固体氧化物型燃料电池装置的制造方法
【专利摘要】本发明的固体氧化物型燃料电池装置(1)，具有：多个燃料电池单元(16)，其互相之间电连接；外侧圆筒部件(66)，其收装多个燃料电池单元(16)；氧化剂气体供给流路(22)，其将氧化剂气体供给多个燃料电池单元(16)；燃料气体供给流路(20)，其将燃料气体供给多个燃料电池(16)；重整部(94)，其设置于燃料气体供给流路(20)内，利用水蒸气将原燃料气体重整从而生成燃料气体；蒸发部(86)，其生成用于供给重整部(94)的水蒸气；燃料气体供给管(90)，其供给在蒸发部(86)蒸发的水，蒸发器部(86)具有倾斜板(86a)，倾斜板(86a)通过毛细现象使燃料气体供给管(90)所供给的水分散至整个蒸发器部(86)。
【专利说明】
固体氧化物型燃料电池装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种固体氧化物型燃料电池装置，特别是涉及一种具有蒸发器的固体氧化物型燃料电池装置。
【背景技术】
[0002]固体氧化物型燃料电池装置(Solid Oxide Fuel Cell:以下称为“SOFC”)是一种燃料电池，使用氧化物离子导电性固体电解质为电解质，在其两侧安装电极，对一侧供给燃料气体，对另一侧供给氧化剂气体(空气、氧气等)，以较高的温度进行工作。
[0003]现有技术的固体氧化物型燃料电池中，向蒸发器供给水，通过蒸发器将水蒸发生成水蒸气，将水蒸气和原燃料气体的混合气体重整取得燃料气体(氢气)。在专利文献I中，公开了一种上述那样的固体氧化物型燃料电池，其使用由水平的平板构成的蒸发器。
现有技术文献专利文献
[0004]【专利文献I】日本发明专利公开公报2013-171740号
【发明内容】
[0005]在固体氧化物型燃料电池中，用蒸发器使非常微量的水蒸发而生成水蒸气，将该水蒸气和原燃料气体的混合气体用重整器重整生成燃料气体。在这种情况下，为了使重整器稳定地进行重整，对水蒸气和原燃料气体所含碳氢化合物与碳含量之间的理论混合比、即S/C的管理非常重要，因此优选使这样微量的水被切实分散。另一方面，如果水留存在蒸发器上的一部分区域上，有可能会由于在蒸发器上发生突沸现象，而造成伴随燃料不足的燃料电池单元劣化。从防止发生这样的问题的观点出发，使水在蒸发器中均匀分散是非常重要的。
[0006]在所述专利文献I所记载的技术中，采用了利用曲折流路等来延长蒸发时间的方法，但是对于使水在蒸发器中均匀分散这个目的来说还不够充分。
[0007]因此，本发明以提供一种能够使微量的水在蒸发器整体上适宜地分散的固体氧化物型燃料电池装置为目的。
[0008]为了达成所述目的，本发明是一种通过供给燃料气体以及氧化剂气体使之发生反应来进行发电的固体氧化物型燃料电池装置，其具有:多个燃料电池单元，其互相之间电连接;收装容器，其收装所述多个燃料电池单元;氧化剂气体供给通路，其将所述氧化剂气体供给所述多个燃料电池单元;燃料气体供给通路，其将所述燃料气体供给所述多个燃料电池单元;重整器，其设置于所述燃料气体供给通路内，利用水蒸气将原燃料气体重整从而生成所述燃料气体;蒸发器，其生成用于供给所述重整器的水蒸气;供水部，其供给水，该水在所述蒸发器上蒸发，所述蒸发器具有毛细现象发生部，所述毛细现象发生部通过毛细现象使所述供水部所供给的水分散至整个蒸发器。
在这种结构的本发明中，由于蒸发器具有通过毛细现象使供水部供给的微量的水适宜地分散至整个蒸发器的毛细现象发生部，因此可以使供水部供给的微量的水适宜地分散至整个蒸发器。具体而言，通过利用了毛细现象的简易的结构，能够使供水部供给的微量的水在蒸发器蒸发(气化)之前迅速地分散到整个蒸发器。其结果，被分散的水在被分散到的地方蒸发，并与原燃料气体混合，因此可以生成稳定均匀的混合气体。因此，可以妥善进行S/C比的管理。另外，在本发明中由于在蒸发器上的一部分的区域上不持续存留水，因此可以防止在蒸发器上发生突沸。因此，可以防止伴随燃料不足的燃料电池单元的劣化等情况。
[0009]本发明中优选，蒸发器的毛细现象发生部由设置在所述蒸发器的整个底表面范围的锐角形状的凹部形成。
在这种结构的本发明中，由于由设置在所述蒸发器的整个底表面范围的锐角形状的凹部构成毛细现象发生部，因此可以由简易的结构实现所述毛细现象。
[0010]本发明中优选，还具有混合室，所述混合室位于所述蒸发器的上方，混合由下方供给的水蒸气和原燃料气体，所述蒸发器上被供给水以及原燃料气体的位置，与将水蒸气和原燃料气体向所述混合室供给的位置，相互处于隔着蒸发器的中心轴相向的相反一侧的位置。
在这种结构的本发明中，将蒸发器中由通过毛细现象被适宜分散的水所生成的水蒸气，在位于蒸发器的上方的混合室中与原燃料气体混合，因此可以提高混合室中的水蒸气和原燃料气体的混合性。另外，在本发明中，不将混合室和蒸发器配置于水平方向，而将混合室配置于蒸发器的上方，并且，蒸发器上被供给水和原燃料气体的位置，与从蒸发器向混合室供给气体的位置(即蒸发器上气体的出口)，隔着蒸发器的中心轴相互位于相反一侧。因此，可以使水蒸气和原燃料气体在蒸发器内比较缓慢地混合，因此也可以在蒸发器内提高水蒸气和原燃料气体的混合性。即，采用本发明，通过同时使用这样的蒸发器和混合室，可以大幅度提高水蒸气和原燃料气体的混合性。
