JP6185328B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池装置に関するものである。

燃料電池の発電方式にはいくつかの種類が知られているが、近年では、高い発電効率の達成が可能な固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）が注目されている。

固体酸化物形燃料電池システム（以下、適宜ＳＯＦＣシステムと称する）の主な構成要素は、燃料電池装置である。燃料電池装置は主に、水素リッチガス（純水素を含む）と酸化剤（一般に空気）との電気化学的反応によって発電を行う複数の燃料電池セルの集合体であるセルスタック（燃料電池スタック）と、セルスタックにおいて発電に用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤（以下、オフガスという）を燃焼させてセルスタックを高温状態に維持するオフガス燃焼部と、セルスタック及びオフガス燃焼部を取り囲む容器と、を含んで構成される。

容器には、外殻、外殻に内包される内殻、及び内殻を内包する隔壁を備えるものがある。外殻は、セルスタックの側面部に対向する側壁を少なくとも有し、セルスタック及びオフガス燃焼部を内包する上部開放の内殻と、内殻の側壁の外側に配置される側壁を少なくとも有し内殻の側壁との間に排ガス流路を形成する隔壁と、を内側に含んで構成される。排ガス流路は、オフガスの燃焼による排ガスを上から下へ流通させる。また、外殻と隔壁との間は、酸化剤流路が形成される。酸化剤流路は、酸化剤を下から上へ流通させる。このような容器を備える燃料電池装置は、特許文献１〜４に開示されている。

また、燃料電池装置は、安定的な発電を行うためのセンサ類、オフガス燃焼部に着火するための着火装置、発電した電力を取り出すための電極などの部品（以下、挿入部品）を備える。特許文献２〜４には、排ガス流路、及び酸化剤流路を横断して配置される挿入部品が開示されている。

特開２０１０−４９９６９号公報 特開２０１０−４４９９２号公報 特開２０１１−２９２０１号公報 特開２００７−５９３７７号公報

上記の通り、排ガス流路及び酸化剤流路を横断して挿入部品を配置した場合には、燃料電池装置の作動中には、セルスタックの発熱及び／又はオフガス燃焼部の燃焼熱によって、挿入部品の一部が高温に加熱されることになる。このため、挿入部品が高温化することによる破損等の劣化が生じ得る。この課題に対して耐熱性の高い挿入部材を用いることも考えられるが、挿入部品、ひいては燃料電池装置の製造コストの上昇につながる。

そこで本発明は、上記の課題を解決することを目的とし、高温下における挿入部品の劣化を抑制することができる燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、セルスタック、及び前記セルスタックを内部に収容する容器を備える燃料電池装置であって、
前記容器は、外殻、前記外殻の内側に配置される内殻、及び前記内殻の内側に配置される排ガス隔壁を有し、
前記内殻と前記排ガス隔壁の間に、前記容器内のセルスタックから発生する排ガスを前記容器の外部に導出するための排ガス流路が画成されており、
前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通して前記容器の内部に至る挿入部品をさらに備え、
前記挿入部品が前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通している前記容器の貫通部において、前記貫通部を取り囲むように、前記内殻と前記排ガス隔壁が接触していることを特徴とする燃料電池装置が提供される。

本発明の燃料電池装置では、高温の排ガスと挿入部品との直接的な接触を解消することにより、高温の排ガスから挿入部品への熱伝達量が低減されており、挿入部品の加熱が抑制されている。

本発明の燃料電池装置において、前記貫通部において、前記外殻が平坦に構成されていてもよい。このような構成とすれば、外殻を加工する必要がなく、また、容器の外表面に断熱材を配置する場合や、燃料電池装置のユニット化において製造コストが低下し、製造作業性が向上する。

本発明の燃料電池装置において、前記外殻と前記内殻との間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、前記挿入部品は、前記貫通部において、さらに前記酸化剤流路を貫通して配置されており、前記貫通部において、前記外殻と前記内殻が接触しないように前記外殻が前記内殻に向けて突出していてもよく、さらに前記外殻の前記内殻に向けての突出量は、前記内殻の突出量より大きくてもよい。このような構造とすることで、酸化剤によって効率よく挿入部品を冷却することができる。

