特許 6701419 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】6701419

(24)【登録日】2020年5月8日

(45)【発行日】2020年5月27日

(54)【発明の名称】燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20200518BHJP

   H01M 8/0612 20160101ALI20200518BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20200518BHJP

   H01M 8/04014 20160101ALI20200518BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20200518BHJP

   H01M 8/2484 20160101ALI20200518BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20200518BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 J

   H01M8/0612

   H01M8/04746

   H01M8/04 N

   H01M8/04014

   H01M8/2475

   H01M8/2484

   !H01M8/12 101

   !H01M8/12 102C

【請求項の数】6

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2019-151153(P2019-151153)

(22)【出願日】2019年8月21日

(65)【公開番号】特開2020-64846(P2020-64846A)

(43)【公開日】2020年4月23日

【審査請求日】2019年8月21日

(31)【優先権主張番号】特願2018-193758(P2018-193758)

(32)【優先日】2018年10月12日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】小笠原 徳之

(72)【発明者】

【氏名】菅 博史

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【審査官】 大内 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２６８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−７３７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３１２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１６７７６４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１８−１１３２４３（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】

燃料電池セルと、
ガス供給室及びガス回収室を有するマニホールドと、
前記マニホールド及び前記燃料電池セルを収容するハウジングと、
バーナを有し、前記ガス供給室に供給される燃料ガスを生成する燃料処理器と、
前記ハウジング内へ空気を供給する第１空気供給経路と、
前記バーナへ空気を供給する第２空気供給経路と
前記燃料処理器から前記ガス供給室へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、
前記ガス回収室から前記バーナへ燃料ガスのオフガスを供給するオフガス供給経路と、
前記燃料処理器から前記ハウジングへ向かう気流を生成する気流生成部と、
を備える、
燃料電池装置。

【請求項2】

前記第１空気供給経路によってハウジング内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、前記第２空気供給経路によってバーナに供給される空気の流量（Ｑ２）の割合（Ｑ２／Ｑ１）は、０．０５〜０．４０である、
請求項１に記載の燃料電池装置。

【請求項3】

前記第１空気供給経路によってハウジング内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、前記第２空気供給経路によってバーナに供給される空気の流量（Ｑ２）の割合（Ｑ２／Ｑ１）は、０．１０〜０．３５である、
請求項１又は２に記載の燃料電池装置。

【請求項4】

前記第１空気供給経路によってハウジング内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、前記気流生成部によって生成される気流の流量Ｑ３の割合（Ｑ３／Ｑ１）は、０．１〜０．５である、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池装置。

【請求項5】

前記第１空気供給経路内を流れる空気と前記ハウジングから排出される空気とを熱交換させるように構成された熱交換器をさらに備える、
請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池装置。

【請求項6】

前記燃料電池セルは、
前記ガス供給室と連通し、前記燃料電池セルの基端部から先端部に延びる少なくとも１つの第１ガス流路と、
前記ガス回収室と連通し、前記燃料電池セルの基端部から先端部に延びて前記燃料電池セルの先端部において前記第１ガス流路と連通する、少なくとも１つの第２ガス流路と、
を有する、
請求項１から５のいずれか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、燃料電池装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池装置は、燃料電池セル、マニホールド、及び燃料処理器を備えている。例えば特許文献１に開示された燃料電池装置では、燃料電池セル、マニホールド、及び燃料処理器がハウジング内に配置されている。燃料処理器の一例である改質器によって原料ガスを改質して燃料ガスを生成し、マニホールドへ供給する。燃料電池セルは、マニホールドから燃料ガスが供給されるとともに、ハウジング内に供給された空気が供給されることによって発電する。この燃料電池セルにおいて使用された後の燃料ガス及び空気を、燃料電池セルの先端において燃焼させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４９８６３７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した燃料電池装置では、燃料電池セルに供給するための空気の流量と、燃料電池セルの先端で燃焼される空気の流量とを独立してそれぞれ調節することができないため、発電効率が悪い。

【0005】

本発明の課題は、発電効率を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある側面に係る燃料電池装置は、マニホールドと、燃料電池セルと、ハウジングと、燃料処理器と、第１空気供給経路と、第２空気供給経路と、燃料ガス供給経路と、オフガス供給経路とを備えている。マニホールドは、ガス供給室及びガス回収室を有する。ハウジングは、マニホールド及び燃料電池セルを収容する。燃料処理器は、バーナを有する。燃料処理器は、ガス供給室に供給される燃料ガスを生成する。第１空気供給経路は、ハウジング内へ空気を供給する。第２空気供給経路は、バーナへ空気を供給する。燃料ガス供給経路は、燃料処理器からガス供給室へ燃料ガスを供給する。オフガス供給経路は、ガス回収室からバーナへ燃料ガスのオフガスを供給する。

【0007】

この構成によれば、燃料電池セルの発電のためにハウジング内へ空気を供給する第１空気供給経路と、燃料ガスのオフガスを燃焼するためにバーナへ供給する第２空気供給経路とがそれぞれ独立して設けられている。このため、燃料電池セルへ供給する空気の流量と、燃料処理器のバーナへ供給する空気の流量とをそれぞれ調節することができ、発電効率を向上させることができる。

【0008】

好ましくは、第１空気供給経路によってハウジング内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、第２空気供給経路によってバーナに供給される空気の流量（Ｑ２）の割合（Ｑ２／Ｑ１）は、０．０５〜０．４０である。この割合にすることによって、燃料電池装置を熱自立させることができる。

【0009】

より好ましくは、第１空気供給経路によってハウジング内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、第２空気供給経路によってバーナに供給される空気の流量（Ｑ２）の割合（Ｑ２／Ｑ１）は、０．１０〜０．３５である。

【0010】

好ましくは、燃料電池装置は、燃料処理器からハウジングへ向かう気流を生成する気流生成部をさらに備える。この構成によれば、燃料処理器によって加熱された気体がハウジングおよび周辺の基材を加熱することができ、その結果、ハウジングからの輻射熱伝達が低下するため燃料電池装置の熱自立性を向上させることができる。

