特許 6237114 燃料電池装置

(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】6237114

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20171120BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20171120BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20171120BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20171120BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/04 G

   H01M8/04 J

   H01M8/06 G

   H01M8/04 N

   !H01M8/12

【請求項の数】8

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2013-222120(P2013-222120)

(22)【出願日】2013年10月25日

(65)【公開番号】特開2014-157811(P2014-157811A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2016年2月22日

(31)【優先権主張番号】特願2013-7463(P2013-7463)

(32)【優先日】2013年1月18日

(33)【優先権主張国】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】早坂 厚

(72)【発明者】

【氏名】上原 昌徳

(72)【発明者】

【氏名】土肥 康俊

(72)【発明者】

【氏名】長田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】向原 佑輝

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 晴彦

【審査官】 大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１９８９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−８０７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３８３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−４４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６４５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１７１０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
発電時の前記燃料電池の温度よりも温度の低い第１流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第１流体と熱交換させる第１熱交換手段（４４）と、
前記第１流体と同等の温度となる第２流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第２流体と熱交換させる第２熱交換手段（３４）と、
前記燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼器（６１）と、
前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス経路（６）と、を備え、
前記第１流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第２流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段は、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と前記燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しないように前記燃料電池の周囲に対向配置されており、
前記第１熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記燃料ガスを改質する燃料改質器（４４）であり、
前記第２熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記酸化剤ガスを加熱する酸化剤ガス予熱器（３４）であり、
前記酸化剤ガス予熱器は、前記燃料電池から離間して配置され、
前記酸化剤ガス予熱器と前記燃料電池との間隔は、前記燃料改質器と前記燃料電池との間隔よりも広くなっており、
前記燃料電池は、複数の発電セル（１０ａ）を積層した積層体で構成され、前記発電セルの積層方向に沿って延びる積層面（１０ｂ）、および前記発電セルの積層方向の両端部に形成される一対の積層端面（１０ｃ、１０ｄ）を有しており、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段それぞれは、前記積層面と対向するように配置され、
前記燃焼ガス経路は、前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する第１ガス経路（６２）、前記第１ガス経路を通過した前記燃焼ガスが流通する第２ガス経路（６３）、前記第１ガス経路と第２ガス経路同士を接続する第３ガス経路（６４）を有し、前記第１ガス経路および前記第２ガス経路が前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段における前記燃料電池に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置され、前記第３ガス経路が前記一対の積層端面のうち、少なくとも一方に対向するように配置されていることを特徴とする燃料電池装置。

【請求項2】

燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、
発電時の前記燃料電池の温度よりも温度の低い第１流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第１流体と熱交換させる第１熱交換手段（４４）と、
前記第１流体と同等の温度となる第２流体が流入し、前記燃料電池からの放射熱を前記第２流体と熱交換させる第２熱交換手段（３４）と、
前記燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させて高温の燃焼ガスを生成する燃焼器（６１）と、
前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス経路（６）と、を備え、
前記第１流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第２流体は、前記燃料電池に供給される前の前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのいずれかであり、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段は、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と前記燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しないように前記燃料電池の周囲に対向配置されており、
前記第１熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記燃料ガスを改質する燃料改質器（４４）であり、
前記第２熱交換手段は、少なくとも前記燃料電池からの放射熱を利用して前記酸化剤ガスを加熱する酸化剤ガス予熱器（３４）であり、
前記酸化剤ガス予熱器は、前記燃料電池から離間して配置され、
前記酸化剤ガス予熱器と前記燃料電池との間隔は、前記燃料改質器と前記燃料電池との間隔よりも広くなっており、
前記燃料電池は、複数の発電セル（１０ａ）を積層した積層体で構成され、前記発電セルの積層方向に沿って延びる積層面（１０ｂ）を有しており、
前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段それぞれは、前記積層面と対向するように配置され、
前記燃焼ガス経路は、前記燃焼器にて生成された前記燃焼ガスが流通する第１ガス経路（６２）、前記第１ガス経路を通過した前記燃焼ガスが流通する第２ガス経路（６３）、
前記第１ガス経路と第２ガス経路同士を接続する第３ガス経路（６４）を有し、前記第１ガス経路および前記第２ガス経路が前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段における前記燃料電池に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置され、前記第３ガス経路が前記燃料電池における前記発電セルの積層方向の端部側に位置する部位に対向するように配置されていることを特徴とする燃料電池装置。

【請求項3】

前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段それぞれは、少なくとも一部が互いの対向方向から見たときに前記燃料電池と重合し、且つ、前記対向方向に直交する方向から見たときに前記燃料電池と非重合となるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

前記燃料電池、前記第１熱交換手段、および前記第２熱交換手段を収容するハウジング（２）を備え、
前記燃料電池は、少なくとも前記酸化剤ガスのオフガスを外周部から放出するシールレス構造となっており、
前記第１熱交換手段は、前記酸化剤ガスのオフガスに晒されるように、前記燃料電池における前記酸化剤ガスのオフガスの排出部（１４ｃ）に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。

【請求項5】

熱の移動を妨げる熱遮断手段（１６）を備え、
前記燃料電池は、複数の発電セル（１０ａ）を積層した積層体で構成されており、
前記熱遮断手段は、前記第１熱交換手段および前記第２熱交換手段のうち少なくとも一方の熱交換手段と、前記燃料電池における前記発電セルの積層方向の端部側に位置する部位との間に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池装置。

【請求項6】

前記燃料改質器の内部における前記燃料ガスの流路は、前記燃料改質器における前記燃料電池に対向する対向面の温度分布が均一となるように、燃料ガス流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定されている請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池装置。

【請求項7】

前記酸化剤ガス予熱器の内部における前記酸化剤ガスの流路は、前記酸化剤ガス予熱器における前記燃料電池に対向する対向面の温度分布が均一となるように、酸化剤ガス流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料電池装置。