[0011]本发明中优选，所述蒸发器具有倾斜板，所述倾斜板的一端固定于沿上下方向延伸的所述收装容器的内壁表面，从该端开始朝向另一端向上方倾斜，所述毛细现象发生部中，所述锐角形状的凹部由所述倾斜板和所述收装容器的内壁表面所形成的间隙构成。
在这种结构的本发明中，利用收装容器的内壁表面，在该内壁表面上设置向上方倾斜的倾斜板并由此形成锐角形状的凹部，因此可以由简易的结构实现毛细现象发生部。
[0012]本发明中优选，所述收装容器的结构为形成圆或椭圆状的内部空间，所述倾斜板形成圆或椭圆环状，沿着所述内部空间的整个内周表面连续设置。
在其结构为形成圆或椭圆环状的内部空间的收装容器中，相对于微量的水，蒸发器的容积过大，具有不易使水分散的倾向。但是本发明中由于对于收装容器，使用了在收装容器的内部空间的整个内周表面连续设置的圆或椭圆环状的倾斜板，因而可以确保微量的水的稳定的分散性。具体而言，在使用由本发明这样圆或椭圆环状的倾斜板构成的蒸发器的情况下，与使用不是圆或椭圆环状而是带角度的环状(例如矩形环状)的蒸发器的结构相比较，微量的水可以更加迅速地流向整个蒸发器，因此可以有效地将水分散。
[0013]本发明中优选，还具有圆或椭圆环状的加热器，所述加热器设置在所述收装容器的外周表面上，且设置在与所述蒸发器对应的位置的整个周围。
在这种结构的本发明中，加热器对蒸发器整体一周加热，因此可以使整个蒸发器均匀地产生水蒸气。另外，即使在固体氧化物型燃料电池装置低温状态下启动时，通过由加热器对蒸发器加热，也可以由蒸发器适宜地产生重整器的重整所必要的水蒸气。
[0014]本发明中优选，所述加热器设置于所述毛细现象发生部的上方。
在这种结构的本发明中，由于倾斜板所对应的收装容器的外周表面上的位置不会被直接加热，因此可以避免微量的水在倾斜板上分散的途中被蒸发掉。因此，可以适宜地确保在整个蒸发器上产生水蒸气。
发明的效果
[0015]采用本发明的固体氧化物型燃料电池装置，可以使微量的水适宜地分散至整个蒸发器，并且能够防止蒸发器上的突沸现象。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的一个实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置(SOFC)的整体结构示意图。
图2是本发明的一个实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置内设的燃料电池单元收装容器的剖视图。
图3是将本发明的一个实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置内设的燃料电池单元收装容器的主要部件分解显示的剖视图。
图4是本发明的一个实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置内设的排气集中室局部被放大显示的剖视图。
图5是图2中沿V—V线的剖视图。
图6的(a)是下端被作为阴极(cathode)的燃料电池单元的下端部被放大显示的剖视图，(b)是下端被作为阳极(anode)的燃料电池单元的下端部被放大显示的剖视图。
图7是对本发明的一个实施方式所涉及的蒸发部的作用进行说明的视图。
图8是对本发明的一个实施方式所涉及的混合板的具体结构进行说明的立体图。
图9是本发明的一个实施方式所涉及的分散板的俯视图。
图10是对本发明的一个实施方式所涉及的混合板和分散板的作用进行说明的视图。
图11是本发明的变形例所涉及的分散板的俯视图。
图12是本发明的一个实施方式所涉及的分散板的俯视图。
图13是本发明的一个实施方式所涉及的重整部的剖面图。
【具体实施方式】
[0017]下面，参考附图对本发明的【具体实施方式】所涉及的固体氧化物型燃料电池装置(SOFC)进行说明。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置(SOFC)的整体结构示意图。如图1所示，本发明的一个实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置(SOFC)I具有燃料电池模块2和补给机构单元4。
[0018]燃料电池模块2具有外壳6，在该外壳6的内部借助于绝热材料7配置有燃料电池单元收装容器8。在该燃料电池单元收装容器8的内部构成发电室10，在该发电室10中呈同心圆状配置有多个燃料电池单元16，通过这些燃料电池单元16进行作为燃料气体和氧化剂气体的空气的发电反应。
[0019]在各燃料电池单元16的上端部，安装有排气集中室18。各燃料电池单元16中发电反应没有用完而剩余的残余燃料(off gas)，被集中到安装于上端部的排气集中室18，从设置在该排气集中室18的顶壁面上的多个喷出口流出。流出的燃料借助于发电室10内发电反应没有用完而剩余的空气而燃烧，生成排气气体。
[0020]其次，补给机构单元4具有:纯水槽26，其储存来自自来水管道等水供给源24的水，并用过滤器过滤成纯水;水流量调整单元28(由马达驱动的“水栗”等)，其为水供给装置，调整纯水水槽所供给的水的流量。另外，补给机构单元4还具有燃料鼓风机38(由马达驱动的“燃料栗”等)，其为燃料供给装置，调整都市煤气(日本煤气的一种)等的燃料供给源30所供给的碳化氢类的原燃料气体的流量。