【0011】

好ましくは、第１空気供給経路によってハウジング内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、気流生成部によって生成される気流の流量Ｑ３の割合（Ｑ３／Ｑ１）は、０．１〜０．５である。

【0012】

好ましくは、燃料電池装置は、第１空気供給経路内を流れる空気とハウジングから排出される空気とを熱交換させるように構成された熱交換器をさらに備える。

【0013】

好ましくは、燃料電池セルは、少なくとも１つの第１ガス流路と、少なくとも１つの第２ガス流路と、を有する。第１ガス流路は、ガス供給室と連通し、燃料電池セルの基端部から先端部に延びる。第２ガス流路は、ガス回収室と連通し、燃料電池セルの基端部から先端部に延びる。第１ガス流路と第２ガス流路とは、燃料電池セルの先端部において互いに連通する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、発電効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】燃料電池装置の斜視図。

【図2】燃料電池装置の概略図。

【図3】マニホールドの断面図。

【図4】マニホールドの上面図。

【図5】セルスタック装置の断面図。

【図6】燃料電池セルの斜視図。

【図7】燃料電池セルの断面図。

【図8】変形例に係る燃料電池装置の概略図。

【図9】変形例に係るセルスタック装置の断面図。

【図10】変形例に係るセルスタック装置の断面図。

【図11】変形例に係る燃料電池装置の概略図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る燃料電池装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、燃料電池セルの一例として固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）を用いて説明する。図１は燃料電池装置を示す斜視図である。なお、図１において、いくつかの燃料電池セル、及びハウジングなどの記載を省略している。

【0017】

［燃料電池装置］
図１に示すように、燃料電池装置１００は、マニホールド２と、複数の燃料電池セル１０と、燃料処理器７０とを備えている。また、図２に示すように、燃料電池装置１００は、ハウジング８０、熱交換器８１、第１空気供給経路Ｐ１、第２空気供給経路Ｐ２、燃料ガス供給経路Ｐ３、オフガス供給経路Ｐ４を備えている。また、燃料電池装置１００は、原料ガス供給経路Ｐ５、及び水蒸気供給経路Ｐ６をさらに備えている。

【0018】

［マニホールド］
図３に示すように、マニホールド２は、燃料電池セル１０にガスを供給するように構成されている。また、マニホールド２は、燃料電池セル１０から排出されたガスを回収するように構成されている。マニホールド２は、ガス供給室２１とガス回収室２２とを有している。ガス供給室２１には、燃料処理器７０から燃料ガスが供給される。ガス回収室２２は、各燃料電池セル１０にて使用された燃料ガスを回収する。

【0019】

マニホールド２は、マニホールド本体部２３と、仕切板２４とを有している。マニホールド本体部２３は、内部に空間を有している。マニホールド本体部２３は、直方体状である。

【0020】

図４に示すように、マニホールド本体部２３の天板部２３１には、複数の貫通孔２３２が形成されている。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の長さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。各貫通孔２３２は、ガス供給室２１及びガス回収室２２と連通している。なお、各貫通孔２３２は、ガス供給室２１と連通する部分とガス回収室２２と連通する部分とに分かれていてもよい。

【0021】

仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間をガス供給室２１とガス回収室２２とに仕切っている。詳細には、仕切板２４は、マニホールド本体部２３の略中央部において、マニホールド本体部２３の長さ方向に延びている。仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間を完全に仕切っている必要は無く、仕切板２４とマニホールド本体部２３との間に隙間が形成されていてもよい。

【0022】

図３に示すように、ガス供給室２１の底面には、ガス供給口２１１が形成されている。また、ガス回収室２２の底面には、ガス排出口２２１が形成されている。ガス供給口２１１は、例えば、燃料電池セル１０の配列方向（ｚ軸方向）において、マニホールド２の中心Ｃよりも第１端部２０１側に配置されている。一方、ガス排出口２２１は、例えば、燃料電池セル１０の配列方向（ｚ軸方向）において、マニホールド２の中心Ｃよりも第２端部２０２側に配置されている。

【0023】

［燃料電池セル］
図５は、セルスタック装置の断面図を示している。なお、セルスタック装置は、複数の燃料電池セル１０とマニホールド２とから構成されている。図５に示すように、燃料電池セル１０は、マニホールド２から上方に延びている。燃料電池セル１０は、基端部１０１がマニホールド２に取り付けられている。すなわち、マニホールド２は、各燃料電池セル１０の基端部１０１を支持している。本実施形態では、燃料電池セル１０の基端部１０１は下端部を意味し、燃料電池セル１０の先端部１０２は上端部を意味する。

【0024】

図１に示すように、各燃料電池セル１０は、主面同士が対向するように並べられている。また、各燃料電池セル１０は、マニホールド２の長さ方向（ｚ軸方向）に沿って間隔をあけて並べられている。すなわち、燃料電池セル１０の配列方向は、マニホールド２の長さ方向に沿っている。なお、各燃料電池セル１０は、マニホールド２の長さ方向に沿って等間隔に配置されていなくてもよい。

【0025】

図５及び図６に示すように、燃料電池セル１０は、支持基板４と、複数の発電素子部５と、連通部材３と、を有している。各発電素子部５は、支持基板４の第１主面４５及び第２主面４６に支持されている。なお、第１主面４５に形成される発電素子部５の数と第２主面４６に形成される発電素子部５の数とは、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。また、各発電素子部５の大きさは、互いに異なっていてもよい。

【0026】

［支持基板］
支持基板４は、マニホールド２から上下方向に延びている。詳細には、支持基板４は、マニホールド２から上方に延びている。支持基板４は、扁平状であり、基端部４１と先端部４２とを有している。基端部４１及び先端部４２は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）における両端部である。本実施形態では、支持基板４の基端部４１は下端部を意味し、支持基板４の先端部４２は上端部を意味する。

