記燃料電池スタックと前記燃焼チャンバーとを収納する収納容器と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックは、平板形の燃料電池セルを、複数積層したものであり、
前記燃焼チャンバー内での燃焼によって生じた排ガスを、前記燃焼チャンバーから前記収納容器内に排出する排出口と、
前記燃焼チャンバーから前記収納容器内に排出された前記排ガスを含む前記収納容器内のガスを、前記収納容器外に排出する排出部と、
前記排出部に設けられて、前記収納容器内のガスを当該排出部内に導入する導入口と、
前記排出部に設けられて、前記導入口から導入された前記収納容器内のガスを燃焼させる燃焼触媒と、
を備えるとともに、
前記排出口と前記導入口とを、前記燃料電池スタックを挟むように一方の側と他方の側とに分けて配置して構成したことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記排出口を、前記燃焼チャンバーに設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記収納容器内のガスを、前記燃焼触媒にて浄化した後に、前記燃料ガス、前記酸化剤ガス、及び前記燃料ガスの改質に用いる改質水のうちの少なくとも１種と熱交換し、その後、前記収納容器外に排出する構成を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

更に、前記収納容器内に、前記燃料ガスの改質を行う改質器を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記改質器を、前記燃焼チャンバー内に配置又は前記燃焼チャンバーに接触させて配置したことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記収納容器内に収容された前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記排出部とによって、前記酸化剤ガスと前記排ガスとの熱交換を行う熱交換器を構成し、
前記燃料電池スタックの重力方向の上方に、前記熱交換器を配置するとともに、
前記燃料電池スタックの重力方向の下方に、前記改質器と、前記燃焼チャンバーと、前記収納容器内に収容された前記改質器に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記収納容器内に収容された前記改質器に前記改質に用いる改質水を供給する改質水供給部とを配置したことを特徴とする請求項４又は５に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記収納容器内に起動バーナを備えるとともに、該起動バーナの燃焼によって生じた排ガスを、前記排出部を介して前記収納容器外に排出するように構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記収納容器内に起動バーナを備えるとともに、該起動バーナを、前記燃料電池スタック、前記熱交換器、前記改質器、前記燃焼チャンバーのいずれよりも重力方向の下方に配置したことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記排出口を、前記燃料電池スタック及び前記排出部の導入口よりも重力方向の下方に配置したことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、収納容器内に燃料電池を収容した燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：以下単に燃料電池と記す）は、固体電解質である固体酸化物層の両面に電極を配した燃料電池セルに対して、酸化剤ガス（通常空気）と燃料ガス（都市ガス等）を供給して、発電を行うようになっている。また、このような燃料電池では、一個の燃料電池セルで得られる電力量は小さいので、セルを複数個使用して燃料電池スタックを構成して大きな電力になるよう設計されている。

【0003】

この種の燃料電池においては、都市ガス等の燃料ガスを水素リッチのガス（改質ガス）に改質（いわゆる水蒸気メタン改質）するために、通常、内部に改質触媒を配置した改質器が用いられている。

【0004】

また、上述した従来技術では、発電の際に発電に使用されなかった燃料ガス（改質ガス）や酸化剤ガスが生じるので、それらの排ガスがそのまま外部に放出されることを防止するためや、排ガスの有効利用を図るために、それらの排ガスを燃焼させていた。

【0005】

この改質を行う反応（改質反応）は、吸熱反応であるので、この改質反応を好適に行うために、従来より、改質器を加熱する工夫がなされていた。
例えば、下記特許文献１には、発電で使用されなかった燃料ガスと酸化剤ガスとを燃料電池スタックの周囲に排出して燃焼させ、この燃焼させたガスで改質器を加熱するとともに、補助熱源を用いて改質器を加熱し、その排気ガスを外部に排出する技術が開示されている。

【0006】

また、下記特許文献２には、発電に使用されなかった燃料ガスを、燃料電池セルの一端側から排出すると同時に燃焼させ、その燃焼熱を使って、燃料電池スタックの上部に配置した改質器を加熱し、その排ガスを触媒で浄化してから外部に排出する技術が開示されている。

【0007】

更に、上述した発電に使用されなかった燃料ガスと酸化剤ガスとの燃焼を確実に行うために、燃料電池スタックの下側に（改質器に隣接して）燃焼チャンバーを設け、発電に使用されなかった燃料ガスと酸化剤ガスとを回収して、燃焼チャンバーで燃焼させて改質器を加熱し、その排ガスを外部に排出する構成が考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平１０−５５８１５号公報

【特許文献2】特開２００９−１５８１２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところが、上述した特許文献１の技術では、発電に使用されなかった燃料ガスを、燃料電池スタックの周囲に排出させて燃焼させるので、失火し易く、スタック温度が安定しにくいという問題があり、しかも、燃焼後の排ガスはそのまま外部に排出されるので、排ガスの浄化能力が不十分であるという問題があった。

【0010】

また、特許文献２の技術では、発電で使用されなかった燃料ガスの噴出口の周りに、発電に使用されなかった酸化剤ガスを合流させる構成であるので、失火しにくく、また、排気出口に触媒を設けているので、排ガスの浄化能力が高いが、燃料電池セルの上端側にて、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させるので、燃料電池セルの下端側は熱源から遠く加熱されにくい。そのため、燃料電池セルの下端側は温度が低いので有効発電面積が小さく、即ち燃料電池セルの温度が均一でなく、発電性能が低いという問題があった。

【0011】

更に、燃焼チャンバーを用いる場合には、燃焼チャンバーからの熱を改質器と燃料電池スタックの下部とに分配できるが、燃料電池スタックの上部は加熱されにくいので、燃料電池スタックの温度が均一でなく、発電性能が低いという問題がある。

【0012】

また、燃焼チャンバーを用いる場合には、発電で使用されなかった燃料ガスを十分に燃焼させることはできるが、燃料電池スタックのセル間の隙間などからリークした各種のガス（例えば燃料ガスに含まれる水素ガスやＣＯガス）は、そのまま外部に排出されてしまうので、排出されるガスの浄化が十分ではないという問題もある。

【0013】

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、燃料電池スタックの均熱化と収納容器から排出されるガスの十分な浄化とを両立できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