【請求項8】

前記酸化剤ガス予熱器に流入する前の前記酸化剤ガスと前記燃料電池から排出された未反応ガスを燃焼させた際に生ずる燃焼ガスと熱交換させることで、前記酸化剤ガス予熱器に流入する前の前記酸化剤ガスを加熱する予熱器（３３）を備え、
前記酸化剤ガス予熱器は、前記予熱器にて昇温した前記酸化剤ガスを、前記予熱器を流通する前記燃焼ガスよりも高温の前記燃焼ガスと熱交換させる高温の予熱器であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高温型の燃料電池を当該燃料電池に供給される前の反応ガスと熱交換させる燃料電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高温（例えば、５００℃以上）で作動する高温型の燃料電池として、固体酸化物型燃料電池（SOFC：Solid Oxide Fuel Cell）や溶融炭酸塩型燃料電池（MCFC：Molten Carbonate Fuel Cell）が存在する。

【0003】

この種の高温型の燃料電池は、発電時に発熱反応を伴い、発電時の作動温度が高い程、酸素イオンの導電性が高く発電効率の観点から有利となる。

【0004】

しかし、燃料電池を構成する構成材料等の耐熱性の面から作動温度を所定温度（例えば、１０００℃）に維持することが要求されており、燃料電池が必要以上に発熱しないように不要な熱を除去する必要がある。

【0005】

また、燃料電池装置には、都市ガス等の燃料ガス（原燃料ガス）を水素リッチな燃料ガスに改質する燃料改質器が設けられている。この燃料改質器としては、水蒸気と原燃料ガスとを混合させた後、高温の雰囲気下にて、水蒸気と原燃料ガスの炭化水素とを改質反応（水蒸気改質）させて、水素リッチな燃料ガスを生成するものがある。水蒸気と原燃料ガスの炭化水素との改質反応は、吸熱反応であるため、燃料改質器を高温にする必要がある。

【0006】

そこで、高温型の燃料電池にて生ずる不要な熱を回収して、燃料改質器等の昇温に利用する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0007】

この特許文献１では、燃料電池に供給される前の燃料ガスが流通する燃料改質器や燃料予熱器等を、燃料電池にて発生する熱を回収する熱交換手段として、燃料電池の周囲に配置する構成としている。

【0008】

より具体的には、特許文献１に記載の燃料電池装置では、燃料ガスの温度が上流側から下流側に向かって高くなるように、燃料電池の周囲に燃料改質器および燃料予熱器をそれぞれ交互に、且つ、直列的に接続する構成としている。さらに、燃料電池を挟んで、燃料ガス流れ最下流側に位置する燃料改質器（最も温度の高い改質器）と対向する位置に、空気（酸化剤ガス）を予熱する空気予熱器を配置すると共に、当該空気予熱器と燃料電池との間に、燃料ガス流れ最上流側に位置する燃料改質器（最も温度の低い改質器）を配置する構成としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００７−８０７６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池装置では、燃料電池の周囲に温度帯が大きく異なる機器が配置されることとなり、燃料電池の温度に大きなばらつきが生じてしまう。燃料電池の温度にばらつきが生ずると、燃料電池の低温となる部位の発電効率が低下したり、燃料電池の高温となる部位に生ずる熱応力に起因して破損したりする虞がある。

【0011】

本発明は上記点に鑑みて、燃料電池における温度ばらつきを抑制しつつ燃料電池からの熱回収を実現可能な燃料電池装置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】

【0012】

上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明では、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（１０）と、発電時の燃料電池の温度よりも温度の低い第１流体が流入し、燃料電池からの放射熱を第１流体と熱交換させる第１熱交換手段（４４）と、第１流体と同等の温度となる第２流体が流入し、燃料電池からの放射熱を第２流体と熱交換させる第２熱交換手段（３４）と、を備え、第１流体は、燃料電池に供給される前の燃料ガスおよび酸化剤ガスのいずれかであり、第２流体は、燃料電池に供給される前の燃料ガスおよび酸化剤ガスのいずれかであり、第１熱交換手段および第２熱交換手段は、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しないように燃料電池の周囲に対向配置されていることを特徴としている。

【0013】

これによれば、同等の温度の燃料ガスまたは酸化剤ガスが流入する２つの熱交換手段を、燃料電池の周囲に対向配置する構成としているので、燃料電池の温度ばらつきを抑制しつつ、燃料電池における余剰の熱を回収することができる。

【0014】

この際、各熱交換手段を互いに離間させると共に、一方の熱交換手段と燃料電池との間に他方の熱交換手段が介在しない配置構成としているので、各熱交換手段を流通する流体同士の不必要な熱交換を抑制して、燃料電池における余剰の熱を効率よく回収することができる。

【0015】

なお、「同等の温度」とは、温度が完全に一致する状態に限らず、例えば、過渡状態における温度差が３００℃以下、定常状態における温度差が１００℃以下となる状態を包含する。

【0016】

また、請求項１、２に記載の発明は、第１熱交換手段は、少なくとも燃料電池からの放射熱を利用して燃料ガスを改質する燃料改質器（４４）であり、第２熱交換手段は、少なくとも燃料電池からの放射熱を利用して酸化剤ガスを加熱する酸化剤ガス予熱器（３４）であることを特徴としている。

【0017】

このように、比較的作動温度の近い構成機器である燃料改質器および酸化剤ガス予熱器を燃料電池の周囲に配置する構成とすれば、燃料電池が放出する放射熱から、燃料ガスの改質に必要とされる熱、および燃料電池に供給する酸化剤ガスの昇温に要する熱を得ることができる。

【0018】

また、請求項１、２に記載の発明は、第２熱交換手段は、燃料電池から離間して配置され、第２熱交換手段と燃料電池との間隔は、第１熱交換手段と燃料電池との間隔よりも広くなっていることを特徴としている。

【0019】

これによれば、燃料改質器（第１熱交換手段）に比べて内部の温度勾配が大きくなり易い酸化剤ガス予熱器（第２熱交換手段）を、燃料改質器よりも燃料電池から離間させる構成としているので、燃料電池から酸化剤ガス予熱器側への放射熱を拡散させることができる。これにより、酸化剤ガス予熱器内部の温度勾配によって燃料電池が局所的に冷却されてしまうことを抑制することができ、燃料電池における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。