【0027】

支持基板４の基端部４１は、マニホールド２に取り付けられる。例えば、支持基板４の基端部４１は、接合材などによってマニホールド２の天板部２３１に取り付けられる。詳細には、支持基板４の基端部４１は、天板部２３１に形成された貫通孔２３４に挿入されている。なお、支持基板４の基端部４１は、貫通孔２３４に挿入されていなくてもよい。このように支持基板４の基端部４１がマニホールド２に取り付けられることによって、支持基板４の基端部４１は、ガス供給室２１及びガス回収室２２と連結している。

【0028】

支持基板４は、複数の第１ガス流路４３と、複数の第２ガス流路４４とを有している。第１ガス流路４３は、支持基板４内を上下方向に延びている。すなわち、第１ガス流路４３は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に延びている。第１ガス流路４３は、支持基板４を貫通している。各第１ガス流路４３は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第１ガス流路４３は、等間隔に配置されていることが好ましい。支持基板４は、長さ方向（ｘ軸方向）よりも幅方向（ｙ軸方向）の寸法の方が長くてもよい。

【0029】

図５に示すように、隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１は、例えば、１〜５ｍｍ程度である。この隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１は、第１ガス流路４３の中心間の距離である。例えば、第１ガス流路４３のピッチｐ１は、基端部４１、中央部、及び先端部４２のそれぞれにおいて測定したピッチの平均値とすることができる。

【0030】

第１ガス流路４３は、燃料電池セル１０の基端部１０１から先端部１０２に向かって延びている。燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、第１ガス流路４３は、基端部１０１側において、ガス供給室２１と連通している。

【0031】

第２ガス流路４４は、支持基板４内を上下方向に延びている。すなわち、第２ガス流路４４は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に延びている。第２ガス流路４４は、第１ガス流路４３と実質的に平行に延びている。

【0032】

第２ガス流路４４は、支持基板４を貫通している。各第２ガス流路４４は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第２ガス流路４４は、等間隔に配置されていることが好ましい。

【0033】

隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２は、例えば、１〜５ｍｍ程度である。この隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２は、第２ガス流路４４の中心間の距離である。例えば、第２ガス流路４４のピッチｐ２は、基端部４１、中央部、及び先端部４２のそれぞれにおいて測定したピッチの平均値とすることができる。なお、各第２ガス流路４４間のピッチｐ２は、各第１ガス流路４３間のピッチｐ１と実質的に等しいことが好ましい。

【0034】

第２ガス流路４４は、燃料電池セル１０の先端部１０２から基端部１０１に向かって延びている。燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、第２ガス流路４４は、基端部１０１側において、マニホールド２のガス回収室２２と連通している。

【0035】

隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、例えば、１〜１０ｍｍ程度である。この隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、第１ガス流路４３の中心と第２ガス流路４４の中心との距離である。例えば、ピッチｐ０は、支持基板４の第１端面４１１において測定することができる。

【0036】

隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１よりも大きい。また、隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２よりも大きい。

【0037】

第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とは、燃料電池セル１０の先端部１０２側において互いに連通している。詳細には、第１ガス流路４３と、第２ガス流路４４とが、連通部材３の連通流路３０を介して連通している。

【0038】

第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４は、第１ガス流路４３内におけるガスの圧力損失が第２ガス流路４４内におけるガスの圧力損失よりも小さくなるように構成されている。なお、本実施形態のように第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４のそれぞれが複数本ある場合、各第１ガス流路４３内におけるガスの圧力損失の合計が、各第２ガス流路４４内におけるガスの圧力損失の合計よりも小さくなるように、第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４が構成される。

【0039】

例えば、各第１ガス流路４３の流路断面積は、各第２ガス流路４４の流路断面積よりも大きくすることができる。なお、第１ガス流路４３の数と第２ガス流路４４との数とが異なる場合は、各第１ガス流路４３の流路断面積の合計値が、各第２ガス流路４４の流路断面積の合計値よりも大きくすることができる。

【0040】

特に限定されるものではないが、各第２ガス流路４４の流路断面積の合計値は、各第１ガス流路４３の流路断面積の合計値の２０〜９５％程度とすることができる。なお、第１ガス流路４３の流路断面積は、例えば、０.５〜２０ｍｍ^２程度とすることができる。また、第２ガス流路４４の流路断面積は、例えば、０.１〜１５ｍｍ^２程度とすることができる。

【0041】

なお、第１ガス流路４３の流路断面積は、第１ガス流路４３が延びる方向（ｘ軸方向）と直交する面（ｙｚ平面）で切断した切断面における第１ガス流路４３の流路断面積を言う。また、第１ガス流路４３の流路断面積は、基端部４１側の任意の箇所における流路断面積と、中央部の任意の箇所における流路断面積と、先端部４２側の任意の箇所における流路断面積との平均値とすることができる。

【0042】

また、第２ガス流路４４の流路断面積は、第２ガス流路４４が延びる方向（ｘ軸方向）と直交する面（ｙｚ平面）で切断した切断面における第２ガス流路４４の流路断面積を言う。また、第２ガス流路４４の流路断面積は、基端部４１側の任意の箇所における流路断面積と、中央部の任意の箇所における流路断面積と、先端部４２側の任意の箇所における流路断面積との平均値とすることができる。

【0043】

図６に示すように、支持基板４は、第１主面４５と、第２主面４６とを有している。第１主面４５と第２主面４６とは、互いに反対を向いている。第１主面４５及び第２主面４６は、各発電素子部５を支持している。第１主面４５及び第２主面４６は、支持基板４の厚さ方向（ｚ軸方向）を向いている。また、支持基板４の各側面４７は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）を向いている。各側面４７は、湾曲していてもよい。図１に示すように、各支持基板４は、第１主面４５と第２主面４６とが対向するように配置されている。

【0044】

図６に示すように、支持基板４は、発電素子部５を支持している。支持基板４は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板４は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成される。または、支持基板４は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板４の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。この気孔率は、例えば、アルキメデス法、又は微構造観察により測定される。