（１）本発明は、第１態様として、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックで発電後の余剰の前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを内部で燃焼させる燃焼チャンバーと、少なくとも前記燃料電池スタックと前記燃焼チャンバーとを収納する収納容器と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、平板形の燃料電池セルを、複数積層したものであり、前記燃焼チャンバー内での燃焼によって生じた排ガスを、前記燃焼チャンバーから前記収納容器内に排出する排出口と、前記燃焼チャンバーから前記収納容器内に排出された前記排ガスを含む前記収納容器内のガスを、前記収納容器外に排出する排出部と、前記排出部に設けられて、前記収納容器内のガスを当該排出部内に導入する導入口と、前記排出部に設けられて、前記導入口から導入された前記収納容器内のガスを燃焼させる燃焼触媒と、を備えるとともに、前記排出口と前記導入口とを、前記燃料電池スタックを挟むように一方の側と他方の側とに分けて配置して構成したことを特徴とする。

【0015】

本第１態様では、燃焼チャンバー内での燃焼によって生じた排ガスを燃焼チャンバーから収納容器内に排出する排出口と、排ガスを含む収納容器内のガスを排出部内に導入する導入口とを、燃料電池スタックを挟むように一方の側と他方の側とに分けて配置している。

【0016】

従って、燃焼によって生じた排ガスは、排出口から排出されて、燃料電池スタックの外周に沿って（燃料電池スタックと熱を授受して）移動して、導入口に導入されるので、燃料電池スタックの温度が均一化するという効果がある。これによって、発電性能が向上する。

【0017】

また、燃料電池スタックのセル間の隙間などからリークした各種のガス（水素ガスやＣＯガス等のガス）は、導入口から排出部に導入されて燃焼触媒で燃焼されるので、燃料電池システムから外部に排出されるガスの浄化を十分に行うことができるという効果がある。

【0018】

つまり、本第１態様によれば、燃料電池スタックの均熱化と収納容器から排出されるガスの十分な浄化とを両立できるという顕著な効果を奏する。
しかも、（燃料電池スタックの一方の側の）排出口から排出された排ガスを、（燃料電池スタックの他方の側の）導入口に案内する配管等を省略することができるので、燃料電池システムをコンパクトにすることができる。

【0019】

ここで、燃料電池スタックとは、発電単位である板状の燃料電池セルが板厚方向に複数積層されたものである。

【0021】

（２）本発明は、第２態様として、前記排出口を、前記燃焼チャンバーに設けたことを特徴とする。

【0022】

従って、燃焼チャンバー内で燃焼によって発生した排ガスを、この排出口から収納容器内の内部空間に排出することができる。
（３）本発明は、第３態様として、前記収納容器内のガスを、前記燃焼触媒にて浄化した後に、前記燃料ガス、前記酸化剤ガス、及び前記燃料ガスの改質に用いる改質水のうちの少なくとも１種と熱交換し、その後、前記収納容器外に排出する構成を有することを特徴とする。

【0023】

収納容器内のガスが排出部に導入され、そのうちの未燃焼のガスが燃焼触媒によって燃焼するので、燃焼後の排ガスは高温になる。よって、この高温の排ガスと他のガス等（燃料ガス、酸化剤ガス、改質水（又はその水蒸気））との熱交換を行うことにより、他のガス等を効率よく加熱することができる。

【0024】

（４）本発明は、第４態様として、更に、前記収納容器内に、前記燃料ガスの改質を行う改質器を備えたことを特徴とする。
従って、この改質器によって、原料ガスである都市ガス等の燃料ガスの改質を行って、発電に好適な改質ガスを生成することができる。
なお、ここで、改質器とは、燃料電池に燃料ガスを供給する場合に、より発電に好適な組成に改質（例えば都市ガス等をより水素成分の多い組成のガスに改質）する装置のことである。
また、以下では、燃料ガスの名称は改質前後にかかわらず使用するが、特に改質後の燃料ガスを明示する場合には改質ガスの名称を使用する。
（５）本発明は、第５態様として、前記改質器を、前記燃焼チャンバー内に配置又は前記燃焼チャンバーに接触させて配置したことを特徴とする。
改質器で行われる燃料ガスの改質反応は吸熱反応であるが、ここでは、その改質器を燃焼チャンバー内又は燃焼チャンバーに接触させて配置したので、効率良く改質器を加熱することができる。よって、好適に燃料ガスの改質を行うことができる。

【0025】

（６）本発明は、第６態様として、前記収納容器内に収容された前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記排出部とによって、前記酸化剤ガスと前記排ガスとの熱交換を行う熱交換器を構成し、前記燃料電池スタックの重力方向の上方に、前記熱交換器を配置するとともに、前記燃料電池スタックの重力方向の下方に、前記改質器と、前記燃焼チャンバーと、前記収納容器内に収容された前記改質器に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記収納容器内に収容された前記改質器に前記改質に用いる改質水を供給する改質水供給部とを配置したことを特徴とする。

【0026】

本第６態様では、燃料電池スタックの上方に、酸化剤ガス供給部と排出部とからなる熱交換器を配置するとともに、燃料電池スタックの下方に、改質器と燃焼チャンバーと燃料
ガス供給部と改質水供給部とを配置している。

【0027】

従って、燃焼チャンバーから排出された排ガスを、燃料電池スタックの外周に沿って上昇させて、燃料電池スタックに対し効率よい熱の授受ができるとともに、排出部の導入口に導入することができる。

【0028】

（７）本発明は、第７態様として、前記収納容器内に起動バーナを備えるとともに、該起動バーナの燃焼によって生じた排ガスを、前記排出部を介して前記収納容器外に排出するように構成したことを特徴とする。

【0029】

本第７態様では、起動バーナの燃焼によって生じた排ガスを、排出部に導入するので、排出部の燃焼触媒によって未燃焼のガスを燃焼することができる。これにより、排ガスの浄化を行うことができる。

【0030】

（８）本発明は、第８態様として、前記収納容器内に起動バーナを備えるとともに、該起動バーナを、前記燃料電池スタック、前記熱交換器、前記改質器、前記燃焼チャンバーのいずれよりも重力方向の下方に配置したことを特徴とする。

【0031】

本第８態様では、起動バーナを、燃料電池スタック等の各装置よりも下方に配置したので、各装置を効率良く加熱することができる。
（９）本発明は、第９態様として、前記排出口を、前記燃料電池スタック及び前記排出部の導入口よりも重力方向の下方に配置したことを特徴とする。