[0021]此外，通过燃料鼓风机38后的原燃料气体，再通过燃料电池模块2内所配置的脱硫器36、热交换器34和电磁阀35，被导入燃料电池单元收装容器8的内部。脱硫器36呈环状配置于燃料电池单元收装容器8的周围，从原燃料气体中去除硫磺成分。另外，为了防止在脱硫器36中温度上升的高温原燃料气体直接流入电磁阀35导致电磁阀35劣化，而设置有热交换器34。设置电磁阀35是用于停止向燃料电池单元收装容器8内部的原燃料气体的供给。
[0022]补给机构单元4还具有作为氧化剂气体供给装置的空气流量调整单元45(由马达驱动的“空气鼓风机”等)，其调整空气供给源40所供给的空气的流量。
[0023]并且，补给机构单元4还具有温水制造装置50，其用于回收来自燃料电池模块2的排气气体的热量。对该温水制造装置50供给自来水，该自来水由于排气气体的热量而成为温水，并被供应给未图示的外部热水器的储水槽。
并且，燃料电池模块2还连接有作为电力输出部(电力转换部)的变频器54，其向外部提供燃料电池模块2发出的电力。
[0024]接着，根据图2及图3，对本发明的实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置(SOFC)的燃料电池模块内设的燃料电池单元收装容器的内部结构进行说明。图2是燃料电池单元收装容器的剖视图，图3是将燃料电池单元收装容器的主要部件分解显示的剖视图。
如图2所示，在燃料电池单元收装容器8的内部的空间里，呈同心圆状排列配置多个燃料电池单元16，围绕多个燃料电池单元16的周围而按顺序呈同心圆状形成有作为燃料流路的燃料气体供给流路20、排气气体排出流路21、氧化剂气体供给流路22。此处，排气气体排出流路21以及氧化剂气体供给流路22发挥作为供给/排出氧化剂气体的氧化剂气体流路的功能。
[0025]首先，如图2所示，燃料电池单元收装容器8为大致圆筒状的密封容器，在其侧表面上连接有:氧化剂气体导入管56，其作为氧化剂气体流入口，用于供给发电用空气;排气气体排出管58，其用于排出排气气体。并且，从燃料电池单元收装容器8的上端表面突出有点火加热器62，其用于排气集中室18所流出的残余燃料的点火。
[0026]如图2及图3所示，在燃料电池单元收装容器8的内部，围绕燃料电池单元16的周围由内侧开始依次配置有内侧圆筒部件64、外侧圆筒部件66、内侧圆筒容器68、外侧圆筒容器70。上述燃料气体供给流路20、排气气体排出流路21、氧化剂气体供给流路22是在这些圆筒部件和圆筒容器之间分别构成的流路，在相邻的流路之间进行热交换。即，围绕燃料气体供给流路20配置排气气体排出流路21，围绕排气气体排出流路21配置氧化剂气体供给流路22。另外，燃料电池单元收装容器8的下端侧的开放空间被构成燃料气体分散室76的底表面的大致圆形的分散室底部件72所堵塞，燃料气体分散室76用于将燃料分散至各燃料电池单元16。
[0027]内侧圆筒部件64是大致圆筒状的中空体，其上端和下端开放。另外，在内侧圆筒部件64的内壁表面上气密地焊接有作为分散室形成板的圆形的第I固定部件63。由该第I固定部件63的下表面、内侧圆筒部件64的内壁面、分散室底部件72的上表面一起界定了燃料气体分散室76。另外，第I固定部件63上形成有由各燃料电池单元16插通的多个插通孔63a，各燃料电池单元16在插通于各插通孔63a的状态下由陶瓷粘合剂粘合(粘接)在第I固定部件63上。如此，在本实施方式的固体氧化物型燃料电池装置I中，在构成燃料电池模块2的各部件之间的接合部填充陶瓷粘合剂并使之固化，由此使各部件互相气密地接合。
[0028]外侧圆筒部件66是配置于内侧圆筒部件64的周围的圆筒状的管子，为了在其与内侧圆筒部件64之间形成圆环状的流路，其形成为与内侧圆筒部件64大致相似的形状。在内侧圆筒部件64和外侧圆筒部件66之间配置有中间圆筒部件65。中间圆筒部件65是配置在内侧圆筒部件64和外侧圆筒部件66之间的圆筒状的管子，在内侧圆筒部件64的外周表面和中间圆筒部件65的内周表面之间构成重整部94。另外，中间圆筒部件65的外周表面和外侧圆筒部件66的内周表面之间的圆环状空间作为燃料气体供给流路20发挥功能。因此，重整部94和燃料气体供给流路20，通过燃料电池单元16中的发热以及在排气集中室18上端的残余燃料的燃烧而获得热量。另外，内侧圆筒部件64的上端部和外侧圆筒部件66的上端部通过焊接而气密地接合，燃料气体供给流路20的上端被封闭。并且，中间圆筒部件65的下端和内侧圆筒部件64的外周表面通过焊接而气密地接合。
[0029]内侧圆筒容器68是配置于外侧圆筒部件66周围的具有圆形剖面的杯状部件，其侧面形成与外侧圆筒部件66大致相似的形状，以在其与外侧圆筒部件66之间形成基本为一定宽度的圆环状的流路。该内侧圆筒容器68以覆盖内侧圆筒部件64的上端的开放部的方式配置。外侧圆筒部件66的外周表面和内侧圆筒容器68的内周表面之间的圆环状的空间，作为排气气体排出流路21(图2)发挥功能。该排气气体排出流路21通过设置于内侧圆筒部件64的上端部的多个小孔64a与内侧圆筒部件64的内侧的空间连通。另外，在内侧圆筒容器68的下部的侧表面上，连接有作为排气气体流出口的排气气体排出管58，排气气体排出流路21与排气气体排出管58连通。