【0045】

支持基板４は、緻密層４８によって覆われている。緻密層４８は、第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４から支持基板４内に拡散されたガスが外部に排出されることを抑制するように構成されている。本実施形態では、緻密層４８は、支持基板４の第１主面４５、第２主面４６、及び各側面４７を覆っている。なお、本実施形態では、緻密層４８は、後述する電解質７と、インターコネクタ９１とによって構成されている。緻密層４８は、支持基板４よりも緻密である。例えば、緻密層４８の気孔率は、０〜７％程度である。

【0046】

［発電素子部］
複数の発電素子部５が、支持基板４の第１主面４５及び第２主面４６に支持されている。各発電素子部５は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に配列されている。詳細には、各発電素子部５は、支持基板４上において、基端部４１から先端部４２に向かって互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各発電素子部５は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に沿って、間隔をあけて配置されている。なお、各発電素子部５は、後述する電気的接続部９によって、互いに直列に接続されている。また、第１主面４５に配置された発電素子部５と第２主面４６に配置された発電素子部５とは、支持基板４の基端部４１又は先端部４２などにおいて、直列に接続されている。

【0047】

発電素子部５は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。発電素子部５は、支持基板４の幅方向において第１部分５１と第２部分５２とに区画される。なお、第１部分５１と第２部分５２との厳密な境界はない。例えば、燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、支持基板４の長さ方向視（ｘ軸方向視）において、ガス供給室２１とガス回収室２２との境界と重複する部分を、第１部分５１と第２部分５２との境界部とすることができる。

【0048】

支持基板４の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、第１ガス流路４３は、発電素子部５の第１部分５１と重複している。また、支持基板４の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、第２ガス流路４４は、発電素子部５の第２部分５２と重複している。なお、複数の第１ガス流路４３のうち、一部の第１ガス流路４３が第１部分５１と重複していなくてもよい。同様に、複数の第２ガス流路４４のうち、一部の第２ガス流路４４が第２部分５２と重複していなくてもよい。

【0049】

図７は、第１ガス流路４３に沿って切断した燃料電池セル１０の断面図である。なお、第２ガス流路４４に沿って切断した燃料電池セル１０の断面図は、第２ガス流路４４の流路断面積が異なる以外は、図７と同じである。

【0050】

発電素子部５は、燃料極６、電解質７、及び空気極８を有している。また、発電素子部５は、反応防止膜１１をさらに有している。燃料極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極６は、燃料極集電部６１と燃料極活性部６２とを有する。

【0051】

燃料極集電部６１は、凹部４９内に配置されている。凹部４９は、支持基板４に形成されている。詳細には、燃料極集電部６１は、凹部４９内に充填されており、凹部４９と同様の外形を有する。各燃料極集電部６１は、第１凹部６１１及び第２凹部６１２を有している。燃料極活性部６２は、第１凹部６１１内に配置されている。詳細には、燃料極活性部６２は、第１凹部６１１内に充填されている。

【0052】

燃料極集電部６１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部６１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部６１の厚さ、及び凹部４９の深さは、５０〜５００μｍ程度である。

【0053】

燃料極活性部６２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部６２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部６２の厚さは、５〜３０μｍである。

【0054】

電解質７は、燃料極６上を覆うように配置されている。詳細には、電解質７は、一のインターコネクタ９１から他のインターコネクタ９１まで長さ方向に延びている。すなわち、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）において、電解質７とインターコネクタ９１とが交互に配置されている。また、電解質７は、支持基板４の第１主面４５、第２主面４６、及び各側面４７を覆っている。

【0055】

電解質７は、支持基板４よりも緻密である。例えば、電解質７の気孔率は、０〜７％程度である。電解質７は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質７は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

【0056】

反応防止膜１１は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜１１は、平面視において、燃料極活性部６２と略同一の形状である。反応防止膜１１は、電解質７を介して、燃料極活性部６２と対応する位置に配置されている。反応防止膜１１は、電解質７内のＹＳＺと空気極８内のＳｒとが反応して電解質７と空気極８との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜１１は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１１の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

【0057】

空気極８は、反応防止膜１１上に配置されている。空気極８は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極８は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極８は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極８の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0058】

［電気的接続部］
電気的接続部９は、隣り合う発電素子部５を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部９は、インターコネクタ９１及び空気極集電膜９２を有する。インターコネクタ９１は、第２凹部６１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ９１は、第２凹部６１２内に埋設（充填）されている。インターコネクタ９１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ９１は、支持基板４よりも緻密である。例えば、インターコネクタ９１の気孔率は、０〜７％程度である。インターコネクタ９１は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ９１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0059】

空気極集電膜９２は、隣り合う発電素子部５のインターコネクタ９１と空気極８との間を延びるように配置される。例えば、図７の左側に配置された発電素子部５の空気極８と、図７の右側に配置された発電素子部５のインターコネクタ９１とを電気的に接続するように、空気極集電膜９２が配置されている。空気極集電膜９２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。

【0060】

空気極集電膜９２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜９２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。

【0061】

［連通部材］
図５に示すように、連通部材３は、支持基板４の先端部４２に取り付けられている。そして、連通部材３は、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とを連通させる連通流路３０を有している。詳細には、連通流路３０は、各第１ガス流路４３と各第２ガス流路４４とを連通する。連通流路３０は、各第１ガス流路４３から各第２ガス流路４４まで延びる空間によって構成されている。連通部材３は、支持基板４に接合されていることが好ましい。また、連通部材３は、支持基板４と一体的に形成されていることが好ましい。連通流路３０の数は、第１ガス流路４３の数よりも少ない。本実施形態では、一本の連通流路３０のみによって、複数の第１ガス流路４３と複数の第２ガス流路４４とが連通されている。

【0062】

連通部材３は、例えば、多孔質である。また、連通部材３は、その外側面を構成する緻密層３１を有している。緻密層３１は、連通部材３の本体よりも緻密に形成されている。例えば、緻密層３１の気孔率は、０〜７％程度である。この緻密層３１は、連通部材３と同じ材料や、上述した電解質７に使用される材料、結晶化ガラス等によって形成することができる。