【0020】

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。

【図2】第１実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【図3】図２のIII−III断面の模式図である。

【図4】第１実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。

【図5】第１実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。

【図6】第１実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。

【図7】第２実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【図8】第３実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【図9】第３実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。

【図10】第４実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【図11】第４実施形態に係る燃料電池装置の変形例を示す構成図である。

【図12】第５実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【図13】図１２のXIII−XIII断面の模式図である。

【図14】第６実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【図15】第７実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【図16】図１５のXVI−XVI断面の模式図である。

【図17】第８実施形態に係る燃料電池装置の模式的な構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

【0023】

（第１実施形態）
まず、第１実施形態について説明する。本実施形態では、図１に示す燃料電池システムに本発明の燃料電池装置１を適用している。

【0024】

本実施形態の燃料電池装置１は、断熱性を有するハウジング２、ハウジング２の内部に収容された燃料電池１０、後述する第２空気予熱器３４および燃料改質器４４にて構成されている。なお、燃料電池装置１の内部における具体的な配置形態については後述する。

【0025】

燃料電池１０は、燃料ガスと酸化剤ガス（本実施形態では空気）との電気化学反応により電気エネルギを出力する平板型の発電セル１０ａを複数積層した積層体（スタック構造）で構成されている。

【0026】

また、燃料電池１０は、図２に示すように、外部に露出する面として、発電セル１０ａの積層方向に沿って延びる４つの積層面１０ｂ、および発電セル１０ａの積層方向の両端部に形成される一対の積層端面１０ｃ、１０ｄを有している。なお、一対の積層端面１０ｃ、１０ｄは、燃料電池１０における発電セル１０ａの積層方向に直交する方向に延びる端面である。

【0027】

本実施形態の燃料電池１０は、作動温度が高温（例えば、５００℃〜１０００℃）となる固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）で構成されている。なお、説明の便宜上、図１では、燃料電池１０を単一の発電セル１０ａとして図示している。

【0028】

本実施形態の発電セル１０ａは、固体電解質体１１、空気極（カソード）１２、燃料極（アノード）１３、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流路が形成されたセパレータ１４、１５で構成されている。なお、本実施形態の発電セル１０ａは、炭化水素系の原料であるメタンガス（ＣＨ４）を改質した改質ガス（Ｈ２、ＣＯ）を燃料としている。

【0029】

セパレータ１４、１５は、各発電セル１０ａを電気的に接続すると共に、燃料ガスおよび酸化剤ガスといった反応ガスを各発電セル１０ａへ供給する機能を有する。なお、セパレータ１４、１５には、燃料ガスを各発電セル１０ａへ供給する燃料ガス通路（図示略）、および空気を空気極１２および燃料極１３へ供給する空気通路（図示略）が形成されている。

【0030】

本実施形態の燃料電池１０は、発電セル１０ａの外周部にガス漏れ防止シール（図示略）が設けられたシール構造となっており、各発電セル１０ａからのオフガスが、図示しないマニホールドを介して、後述する空気排出経路６ａ、燃料排出経路６ｂに排出される。

【0031】

各発電セル１０ａでは、以下の反応式Ｆ１、Ｆ２に示す水素および酸素の電気化学反応により、電気エネルギが出力される。
（燃料極）２Ｈ_２＋２Ｏ^２−→２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻…Ｆ１
（空気極）Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｏ^２−…Ｆ２
また、各発電セル１０ａでは、以下の反応式Ｆ３、Ｆ４に示す一酸化炭素（ＣＯ）および酸素の電気化学反応により、電気エネルギが出力される。
（燃料極）２ＣＯ＋２Ｏ_２−→２ＣＯ_２＋４ｅ⁻…Ｆ３
（空気極）Ｏ_２＋４ｅ⁻→２Ｏ^２−…Ｆ４
なお、図示しないが燃料電池１０のセル積層方向の両端には、各発電セル１０ａから出力される電流を集電する集電板が設けられており、当該集電板にて集電された電流が、バスバー等を介して外部へ引き出される。

【0032】

燃料電池１０の空気の入口側には、空気の供給経路である空気供給経路３が接続されている。この空気供給経路３には、空気流れ上流側から順に、塵や埃等を除去する空気フィルタ３１、燃料電池１０へと空気を圧送する空気用ブロワ３２、第１空気予熱器３３、および第２空気予熱器３４が設けられている。

【0033】

各空気予熱器３３、３４それぞれは、燃料電池１０の空気極１２に供給する空気と燃料極１３に供給する高温の燃料ガスとの温度差を縮小して、各発電セル１０ａにおける発電効率の向上を図るために設けられている。

【0034】

第１空気予熱器３３は、空気用ブロワ３２から圧送された空気を、後述するオフガス燃焼器６１で生成した燃焼ガスと熱交換させて加熱するものである。第１空気予熱器３３では、空気用ブロワ３２から圧送された空気と、発電時における燃料電池１０の温度（例えば、７００℃〜８００℃）よりも低い温度の燃焼ガスとを熱交換させる低温の予熱器である。本実施形態の第１空気予熱器３３は、その内部における空気が、後述する燃料改質器４４に流入する燃料ガスと同等の温度に昇温するように構成されている。これにより、第１空気予熱器３３の空気流れ下流側の第２空気予熱器３４には、燃料改質器４４に流入する燃料ガスと同等の温度の空気が流入する。

【0035】

第２空気予熱器３４は、第１空気予熱器３３にて昇温した空気を、第１空気予熱器３３を流通する燃焼ガスよりも高温の燃焼ガスと熱交換させる高温の予熱器（酸化剤ガス予熱器）である。

【0036】

本実施形態の第２空気予熱器３４は、燃料電池１０と共にハウジング２の内部に収容されており、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を吸熱して、内部を流通する空気を加熱する放射熱型の熱交換器で構成されている。本実施形態では、第２空気予熱器３４が、第１空気予熱器３３にて昇温した空気を第２流体として、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱と熱交換させる第２熱交換手段を構成している。なお、第２空気予熱器３４には、発電時における燃料電池１０の温度よりも低い空気が流入する。