【0032】

本第９態様では、起動バーナと排出口との両方が、燃料電池スタック等よりも重力方向の下方に配置されるため、ガスの流れが干渉しにくく、ガスだまりの発生を防止できる。
・ここで、前記燃料ガスとしては、水素、還元剤となる炭化水素、水素と炭化水素との混合ガス、及びこれらのガスを所定温度の水中を通過させ加湿した燃料ガス、これらのガスに水蒸気を混合させた燃料ガス等が挙げられる。炭化水素は特に限定されず、例えば、天然ガス、ナフサ、石炭ガス化ガス等が挙げられる。これらの燃料ガスは１種類のみを用いても良いし、２種以上を併用してもよい。また５０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有してもよい。

【0033】

・また、酸化剤ガスとしては、酸素と他の気体との混合ガス等が挙げられる。更に、この混合ガスには、８０体積％以下の窒素及びアルゴン等の不活性ガスを含有してもよい。これらの酸化剤ガスのうち、空気が好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】実施例１の燃料電池システムを模式的に示し、（ａ）は燃料電池システムを正面から見た状態を示す説明図、（ｂ）は燃料電池システムを（ａ）の右側から見た状態を示す説明図である。

【図2】燃料電池複合体を示す斜視図である。

【図3】燃料電池複合体を積層方向に沿って破断した状態を模式的に示す説明図である。

【図4】実施例２の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。

【図5】実施例３の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。

【図6】実施例４の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。

【図7】実施例５の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。

【図8】実施例６の燃料電池システムを模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明が適用された燃料電池システムとして、固体酸化物形燃料電池システム（以下単に燃料電池システムと記す）の実施例について、図面を用いて説明する。

【実施例1】

【0036】

ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。
図１に模式的に示す様に、本実施例の燃料電池システム１では、燃料ガス（Ｎ：例えば都市ガス）と酸化剤ガス（Ｓ：例えば空気）との供給を受けて発電を行う燃料電池スタック３は、例えば７００℃程度の高温にて稼働されるために、断熱容器である収納容器５に収納されている。

【0037】

この収納容器５は、図示しないが、例えばステンレスからなる箱体（筐体）の内部全体に、断熱材からなるセラミック板を配置したもの（以下では、断熱材からなる容器を断熱部と称する）であるが、筐体のみから収納容器５を構成してもよい。

【0038】

また、収納容器５（詳しくはその筐体）は、内部にガスを閉じこめることができるガスタイトな構造であり、断熱部は、熱タイトな構造（即ち断熱材で囲まれている構造）である。
なお、本実施例では、収納容器５は、筐体と断熱部とが接して一体の構造であるが、筐体と断熱部との間に、一部又は全体に空間を設けてもよい（例えば別体の構成でもよい）。

【0039】

前記収納容器５内には、燃料電池スタック３に加え、燃料電池スタック３から排出されるガス（後述する残余のガス）を燃焼させる燃焼チャンバー７と、燃料ガスの改質を行う改質器９と、収納容器５内から収納容器５の外部に排出されるガス（後述する排ガスを含む混合排ガス）と外部から導入される空気との熱交換を行う熱交換器１１と、燃料電池システム１の起動時に加熱を行う起動バーナ１３などを備えている。なお、燃焼チャンバー７と改質器９とから一体に構成された装置を補助器１５と称する。

【0040】

この燃料電池システム１では、後に詳述する様に、燃料電池スタック３の上方に熱交換器１１が配置されるとともに、燃料電池スタック３の下方に補助器１５が配置され、更に、補助器１５の下方に起動バーナ１３が配置されている。

【0041】

以下、各構成について詳細に説明する。
図２に示す様に、燃料電池スタック３は、発電単位である正方形の板状の燃料電池セル１７が板厚方向（図２の上下方向：積層方向）に複数個積層されたものである。

【0042】

この燃料電池スタック３の外周縁部には、燃料電池スタック３を積層方向に貫く複数（ここでは８本）の貫通孔１９が設けられており、この貫通孔１９には、各燃料電池セル１７を一体に固定するボルト２１が配置され、ボルト２１にはナット２３が螺合している。

【0043】

前記貫通孔１９のうち、いくつかの所定の貫通孔１９（図２では各辺の中央の４箇所）は、ボルト２１との間に筒状の空間（貫通流路）２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ（２５と総称する）を有するように大径に形成されており、この貫通流路２５は、後述するガス（燃料ガスや空気）の流路として利用される。

【0044】

なお、この貫通流路２５は、燃料電池スタック３の積層方向（図２の上下方向）に延びるマニホールドであり、後述する様に、この内部マニホールド（詳しくは貫通流路２５ｃ、２５ｄ）を利用して、燃焼チャンバー７に残余の燃料ガスや残余の空気が供給される。

【0045】

また、燃料電池スタック３の積層方向の一方の側（図２の下方）において、ボルト２１で囲まれる中央部分に、前記補助器１５が近接して配置されている。なお、以下では、燃料電池スタック３と補助器１５との構造体を、燃料電池複合体２７と称する。

【0046】

図３に示す様に、燃料電池スタック３を構成する燃料電池セル１７は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セル１７であり、周知の様に、金属製のインターコネクタ２９の間に、燃料ガスが供給される燃料流路３１と、燃料流路３１に接する様に配置された燃料極３３と、例えばＺｒＯ₂系セラミックスからなる固体電解質である固体酸化物体３５と、空気が供給される空気流路３７と、空気流路３７に接する様に配置された空気極３９と、燃料流路３１と空気流路３７とを分離するセパレータ４１などを備えている。

【0047】

また、空気極３９と一方（同図上方）のインターコネクタ２９との間に空気極集電体４３を備えるとともに、燃料極３３と他方（同図下方）のインターコネクタ２９との間に燃料極集電体４４を備えている。

【0048】

なお、燃料電池スタック３の平面方向（同図左右方向に延び且つ紙面と垂直の方向）における中心部分（即ち、固体酸化物体３５の両側に燃料極３３や空気極３９が積層されたセル本体部分）を囲む（平面方向における）外周部分は、金属製の枠体（例えばステンレス等の伝熱可能な金属部材からなる枠体）３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが配置されたフレーム構造となっている。つまり、燃料電池スタック３の外周部分は、枠体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄなどによって、内部空間４９内のガスと直接に接する構造となっている。

【0049】

なお、燃料流路３１においては、燃料ガスは、同図左右方向（ここでは同図右側から左側に）流れるように供給され、空気流路３７においては、空気は、同図紙面と垂直方向（ここでは紙面裏側から表側に）流れるように供給される。

【0050】

また、前記補助器１５は、上側燃焼チャンバー７ａと下側燃焼チャンバー７ｂとの間に改質器９が積層して配置されたものであり、上側燃焼チャンバー７ａと下側燃焼チャンバー７ｂとは連通孔７ｃにより連通している。