【0063】

［ハウジング］
図２に示すように、ハウジング８０は、マニホールド２及び燃料電池セル１０を収容する。ハウジング８０は、例えば、断熱材によって構成することができる。ハウジング８０は、特に限定されるものではないが、直方体状に形成されている。

【0064】

［燃料処理器］
燃料処理器７０は、マニホールド２のガス供給室２１に供給される燃料ガスを生成する。例えば、燃料処理器７０は、改質器である。燃料処理器７０は、原料ガス（天然ガス、液化石油ガス、灯油など）を改質して燃料ガス（水素含有ガス）を生成する。例えば、下記（１）式及び（２）式に示すように、都市ガスの主成分であるメタン（ＣＨ_４）及び水蒸気から、燃料ガス（水素含有ガス）を生成する。
ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→４Ｈ_２＋ＣＯ_２ ・・・（１）
ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ ・・・（２）

【0065】

燃料処理器７０は、二重円筒式である。燃料処理器７０は、燃料電池セル１０が延びる方向（ｘ軸方向）に延びている。本実施形態では燃料電池セル１０及び燃料処理器７０は、上下方向に延びている。なお、燃料処理器７０は、長さ方向（ｘ軸方向）の寸法の方が、幅方向（ｙ軸方向）の寸法よりも長い。

【0066】

燃料処理器７０は、改質部７１と燃焼部７２とを有している。燃料処理器７０の内側の円筒内が燃焼部７２を構成している。そして、燃料処理器７０の内側の円筒と外側の円筒との間の空間が改質部７１を構成している。

【0067】

改質部７１内には触媒が収容されている。改質部７１には、原料ガス供給経路Ｐ５および水蒸気供給経路Ｐ６が連結されている。この原料ガス供給経路Ｐ５を介して、改質部７１内に原料ガスが供給される。また、水蒸気供給経路Ｐ６を介して、改質部７１内に水蒸気が供給される。この改質部７１内において、原料ガスを改質して燃料ガスを生成する。

【0068】

燃焼部７２は、ガス回収室２２から排出されたオフガスを燃焼するように構成されている。詳細には、燃料処理器７０は、燃焼部７２においてバーナ７２１を有している。バーナ７２１には、オフガス供給経路Ｐ４及び第２空気供給経路Ｐ２が連結されている。オフガス供給経路Ｐ４は、マニホールド２のガス回収室２２とバーナ７２１とを連結している。詳細には、オフガス供給経路Ｐ４は、ガス排出口２２１と、バーナ７２１とを連結している。このオフガス供給経路Ｐ４を介して、ガス回収室２２内のオフガスがガス回収室２２内から排出される。バーナ７２１は、オフガスに空気を混合させて燃焼させる。

【0069】

燃料処理器７０は、マニホールド２の下方に配置されている。すなわち、マニホールド２から各燃料電池セル１０が上方に延びている場合は、燃料処理器７０はマニホールド２の下方に配置される。燃料処理器７０は、マニホールド２の底面と対向するように配置されている。

【0070】

燃料処理器７０は、第１排出部７３を有している。本実施形態において、第１排出部７３は、燃料処理器７０に形成された開口部である。詳細には、第１排出部７３は、燃料処理器７０の改質部７１に形成された開口部である。第１排出部７３は、生成した燃料ガスをガス供給室２１へと排出する。詳細には、第１排出部７３は、第１排出部７３とガス供給室２１とを連結する燃料ガス供給経路Ｐ３を介して、ガス供給室２１へ燃料ガスを排出する。

【0071】

第１排出部７３は、燃料処理器７０の軸方向端面に形成されている。第１排出部７３は、マニホールド２側に開口している。すなわち、第１排出部７３は、マニホールド２側を向いている。そして、燃料ガス供給経路Ｐ３は、第１排出部７３とガス供給口２１１との間を直線的に延びている。第１排出部７３は、燃料電池セル１０の先端面１０３よりもマニホールド２側に配置されている。本実施形態のように、燃料電池セル１０の先端部１０２が上端部であり、基端部１０１が下端部である場合、第１排出部７３は、燃料電池セル１０の先端面１０３よりも下方に配置されている。そして、第１排出部７３とマニホールド２との距離は、燃料電池セル１０の先端面１０３とマニホールド２との距離よりも短い。このような配置とすることによって、第１排出部７３とマニホールド２との距離を短縮することができ、燃料ガス供給経路Ｐ３を短くすることができる。なお、各燃料電池セル１０の先端面１０３の位置が互いに異なる場合、最もマニホールド２から遠い位置にある先端面１０３を基準とする。

【0072】

燃料処理器７０は、第２排出部７４を有している。本実施形態では、第２排出部７４は、筒状の部材であるが、単なる開口であってもよい。第２排出部７４は、燃焼部７２からのガスを排出する。第２排出部７４は、水平面よりも下方を向いている。なお本実施形態では、第２排出部７４は、真下を向いているが、第２排出部７４の排出方向は、水平面よりも下方を向いていればよい。例えば、第２排出部７４の排出方向と水平面とのなす角度が３度以上とすることが好ましい。

【0073】

このように、第２排出部７４を下方に向けることで、次の効果を得ることができる。すなわち、上記実施形態では、第１ガス流路４３を流れたガスのうち未反応のガスは第２ガス流路４４を流れ、第２ガス流路４４を流れたガスのうちさらに未反応のガスは、マニホールド２のガス回収室２２にて回収される。このため、上記実施形態に係る燃料電池セル１０は、ガスの使用効率を向上させることができる。このようにガスの使用効率が向上するため、本実施形態に係る燃料電池セル１０から排出されるオフガスの温度は、一般的な燃料電池セルに比べて低い。このようにオフガスの温度が低温の場合、オフガス内の水蒸気が凝縮することによって生じた水が、第２排出部７４から延びる排気管内を閉塞させるおそれがある。これに対し、上記実施形態に係る燃料処理器７０では、第２排出部７４を下方に向けているため、発生した水によって排気管内が閉塞されることを防止することができる。