[0030]在排气气体排出流路21的下部配置有燃烧催化剂60和将其加热的护套加热器61。燃烧催化剂60是一种催化剂，其位于排气气体排出管58的上方，且填充于外侧圆筒部件66的外周表面和内侧圆筒容器68的内周表面之间的圆环状的空间中。从排气气体排出流路21下降的排气气体，由于通过燃烧催化剂60而被除去一氧化碳，从排气气体排出管58排出。
护套加热器61是电加热器，以围绕外侧圆筒部件66的位于燃烧催化剂60下方的外周表面的方式安装。在固体氧化物型燃料电池装置I启动时，通过向护套加热器61通电，燃烧催化剂60被加热至活性温度。
[0031]外侧圆筒容器70是配置于内侧圆筒容器68周围的具有圆形剖面的杯状部件，其侧面形成与内侧圆筒容器68大致相似的形状，以在其与内侧圆筒容器68之间形成基本为一定宽度的圆环状的流路。内侧圆筒容器68的外周表面和外侧圆筒容器70的内周表面之间的圆环状的空间，作为氧化剂气体供给流路22发挥功能。另外，外侧圆筒容器70的下部侧表面上连接有氧化剂气体导入管56。氧化剂气体供给流路22与氧化剂气体导入管56连通。
[0032]分散室底部件72是大致呈圆形的碟状部件，被陶瓷粘合剂气密地固定在内侧圆筒部件64的内壁表面上。由此，在第I固定部件63和分散室底部件72之间构成燃料气体分散室76。另外，在分散室底部件72中央，设置有用于供汇流条(bus bar)80插通的插通管72a。与各燃料电池单元16电连接的汇流条80穿过该插通管72a，被引出至燃料电池单元收装容器8的外部。另外，插通管72a中也填充有陶瓷粘合剂，以确保燃料气体分散室76的气密性。并且，在插通管72a的周围还配置有绝热材料72b(图2)。
[0033]以从内侧圆筒容器68的顶壁面下垂的方式安装有具有圆形剖面的氧化剂气体喷射管74，其用于喷射发电用的空气。该氧化剂气体喷射管74在内侧圆筒容器68的中心轴线上沿着竖直方向延伸，在其周围的同心圆上配置有各燃料电池单元16。通过将氧化剂气体喷射管74的上端安装于内侧圆筒容器68的顶壁面，使内侧圆筒容器68和外侧圆筒容器70之间形成的氧化剂气体供给流路22与氧化剂气体喷射管74连通。通过氧化剂气体供给流路22供给的空气，从氧化剂气体喷射管74的顶端向下方喷射，碰到第I固定部件63的上表面，向发电室10内的整体扩散。
[0034]燃料气体分散室76是在第I固定部件63和分散室底部件72之间构成的圆筒形的气密性腔室，在其上表面林立着各燃料电池单元16。安装于第I固定部件63上表面的各燃料电池单元16的内侧的燃料电极与燃料气体分散室76的内部连通。各燃料电池单元16的下端部，贯穿第I固定部件63的插通孔63a突出到燃料气体分散室76的内部，各燃料电池单元16通过粘合被固定于第I固定部件63。
[0035]如图2所示，在内侧圆筒部件64上比第I固定部件63靠下方的位置，设置有多个小孔64b。内侧圆筒部件64的外周和中间圆筒部件65的内周之间的空间通过多个小孔64b与燃料气体分散室76内连通。供给的燃料先在外侧圆筒部件66的内周和中间圆筒部件65的外周之间的空间内暂时上升后，再在内侧圆筒部件64的外周和中间圆筒部件65的内周之间的空间内下降，通过多个小孔64b流入燃料气体分散室76内。流入燃料气体分散室76内的燃料，被分配至安装于燃料气体分散室76的顶壁面(第I固定部件63)的各燃料电池单元16的燃料电极。
[0036]并且，突出到燃料气体分散室76内的各燃料电池单元16的下端部在燃料气体分散室76内与汇流条80电连接，通过插通管72a使电力被输出至外部。汇流条80是用于将各燃料电池单元16生成的电力向燃料电池单元收装容器8的外部输出的细长金属导体，通过绝缘部件78固定于分散室底部件72的插通管72a。汇流条80在燃料气体分散室76内部，与安装于各燃料电池单元16的集电体82电连接。另外，汇流条80在燃料电池单元收装容器8的外部与变频器54(图1)连接。此外，在突出到排气集中室18内的各燃料电池单元16的上端部也安装有集电体82(图4)。通过这些安装于上端部以及下端部的集电体82，多个燃料电池单元16被并联地电连接，并且，被并联地电连接的多组燃料电池单元16被串联地电连接，该串联连接的两端分别连接于汇流条80。
[0037]接着，参考图4以及图5对排气集中室的结构进行说明。
图4是排气集中室的局部被放大显示的剖视图，图5是沿图2中V—V线的剖视图。
如图4所示，排气集中室18是安装于各燃料电池单元16的上端部且剖面为面包圈型的腔室，在该排气集中室18的中央，贯穿并延伸着氧化剂气体喷射管74。
[0038]如图5所示，在内侧圆筒部件64的内壁表面上，以相同间隔安装有用于支承排气集中室18的3个支架64c。如图4所示，各支架64c是将金属制的薄板折弯而成的小片，通过将排气集中室18载放在各支架64c上，可以将排气集中室18定位在与内侧圆筒部件64同心圆的位置上。这样会使排气集中室18的外周表面和内侧圆筒部件64的内周表面之间的间隙，以及排气集中室18的内周表面和氧化剂气体喷射管74的外周表面之间的间隙在整个圆周上均匀(图5)。