本発明の燃料電池装置において、前記外殻と前記内殻の間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、前記酸化剤流路の、前記貫通部に関して下流側において、前記外殻が前記内殻から離れる方向に突出するように構成されているか、又は前記内殻が前記排ガス隔壁に向けて突出するように構成されているかの何れかの構成であってもよい。このような構成により、酸化剤による挿入部品の冷却を効率よく行うことができる。

本発明の燃料電池装置において、前記挿入部品は、温度測定部、点火装置、及び電流取り出し部の少なくとも一種であってもよい。

本発明の燃料電池装置によれば、排ガス流路を流れる排ガスに曝されることによる挿入部品の熱劣化を抑制することができる。よって、挿入部品ひいては燃料電池装置の寿命を延ばし、それらの製造コストを低減することができる。

図１（Ａ）は、本発明が適用される燃料電池装置の概略断面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った概略断面図である。 図２（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る容器の貫通部近傍の断面図である。 図３（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の変形例に係る容器の貫通部近傍の断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る容器の貫通部近傍の断面図である。 図５は、燃料電池装置の概略を示すブロック図である。

＜第１実施形態＞
図１（Ａ）（Ｂ）及び図５に、一般に知られる燃料電池装置９００の概念図を示す。一般に知られる燃料電池装置９００は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であり、容器９と、その内部に配置された改質部１６、複数の燃料電池セル１０、及びオフガス燃焼エリア１４を備える。なお、図１（Ａ）において手前側及び奥側を、燃料電池装置９００、容器９の前側及び後側とする。また、図1（Ａ）において左側、右側を燃料電池装置９００、容器９の左側、右側とし、図１（Ａ）において上側、下側を、燃料電池装置９００、容器９の上側、下側とする。

図５に示すとおり、燃料電池セル１０は、燃料極１１、電解質１２、酸化剤極１３を備えている。電解質１２は、高温下で酸化物イオンを伝導する。燃料極１１は、酸化物イオンと燃料中の水素とを反応させて電子及び水を発生させる。酸化剤極１３では、下記（１）式の電極反応、燃料極１１では下記（２）の電極反応がそれぞれ起こり、発電がなされる。
酸化剤極： １／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（電解質） ・・・（１）
燃料極： Ｏ^２−（電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ ・・・（２）
燃料電池装置９００には、上記のような燃料電池セル１０が多数備えられ、これらは電気的に直列（及び並列）に接続されて、燃料電池セル１０の集合体であるセルスタック（燃料電池スタック）６を構成している。燃料電池セル１０は、筒状または平板状など、公知のものを選択することができる。また、燃料電池セル１０の配列も任意に選択することができるため、図１中のセルスタック６は、それらを省略して概略的に示したものである。また、水素リッチガス及び酸化剤の供給形態は、セルスタック６の形状に応じて設計されるものである。よって、水素リッチガス供給部材４２及び酸化剤供給部材５２の配置及び数は、図１（Ａ）（Ｂ）で示す形態に限定されないことは言うまでもない。

改質部１６は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して、水素リッチガスを生成する。水素含有燃料としては、例えば炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酵素等、他の元素を含んでいてもよい）もしくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。なお、水素含有燃料が硫黄を含有する場合は、例えば脱硫部（図示せず）によって硫黄を除去してから改質部１６に供給することが好ましい。改質部１６における改質方式は特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他公知の改質方式を単独または組み合わせて実施することができる。図５では、水蒸気改質方式を例示する。

改質部１６で生成された水素リッチガスは、セルスタック６を構成する燃料電池セル１０の燃料極１１側へ供給される。一方で、燃料電池セル１０の酸化剤極１３側へは空気などの酸化剤が供給される。燃料極１１と酸化剤極１３の間には、電解質１２が配置されている。燃料電池セル１０は、供給された水素リッチガスと酸化剤とによる電気化学的反応によって発電を行う。

燃料極１１及び酸化剤極１３で発電に供されなかったガスは、オフガス燃焼エリア１４で燃焼させる。このときの燃焼熱は、改質部１６、燃料電池セル１０、酸化剤極１３に供給される前の酸化剤の加熱に利用される。