【0074】

［各ガス供給経路］
第１空気供給経路Ｐ１は、ハウジング８０へ空気を供給する。詳細には、第１空気供給経路Ｐ１は、熱交換器８１を経由してからハウジング８０へ空気を供給する。第１空気供給経路Ｐ１によってハウジング８０内へ供給された空気は、燃料電池セル１０の発電に用いられる。第１空気供給経路Ｐ１は、例えば、ハウジング８０内において、燃料電池セル１０の上方から燃料電池セル１０に向かって下方に空気を供給する。

【0075】

第２空気供給経路Ｐ２は、バーナ７２１へ空気を供給する。第２空気供給経路Ｐ２によって供給された空気は、バーナ７２１の燃焼に用いられる。第１空気供給経路Ｐ１と第２空気供給経路Ｐ２とは、別の空気供給源と接続されていてもよいし、同じ空気供給源に接続されていてもよい。なお、第１空気供給経路Ｐ１と第２空気供給経路Ｐ２とが同じ空気供給源と接続されている場合、第１空気供給経路Ｐ１と第２空気供給経路Ｐ２とのそれぞれに空気の流量を調整する流量制御弁などを設けることが好ましい。

【0076】

第１空気供給経路Ｐ１によってハウジング８０内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、第２空気供給経路Ｐ２によってバーナ７２１に供給される空気の流量（Ｑ２）の割合（Ｑ２／Ｑ１）は、０．０５〜０．４０とすることが好ましい。この数値範囲とすることによって、燃料電池装置１００は熱自立することができる。また、この割合（Ｑ２／Ｑ１）は、０．１０〜０．３５とすることがより好ましい。この数値範囲とすることによって、バーナ７２１から発生するＣＯが減少し燃料処理器７０に備えるＣＯ除去触媒の設置が不要になるという効果を得ることができる。

【0077】

なお、マニホールド２、燃料電池セル１０、ハウジング８０、及び第１空気供給経路Ｐ１によって構成されるセルスタック装置が複数ある場合、第１空気供給経路Ｐ１によってハウジング内８０内に供給される空気の流量（Ｑ１）とは、各ハウジング８０内に供給される空気の流量（Ｑ１）の総量である。また、燃料処理器７０が複数ある場合、第２空気供給経路Ｐ２によってバーナ７２１に供給される空気の流量（Ｑ２）とは、各バーナ７２１に供給される空気の流量（Ｑ２）の総量である。

【0078】

燃料ガス供給経路Ｐ３は、燃料処理器７０から燃料ガス供給室２１へ燃料ガスを供給する。詳細には、燃料ガス供給経路Ｐ３は、燃料処理器７０の第１排出部７３とガス供給室２１とを連結している。これによって、燃料ガス供給経路Ｐ３は、燃料処理器７０によって生成された燃料ガスをガス供給室２１へ供給する。

【0079】

オフガス供給経路Ｐ４は、ガス回収室２２からバーナ７２１へ、燃料ガスのオフガスを供給する。詳細には、オフガス供給経路Ｐ４は、ガス回収室２２とバーナ７２１とを連結している。燃料電池セル１０内を流れた後にガス回収室２２に回収された燃料ガスのオフガスが、オフガス供給経路Ｐ４を介してバーナ７２１へと供給される。

【0080】

原料ガス供給経路Ｐ５は、燃料処理器７０に原料ガスを供給する。詳細には、原料ガス供給経路Ｐ５は、燃料処理器７０の改質部７１に連結されており、改質部７１に原料ガスを供給する。

【0081】

水蒸気供給経路Ｐ６は、燃料処理器７０に水蒸気を供給する。詳細には、水蒸気供給経路Ｐ６は、燃料処理器７０の改質部７１に連結されており、改質部７１に水蒸気を供給する。

【0082】

上述した各ガス供給経路Ｐ１〜Ｐ６は、例えば配管などによって構成されている。なお、燃料電池装置１００は、空気排出経路Ｐ７をさらに有している。空気排出経路Ｐ７は、ハウジング８０内に供給され、燃料電池セル１０において発電に用いられた後の空気をハウジング８０内から排出するための経路である。この空気排出経路Ｐ７も配管などによって構成されている。

【0083】

［熱交換器］
熱交換器８１は、第１空気供給経路Ｐ１内を流れる空気と、空気排出経路Ｐ７内を流れる空気とを熱交換させる。詳細には、空気排出経路Ｐ７内を流れる空気の熱によって第１空気供給経路Ｐ１内を流れる空気が加熱される。

【0084】

［発電方法］
上述したように構成された燃料電池装置１００では、燃料処理器７０によって生成された燃料ガスをマニホールド２のガス供給室２１に供給するとともに、燃料電池セル１０を空気などの酸素を含むガスに曝す。すると、空気極８において下記（３）式に示す化学反応が起こり、燃料極６において下記（４）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２− …（３）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …（４）

【0085】

詳細には、ガス供給室２１に供給された燃料ガスは、各燃料電池セル１０の第１ガス流路４３内を流れ、各発電素子部５の燃料極６において、上記（４）式に示す化学反応が起こる。各燃料極６において未反応であった燃料ガスは、第１ガス流路４３を出て連通部材３の連通流路３０を介して第２ガス流路４４へ供給される。そして、第２ガス流路４４へ供給された燃料ガスは、再度、燃料極６において上記（４）式に示す化学反応が起こる。第２ガス流路４４を流れる過程において燃料極６において未反応であった燃料ガスは、マニホールド２のガス回収室２２へ回収される。

【0086】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0087】

変形例１
上記実施形態では、燃料ガス供給経路Ｐ３を介して燃料処理器７０の第１排出部７３とマニホールド２のガス供給室２１とが連結しているが、燃料ガス供給経路Ｐ３の設置を省略してもよい。すなわち、燃料処理器７０の第１排出部７３とマニホールド２にガス供給室２１とが直接連結されていてもよい。