[0039]排气集中室18由集中室上部件18a以及集中室下部件18b气密地接合构成。
集中室下部件18b是上方开放的圆形碟状部件，其中央设置有用于供氧化剂气体喷射管74贯穿的圆筒部。
集中室上部件18a是下方开放的圆形碟状部件，其中央设置有用于供氧化剂气体喷射管74贯穿的开口部。集中室上部件18a构成为可以嵌入集中室下部件18b的、向上方开口的面包圈型剖面的区域中的形状。
[0040]在集中室下部件18b周围的壁的内周表面和集中室上部件18a的外周表面之间的间隙填充陶瓷粘合剂，并使之硬化，以确保该接合部的气密性。另外，在该接合部所填充的陶瓷粘合剂所形成的陶瓷粘合剂层上，配置有大直径密封环19a，其覆盖陶瓷粘合剂层。大直径密封环19a是圆环状的薄板，在填充陶瓷粘合剂后，以覆盖陶瓷粘合剂的方式配置，并由于粘合剂的硬化而被固定于排气集中室18。
[0041]另一方面，集中室下部件18b中央的圆筒部的外周表面和集中室上部件18a中央的开口部的边缘之间也用陶瓷粘合剂填充，并使之硬化，以确保该接合部的气密性。另外，在该接合部所填充的陶瓷粘合剂所形成的陶瓷粘合剂层上，配置有小直径密封环1%，其覆盖陶瓷粘合剂层。小直径密封环1%是圆环状的薄板，在填充陶瓷粘合剂后，以覆盖陶瓷粘合剂的方式配置，并由于粘合剂的硬化而被固定于排气集中室18。
[0042]在集中室下部件18b的底表面设置有多个圆形的插通孔18c。各插通孔18c中分别插通有各燃料电池单元16的上端部，各燃料电池单元16贯穿各插通孔18c延伸。在各燃料电池单元16所贯穿的集中室下部件18b的底表面上注入陶瓷粘合剂，通过使其硬化，可以气密性地填充各燃料电池单元16的外周和各插通孔18c之间的间隙，并且将各燃料电池单元16固定于集中室下部件18b。
[0043]并且，在注入集中室下部件18b的底表面的陶瓷粘合剂上，配置圆环薄板状的罩部件19c，其由于陶瓷粘合剂的硬化而被固定于集中室下部件18b。在罩部件19c上与集中室下部件18b的各插通孔18c同样的位置上设置有多个插通孔，各燃料电池单元16的上端部贯穿陶瓷粘合剂层和罩部件19c延伸。
[0044]另一方面，在排气集中室18的顶壁面上设置有多个喷出口18d(图5)，用于喷出被集中的燃料气体。各喷出口 18d被配置于集中室上部件18a的圆周上。发电没有用完的剩余燃料从各燃料电池单元16的上端部流入排气集中室18内，被集中于排气集中室18内的燃料从各喷出口 18d流出，并在该处燃烧。
[0045]接着，参考图2对用于将燃料供给源30所供给的原燃料气体重整的结构进行说明。首先，在由内侧圆筒部件64和外侧圆筒部件66之间的空间所构成的燃料气体供给流路
20的下部，设置有用于使水蒸气重整用水蒸发的蒸发部86。蒸发部86由外侧圆筒部件66的下部内周上安装的环状的倾斜板86a和供水管88构成。另外，蒸发部86配置于用于导入发电用空气的氧化剂气体导入管56的下方，排出排气气体的排气气体排出管58的上方。倾斜板86a是形成环状的金属薄板，其外周边缘安装于外侧圆筒部件66的内壁表面。另一方面，倾斜板86a的内周边缘与外周边缘相比位于上方，倾斜板86a的内周边缘与内侧圆筒部件64的外壁表面之间设置有间隙。
[0046]供水管88是从内侧圆筒部件64的下端开始向燃料气体供给流路20内沿竖直方向延伸的管，由水流量调整单元28所供给的水蒸气重整用水，通过供水管88供给蒸发部86。供水管88的上端贯穿倾斜板86a，延伸至倾斜板86a的上表面侧，供给至倾斜板86a的上表面侧的水储存在倾斜板86a的上表面和外侧圆筒部件66的内壁表面之间。供给至倾斜板86a的上表面侧的水在该处蒸发而生成水蒸气。
[0047]另外，在蒸发部86的下方，隔着分隔壁91设置有将原燃料气体导入燃料气体供给流路20内的燃料气体导入部，分隔壁91是圆环状金属板，在该分隔壁91上以相等间隔设置有多个喷射口 91a。从燃料鼓风机38送来的原燃料气体通过燃料气体供给管90导入燃料气体供给流路20。燃料气体供给管90是从内侧圆筒部件64的下端开始向燃料气体供给流路20内沿竖直方向延伸的管。另外，燃料气体供给管90的上端与分隔壁91相比位于下方。由燃料气体供给管90所导入的原燃料气体在分隔壁91的下侧的空间短暂停留之后，通过各喷射口91a喷射至分隔壁91的上侧的空间(即设置有蒸发部86的空间)。然后，由喷射口 91a喷射的原燃料气体被导入倾斜板86a的下侧，由于倾斜板86a的倾斜而在流路中聚拢并向倾斜板86a的上侧上升。上升至倾斜板86a的上侧的原燃料气体与蒸发部86所生成的水蒸气一起上升。
[0048]在燃料气体供给流路20内的蒸发部86上方设置有混合板110，其为圆环状金属板，以将外侧圆筒部件66的内周和内侧圆筒部件64的外周之间的圆环状的空间上下分隔的方式设置。在该混合板110的圆周上设置有一个连通孔110a。通过IlOa将混合板110的上侧空间和下侧空间连通。连通孔IlOa设置于，隔着混合板110的中心轴(与内侧圆筒部件64和外侧圆筒部件66等的中心轴一致)而与规定位置相向地位于规定位置的相反一侧的位置，其中，规定位置是混合板110上的、与供水管88以及燃料气体供给管90的设置位置相对应的位置。由喷射口 9 Ia喷射的原燃料气体以及蒸发部86所生成的水蒸气在混合板110的下侧空间短暂停留之后，通过连通孔IlOa被导入混合板110的上侧空间。