容器９は、外殻２と、外殻２に内包される内殻３、及び内殻３に内包される排ガス隔壁４を備える。外殻２は、６面体の箱形状であり、正面視で左右一対の左側壁２ａ及び右側壁２ｂと、天板２ｃと、底板２ｄとを有する。内殻３は、正面視で左右一対の左側壁３ａ及び右側壁３ｂと、天板３ｃと、底板３ｄとを有する。排ガス隔壁４は、正面視で左右一対の左側壁４ａと右側壁４ｂと底板４ｄとを有し、上部開放のチャンネル状、または上部開放のＵ溝状に形成されている。この排ガス隔壁４内に、複数の燃料電池セル１０の集合体であるセルスタック６、オフガス燃焼エリア１４、改質部１６、及び酸化剤供給流路５２が配置される。

外殻２と内殻３によって、酸化剤が流通する酸化剤流路５１が形成される。内殻３と排ガス隔壁４によって、排ガス流路６１が形成される。外殻２の底板２ｄに開口された酸化剤入口５０から取り込まれた酸化剤は酸化剤流路５１を下方から上方に向かって流通し、内殻３の上壁３ｃに接続された酸化剤供給部材５２を通じてセルスタック６の酸化剤極１３に供給される。一方、改質部１６で生成された水素リッチガスは、水素リッチガス供給流路４２を通じてセルスタック６の燃料極１１に供給される。セルスタック６で発電に供されなかった余剰の水素リッチガス及び酸化剤は、オフガス燃焼エリア１４で燃焼された後、排ガス流路６１を上方から下方に流通して、内殻３の底板３ｄに開口された排ガス出口６０から燃料電池装置９００の外部に導出される。燃料電池装置９００の通常発電時の動作中においては、酸化剤流路５１を１２０〜４５０℃程度の酸化剤が継続的に流通し、排ガス流路６１を、２５０〜４８０℃程度の排ガスが継続的に流通する。なお、図１〜図３において、黒丸の外周を円で囲った記号は、紙面の裏から表に向かうガスの流れを示し、バツ印を丸で囲った記号は、紙面の表から裏に向かうガスの流れを示す。

また、燃料電池装置９００は、外殻２の左側壁２ａ、内殻３の左側壁３ａ、排ガス隔壁４の左側壁４ａを貫通して配置される挿入部材を備える。挿入部材は、例えば、オフガス燃焼エリア１４に着火するための着火装置、セルスタックの温度やオフガス燃焼エリア１４の火炎温度を測定するための温度計、発電した電力を取り出すための電流取り出し部等の部品が挙げられる。図１では、オフガス燃焼エリア１４の火炎温度を測定する温度測定部７を例示する。

次に、本実施形態の燃料電池装置１００の容器１において、温度測定部７が容器１を貫通している容器１の部分、即ち貫通部における容器１の流路構造について、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。図１〜図４においては、温度測定部７が外殻２、内殻３、排ガス隔壁４をそれぞれ貫通する部分（貫通部）を含む領域を領域Ｐとして示している。なお、容器１は、貫通部を含む領域の構造を除いて容器９と同様である。容器１について、容器９と同じ構造及び要素については、容器９で用いたものと同じ符号を付し、説明を省略する。図２（Ａ）は、容器１を貫通部において前後方向に直交する面で切断し、前側から見た左側の部分断面図である。図２（Ｂ）は、容器１を貫通部において上下方向に直交する面で切断し、上側から見た左側の部分断面図である。セルスタック６は、図２（Ａ）、（Ｂ）中において、温度測定部７の右側に配置されている。

本実施形態においては、この貫通部の周囲において、貫通部（挿入部材）を取り囲むように内殻３の左側壁３ａが排ガス隔壁４の左側壁４ａに向かって円錐台状の突出部３１として突出し、その突出部３１の頂面３２が排ガス隔壁４の左側壁４ａに接触して密着している。即ち、貫通部とその周囲においては、排ガス流路６１が内殻３の左側壁３ａによって閉塞されており、内殻３の左側壁３ａと排ガス隔壁４の左側壁４ａとの間に、排ガス流路６１は画成されていない（排ガス流路６１の幅がゼロとなっている）。

貫通部において、内殻３の左側壁３ａをこのような形状として排ガス流路６１を閉塞することで、高温の排ガスは貫通部を通過せず、そこを迂回して流通することとなり、排ガスが温度測定部７と直接に接触することが防止される。よって、高温の排ガスとの接触により温度測定部７が加熱されることが抑制される。