【0051】

このうち、改質器９は、燃料電池スタック３に供給される燃料ガスを水素リッチの燃料ガス（改質ガス）に改質する板状の装置である。この改質器９の上流側（図３左側）は、外部から燃料ガスが供給される燃料ガス導入流路４５と、外部から改質水（Ｋａ）１３が供給される改質水導入流路４７とに接続されている。一方、改質器９の下流側は、連結部材４８の連結流路４８ａを介して、ボルト２１が貫通される（燃料ガスの供給用の）貫通流路２５ｂに接続されている。

【0052】

また、燃焼チャンバー７は、発電後に各燃料電池セル１７より排出される残余のガス、即ち発電に使用されなかった残余の燃料ガスと空気（即ち酸素）とを反応させて燃焼させる板状の装置であり、この燃焼チャンバー７内で燃焼によって生じた排ガス（Ｈ）は、収納容器５の内部空間４９に排出される。なお、燃焼チャンバー７内には、上述した燃焼を促進させる（例えばＰｔ、Ｐｄからなる）燃焼触媒が配置されている。

【0053】

なお、ここで内部空間４９とは、収納容器５内の空間において、各装置（熱交換器１１、補助器１５、燃料電池複合体２７）の外側の空間のことである。
このうち、上側燃焼チャンバー７ａの上流側（図３左側）は、連結部材５０の連結流路５０ａを介して、他のボルト２１が貫挿される（残余のガスの排出用の）貫通流路２５ｃに接続されている。また、下側燃焼チャンバー７ｂの下流側（図３左側）には、排ガスの排出用の排出口５２が設けられ、この排出口５２は収納容器５の内部空間４９に開口している。

【0054】

図１に戻り、収納容器５内には、上述した様に、燃料電池複合体２７の上方に熱交換器１１が設けられている。
この熱交換器１１は、収納容器５の内部空間４９に存在する各種のガスを外部に排出する排出部５１と、外部から導入される空気を予熱する空気予熱部５３とを積層したものであり、排出部５１内を流れるガスと空気予熱部５３内を流れる空気との間で熱交換を行って空気を予熱する。

【0055】

ここで、収納容器５の内部空間４９に存在する各種のガスとしては、燃焼チャンバー７から排出される排ガス（通常は未燃焼のガスが含まれている）や、それ以外の他のガス、例えば燃料電池セル１７の積層部分等からリークするおそれのある水素ガスやＣＯガス等のリークガスが挙げられる。なお、以下では、これらのガスを混合排ガスと称する。

【0056】

前記排出部５１は、収納容器５の内部空間４９の最も上方に配置される直方体形状の部材であり、その上流側には、内部空間４９と連通する（混合排ガスを導入する）導入口５５が設けられており、下流側は、混合排ガスを外部に排出する排ガス流出流路５７に接続されている。

【0057】

なお、図示しないが、前記排出部５１は、断熱部の外側（断熱部と筐体との間）に配置してもよい。
更に、排出部５１の導入口５５の下流側の近傍には、内部空間４９から導入される（混合排ガス中の）未燃焼のガスを燃焼させるために、例えばＰｔやＰｄの微粒子を担持させたハニカム形状のメタル材からなる燃焼触媒５９が配置されている。

【0058】

なお、燃焼触媒は、上記に限ることなく、粒々形状（所謂、ペレット形状）でもよい。また、メタル材に限ることなく、セラミック表面に、上記の金属を付与したものでもよい。

【0059】

また、前記空気予熱部５３は、排出部５１の下方に配置されている直方形形状の部材であり、その上流側には、外部から空気を導入する空気導入流路６１が接続されるとともに、その下流側には、予熱された空気を燃料電池スタック３（詳しくは所定の貫通流路２５ａ）に供給する予熱空気供給流路６３が接続されている。

【0060】

なお、起動バーナ１３には、燃料ガスと空気との混合気（Ｋｏ）を供給する混合気供給流路６５が接続されている。
ｂ）次に、燃料電池システム１におけるガスの流れについて説明する。
燃料電池システム１の始動時には、混合気が混合気供給流路６５を介して起動バーナ１３に供給され、混合気が燃焼することによって、燃料電池スタック３等が加熱される。

【0061】

そして、燃料電池システム１によって発電を行う場合には、空気は、空気導入流路６１から空気予熱部５３内に導入され、熱交換器１１内にて空気の予熱が行われる。
予熱された空気は、予熱空気供給流路６３から燃料電池スタック３の所定の貫通流路２５ａに導入され、貫通流路２５ａから各燃料電池セル１７の空気流路３７（図３参照）に供給される。

【0062】

また、空気の供給と同時に、燃料ガス（原料ガス）は、燃料ガス導入流路４５を介して改質器９に導入されるとともに、改質水は、改質水導入流路４７を介して改質器９内に導入され、改質器９内にて燃料ガスの改質が行われる。

【0063】

改質された燃料ガス（改質ガス）は、連結流路４８ａを介して燃料電池スタック３の所定の貫通流路２５ｂに導入され、貫通流路２５ｂから各燃料電池セル１７の燃料流路３１（図３参照）に供給される。

【0064】

そして、各燃料電池セル１７内にて、燃料ガスと空気とを用いて発電が行われ、発電後の残余のガス（残余の燃料ガスと空気）とは、それぞれ所定の貫通流路２５ｃ、２５ｄに導入される。即ち、残余の燃料ガスは貫通流路２５ｃ（図１（ａ）参照）に、残余の空気は貫通流路２４ｄ（図１（ａ）参照）に導入される。

【0065】

次に、残余の燃料ガスは、貫通流路２５ｃから上側燃焼チャンバー７ａに導入されるとともに、残余の空気は、貫通流路２５ｄから上側燃焼チャンバー７ａに導入され、この上側燃焼チャンバー７ａ内で残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼する。なお、上側燃焼チャンバー７ａは、連通孔７ｃを介して下側燃焼チャンバー７ｂと連通しているので、下側燃焼チャンバー７ｂにおいても、同様に残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼する。

【0066】

そして、残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼して生じた排ガスは、下側燃焼チャンバー７ｂの排出口５２から、内部空間４９に排出される。
次に、内部空間４９に排出された排ガスは、収納容器５と燃料電池スタック３との間隙を通って、燃料電池スタック３の全体の温度を均一にするように熱を授受しながら上昇し、熱交換器１１の排出部５１の導入口５５から排出部５１の内部に導入される。