[0049]在混合板110的上方还设置有混合板111，其为圆环状金属板，以将外侧圆筒部件66的内周和内侧圆筒部件64的外周之间的圆环状的空间上下分隔的方式设置。混合板111接近混合板110配置。在该混合板111的圆周上设置有一个连通孔111a。通过Illa将混合板111的上侧空间和下侧空间连通。连通孔Illa设置于，隔着混合板111的中心轴(与内侧圆筒部件64和外侧圆筒部件66等的中心轴一致)而与规定位置相向地位于规定位置的相反一侧的位置，其中，规定位置是混合板111上的、与混合板110上设有连通孔IlOa的位置相对应的位置。由混合板110的连通孔IlOa导入的原燃料气体以及蒸发部86所生成的水蒸气在混合板110和混合板111之间的空间移动，通过混合板111的连通孔Illa被导入混合板111的上侧空间。在此情况下，由于混合板110和混合板111之间的空间在上下方向上的宽度较狭，因此原燃料气体以及水蒸气在水平方向上移动，在此过程中被混合。
[0050]在混合板111的上方还设置有分散板112，其为圆环状金属板，以将外侧圆筒部件66的内周和中间圆筒部件65的外周之间的圆环状的空间上下分隔的方式设置。分散板112远离混合板111配置。具体而言，分散板112和混合板111在上下方向上的距离比混合板110和混合板111在上下方向上的距离长。分散板112的圆周上设置有多个连通孔112a，通过这些连通孔112a将分散板112的上侧空间和下侧空间连通。由混合板111的连通孔11 Ia导入的原燃料气体以及水蒸气在混合板111和分散板112之间的空间移动，通过各连通孔112a被导入分散板112上侧的空间。在此情况下，由于混合板111和分散板112之间的空间在上下方向上的宽度较宽，因此原燃料气体以及水蒸气向上方移动，在此过程中被混合。
[0051 ]另一方面，在中间圆筒部件65的内周和内侧圆筒部件64的外周之间的圆环状空间的上部设置有重整部94。另外，在重整部94的上部设置有金属板构成的分散板113。分散板113以覆盖重整部94的上端的方式构成圆环状，以等间隔设置有多个连通孔113a。通过所述分散板112的连通孔112a的原燃料气体以及水蒸气向分散板112的上方上升，其后，由于碰撞到外侧圆筒部件66的上表面内侧壁而下降，通过分散板113的多个连通孔113a流入重整部94。在此情况下，通过分散板113上所设置的多个连通孔113a将混合气体均匀地导入重整部94。
[0052]重整部94以环绕在各燃料电池单元16上部和其上方的排气集中室18周围的方式配置。重整部94由安装于内侧圆筒部件64的外壁表面的催化剂保持板(未图示)和由催化剂保持板保持的重整催化剂96构成。
如此，在重整部94的上游侧的燃料气体供给流路20处混合的原燃料气体以及水蒸气接触到重整部94内填充的重整催化剂96后，即在重整部94内进行反应式(I)所示的水蒸气重整反应SR。
CmHn+xH20^aC02+bC0+cH2 (I)
[0053]在重整部94重整后的燃料气体在中间圆筒部件65的内周和内侧圆筒部件64的外周之间的空间向下方流动，流入燃料气体分散室76，向各燃料电池单元16供给。水蒸气重整反应SR是吸热反应，发生反应所需要的热量由从排气集中室18流出的排气气体的燃烧热量以及各燃料电池单元16所产生的热量供给。
[0054]接着，参考图6对燃料电池单元16进行说明。
在本发明的实施方式所涉及的固体氧化物型燃料电池装置I中，燃料电池单元16采用的是使用固体氧化物的圆筒横纹型电池单元。在各燃料电池单元16上，多个单电池16a形成横纹状，通过将这些单电池在电学上串联连接而构成一根燃料电池单元16。各燃料电池单元16的结构为，一端为阳极(anode )，另一端为阴极(cathode )，多个燃料电池单元16中的一半以上端为阳极，下端为阴极的方式配置，剩余的一半以上端为阴极，下端为阳极的方式配置。
[0055]图6(a)是下端被作为阴极的燃料电池单元16的下端部被放大显示的剖视图，图6(b)是下端被作为阳极的燃料电池单元的下端部被放大显示的剖视图。
[0056]如图6所示，燃料电池单元16由细长圆筒状的多孔质支承体97和在该多孔质支承体97的外侧形成横纹状的多个层形成。在多孔质支承体97的周围，从内侧开始依次为燃料极层98、反应抑制层99、固体电解质层100、空气极层101，分别形成横纹状。因此，通过燃料气体分散室76所供给的燃料气体，在各燃料电池单元16的多孔质支承体97的内部流动，由氧化剂气体喷射管74喷射的空气在空气极层101的外测流动。燃料电池单元16上形成的各单电池16a由一组的燃料极层98、反应抑制层99、固体电解质层100、以及空气极层101构成。一个单电池16a的燃料极层98，通过联通层102与相邻的单电池16a的空气极层101电连接。由此，在一根燃料电池单元16上形成的多个单电池16a串联电连接。