頂面３２の前後方向の寸法及び上下方向の寸法、即ち、排ガス流路６１が画成されていない領域（排ガス流路６１が閉塞されている領域、排ガス流路６１の幅がゼロとなっている領域）の前後方向及び上下方向の寸法は任意である。なお、突出部３１は円錐台状に限らず、円柱状、各柱状、角錐台状、三角錐台状等任意の形状でよく、頂面３２の形状は、円形に限らず、矩形、三角形、台形等任意の形状でよい。また、図２（Ａ）、（Ｂ）においては、内殻３の左側壁３ａの突出部３１は鈍角に折れ曲がって突出するように描かれているが、曲線状に曲がって突出する態様であってもよい。

また、本実施形態においては、貫通部の周囲において、外殻２の左側壁２ａは、内殻３の左側壁３ａに向かって円錐台状の突出部２１として突出し、その突出部２１の頂面２２は、内殻３の左側壁３ａの突出部３１の頂面３２と幅ｗｏ２を有して略平行に延在している。ここで、突出部２１の突出量は、突出部３１の突出量よりも大きくなっている。よって、幅ｗｏ２は、温度測定部７が配置されている貫通部とは異なる部分（以下、非貫通部と呼ぶ）における外殻２の左側壁２ａと内殻３の左側壁３ａとの間の幅ｗｏ１よりも小さくなっている。すなわち、酸化剤流路５１の左右方向の幅は、貫通部において、非貫通部よりも小さくなっている。（ｗｏ２＜ｗｏ１）。

貫通部の周囲において、外殻２の左側壁２ａをこのような形状として、貫通部における酸化剤流路５１の左右方向の幅ｗｏ２を、非貫通部における酸化剤流路５１の左右方向の幅ｗｏ１よりも小さくすることによって、貫通部に配置された温度測定部７の周囲を流れる酸化剤の流速を上昇させることができる。一般に、気体と固体が接触する境界においては、所定の厚さの境膜が形成される。この境膜は気体の流速が大きくなるほど薄く、小さくなるほど厚くなる。さらに、境膜が薄くなると気体と固体との間の熱伝達量は大きくなり、境膜が厚くなるほど気体と固体との間の熱伝達量は小さくなる。ここで、燃料電池装置の通常発電時の動作中においては、温度測定部７の外表面が約３５０〜４５０℃程度に達しうるのに対し、酸化剤は約２００〜２５０℃と低温である。よって、酸化剤は温度測定部７に対して冷却媒体として作用することができる。よって、酸化剤により温度測定部７を効率よく冷却することができる。

外殻２の左側壁２ａの突出部２１の頂面２２の前後方向の寸法及び上下方向の寸法は任意に設定でき、内殻３の左側壁３ａの突出部３１の頂面３２の前後方向の寸法及び上下方向の寸法よりも小さい範囲内に設定することが好ましい。なお、突出部２１は円錐台状に限らず、円柱状、多角柱状、角錐台状、三角錐台状等任意の形状でよく、頂面２１の形状は円形に限られず、矩形、三角形、台形等任意の形状でよい。また、図２（Ａ）、（Ｂ）においては、外殻２の左側壁２ａの突出部２１は鈍角に折れ曲がって突出するように描かれているが、曲線状に曲がって突出する態様であってもよい。

上記で説明した貫通部の構造は、次のように作製することができる。まず、容器１の組立前に、外殻２の左側壁２ａ、内殻３の左側壁３ａにプレス加工で突出部２１及び突出部３１を形成する。次に、頂面２２、頂面３２、及び、排ガス隔壁４の左側壁４ａに、レーザにより温度測定部７を貫通させるための開口を形成する。容器１の組み立て時においては、内殻３の左側壁３ａに形成した突出部３１の頂面３２を、排ガス隔壁４の左側壁４ａに、スポット溶接等により密着させる。そして、容器１の組み立て後に、開口に温度測定部７を挿入する。このとき、外殻２の左側壁２ａ及び内殻３の左側壁３ａと温度測定部７との隙間は、シール材（不図示）等によって封止する。これにより、容器１内の気体が容器１外に漏れることを抑制し、また、酸化剤流路５１に排ガスが流入すること、または、排ガス流路６１に酸化剤が流入することを抑制する。