【0067】

また、例えば燃料電池セル１７の積層部分などからリークして内部空間４９に排出された各種のガスも、同様に、収納容器５と燃料電池スタック３との間隙等を通って上昇し、排出部５１の導入口５５から排出部５１の内部に導入される。

【0068】

そして、導入口５５から排出部５１内に導入された排ガスやリークした各種のガス（混合排ガス：各図では同じＨで示す）は、混合排ガス中の未燃焼のガスが燃焼触媒５９にて燃焼される。なお、この燃焼によって、混合排ガスの温度が上昇する。

【0069】

次に、混合排ガスによって、熱交換器１１内にて空気の予熱が行われ、その後、混合排ガスは、排ガス流出流路５７から外部に排出される。
ｃ）この様に、本実施例の燃料電池システム１においては、燃焼チャンバー７内での燃焼によって生じた排ガスを燃焼チャンバー７から内部空間４９に排出する排出口５２と、排ガスを含む内部空間４９内のガスを排出部５１内に導入する導入口５５とを、燃料電池スタック３を挟むように一方の側（下側）と他方の側（上側）とに分けて配置している。

【0070】

従って、燃焼によって生じた高温の排ガスは、排出口５２から排出されて、燃料電池スタック３の外周に沿って燃料電池スタック３を加熱しながら上方に移動して、導入口５５に導入されるので、燃料電池スタック３の温度が均一化するという効果がある。

【0071】

しかも、燃料電池スタック３の燃料電池セル１７間の隙間などからリークした（水素ガスやＣＯガス等の）各種のガスは、導入口５５から排出部５１に導入されて燃焼触媒５９で燃焼されるので、燃料電池システム１から外部に排出されるガスの浄化を十分に行うことができるという効果がある。

【0072】

また、本実施例では、（燃料電池スタック３の下方の）排出口５２から排出された排ガスを、（燃料電池スタックの上方の）導入口５５に案内する配管等を設ける必要がないので、燃料電池スタック３の側方の空間を狭くして、燃料電池システム１の側方の寸法を小さくすることができる。よって、設置するスペースが制限されている場合（例えば一般的な住宅のような敷地に制限がある場合）でも、燃料電池システム１を容易に配置することができる。

【0073】

更に、本実施例では、改質器９は、上側燃焼チャンバー７ａと下側燃焼チャンバー７ｂとの間に積層されて配置されているので、改質器９を効率良く加熱することができる。この改質器９で行われる改質反応は吸熱反応であるが、効率良く改質器９が加熱されることにより、好適に燃料ガスの改質を行うことができる。

【0074】

しかも、本実施例では、排出部５１内に導入された混合排ガスを燃焼触媒にて燃焼させるので、燃焼後のガスは高温になっている。よって、この高温のガスと空気との熱交換を行うことにより、効率よく空気の予熱を行うことができる。
また、本実施例では、起動バーナ１３の燃焼によって生じた排ガスを、排出部５１に導入し、燃焼触媒５９によって燃焼するので、好適にガスの浄化を行うことができる。

【0075】

更に、本実施例では、起動バーナ１３を、燃料電池スタック３等の各装置よりも下方（図１下方）に配置したので、各装置を効率良く加熱することができる。
その上、本実施例では、排出口５２を、燃料電池スタック３及び排出部５１の導入口５５よりも重力方向の下方（図１下方：地面側）に配置している。つまり、起動バーナ１３と排出口５２との両方が、燃料電池スタック３等よりも重力方向の下方に配置されるため、ガスの流れが干渉しにくく、ガスだまりの発生を防止できる。

【0076】

しかも、本実施例では、上述した様に、燃料電池スタック３の外周部分は、枠体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄなどによって、内部空間４９内のガスと直接に接する構造となっているので、内部空間４９から燃料電池セル１７への伝熱が容易であるという利点がある。

【実施例2】

【0077】

次に、実施例２の燃料電池システムについて説明するが、前記実施例１と同様な内容については、その説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。

【0078】

図４に示す様に、本実施例の燃料電池システム１０１では、前記実施例１と同様に、収納容器１０３内に、（燃料電池セルが積層された）燃料電池スタック１０５と、改質器１０７及び燃焼チャンバー１０９からなる補助器１１１と、空気予熱部１１３及び排出部１１５からなる熱交換器１１７とが配置されている。なお、燃焼チャンバー１０９は、上側燃焼チャンバー１０９ａ及び下側燃焼チャンバー１０９ｂからなる。

【0079】

特に本実施例では、燃料電池スタック１０５の上方に、補助器１１１が配置されるとともに、上側燃焼チャンバー１０９ａに排ガス（Ｈ）が排出される排出口１１０が設けられている。また、燃料電池スタック１０５の下方に、熱交換器１１７が配置されるとともに、空気予熱部１１３の下側に排出部１１５が配置され、排出部１１５の上流側に混合排ガスが導入される導入口１２１が設けられている。

【0080】

なお、排出口１１０と導入口１２１とは、燃料電池スタック１０５を挟んで最も遠い（図４における）対角線方向に配置されている。
ｂ）次に、本実施例の燃料電池システム１０１におけるガスの流れについて説明する。

【0081】

図４に示す様に、本実施例では、燃料電池システム１０１によって発電を行う場合には、空気（Ｓ）は、燃料電池スタック１０５の下方の空気導入流路１２３から空気予熱部１１３内に導入され、熱交換器１１７内にて空気の予熱が行われる。

【0082】

予熱された空気は、予熱空気供給流路１２５から燃料電池スタック１０５の所定の貫通流路１２７ａに導入され、前記実施例１と同様に、貫通流路１２７ａから各燃料電池セルの空気流路（図示せず）に供給される。なお、図４では燃料電池スタック１０５内の流路は簡略化してある。

【0083】

また、空気の供給と同時に、燃料ガス（Ｎ）は、燃料ガス導入流路１２９を介して改質器１０７に導入されるとともに、改質水（Ｋａ）は、改質水導入流路１３１を介して改質器１０７内に導入され、改質器１０７内にて燃料ガスの改質が行われる。

【0084】

改質された燃料ガス（改質ガス）は、連結流路１３３を介して燃料電池スタック１０５の所定の貫通流路１２７ｂに導入され、貫通流路１２７ｂから各燃料電池セルの燃料流路（図示せず）に供給される。

【0085】

そして、各燃料電池セル内にて、燃料ガスと空気とを用いて発電が行われ、発電後の残余のガス（残余の燃料ガスと空気）とは、それぞれ所定の貫通流路１２７ｃ、１２７ｄに導入される。