[0057]如图6(a)所示，在燃料电池单元16的阴极侧端部，在多孔质支承体97的外周上形成有电极层103a，该电极层103a的外侧形成有导电膜层104a。在阴极侧端部，位于端部的单电池16a的空气极层101和电极层103a通过联通层102电连接。这些电极层103a以及导电膜层104a形成为，在燃料电池单元16的端部贯穿第I固定部件63，比第I固定部件63还向下方突出。电极层103a形成到比导电膜层104a靠下方的位置，电极层103a的露出到外部的部分上电连接着集电体82。由此，位于端部的单电池16a的空气极层101通过联通层102、电极层103a与集电体82连接，电流如图中的箭头所示那样流动。另外，第I固定部件63的插通孔63a的边缘和导电膜层104a之间的间隙被陶瓷粘合剂填充，燃料电池单元16以导电膜层104a的外周处固定于第I固定部件63。
[0058]如图6(b)所示，在燃料电池单元16的阳极侧端部，位于端部的单电池16a的燃料极层98被延长，燃料极层98的延长部作为电极层103b发挥功能。电极层103b的外侧形成有导电膜层104b。这些电极层103b以及导电膜层104b形成为，在燃料电池单元16的端部贯穿第I固定部件63，比第I固定部件63向下方突出。电极层103b形成到比导电膜层104b靠下方的位置，电极层103b的露出到外部的部分上电连接着集电体82。由此，位于端部的单电池16a的燃料极层98通过一体形成的电极层103b与集电体82连接，电流如图中的箭头所示那样流动。另外，第I固定部件63的插通孔63a的边缘和导电膜层104b之间的间隙被陶瓷粘合剂填充，燃料电池单元16以导电膜层104b的外周处固定于第I固定部件63。
[0059]在图6(a)、(b)中，对各燃料电池单元16的下端部进行了说明，各燃料电池单元16的上端部的结构也与此相同。此外，在上端部，各燃料电池单元16被固定于排气集中室18的集中室下部件18b，其固定部分的结构与在下端部固定于第I固定部件63的结构相同。
[0060]接着，对多孔质支承体97以及各层的结构进行说明。
多孔质支承体97在本实施方式中，是将镁橄榄石粉末以及粘合剂的混合物挤压成型，再通过烧结形成。
燃料极层98在本实施方式中，是由N1(氧化镍)粉末以及10YSZ(氧化锆)(1mol %Y2O3 -90mol% ZrO2)粉末的混合物所构成的具有导电性的薄膜。
[0061 ]反应抑制层99在本实施方式中，是由铈类的复合氧化物(LDC40。即，40mo I %的La2O3 — 60mol%的CeO2)等构成的薄膜，由此，可以抑制燃料极层98和固体电解质层100之间的化学反应。
固体电解质层100在本实施方式中，是由LaQ.9SrQ.!GatL8MgtL2O3组成的LSGM粉末构成的薄膜。通过该固体电解质层100，氧化物离子和氢或一氧化碳发生反应并由此生成电能。
[0062]空气极层101在本实施方式中，是由La0.6Sr0.4Co().8Fe().203组成的粉末所构成的具有导电性的薄膜。
联通层102在本实施方式中，是由SLT(掺镧的钛酸锶)构成的具有导电性的薄膜。燃料电池单元16上的相邻的单电池16a通过联通层102相连接。
电极层103a、电极层103b在本实施方式中，由与燃料极层98相同的材料形成。
导电膜层104a、导电膜层104b在本实施方式中，由与固体电解质层100相同的材料形成。
[0063]接着，参考图1以及图2，对固体氧化物型燃料电池装置I的作用进行说明。
首先，在固体氧化物型燃料电池装置I的启动工序中，燃料鼓风机38被启动，开始供给燃料，同时开始向护套加热器61通电。通过开始向护套加热器61通电，在其上方配置的燃烧催化剂60被加热，并且其内侧配置的蒸发部86也被加热。燃料鼓风机38所供给的燃料通过脱硫器36、热交换器34、电磁阀35，从燃料气体供给管90流入燃料电池单元收装容器8内部。流入的燃料在燃料气体供给流路20内上升至上端后，在重整部94内下降，通过内侧圆筒部件64的下部设置的小孔64b流入燃料气体分散室76。此外，在固体氧化物型燃料电池装置I刚刚启动之后，由于重整部94内的重整催化剂96的温度还没有充分上升，因此不进行燃料的重整。
[0064]流入燃料气体分散室76的燃料气体通过燃料气体分散室76的第I固定部件63上安装的各燃料电池单元16的内侧(燃料极侧)流入排气集中室18。此外，在固体氧化物型燃料电池装置I刚刚启动之后，由于各燃料电池单元16的温度还未充分上升，且还没有从变频器54取得电力，因此不发生发电反应。
[0065]流入排气集中室18的燃料从排气集中室18的喷出口18d喷出。从喷出口 18d喷出的燃料被点火加热器62点火，并在此燃烧。由于该燃烧，配置于排气集中室18周围的重整部94被加热。另外，由于该燃烧而生成的排气气体，通过内侧圆筒部件64的上部设置的小孔64a流入排气气体排出流路21。高温的排气气体在排气气体排出流路21内下降，将在其内侧设置的燃料气体供给流路20内流动的燃料，和在其外侧设置的氧化剂气体供给流路22内流动的发电用空气加热。并且，排气气体由于通过排气气体排出流路21内配置的燃烧催化剂60而被除去一氧化碳，再通过排气气体排出管58从燃料电池单元收装容器8排出。
[0066]蒸发部86被排气气体以及护套加热器61加热后，供给至蒸发部86的水蒸气重整用水发生蒸发，生成水蒸气。水蒸气重整用水由水流量调整单元28通过供水管88供给至燃料电池单元收装容器8内的蒸发部86。在蒸发部86生成的水蒸气和通过燃料气体供给管90供给的燃料，在到重整器94为止的在燃料气体供给流路20中移动的过程中被充分混合(后面将详细叙述)。