以上、本実施形態における貫通部周辺の構造について、容器１の外殻２の左側壁２ａ、内殻３の左側壁３ａ、及び、排ガス隔壁４の左側壁４ａを貫通して温度測定部７を配置する場合を例として説明したが、容器１の外殻２の右側壁２ｂ、内殻３の右側壁３ｂ、及び、排ガス隔壁４の右側壁４ｂを貫通して温度測定部７を配置する場合も同様である。また、容器１が前後方向の側面においても、外殻２、内殻３、排ガス隔壁４を有し、外殻２と内殻３の間に酸化剤流路５１、内殻３と排ガス隔壁４の間に排ガス流路６１を備える構造において前後方向の側面を貫通して温度測定部７を配置する場合においても、同様に本実施形態における貫通部周辺の構造を採用し得る。また、貫通部を容器１の外表面（外殻２の表面）のいかなる位置に設けるかも任意である。なお、挿入部品としてオフガス燃焼エリア１４の火炎温度を測定する温度測定部７を例に挙げて貫通部周辺の構造を説明したが、挿入部品は、オフガス燃焼エリアの点火装置（例えば、点火ヒータ、点火プラグ）、セルスタック６の温度測定部、電流取り出し部等、燃料電池装置１００の運転に必要な各種挿入部品に置き換えることができる。このとき、突出部２１、３１は、各種挿入部品の用途に応じて適した位置に形成すればよい。

本実施形態に従う本発明の効果をまとめると、次の通りである。

本実施形態の燃料電池装置１００によれば、高温の排ガスと挿入部品との直接的な接触を解消することにより、排ガスから挿入部品への熱伝達量が減少し、挿入部品の熱劣化が抑制されている。よって、温度測定部７、点火装置、電流取り出し部等の挿入部品の寿命を延ばすことが可能になるとともに、それらを高い耐熱性を有する材料を用いずに作製することが可能となる。この点は、製造コストの面においても有利である。

また、本実施形態の燃料電池装置１００は、貫通部に配置された挿入部品の周囲において酸化剤の流速を上昇させる構造となっている。したがって、挿入部品は酸化剤により効果的に冷却される。酸化剤による挿入部品の冷却が効果的に行われるため、温度測定部７、点火装置、電流取り出し部等の挿入部品の寿命を延ばすことが可能になるとともに、それらを高い耐熱性を有する材料を用いずに作製することが可能となる。この点は、製造コストの面においても有利である。

また、本実施形態の燃料電池装置１００によれば、上記の通り、高温の排ガスと挿入部品との直接的な接触が解消されており、排ガスからの熱伝導による加熱は抑制されている。さらに、酸化剤による挿入部品の冷却が効率よく行われており、挿入部品内部における熱伝達も抑制されているため、容器１内部から外部への挿入部品を介した放熱量を低減することができる。

また、本実施形態の燃料電池装置１００においては、上記の通り、排ガスから挿入部品への熱伝導による加熱が抑制されており、かつ、酸化剤による挿入部品の冷却が効果的に行われているため、温度測定部７、点火装置、電流取り出し部等の挿入部品が有する電気的接続部の高温化も防止することが可能である。

また、本実施形態の燃料電池装置１００は、容器１を構成する外殻２、内殻３、排ガス隔壁４に、プレス加工、レーザ加工、溶接加工等の簡易な加工を施すのみで上記の効果を奏することが可能であり、製造コストの面において有利である。

次に、本実施形態の燃料電池装置１００の変形例を説明する。以下の変形例の説明において、上記実施形態と同じ構成については、その説明を省略する。
［変形例１］
図３（Ａ）、（Ｂ）に、変形例１にかかる燃料電池装置１００の断面図を示す。図３（Ａ）は、容器１を貫通部において前後方向に直交する面で切断し、前側から見た左側の部分断面図である。図３（Ｂ）は、容器１を貫通部において上下方向に直交する面で切断し、上側から見た左側の部分断面図である。本変形例の燃料電池装置１００においては、上記実施形態の燃料電池装置１００とは異なり、容器１の外殻２の左側壁２ａを内壁３の左側壁３ａに向けて突出させた突出部２１を設けなかった以外は、上記実施形態と同様の貫通部の構造を有する。

本変形例では、貫通部の周辺において排ガス流路６１が封止されているため、温度測定部７の排ガスとの接触が防止されている。同時に、容器１を構成する外殻２の左側壁２ａに突出部２１が設けられていないため、容器１は、従来どおりの外観を維持している。容器１の外表面である外殻２の左側壁２ａ等に凹凸が少ないことは、外殻２を加工する必要がないことの他、容器１の外表面に断熱材を配置する場合や、燃料電池装置１００のユニット化において製造コスト、製造作業性に寄与する点でもさらに有利である。