【0086】

次に、残余の燃料ガスは、貫通流路１２７ｃから下側燃焼チャンバー１０９ｂに導入されるとともに、残余の空気は、貫通流路１２７ｄから下側燃焼チャンバー１０９ｂに導入され、この下側燃焼チャンバー１０９ｂ内（更には連通孔１０９ｃで接続された上側燃焼チャンバー１０９ａ）で残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼する。

【0087】

そして、残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼して生じた排ガス（Ｈ）は、上側燃焼チャンバー１０９ａの排出口１１０から、内部空間１３５に排出される。
次に、内部空間１３５に排出された排ガスは、収納容器１０３と燃料電池スタック１０５との間隙を通って、燃料電池スタック１０５を加熱しながら下降し、熱交換器１１７の排出部１１５の導入口１２１から排出部１１５の内部に導入される。

【0088】

また、例えば燃料電池セルの積層部分などからリークして内部空間１３５に排出された各種のガスも、同様に、収納容器１０３と燃料電池スタック１０５との間隙等を通って下降し、排出部１１５の導入口１２１から排出部１１５の内部に導入される。

【0089】

そして、導入口１２１から排出部１１５内に導入された排ガスやリークした各種のガス（混合排ガス）は、混合排ガス中の未燃焼のガスが燃焼触媒１３７にて燃焼される。
次に、混合排ガスによって、熱交換器１１７内にて空気の予熱が行われ、その後、混合排ガスは、排ガス流出流路１３９から外部に排出される。

【0090】

本実施例によっても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
なお、燃料ガスや空気は、ポンプ等によって収納容器１０３内に供給されるので、排出口１１０や導入口１２１の上下等の配置に拘わらず、その流路に沿ってガスが流れる。

【実施例3】

【0091】

次に、実施例３の燃料電池システムについて説明するが、前記実施例１と同様な内容については、その説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。
図５に示す様に、本実施例の燃料電池システム２０１では、収納容器２０３内に、（燃料電池セルが同図の左右方向に積層された）燃料電池スタック２０５と、改質器２０７及び燃焼チャンバー２０９からなる補助器２１１と、空気予熱部２１３及び排出部２１５からなる熱交換器２１７とが配置されている。

【0092】

なお、燃焼チャンバー２０９は、左側改質器２０７ａと右側改質器２０７ｂとの間に挟まれており、左側改質器２０７ａと右側改質器２０７ｂとは連通している。
特に本実施例では、燃料電池スタック２０５の左方に、補助器２１１が配置されるとともに、燃焼チャンバー２０９に排ガス（Ｈ）が排出される排出口２１０が設けられている。

【0093】

また、燃料電池スタック２０５の右方に、熱交換器２１７が配置されるとともに、空気予熱部２１３の右側に排出部２１５が配置され、排出部２１５の上流側に混合排ガスが導入される導入口２１９が設けられている。

【0094】

なお、排出口２１０と導入口２１９とは、燃料電池スタック２０５を挟んで最も遠い（図５における）対角線方向に配置されている。
ｂ）次に、本実施例の燃料電池システム２０１におけるガスの流れについて説明する。

【0095】

図５に示す様に、本実施例では、燃料電池システム２０１によって発電を行う場合には、空気（Ｓ）は、燃料電池スタック２０５の右方の空気導入流路２２１から空気予熱部２１３内に導入され、熱交換器２１７内にて空気の予熱が行われる。

【0096】

予熱された空気は、予熱空気供給流路２２３から燃料電池スタック２０５の所定の貫通流路２２５ａに導入され、前記実施例１と同様に、貫通流路２２５ａから各燃料電池セルの空気流路（図示せず）に供給される。なお、図５では燃料電池スタック２０５内の流路は簡略化してある。

【0097】

また、空気の供給と同時に、燃料ガス（Ｎ）は、燃料ガス導入流路２２７を介して改質器２０７に導入されるとともに、改質水（Ｋａ）は、改質水導入流路２２９を介して改質器２０７内に導入され、改質器２０７内にて燃料ガスの改質が行われる。

【0098】

改質された燃料ガス（改質ガス）は、連結流路２３１を介して燃料電池スタック２０５の所定の貫通流路２２５ｂに導入され、貫通流路２２５ｂから各燃料電池セルの燃料流路（図示せず）に供給される。

【0099】

そして、各燃料電池セル内にて、燃料ガスと空気とを用いて発電が行われ、発電後の残余のガス（残余の燃料ガスと空気）とは、それぞれ所定の貫通流路２２５ｃ、２２５ｄに導入される。

【0100】

次に、残余の燃料ガスは、貫通流路２２５ｃから燃焼チャンバー２０９に導入されるとともに、残余の空気は、貫通流路２２５ｄから燃焼チャンバー２０９に導入され、燃焼チャンバー２０９内で残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼する。

【0101】

そして、残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼して生じた排ガス（Ｈ）は、燃焼チャンバー２０９の排出口２１０から、内部空間２３３に排出される。
次に、内部空間２３３に排出された排ガスは、収納容器２０３と燃料電池スタック２０５との間隙を通って同図右側に移動し、熱交換器２１７の排出部２１５の導入口２１９から排出部２１５の内部に導入される。

【0102】

また、例えば燃料電池セルの積層部分などからリークして内部空間２３３に排出された各種のガスも、同様に、収納容器２０３と燃料電池スタック２０５との間隙等を通って右側に移動し、排出部２１５の導入口２１９から排出部２１５の内部に導入される。

【0103】

そして、導入口２１９から排出部２１５内に導入された排ガスやリークした各種のガス（混合排ガス）は、混合排ガス中の未燃焼のガスが燃焼触媒２３５にて燃焼される。
次に、混合排ガスによって、熱交換器２１７内にて空気の予熱が行われ、その後、混合排ガスは、排ガス流出流路２３７から外部に排出される。

【0104】

本実施例によっても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、燃料電池スタック２０５と補助器２１１と熱交換器２１７とは同図左右方向に配置されるので、上下方向の寸法をコンパクトにできるという効果を奏する。

【実施例4】

【0105】

次に、実施例４の燃料電池システムについて説明するが、前記実施例３と同様な内容については、その説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。
図６に示す様に、本実施例の燃料電池システム３０１の構成は、基本的に実施例３と同様である。つまり、収納容器３０３内に、左右方向に並べて、改質器３０５及び燃焼チャンバー３０７からなる補助器３０９と、燃料電池スタック３１１と、空気予熱部３１３及び排出部３１５からなる熱交換器３１７とが配置されている。