【0037】

ここで、第２空気予熱器３４では、内部における空気流れ上流側の部位が低温、空気流れ下流側の部位が高温となる傾向があり、燃料電池１０に対向する対向面に温度分布が生じ易い。

【0038】

このため、第２空気予熱器３４の内部における空気の流路は、燃料電池１０に対向する対向面の温度分布が均一となるように、空気流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定することが望ましい。

【0039】

一方、燃料電池１０の燃料ガスの入口側には、燃料ガスの供給経路である燃料供給経路４が接続されている。この燃料供給経路４には、燃料ガス流れ上流側から順に、燃料ガスに含まれる硫黄成分を除去する脱硫器４１、燃料電池１０へと燃料ガスを圧送する燃料用ブロワ４２、燃料予熱器４３、燃料改質器４４が設けられている。

【0040】

燃料予熱器４３は、燃料用ブロワ４２から圧送された燃料ガスを後述するオフガス燃焼器６１で生成した燃焼ガスと熱交換させて加熱するものである。この燃料予熱器４３は、水供給経路５にも接続されており、純水器５１を介して水ポンプ５２から供給される水を燃焼ガスと熱交換させて蒸発させる水蒸気生成器としての機能も果たしている。なお、燃料予熱器４３では、燃料用ブロワ４２から圧送された燃料ガスと燃料電池１０よりも低い温度の燃焼ガスとを熱交換させる低温の予熱器である。

【0041】

燃料改質器４４は、燃料予熱器４３にて加熱された燃料ガス、および水蒸気を混合した混合ガスを燃焼ガスと熱交換させて加熱すると共に、水蒸気改質により水素および一酸化炭素を含む燃料ガスを生成する燃料ガス生成器である。

【0042】

本実施形態の燃料改質器４４は、燃料電池１０や第２空気予熱器３４と共にハウジング２の内部に収容されており、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を吸熱して、内部を流通する燃料ガスを加熱する放射熱型の熱交換器で構成されている。本実施形態では、燃料改質器４４が、燃料予熱器４３にて昇温した燃料ガスを第１流体として、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱と熱交換させる第１熱交換手段を構成している。なお、燃料改質器４４には、発電時における燃料電池１０の温度（例えば、７００℃〜８００℃）よりも低い燃料ガスが流入する。

【0043】

ここで、水蒸気改質は、吸熱反応であり、本実施形態の如く、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を吸熱可能な高温の条件下で行うことで、より高転化率の改質反応を実現することができる。但し、燃料電池１０の起動時等には、燃料改質器４４にて部分酸化改質を行うようにしてもよい。

【0044】

また、燃料改質器４４では、内部における燃料ガス流れ上流側の部位が低温、燃料ガス流れ下流側の部位が高温となる傾向があり、燃料電池１０に対向する対向面に温度分布が生じ易い。

【0045】

このため、燃料改質器４４の内部における燃料ガスの流路は、燃料電池１０に対向する対向面の温度分布が均一となるように、燃料ガス流れ上流側と下流側とが隣り合うように設定することが望ましい。

【0046】

なお、図示しないが、空気供給経路３および燃料供給経路４それぞれには、燃料電池１０に供給する燃料ガスの供給量を調整する調整弁や、燃料電池１０に供給する空気の供給量を調整する調整弁等が設けられている。

【0047】

燃料電池１０の空気の出口側には、燃料電池１０からの排出空気（酸化剤ガスのオフガス）が流れる空気排出経路６ａが接続され、燃料電池１０の燃料ガスの出口側には、排出燃料（燃料ガスのオフガス）が流れる燃料排出経路６ｂが接続されている。各排出経路６ａ、６ｂは、オフガス燃焼器６１に接続されている。

【0048】

オフガス燃焼器６１は、排出燃料と排出空気とを混合して燃焼させることで、燃料電池１０に供給する空気や燃料ガスの予熱等の熱源として利用される高温（例えば、９００℃〜１０００℃）の燃焼ガスを生成する燃焼器である。なお、燃料電池１０から排出される排出燃料および排出空気には、発電に利用されなかった未反応ガスが含まれている。このため、当該未反応ガスを有効活用するために、オフガス燃焼器が設けられている。

【0049】

このオフガス燃焼器６１には、高温の燃焼ガスを排出する燃焼ガス経路６が接続されている。この燃焼ガス経路６は、内部を流れる燃焼ガスの熱を有効利用すべく、上流側から順に燃料改質器４４、第２空気予熱器３４、燃料予熱器４３、第１空気予熱器３３といった機器に接続されている。なお、図示しないが、燃焼ガス経路６における第１空気予熱器３３の下流側には、給湯水を加熱する熱交換器を設けられており、燃料ガスが有する熱にて、給湯水等を加熱するようになっている。

【0050】

続いて、本実施形態の燃料電池装置１の内部における具体的な配置形態について、図２に示す模式図、図３に示す模式的な断面図を用いて説明する。

【0051】

図２、図３に示すように、本実施形態の燃料電池１０は、直方体型のスタック構造であり、天地方向が発電セル１０ａの積層方向と一致するように、ハウジング２の中央部に配置されている。この点については、以降の実施形態においても同様である。

【0052】

また、本実施形態の燃料電池１０は、内部に空気を導入する空気導入部１４ａが第２空気予熱器３４の空気出口部３４ｂに接続され、内部から空気を排出する空気排出部１４ｂが空気排出経路６ａに接続されている。また、燃料電池１０は、内部に燃料ガスを導入する燃料導入部１５ａが燃料改質器４４の燃料出口部４４ｂに接続され、内部から燃料ガスを排出する燃料排出部１５ｂが燃料排出経路６ｂに接続されている。

【0053】

燃料電池１０の空気導入部１４ａは、第２空気予熱器３４に対向する対向面における第２空気予熱器３４の空気出口部３４ｂに対応する位置に設けられている。また、燃料電池１０の燃料導入部１５ａは、燃料改質器４４に対向する対向面における燃料改質器４４の燃料出口部４４ｂに対応する位置に設けられている。なお、本実施形態の燃料電池１０は、第２空気予熱器３４から導入された空気が、第２空気予熱器３４側から燃料改質器４４側へ発電部位を流通するように空気流路が設定されている。