［変形例２］
図４は、変形例２にかかる燃料電池装置１００の容器１を貫通部において前後方向に直交する面で切断し、前側から見た左側の部分断面図である。本変形例においては、上記実施形態とは異なり、酸化剤流路５１の貫通部より下流側において、外殻２の左側壁２ａが容器１の外側に向けて（内殻３から離れる方向に向けて）突出しており、外殻２の左側壁２ａと内殻３の左側壁３ａとの間の幅ｗｏ４が、貫通部における酸化剤流路５１の左右方向の幅ｗｏ３よりも大きくなっている。なお、酸化剤流路５１の貫通部より下流側において、内殻３の左側壁３ａを排ガス隔壁４の左側壁４ａに向けて突出させることにより、外殻２の左側壁２ａと内殻３の左側壁３ａとの間の幅ｗｏ４を、貫通部における酸化剤流路５１の左右方向の幅ｗｏ３より大きくしてもよい。

このように、挿入部品の貫通部より下流側に位置する部分において酸化剤流路５１の左右方向の幅ｗｏ４を、貫通部における酸化剤流路５１の左右方向の幅ｗｏ３よりも大きくすることで、酸化剤流路５１の貫通部より下流側において、酸化剤の圧力を急激に低下させ、貫通部の上流側と下流側の圧力差により、貫通部における酸化剤の流速を上昇させることができる。本変形例においても、上記実施形態と同様に、排ガスからの熱伝導による挿入部品の高温化を防止するとともに、酸化剤による挿入部品の冷却を効率よく行うことができる。

なお、本実施形態では、排ガス隔壁４側に向けて内殻３に突出部３１を形成して排ガス流路６１を閉塞するものとしたが、反対に、内殻３側に向けて排ガス隔壁４に突出部及び突出部頂面を形成し、突出部頂面を内殻３に接触させることによって、排ガス流路６１を閉塞することもできる。また、排ガス隔壁４側に向けて内殻３に突出部及び突出部頂面を形成すると共に、内殻３側に向けて排ガス隔壁４に突出部及び突出部頂面を形成し、両突出部頂面を接触させることにより、排ガス流路６１を閉塞してもよい。

なお、本実施形態において、さらに外殻２の左側壁２ａの突出部２１の頂面２２を、内殻３の突出部に接触させ、酸化剤流路５１をも閉塞する構造としてもよい。また、貫通部においても酸化剤流路５１の左右方向の幅が非貫通部と同じとなるように外殻２を加工してもよい。また、燃料電池装置１００は、変形例１と変形例２の特徴をともに有してもよい。

以上、本発明の燃料電池装置を実施形態で説明してきたが、本発明はこれらの具体例に限定されず、本発明の範囲内で改変することができる。

例えば、上記の実施形態においては、挿入部品として温度測定部７の貫通部周辺の構造を例に説明したが、挿入部品として、オフガス燃焼エリアの点火装置（例えば、点火ヒータ、点火プラグ）、セルスタックの温度測定部、電流取り出し部に置き換えることができる。このとき、突出部２１、３１は、前述の挿入部品の設置に適した位置に形成すればよい。

また、上記の実施形態においては、容器１の左右方向の側面において、外殻２、内殻３、排ガス隔壁４を有し、外殻２と内殻３の間に酸化剤流路５１、内殻３と排ガス隔壁４の間に排ガス流路６１を備える構造を例に説明したが、容器１が前後方向の壁面または上下方向の壁面においても、外殻２、内殻３、排ガス隔壁４を有し、外殻２と内殻３の間に酸化剤流路５１、内殻３と排ガス隔壁４の間に排ガス流路６１を備える構造において前後方向の側面を貫通して温度測定部７を配置する場合においても、同様に本実施形態における貫通部周辺の構造を採用し得る。