【0106】

特に本実施例では、燃焼チャンバー３０７の下流側（同図下側）に排ガスを導く排出管３１９が接続され、その排出管３１９の排出口３２１は、燃料電池スタック３１１の下方に配置されている。

【0107】

また、排出部３１５は、燃料電池スタック３１１の上方にまで屈曲して延長され、その延長部分（即ち燃料電池スタック３１１の上方）に、混合排ガスを導入する導入口３２３が設けられている。

【0108】

従って、排出口３２１と導入口３２３とは、燃料電池スタック３１１を挟んで反対側に配置されている。
ｂ）次に、本実施例の燃料電池システム３０１におけるガスの流れについて説明する。

【0109】

本実施例では、燃料電池システム３０１における、空気（Ｓ）、燃料ガス（Ｎ）、改質水（Ｋａ）、排ガスを含む混合排ガス（Ｈ）の流れは、基本的に、前記実施例３と同様であるが、排出口３２１が燃料電池スタック３１１の下方に設けられ、導入口３２３が燃料電池スタック３１１の上方に設けられているので、排出口３２１から排出された排ガスを含む混合排ガスは、燃料電池スタック３１１の周囲に沿って上昇し、導入口３２３から排出部３１５内に導入される。

【0110】

本実施例によっても、前記実施例３と同様な効果を奏する。

【実施例5】

【0111】

次に、実施例５の燃料電池システムについて説明するが、前記実施例１と同様な内容については、その説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。
図７に示す様に、本実施例の燃料電池システム４０１では、収納容器４０３内に、燃料電池スタック４０５と、改質器４０７及び燃焼チャンバー４０９からなる補助器４１１と、空気予熱部４１３及び排出部４１５からなる熱交換器４１７とが配置されている。

【0112】

なお、燃焼チャンバー４０９は、上側燃焼チャンバー４０９ａ及び下側燃焼チャンバー４０９ｂからなる。
特に本実施例では、燃料電池スタック４０５の下方に、補助器４１１が配置されるとともに、下側燃焼チャンバー４０９ｂの下流側（同図左側）に排出口４１９が設けられている。

【0113】

更に、補助器４１１の下方に熱交換器４１７が配置されるとともに、排出部４１５は、収納容器４０３の側面に沿って延びて上部に至るまで延長され、その上端部分（即ち燃料電池スタック４０５の上部より高い位置に）に導入口４２１が設けられている。

【0114】

なお、排出口４１９と導入口４２１とは、燃料電池スタック４０５を挟んで最も遠い（図７における）対角線方向に配置されている。
ｂ）次に、本実施例の燃料電池システム４０１におけるガスの流れについて説明する。

【0115】

図７に示す様に、本実施例では、燃料電池システム４０１によって発電を行う場合には、空気（Ｓ）は、補助器４１１の下方の空気導入流路４２３から空気予熱部４１３内に導入され、熱交換器４１７内にて空気の予熱が行われる。

【0116】

予熱された空気は、予熱空気供給流路４２５から燃料電池スタック４０５の所定の貫通流路４２７ａに導入され、前記実施例１と同様に、貫通流路４２７ａから各燃料電池セルの空気流路（図示せず）に供給される。なお、図７では燃料電池スタック４０５内の流路は簡略化してある。

【0117】

また、空気の供給と同時に、燃料ガス（Ｎ）は、燃料ガス導入流路４２９を介して改質器４０７に導入されるとともに、改質水（Ｋａ）は、改質水導入流路４３１を介して改質器４０７内に導入され、改質器４０７内にて燃料ガスの改質が行われる。

【0118】

改質された燃料ガス（改質ガス）は、連結流路４３３を介して燃料電池スタック４０５の所定の貫通流路４２７ｂに導入され、貫通流路４２７ｂから各燃料電池セルの燃料流路（図示せず）に供給される。

【0119】

そして、各燃料電池セル内にて、燃料ガスと空気とを用いて発電が行われ、発電後の残余のガス（残余の燃料ガスと空気）とは、それぞれ所定の貫通流路４２７ｃ、４２７ｄに導入される。

【0120】

次に、残余の燃料ガスは、貫通流路４２７ｃから上側燃焼チャンバー４０９ａに導入されるとともに、残余の空気は、貫通流路４２７ｄから上側燃焼チャンバー４０９ａに導入され、この上側燃焼チャンバー４０９ａ内（更には連通孔４０９ｃで接続された下側燃焼チャンバー４０９ｂ）で残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼する。

【0121】

そして、残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼して生じた排ガス（Ｈ）は、下側燃焼チャンバー４０９ｂの排出口４１９から、内部空間４３５に排出される。
次に、内部空間４３５に排出された排ガスは、収納容器４０３と燃料電池スタック４０５との間隙を通って上昇し、排出部４１５の導入口４２１から排出部４１５の内部に導入される。

【0122】

また、例えば燃料電池セルの積層部分などからリークして内部空間４３５に排出された各種のガスも、同様に、収納容器４０３と燃料電池スタック４０５との間隙等を通って上昇し、排出部４１５の導入口４２１から排出部４１５の内部に導入される。

【0123】

そして、導入口４２１から排出部４１５内に導入された排ガスやリークした各種のガス（混合排ガス）は、混合排ガス中の未燃焼のガスが燃焼触媒４３７にて燃焼される。
次に、混合排ガスによって、熱交換器４１７内にて空気の予熱が行われ、その後、混合排ガスは、排ガス流出流路４３９から外部に排出される。

【0124】

本実施例によっても、前記実施例１と同様な効果を奏する。

【実施例6】

【0125】

次に、実施例６の燃料電池システムについて説明するが、前記実施例５と同様な内容については、その説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の燃料電池システムの構成について説明する。
図８に示す様に、本実施例の燃料電池システム５０１では、収納容器５０３内に、燃料電池スタック５０５と、改質器５０７及び燃焼チャンバー５０９からなる補助器５１１と、空気予熱部５１３及び排出部５１５からなる熱交換器５１７とが配置されている。

【0126】

なお、燃焼チャンバー５０９は、上側燃焼チャンバー５０９ａ及び下側燃焼チャンバー５０９ｂからなる。
特に本実施例では、前記実施例５とは上下が逆となるように、燃料電池スタック４０５の上方に補助器５１１が配置されるとともに、上側燃焼チャンバー４０９ａの下流側（同図左側）に排出口５１９が設けられている。