【0054】

第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、各機器３４、４４間における不必要な熱交換を避けるために、互いに離間して配置されている。また、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、一方の熱交換手段と燃料電池１０との間に、他方の熱交換手段が介在しないように、燃料電池１０の周囲に対向配置されている。換言すれば、本実施形態の第２空気予熱器３４は、燃料改質器４４と燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０を挟んで燃料改質器４４の反対側に配置されている。同様に、本実施形態の燃料改質器４４は、第２空気予熱器３４と燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０を挟んで第２空気予熱器３４の反対側に配置されている。

【0055】

また、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、それぞれ燃料電池１０との間に、他の熱交換手段が介在せず、燃料電池１０からの放射熱を直接的に受熱するように配置されている。なお、他の熱交換手段は、燃料電池１０の放射熱を積極的に受熱する熱交換器を想定しており、燃料電池１０の放射熱を受熱するものの受熱量が少ない空気供給経路３や燃料供給経路４等の各種配管、燃料電池１０に接続される各種配線は含まれない。つまり、各種配管や配線については、各機器３４、４４と燃料電池１０との間に介在していてもよい。

【0056】

本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０からの充分な熱伝達、および放射熱（輻射熱）が得られるように、燃料電池１０における積層面１０ｂに対向する位置に燃料電池１０から適切に離間して配置されている。なお、本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれは、燃料電池１０からの距離が互いに等しくなるように配置されている。

【0057】

また、本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、少なくとも一部が、互いの対向方向Ｘから見たときに燃料電池１０と重合し、且つ、対向方向に直交する方向Ｙから見たときに燃料電池１０と非重合となるように配置されている。なお、「重合」とは、重なり合う状態を意味している。また、「非重合」とは、重なり合わない状態を意味している。

【0058】

本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０に対向する対向面が、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさと同等となっている。なお、対向方向Ｘは、空気予熱器３４および燃料改質器４４における互いの対向面積が最も大きくなる面に対して直交する方向である。

【0059】

なお、本実施形態の第２空気予熱器３４は、空気入口部３４ａが空気供給経路３に接続され、空気出口部３４ｂが燃料電池１０の空気導入部１４ａに接続されている。また、本実施形態の燃料改質器４４は、燃料入口部４４ａが燃料供給経路４に接続され、燃料出口部４４ｂが燃料電池１０の燃料導入部１５ａに接続されている。

【0060】

次に、上記構成に係る燃料電池システムの作動について説明する。図示しないコントローラからの制御指令により、燃料電池システムの運転が開始されると、空気用ブロワ３２、燃料用ブロワ４２、水ポンプ５２等が作動する。

【0061】

空気供給経路３では、空気用ブロワ３２にて圧送された空気が第１空気予熱器３３にて所望の温度となるまで加熱された後、さらに第２空気予熱器３４にて加熱されて燃料電池１０に供給される。

【0062】

一方、燃料供給経路４では、燃料用ブロワ４２にて圧送された燃料ガス、および水ポンプ５２にて圧送された水が、燃料予熱器４３にて所望の温度まで加熱された後、燃料改質器４４にてリッチな燃料ガスに改質されて燃料電池１０に供給される。

【0063】

燃料電池１０は、燃料ガスおよび空気が供給されると、水素および一酸化炭素を燃料として前述の反応式Ｆ１〜Ｆ４に示す電気化学反応により、電気エネルギを出力する。

【0064】

燃料電池１０から排出された各オフガスは、オフガス燃焼器６１にて燃焼される。そして、オフガス燃焼器６１にて生ずる高温の燃焼ガスは、燃焼ガス経路６を介して燃料改質器４４、第２空気予熱器３４、燃料予熱器４３、第１空気予熱器３３の順に流れ、各機器における熱源として利用された後に外部へ排出される。

【0065】

以上説明した本実施形態の燃料電池装置１では、同等の温度の燃料ガスおよび空気が流入する第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０の周囲に対向配置する構成としている。

【0066】

これによれば、燃料電池１０の発電時に生ずる放射熱を第２空気予熱器３４および燃料改質器４４にて均等に吸熱することができるので、燃料電池１０の温度ばらつきを抑制しつつ、燃料電池１０における余剰の熱を回収することができる。

【0067】

この際、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４が、互いに離間すると共に、一方の熱交換手段と燃料電池１０との間に他方の熱交換手段が介在しない配置構成としているので、第２空気予熱器３４を流通する空気および燃料改質器４４を流通する燃料ガス同士の不必要な熱交換を抑制することができる。この結果、燃料電池１０における余剰の熱を効率よく回収することができる。

【0068】

特に、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を互いの対向方向Ｘに直交する方向Ｙから見たときに燃料電池と非重合となる配置構成としている。これによれば、各熱交換手段を流通する流体同士の不必要な熱交換を効果的に抑制することができ、燃料電池における余剰の熱をより効率よく回収することができる。

【0069】

また、本実施形態の燃料電池装置１では、比較的作動温度の近い構成機器である第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を燃料電池の周囲に配置する構成としている。これによれば、燃料電池１０からの放射熱を燃料ガスの改質、および酸化剤ガスである空気の加熱に有効利用することができる。

【0070】

ここで、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれにおける燃料電池１０に対向する対向面の大きさが、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさと同等となっている例について説明したが、これに限定されない。

【0071】

例えば、図４に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれにおける燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも大きくすることが望ましい。このことは、以降の実施形態においても同様である。

【0072】

これによれば、燃料電池１０における発電セル１０ａの積層方向の両端部より放射される放射熱についても、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４で充分受けることができる。これにより、燃料電池１０における積層面１０ｂからの放射熱の熱流束を均一化させることができ、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。

【0073】

勿論、図５に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれにおける燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも小さくしてもよい。

【0074】

また、図６に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４のうち、一方における燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも大きくする。さらに、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４のうち、他方における燃料電池１０に対向する対向面を、燃料電池１０の１つの積層面１０ｂの大きさよりも小さくしてもよい。