また、本発明における排ガスとは、オフガス燃焼エリア１４における燃焼排ガスに限定されない。改質部１６や起動時のセルスタック６をヒータ等で加熱する装置構成を採用する燃料電池装置である場合には、容器１の内部にオフガス燃焼エリア１４を備えない場合がある。そのような形態においても、高温で動作するセルスタック６の発熱によって加熱されたオフガスに曝されることによる挿入部品の熱劣化を抑制する効果を得ることができる。このことからも、上記実施形態においては、オフガス燃焼エリア１４としてセルスタック６の上端でオフガスを燃焼する形態を例示したが、オフガス燃焼エリア１４の配置はこれに限らない。内殻３の内側に燃焼バーナを備え、配管等によりオフガスを回収し、オフガス配管を燃焼バーナに接続してオフガス燃焼エリア１４としてもよい。さらには、オフガス燃焼エリア１４を、セルスタック６の上方に配置する形態を例示したが、これに限らない。例えば、内殻３の底板３ｄと排ガス隔壁４の底板４ｄとの間に改質部１６を配置してもよい。

また、上記実施形態においては、改質部１６は、セルスタック６の上方かつオフガス燃焼エリア１４の上方に配置する形態を例示したが、これに限らない。例えば、内殻３の底板３ｄと排ガス隔壁４の底板４ｄとの間に改質部１６を配置してもよい。あるいは、改質部１６の加熱をヒータにて行う構成を採用する燃料電池装置や、改質部１６に充填された改質触媒が発熱反応であってオフガス燃焼熱を利用しなくてもよい場合には、改質部１６をオフガス燃焼エリア１４からの受熱を考慮しない位置、例えば、改質部１６を容器１の外部に配置してもよい。さらに、水素含有燃料として有機ハイドライドを用いる場合は、改質部１６を脱水素反応器に替えてもよい。水素リッチガスとして純水素を用いる場合には、改質部１６自体を省略してもよい。

本発明の燃料電池装置によれば、挿入部品の加熱、劣化を抑制することができ、挿入部品の寿命を延ばすことができる。また、挿入部品を、高い耐熱性を有さない材料（例えばＰＴＦＥ製）によって形成することができる。よって、挿入部品や燃料電池装置の製造コストを低減することができる。

１ 容器
２ 外殻
３ 内殻
４ 排ガス隔壁
６ セルスタック
７ 温度測定部
１４ オフガス燃焼エリア
１６ 改質部
２１ 突出部
２２ 頂面
３１ 突出部
３２ 頂面
５１ 酸化剤流路
６１ 排ガス流路

Claims (8)

1. セルスタック、及び前記セルスタックを内部に収容する容器を備える燃料電池装置であって、
   前記容器は、外殻、前記外殻の内側に配置される内殻、及び前記内殻の内側に配置される排ガス隔壁を有し、
   前記内殻と前記排ガス隔壁の間に、前記容器内のセルスタックから発生する排ガスを前記容器の外部に導出するための排ガス流路が画成されており、
   前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通して前記容器の内部に至る挿入部品をさらに備え、
   前記挿入部品が前記外殻、前記内殻、前記排ガス隔壁を貫通している前記容器の貫通部において、前記貫通部を取り囲むように、前記内殻と前記排ガス隔壁が接触していることを特徴とする燃料電池装置。
2. 前記内殻が前記排ガス隔壁に向けて突出して前記排ガス隔壁と接触するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置
3. 前記排ガス隔壁が前記内殻に向けて突出して前記内殻と接触するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池装置
4. 前記貫通部において、前記外殻が平坦に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
5. 前記外殻と前記内殻との間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、
   前記挿入部品は、前記貫通部において、さらに前記酸化剤流路を貫通して配置されており、
   前記貫通部において、前記外殻と前記内殻が接触しないように前記外殻が前記内殻に向けて突出するように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
6. 前記外殻と前記内殻の間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、
   前記挿入部品は、前記貫通部において、さらに前記酸化剤流路を貫通して配置されており、
   前記貫通部において、前記外殻と前記内殻が接触しないように、前記外殻が前記内殻に向けて突出するように構成されており、前記外殻の突出の大きさは、前記内殻の突出の大きさより大きく構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池装置。
7. 前記外殻と前記内殻の間に前記セルスタックに供給する酸化剤を流通させる酸化剤流路が画成されており、
   前記酸化剤流路の、前記貫通部の下流側において、前記外殻が前記内殻から離れる方向に突出するように構成されている、又は前記内殻が前記排ガス隔壁に向けて突出するように構成されて、前記貫通部の下流側に位置する部分における前記酸化剤流路の左右方向の幅ｗｏ４が、前記貫通部における前記酸化剤流路の左右方向の幅ｗｏ３よりも大きくされていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
8. 前記挿入部品は、温度測定部、点火装置、及び電流取り出し部の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
   

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