【0127】

更に、補助器５１１の上方に熱交換器５１７が配置されるとともに、排出部５１５は、収納容器５０３の側面に沿って延びて下部に至るまで延長され、その下端部分（即ち燃料電池スタック５０５の下部より低い位置に）に導入口５２１が設けられている。

【0128】

なお、排出口５１９と導入口５２１とは、燃料電池スタック５０５を挟んで最も遠い（図８における）対角線方向に配置されている。
ｂ）次に、本実施例の燃料電池システム５０１におけるガスの流れについて説明する。

【0129】

図８に示す様に、本実施例では、燃料電池システム５０１によって発電を行う場合には、空気（Ｓ）は、補助器５１１の上方の空気導入流路５２３から空気予熱部５１３内に導入され、熱交換器５１７内にて空気の予熱が行われる。

【0130】

予熱された空気は、予熱空気供給流路５２５から燃料電池スタック５０５の所定の貫通流路５２７ａに導入され、前記実施例５と同様に、貫通流路５２７ａから各燃料電池セルの空気流路（図示せず）に供給される。なお、図８では燃料電池スタック５０５内の流路は簡略化してある。

【0131】

また、空気の供給と同時に、燃料ガス（Ｎ）は、燃料ガス導入流路５２９を介して改質器５０７に導入されるとともに、改質水（Ｋａ）は、改質水導入流路５３１を介して改質器５０７内に導入され、改質器５０７内にて燃料ガスの改質が行われる。

【0132】

改質された燃料ガス（改質ガス）は、連結流路５３３を介して燃料電池スタック５０５の所定の貫通流路５２７ｂに導入され、貫通流路５２７ｂから各燃料電池セルの燃料流路
（図示せず）に供給される。

【0133】

そして、各燃料電池セル内にて、燃料ガスと空気とを用いて発電が行われ、発電後の残余のガス（残余の燃料ガスと空気）とは、それぞれ所定の貫通流路５２７ｃ、５２７ｄに導入される。

【0134】

次に、残余の燃料ガスは、貫通流路５２７ｃから下側燃焼チャンバー５０９ｂに導入されるとともに、残余の空気は、貫通流路５２７ｄから下側燃焼チャンバー５０９ｂに導入され、この下側燃焼チャンバー５０９ｂ内（更には連通孔５０９ｃで接続された上側燃焼チャンバー５０９ａ）で残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼する。

【0135】

そして、残余の燃料ガスと残余の空気とが燃焼して生じた排ガス（Ｈ）は、上側燃焼チャンバー５０９ａの排出口５１９から、内部空間５３５に排出される。
次に、内部空間５３５に排出された排ガスは、収納容器５０３と燃料電池スタック５０５との間隙を通って下降し、排出部５１５の導入口５２１から排出部５１５の内部に導入される。

【0136】

また、例えば燃料電池セルの積層部分などからリークして内部空間５３５に排出された各種のガスも、同様に、収納容器５０３と燃料電池スタック５０５との間隙等を通って下降し、排出部５１５の導入口５２１から排出部５１５の内部に導入される。

【0137】

そして、導入口５２１から排出部５１５内に導入された排ガスやリークした各種のガス（混合排ガス）は、混合排ガス中の未燃焼のガスが燃焼触媒５３７にて燃焼される。
次に、混合排ガスによって、熱交換器５１７内にて空気の予熱が行われ、その後、混合排ガスは、排ガス流出流路５３９から外部に排出される。

【0138】

本実施例によっても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
［特許請求の範囲と実施例との関係］
特許請求の範囲の酸化剤ガス供給部は空気予熱部に、燃料ガス供給部は燃料ガス導入流路に、改質水供給部は改質水導入流路に該当する。

【0139】

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）燃料電池スタックとしては、前記各実施例以外に、燃料電池セルが複数集積された各種の構造のものが挙げられる。

【0140】

（２）また、前記実施例１等では、排出部と空気予熱部とが接しているが、排出部と空気予熱部との間に断熱材を配置して、内部空間を排出部の配置される空間（図１の上方の空間と、空気予熱部の配置される空間（図１の下方の空間）とに（熱的に）分離してもよい。なお、その場合は、下方の空間から排出部にガスの供給が可能な流路を設ける。

【0141】

この場合は、排出部と空気予熱部とは別体となって上述した熱交換器を構成しないので、排出部内を流れるガスと空気予熱部内を流れる空気との間で熱交換を行わない。
（３）更に、排出部の壁面（側面）は、収納容器の一部を利用してもよい。

【0142】

（４）また、燃焼チャンバーと排出口との間に、別部材（例えば、（供給空気と排ガスとの間の熱交換を行う）熱交換器など）が連結（配置）されていてもよい。
（５）更に、排出口は、起動バーナよりも重力方向の下方（例えば図１の起動バーナの下方）に配置してもよい。

【0143】

（６）前記各実施例では、改質器を備えた燃料電池システムを例に挙げたが、燃料ガスとして、例えば水素ガスを利用する場合など改質が不要な場合（或いは改質済みの燃料ガスを用いる場合）は、改質器を省略することができる。

【0144】

（７）なお、改質器を使用する場合は、改質器を燃焼チャンバーに接触して配置する場合以外に、燃焼チャンバー内に配置してもよい。
（８）前記各実施例では、熱交換器は、燃焼触媒にて浄化したガスによって空気を予熱する例を挙げたが、それ以外に、燃料ガスや改質水を予熱してもよい。

【符号の説明】

【0145】

１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１…燃料電池システム
３、１０５、２０５、３１１、４０５、５０５…燃料電池スタック
５、１０３、２０３、３０３、４０３、５０３…収納容器
７、７ａ、７ｂ、１０９、１０９ａ、１０９ｂ、２０９、３０７、４０９、４０９ａ、４０９ｂ、５０９、５０９ａ、５０９ｂ…燃焼チャンバー
９、１０７、２０７、２０７ａ、２０７ｂ、３０５、４０７、５０７…改質器
１１、１１７、２１７、３１７、４１７、５１７…熱交換器
１３…起動バーナ
１５、１１１、２１１、３０９、４１１、５１１…補助器
４９、１３５、２３３、４３５、５３５…内部空間
５１、１１５、２１５、３１５、４１５、５１５…排出部
５２、１１０、２１０、３２１、４１９、５１９…排出口
５３、１１３、２１３、３１３、４１３、５１３…空気予熱部
５５、１２１、２１９、３２３、４２１、５２１…導入口
５９、１３７、２３５、４３７、５３７…燃焼触媒

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図1】