【0075】

また、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれの外形状を直方体型とする例について説明したが、これに限定されない。第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、対向方向Ｘに直交する方向Ｙから見たときに燃料電池１０と非重合となる配置形態であれば、Ｌ字型やＵ字型の外形状としてもよい。

【0076】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、燃料電池装置１における第２空気予熱器３４および燃料改質器４４の配置形態を変更した例について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

【0077】

燃料改質器４４における水蒸気改質は、吸熱反応であり、燃料改質器４４の内部では、改質反応時の吸熱効果によりガス流れ上流側から下流側に至る範囲の温度勾配が小さくなる傾向がある。

【0078】

これに対して、第２空気予熱器３４の内部では、燃料改質器４４のように水蒸気改質による吸熱効果が生じないことから、燃料改質器４４の内部に比べて、ガス流れ上流側から下流側に至る範囲の温度勾配が大きくなり易い傾向がある。

【0079】

このように、第２空気予熱器３４内部のガス流路における温度勾配が大きいと、燃料電池１０における温度ばらつきを助長する要因となり得ることから、好ましくない。

【0080】

そこで、本実施形態の燃料電池装置１は、図７の構成図に示すように、第２空気予熱器３４と燃料電池１０との間の間隔（距離δ１）が、燃料改質器４４と燃料電池１０との間の間隔（距離δ２）よりも広くなるように、第２空気予熱器３４を配置している（δ１＞δ２）。

【0081】

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃料改質器４４に比べて内部の温度勾配が大きくなり易い第２空気予熱器３４を、燃料改質器４４よりも燃料電池１０から離間させる構成としている。

【0082】

これによれば、燃料電池１０から第２空気予熱器３４側への放射熱を拡散させることができる。これにより、第２空気予熱器３４内部の温度勾配によって燃料電池１０が局所的に冷却されてしまうことを抑制することができ、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。

【0083】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、燃料電池１０の構造を変更した例について説明する。本実施形態では、第１、第２実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

【0084】

本実施形態の燃料電池１０は、図８に示すように、発電セル１０ａにおける空気排出側の外周部にガス漏れ防止シール（図示略）が設けられていないシールレス構造となっており、各発電セル１０ａからの排出空気が、燃料電池１０の空気排出部（オフガス排出部）１４ｃから自由に放出されるようになっている。

【0085】

また、本実施形態の燃料改質器４４は、燃料電池１０の空気排出部１４ｃからの排出空気に晒されるように、空気排出部１４ｃに対向する位置に配置されている。なお、第２空気予熱器３４は、燃料改質器４４と燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０を挟んで燃料改質器４４の反対側に配置されている。

【0086】

なお、図示しないが、本実施形態のオフガス燃焼器６１には、ハウジング２内の空気が供給されるようになっており、オフガス燃焼器６１は、燃料ガスのオフガスとハウジング２内から供給された空気を混合して燃焼させる構成となっている。

【0087】

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃料改質器４４が燃料電池１０から排出される高温の排出空気に晒される構成となっている。このため、燃料改質器４４にて燃料ガスの改質に必要とされる熱を充分に得ることができ、燃料改質器４４における改質反応を促進することができる。

【0088】

また、発電セル１０ａの空気排出側をシールレス構造としているので、燃料電池１０の構造の簡素化を図ることができる。

【0089】

なお、本実施形態では、発電セル１０ａの空気排出側をシールレス構造とする例について説明したが、これに限定されない。

【0090】

例えば、図９に示すように、発電セル１０ａの空気導入側をシールレス構造とし、第２空気予熱器３４側の空気出口部３４ｂからの空気を燃料電池１０の空気導入部（オフガス導入部）１４ｄから導入する構成としてもよい。

【0091】

また、図示しないが、発電セル１０ａの燃料ガスの排出側をシールレス構造とし、各発電セル１０ａからの排出燃料が、燃料電池１０の燃料排出部（オフガス排出部）から自由に放出される構成としてもよい。この場合、第２空気予熱器３４を、燃料電池１０の燃料排出部からの排出燃料に晒されるように、燃料排出部に対向する位置に配置することで、第２空気予熱器３４にて空気の加熱に必要とされる熱を充分に得ることができる。勿論、発電セル１０ａの空気の排出側および燃料ガスの排出側それぞれをシールレス構造としてもよい。

【0092】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態に対して、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４の形状を変更した例について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

【0093】

本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれが、図１０に示すように、燃料電池１０の積層面１０ｂの全体を覆うようにＵ字形状で構成されている。本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０を挟んで対称となる形状としている。なお、本実施形態の第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、互いの対向方向Ｘに直交する方向Ｙから見たときに燃料電池１０に重合するように配置されていることになる。

【0094】

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を燃料電池１０の積層面１０ｂの全体を覆うＵ字形状としている。これにより、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４における燃料電池１０からの放射熱の受熱面（対向面）を拡大することができるので、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制しつつ、燃料電池１０における余剰の熱を回収することができる。

【0095】

なお、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０を挟んで対称となる形状とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、図１１に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０を挟んで対称となる形状としてもよい。

【0096】

また、本実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４をＵ字形状とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、図１１に示すように、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を、燃料電池１０を挟んで非対称となる形状としてもよい。また、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４は、燃料電池１０の積層面１０ｂの全体を覆うことが可能であれば、例えば、Ｌ字形状としてもよい。

【0097】

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６の具体的な配置形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

【0098】

本実施形態では、図１２、図１３に示すように、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６である第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置している。なお、「熱的に接触する」とは、伝熱が可能なように部材同士が直接的に接触している状態だけでなく、仮に部材間が離間したとしても、部材間の空間を介して部材同士の伝熱が可能となっている状態を含む意味である。

【0099】

燃焼ガス経路６を構成する第１ガス経路６２は、オフガス燃焼器６１にて生成された燃焼ガスが流通するガス経路である。具体的には、第１ガス経路６２は、燃料改質器４４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側の背面全域に直接的に接触した状態で配置されている。なお、第１ガス経路６２は、燃料改質器４４との間で伝熱が可能であれば、燃料改質器４４の背面から離間した状態で配置されていてもよい。