【0088】

変形例２
上記実施形態では、マニホールド２の底面に、ガス供給口２１１及びガス排出口２２１が形成されているが、ガス供給口２１１及びガス排出口２２１の形成位置はこれに限定されない。例えば、ガス供給口２１１及びガス排出口２２１の少なくとも一方は、マニホールド２の側面に形成されていてもよいし、マニホールド２の上面に形成されていてもよい。

【0089】

変形例３
上記実施形態では、燃料処理器７０は、改質器によって構成されているが、これに限定されない。例えば、燃料処理器７０は、改質器に加えて、ＣＯ変性器及びＣＯ浄化器などを有していてもよい。ＣＯ変性器は、改質器で発生した一酸化炭素および水から二酸化炭素及び水素を生成するように構成されている。また、ＣＯ浄化器は、改質器で発生した一酸化炭素に酸素を加えて、二酸化炭素へ変化させるように構成されている。

【0090】

変形例４
上記実施形態では、燃料処理器７０は、燃料電池セル１０が延びる方向に延びているが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、燃料処理器７０は、燃料電池セル１０が延びる方向と交差する方向（ｙ軸方向又はｚ軸方向）に延びていてもよい。詳細には、燃料電池セル１０が上下方向に延びる場合、燃料処理器７０は水平方向に延びていてもよい。すなわち、燃料処理器７０は、マニホールド２の底面に沿って延びていてもよい。この場合、第１排出部７３は、交差する方向に開口している。すなわち、第１排出部７３は、燃料処理器７０が延びる方向に開口している。

【0091】

変形例５
上記実施形態では、燃料処理器７０の第２排出部７４が下方を向いているが、これに限定されない。例えば、図８に示すように、第２排出部７４は、水平方向を向いていてもよい。この場合、第２排出部７４に接続される排気管Ｐ８を下方に向けることが好ましい。この排気管Ｐ８が水平面となす角度は３度以上であることが好ましい。

【0092】

変形例６
上記実施形態では、燃料処理器７０はマニホールド２の下方に配置されているが、燃料処理器７０の配置はこれに限定されない。例えば燃料処理器７０は燃料電池セル１０の側方に配置されていてもよい。

【0093】

変形例７
上記実施形態では、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とは、連通部材３が有する連通流路３０によって連通されていたが、この構成に限定されない。例えば、図９に示すように、支持基板４が、内部に連通流路３０を有していてもよい。この場合、燃料電池装置１００は、連通部材３を備えていなくてもよい。この支持基板４内に形成された連通流路３０によって、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とが連通されている。

【0094】

変形例８
図１０に示すように、支持基板４は、第１支持基板４ａと第２支持基板４ｂとに分かれていてもよい。この場合、第１支持基板４ａに第１ガス流路４３が形成され、第２支持基板４ｂに第２ガス流路４４が形成される。

【0095】

変形例９
上記実施形態では、支持基板４は、複数の第１ガス流路４３を有しているが、１つの第１ガス流路４３のみを有していてもよい。同様に、支持基板４は、複数の第２ガス流路４４を有しているが、１つの第２ガス流路４４のみを有していてもよい。

【0096】

変形例１０
上記実施形態では、燃料電池セル１０はマニホールド２から上方に延びるように構成されているが、これに限定されない。例えば、燃料電池セル１０は、マニホールド２から下方に延びていてもよい。この場合、燃料処理器７０は、例えば、マニホールド２の上方に配置される。

【0097】

変形例１１
上記実施形態のマニホールド２では、１つのマニホールド本体部２３を仕切板２４で仕切ることによって、ガス供給室２１とガス回収室２２とを画定しているが、マニホールド２の構成はこれに限定されない。例えば、２つのマニホールド本体部２３によってマニホールド２を構成することもできる。この場合、１つのマニホールド本体部２３がガス供給室２１を有し、別のマニホールド本体部２３がガス回収室２２を有している。

【0098】

変形例１２
上記実施形態の燃料電池セル１０は、各発電素子部５が支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に配列されている、いわゆる横縞型の燃料電池セルであるが、燃料電池セル１０の構成はこれに限定されない。例えば、燃料電池セル１０は、支持基板４の第１主面４５に１つの発電素子部５が支持された、いわゆる縦縞型の燃料電池セルであってもよい。この場合、支持基板４の第２主面４６に一つの発電素子部５が支持されていてもよいし、支持されていなくてもよい。また、上記実施形態の燃料電池セル１０は、いわゆる円筒平板形であるが、円筒形、又は平板形などであってもよい。

【0099】

変形例１３
図１１に示すように、燃料電池装置１００は、気流生成部９０をさらに備えていてもよい。気流生成部９０は、燃料処理器７０からハウジング８０へ向かう気流を生成するように構成されている。例えば、気流生成部９０は、ファンを有する。気流生成部９０は、ハウジング８０との間で燃料処理器７０を挟むように配置される。すなわち、気流生成部９０、燃料処理器７０、ハウジング８０の順で配列される。

【0100】

気流生成部９０が作動することによって、気体（空気）は、矢印Ａに示すように、燃料処理器７０の周囲を流れた後にハウジング８０の周囲を流れる。この気体は、燃料処理器７０の周囲を流れる間に加熱されて高温になる。そして、高温となった気体がハウジング８０の周囲を流れることによって、ハウジング８０および周辺の基材が加熱され、ハウジング８０の外側面の温度とハウジング８０の周囲の空間の温度との温度差が小さくなる。この結果、輻射熱伝達が小さくなり燃料電池装置１００の熱自立性が向上する。

【0101】

なお、気流生成部９０は、気体を吸い込むことによって、上述したような気流を生成することもできる。この場合、気流生成部９０は、燃料処理器７０との間でハウジング８０を挟むように配置される。すなわち、気流生成部９０、ハウジング８０、燃料処理器７０の順で配列される。