【0100】

燃焼ガス経路６を構成する第２ガス経路６３は、第１ガス経路６２を通過した燃焼ガスが流通するガス経路である。具体的には、第２ガス経路６３は、第２空気予熱器３４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側の背面全域に直接的に接触した状態で配置されている。なお、第２ガス経路６３は、第２空気予熱器３４との間で伝熱が可能であれば、第２空気予熱器３４の背面から離間した状態で配置されていてもよい。

【0101】

その他の構成および作動は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４における燃料電池１０に対向する対向面の反対側に熱的に接触するように配置する構成を採用している。

【0102】

このように、燃焼ガスの熱を利用して、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４それぞれを昇温させる構成とすれば、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４と燃料電池１０との温度差を縮小することができる。これにより、燃料電池１０の積層面１０ｂからの放射熱の熱流束のばらつきが縮小されるので、燃料電池１０における温度ばらつきを効果的に抑制することができる。

【0103】

なお、本実施形態では、第２ガス経路６３が第１ガス経路６２の燃料ガス流れ下流側に位置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第２ガス経路６３が第１ガス経路６２の燃料ガス流れ上流側に位置するようにしてもよい。また、燃焼ガス経路６を燃料電池装置１内部で２つに分岐し、分岐したガス経路を第１、第２ガス経路６２、６３として用いてもよい。

【0104】

また、第１ガス経路６２と第２ガス経路６３とは、図示しない配管により接続されることになるが、当該配管については、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４に対して熱的に接触させる必要がないことは言うまでもない。このことは、第１ガス経路６２と第２ガス経路６３との間の配管に限らず、燃料電池装置１内部におけるオフガス燃焼器６１等と接続するための配管についても同様である。

【0105】

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態では、第５実施形態に対して、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６の具体的な配置形態を変更した例について説明する。本実施形態では、第５実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

【0106】

燃料電池１０を複数の発電セル１０ａを積層した積層体で構成する場合、発電セル１０ａの積層方向（以下、セル積層方向と呼ぶ。）における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃは、セル積層方向の中段部Ａに比べて、外部に露出する面積（放熱面積）が大きい。

【0107】

このため、発電セル１０ａの積層体で構成される燃料電池１０では、セル積層方向における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃの温度が、セル積層方向の中段部Ａの温度に比べて低くなる傾向がある。なお、燃料電池１０におけるセル積層方向における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃは、一対の積層端面１０ｃ、１０ｄを含むセル積層方向における端部側に位置する発電セル１０ａで構成される領域である。また、燃料電池１０におけるセル積層方向の中段部Ａは、複数の発電セル１０ａのうち、セル積層方向における端部側に位置する発電セル１０ａを除く発電セル１０ａで構成される領域である。

【0108】

そこで、本実施形態では、燃焼ガス経路６を流通する燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの温度を昇温させる構成としている。

【0109】

具体的には、本実施形態では、図１４に示すように、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３同士を接続する第３ガス経路６４を、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄの一方の積層端面１０ｃに対向するように配置している。なお、本実施形態の第３ガス経路６４は、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対して充分に熱が放射されるように、燃料電池１０の積層端面１０ｃから離間して配置されている。

【0110】

その他の構成および作動は、第１、第５実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４に熱的に接触させると共に、第３ガス経路６４を燃料電池１０の積層端面１０ｃに対向するように配置している。

【0111】

このように、燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０における低温となり易いセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂを昇温させる構成とすれば、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。

【0112】

なお、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄのうち、一方の積層端面１０ｃに対向するように配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第３ガス経路６４を、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄのうち、他方の積層端面１０ｄに対向するように配置したり、燃料電池１０の一対の積層端面１０ｃ、１０ｄの双方に対向するように配置したりしてもよい。

【0113】

また、各ガス経路６２、６３、６４は、図示しない配管により接続されることになるが、当該配管については、各機器３４、４４に対して熱的に接触させたり、燃料電池１０の積層端面１０ｃ、１０ｄに対向配置させたりする必要がないことは言うまでもない。このことは、各ガス経路６２、６３、６４間の配管に限らず、燃料電池装置１内部におけるオフガス燃焼器６１等と接続するための配管についても同様である。

【0114】

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。本実施形態では、第５実施形態に対して、燃料電池装置１内部における燃焼ガス経路６の具体的な配置形態を変更した例について説明する。本実施形態では、第５実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

【0115】

本実施形態では、第６実施形態と同様に、燃焼ガス経路６を流通する燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの温度を昇温させる例について説明する。

【0116】

具体的には、本実施形態では、図１５、図１６に示すように、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３同士を接続する第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの積層面１０ｂと対向するように配置している。

【0117】

ここで、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの積層面１０ｂのうち、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４と対向する積層面１０ｂを除く積層面１０ｂに対向するように配置している。なお、本実施形態の第３ガス経路６４は、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対して充分に熱が放射されるように、燃料電池１０の積層面１０ｂから離間して配置されている。

【0118】

その他の構成および作動は、第１、第５実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池装置１では、燃焼ガス経路６を構成する第１、第２ガス経路６２、６３を、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４に熱的に接触させると共に、第３ガス経路６４を燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対向するように配置している。

【0119】

このように、燃焼ガスの熱を利用して、燃料電池１０における低温となり易いセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂを昇温させる構成とすれば、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。

【0120】

なお、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂに対向するように配置する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃに対向するように配置したり、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂ、Ｃの双方に対向するように配置したりしてもよい。

【0121】

また、本実施形態では、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの積層面１０ｂのうち、各機器３４、４４と対向する積層面１０ｂを除く積層面１０ｂに対向配置する構成を例示したが、これに限定されない。

【0122】

例えば、第３ガス経路６４を、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂの各積層面１０ｂの全周を囲むように、各積層面１０ｂに対向配置してもよい。この場合、第３ガス経路６４は、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４と燃料電池１０との間にも介在することとなる。

【0123】

（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

【0124】

前述の第６実施形態にて説明したように、発電セル１０ａの積層体で構成される燃料電池１０は、セル積層方向における端部側に位置する部位Ｂ、Ｃの温度が、セル積層方向の中段部Ａの温度に比べて低くなる傾向がある。

【0125】

このため、燃料電池１０のセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂ、Ｃと第２空気予熱器３４および燃料改質器４４とを対向配置するだけでは、燃料電池１０のセル積層方向における温度分布が依然として生ずる虞がある。

【0126】

そこで、本実施形態では、燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位から、第２空気予熱器３４や燃料改質器４４への熱の移動を抑制する構成としている。本実施形態では、図１７に示すように、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、燃料電池１０から出力電流を引き出すためのバスバー１６を配置している。

【0127】

これにより、本実施形態のバスバー１６は、燃料電池１０から出力電流を引き出すための部材として機能すると共に、第２空気予熱器３４と燃料電池１０との間の熱移動を妨げる熱遮断手段としても機能する。

【0128】

ここで、第２空気予熱器３４における空気入口部３４ａ付近は、燃料電池１０の輻射熱により昇温した空気が流れる空気出口部３４ｂ付近よりも低温となり易い傾向がある。このように、第２空気予熱器３４において温度分布が生ずると、燃料電池１０の温度ばらつきの発生要因となってしまう。つまり、燃料電池１０では、第２空気予熱器３４における低温となる空気入口部３４ａ付近に対向する部位の温度が、高温となる空気出口部３４ｂ付近に対向する部位の温度よりも低くなり易くなって虞がある。

【0129】

この点を考慮して、本実施形態では、第２空気予熱器３４の空気入口部３４ａ付近の部位と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、バスバー１６を配置している。

【0130】

その他の構成および作動は第１実施形態と同様である。本実施形態では、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置している。

【0131】

これによれば、燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃから、第２空気予熱器３４への熱の移動が抑制されることで、セル積層方向における端部側に位置する部位Ｃの温度低下を抑えることができる。この結果、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。

【0132】

特に、本実施形態では、第２空気予熱器３４の空気入口部３４ａ付近の部位と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとが対向する配置構成であるため、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布をより効果的に縮小することができる。

【0133】

また、本実施形態では、燃料電池１０から出力電流を引き出すためのバスバー１６を熱遮断手段として利用しているので、別途部材を追加することなく、燃料電池１０におけるセル積層方向の温度分布を縮小することができる。

【0134】

なお、本実施形態では、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置する例について説明したが、これに限定されない。

【0135】

すなわち、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４のうち少なくとも一方と、燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位との間に熱遮断手段が配置されていればよい。

【0136】

例えば、第２空気予熱器３４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｂとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置してもよい。また、燃料改質器４４と燃料電池１０におけるセル積層方向の端部側に位置する部位Ｃとの間に、熱遮断手段として機能するバスバー１６を配置してもよい。

【0137】

また、本実施形態では、バスバー１６を熱遮断手段として機能させる例について説明したが、これに限定されない。例えば、燃料電池装置１を構成する部材のうち、バスバー１６以外の部材を熱遮断手段として機能させるようにしてもよい。勿論、熱遮断手段として専用の熱遮蔽板を用いるようにしてもよい。

【0138】

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。例えば、以下のように種々変形可能である。

【0139】

（１）上述の各実施形態では、第１空気予熱器３３および第２空気予熱器３４を独立した構成機器とすると共に、燃料予熱器４３および燃料改質器４４を独立した構成機器とする例について説明したが、これに限定されない。例えば、第１空気予熱器３３および第２空気予熱器３４を一体化すると共に、燃料予熱器４３および燃料改質器４４を一体化し、これらを燃料電池１０の周囲に配置するようにしてもよい。

【0140】

（２）上述の各実施形態では、第２空気予熱器３４および燃料改質器４４を燃料電池１０の周囲に配置する例について説明したが、これに限定されない。

【0141】

例えば、第２空気予熱器３４を、互いに流入する空気の温度が同等となる２つ以上の予熱器で構成し、各予熱器同士が燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０の周囲に配置してもよい。また、燃料改質器４４を、互いに流入する燃料ガスの温度が同等となる２つ以上の改質器で構成し、各改質器同士が燃料電池１０との間に介在しないように、燃料電池１０の周囲に配置してもよい。

【0142】

（３）上述の第１、第２、第４実施形態では、燃料電池１０、第２空気予熱器３４、および燃料改質器４４をハウジング２内に収容する例について説明したが、これに限定されず、ハウジング２を省略してもよい。

【0143】

（４）上述の各実施形態では、燃料電池１０を直方体型のスタック構造とする例について説明したが、これに限らず、燃料電池１０を円柱型のスタック構造としてもよい。

【0144】

（５）また、燃料電池１０を平板型の発電セル１０ａを複数積層したスタック構造で構成する例について説明したが、これに限らず、燃料電池１０を複数の円筒型の発電セル１０ａを積層した積層体で構成してもよい。

【0145】

（６）上述の第５〜第７実施形態では、第１ガス経路６２を燃料改質器４４の背面全域に熱的に接触するように配置すると共に、第２ガス経路６３を第２空気予熱器３４の背面全域に熱的に接触するように配置する例について説明したが、これに限定されない。例えば、第１ガス経路６２を燃料改質器４４の背面の一部に熱的に接触した状態で配置すると共に、第２ガス経路６３を第２空気予熱器３４の背面の一部に熱的に接触した状態で配置するようにしてもよい。

【0146】

（７）上述の各実施形態では、発電セル１０ａの積層方向（セル積層方向）が天地方向と一致する燃料電池１０を例示したが、これに限定されない。燃料電池１０のセル積層方向が、天地方向に交差する方向（例えば、水平方向）となっていてもよい。

【0147】

（８）上述の各実施形態では、燃料電池１０を高温で作動する固体酸化物型燃料電池とする例について説明したが、これに限定されず、例えば、燃料電池１０を高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池としてもよい。

【0148】

（９）上述の各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上述の各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

【符号の説明】

【0149】

１ 燃料電池装置
１０ 燃料電池
１０ａ 発電セル
３４ 第２空気予熱器（酸化剤ガス予熱器、第２熱交換手段）
４４ 燃料改質器（第１熱交換手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】