【0102】

第１空気供給経路Ｐ１によってハウジング８０内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、気流生成部９０によって生成される気流の流量Ｑ３の割合（Ｑ３／Ｑ１）は、例えば、０．１〜２．０とすることができ、０．１〜０．５とすることが好ましい。この数値範囲とすることによって、気流生成部９０から燃料処理器７０に送られる気体（空気）の温度が−１０℃以下の場合であっても、燃料電池装置１００は熱自立することができる。なお、気流生成部９０によって生成される気流の流量Ｑ３は、気流生成部９０の吹き出し口において流量計によって測定してもよいし、気流生成部９０の回転数と負圧度から算出してもよい。

【実施例】

【0103】

以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

【0104】

実施例１
図２に示すような構成の燃料電池装置１００において、表１に示すように、第１空気供給経路Ｐ１によってハウジング８０内に供給される空気の流量（Ｑ１）、及び第２空気供給経路Ｐ２によってバーナ７２１に供給される空気の流量Ｑ２を変えて、それぞれサンプルＮｏ．１〜１５として定格運転を行った。なお、各サンプルＮｏ．１〜１５において、各空気の流量（Ｑ１，Ｑ２）を変更した以外の条件は同じとしている。なお、本実施例では、直列に接続された表裏合わせて２０個の発電素子部５を有する２０枚の燃料電池セル１０を用いて評価を行ったが、発電素子部５の数、及び燃料電池セル１０の枚数を変更しても同様の結果が得られることを確認している。

【0105】

（評価方法）
表１における熱自立性の評価は次のようにして行った。定格運転時に各空気の流量（Ｑ１，Ｑ２）を表１に示すような割合とし、それから１日経過後、ハウジング８０から排出されて空気排出流路Ｐ７内を流れる空気の温度を測定した。なお、空気の温度は、ハウジング８０から熱交換器８１の間で測定した。この空気の温度が６００℃以上であるか否かを確認することで熱自立性を評価した。表１において、測定された空気の温度が６００℃以上であるものを「○」、６００℃未満であるものを「×」としている。

【0106】

また、表１におけるＣＯ除去触媒の要否の評価は次のようにして行った。定格運転時に各空気の流量（Ｑ１，Ｑ２）を表１に示すような割合として、燃料処理器７０の第２排出部７４から排出される排気ガスを分析した。詳細には、排気ガス中のＯ_２濃度とＣＯ濃度を測定し、下記の（５）式を用いてＯ_２＝０％換算でのＣＯ濃度を算出した。そして、この換算値が３００ｐｐｍ以下であるか否かでＣＯ除去触媒の要否を評価した。なお、表１において、換算値が３００ｐｐｍ以下であればＣＯ除去触媒を「不要」、３００ｐｐｍを超えれば「要」とした。

【0107】

【数1】

Ｃｓ：ＣＯ濃度（ｐｐｍ）
Ｏｓ：Ｏ_２濃度（％）
Ｏｎ：換算係数（％）
Ｃ：換算後のＣＯ濃度

【0108】

【表1】

【0109】

表１に示すように、第１空気供給経路Ｐ１によってハウジング内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、第２空気供給経路Ｐ２によってバーナ７２１に供給される空気の流量（Ｑ２）の割合（Ｑ２／Ｑ１）を、０．０５〜０．４０とすることにより、燃料電池装置１００が熱自立できることが分かった。

【0110】

また、上記割合（Ｑ２／Ｑ１）を、０．１０〜０．３５とすることにより、ＣＯ除去触媒の設置を不要とすることができることも分かった。

【0111】

実施例２
上記実施例１において熱自立性が「×」となったサンプルＮｏ．１、２、１０、１５に対し、気流生成部９０を用いて燃料処理器７０からハウジング８０に向かう気流を生成し、上記実施例１と同じように熱自立性の評価を行った。この気流生成部９０によって熱処理器７０に送風される空気の温度は、一般的に燃料電池装置が設置される環境の温度（１５〜２５℃）と同程度である。

【0112】

この実施例２における熱自立性の評価の結果を表２に示す。なお、実施例２における評価試験の条件は、気流生成部９０を用いたことを除き、上記実施例１と同様である。

【0113】

表２のサンプルＮｏ．１６〜１８は、上記実施例１のサンプルＮｏ．１に対して、流量Ｑ３を変更して評価試験を行ったものである。表２のサンプルＮｏ．１９〜２１は、上記実施例１のサンプルＮｏ．２に対して、流量Ｑ３を変更して評価試験を行ったものである。表２のサンプルＮｏ．２２〜２４は、上記実施例１のサンプルＮｏ．１０に対して、流量Ｑ３を変更して評価試験を行ったものである。表２のサンプルＮｏ．２５〜２７は、上記実施例１のサンプルＮｏ．１５に対して、流量Ｑ３を変更して評価試験を行ったものである。

【0114】

【表2】

【0115】

表２に示すように、気流生成部９０によって熱処理器７０からハウジング８０に向かう気流を生成することによって、熱自立性が向上することが分かった。

【0116】

実施例３
実施例３では、実施例２と同様の試験を行った。ただし、気流生成部９０によって燃料処理器７０に送風する空気の温度を、−１０℃以下としている。なお、実施例３において、この燃料処理器７０に送風する空気の温度、流量Ｑ３以外は、実施例２と同様の条件である。この実施例３における熱自立性の評価結果を表３に示す。

【0117】

【表3】

【0118】

表３に示すように、気流生成部９０によって燃料処理器７０に送風する空気の温度が−１０℃以下のような環境下であっても、第１空気供給経路Ｐ１によってハウジング８０内に供給される空気の流量（Ｑ１）に対する、気流生成部９０によって生成される気流の流量Ｑ３の割合（Ｑ３／Ｑ１）を０．１〜０．５程度とすることによって、熱自立性を確保できることが分かった。

【符号の説明】

【0119】

２ マニホールド
２１ ガス供給室
２２ ガス回収室
１０ 燃料電池セル
４３ 第１ガス流路
４４ 第２ガス流路
７０ 燃料処理器
８０ ハウジング
８１ 熱交換器
Ｐ１ 第１空気供給経路
Ｐ２ 第２空気供給経路
Ｐ３ 燃料ガス供給経路
Ｐ４ オフガス供給経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】