[0067]这样混合后的燃料以及水蒸气，通过分散板113上设置的多个连通孔113a流入重整部94。在重整部94的重整催化剂96上升到能够进行重整的温度的状态下，在燃料以及水蒸气的混合气体通过重整部94时，发生水蒸气重整反应，混合气体被重整成为含有大量氢气的燃料。被重整的燃料通过小孔64b流入燃料气体分散室76。在燃料气体分散室76周围设置有多个小孔64b，由于确保了燃料气体分散室76的充分的容积，因此被重整的燃料均匀地流入突出到燃料气体分散室76内的各燃料电池单元16。
[0068]另一方面，由空气流量调整单元45供给的作为氧化剂气体的空气，通过氧化剂气体导入管56流入氧化剂气体供给流路22。流入氧化剂气体供给流路22的空气，一边被流过内侧的排气气体加热一边在氧化剂气体供给流路22内上升。在氧化剂气体供给流路22内上升的空气在燃料电池单元收装容器8内的上端部集中于中央，流入与氧化剂气体供给流路22连通的氧化剂气体喷射管74。流入氧化剂气体喷射管74的空气被从下端喷射进发电室10内，被喷射的空气碰撞在第I固定部件63的上表面，扩散至整个发电室10内。流入发电室10的空气通过排气集中室18的外周壁与内侧圆筒部件64的内周壁之间的间隙，以及排气集中室18的内周壁与氧化剂气体喷射管74的外周表面之间的间隙上升。
[0069]此时，通过各燃料电池单元16的外侧(空气极侧)流动的空气的一部分，被用于发电反应。另外，上升到排气集中室18上方的空气的一部分，被用于从排气集中室18的喷出口18d喷出的燃料的燃烧。由于燃烧而生成的排气气体，以及发电、燃烧没有用尽的剩余空气，通过小孔64a流入排气气体排出流路21。流入排气气体排出流路21的排气气体以及空气，被燃烧催化剂60除去一氧化碳后被排出。
[0070]如此，各燃料电池单元16的温度上升至能够发电的650°C左右，在各燃料电池单元16的内侧(燃料极侧)流过被重整的燃料，外侧(空气极侧)流过空气，于是由于化学反应而产生了电动势。在该状态下，变频器54与从燃料电池单元收装容器8引出的汇流条80连接，即可从各燃料电池单元16获得电力，进行发电。
[0071]另外，在本实施方式的固体氧化物型燃料电池装置I中，发电用空气由配置于发电室10的中央的氧化剂气体喷射管74喷射，通过发电室10内排气集中室18和内侧圆筒部件64之间的均等的间隙，以及排气集中室18和氧化剂气体喷射管74之间的均等的间隙上升。因此，在发电室10内空气的流动为几乎完全轴对称的流动，使空气均匀流动在各燃料电池单元16的周围。因此，可以抑制各燃料电池单元16之间的温度差，在各燃料电池单元16产生均等的电动势。
[0072]接着，参考图7，对本实施方式所涉及的蒸发部86的作用进行说明。图7是透过外侧圆筒部件66的壁，仅显示蒸发部86的倾斜板86a的侧视图，是对于由倾斜板86a使水分散的状况进行说明的图。
[0073]首先，如图7的上段所示，从供水管88流出微量的水W，该水W落在倾斜板86a的上表面上，由于倾斜板86a的倾斜而向下流动。接着，如图7的中段所示，微量的水W以水滴的形式暂时停留在由倾斜板86a的上表面和外侧圆筒部件66的内壁表面形成的间隙处。在其后立刻如图7的下段所示，微量的水W由于水的毛细现象，向由倾斜板86a的上表面和外侧圆筒部件66的内壁表面形成的间隙的整体扩散。即，微量的水W沿着倾斜板86a的外周边缘的整周分散。
[0074]此外，此处所说的“毛细现象”不是指一般广泛利用的现象，具体而言，不是指细管状物体(毛细管)内的水由于表面张力而上升的现象，而是指在沿着与地面大致水平的方向延伸的狭窄凹部(槽等)内的水由于表面张力而移动的现象。后者的现象在热管(热栗)的技术领域等，也作为“毛细现象”使用。
[0075]如此，在本实施方式中，通过使用利用毛细现象的蒸发部86，可以将供水管88供给至蒸发部86的微量的水适宜地分散。其结果可以提高水蒸气和原燃料气体的混合性，可以妥善管理S/C比(水蒸气和原燃料气体所含碳化氢与碳的总量的理论混合比)。另外，由于在蒸发部86上的一部分的区域上不持续存留水，因此可以防止在蒸发部86上发生突沸。因此，能够防止伴随燃料不足的燃料电池单元的劣化等。
[0076]另外，在本实施方式中，由于利用外侧圆筒部件66的内壁表面，通过在该内壁表面上设置倾斜板86a而形成锐角形的凹部，因此可以由简易的结构实现上述毛细现象。
[0077]另外，在本实施方式中，虽然由于采用了圆筒模块(参考图2)，相对于微量的水，蒸发部8 6的容积过大，具有不易分散水的倾向，但是由于使用了在外侧圆筒部件6 6的内周延续一周的圆环状的倾斜板86a，因而可以确保微量的水的稳定的分散性。具体而言，在使用由本实施方式这样圆环状的倾斜板86a构成的蒸发部86的情况下，与使用不是圆环状而是带角度等的环状(例如矩形环状)的蒸发部的结构相比较，微量的水可以更加迅速地分散到整个蒸发部86，因此可以有效地将水分散。
[0078]另外，在本实施方式中，在外侧圆筒部件66的外周表面上，并且与蒸发部86对应的位置的周围一周设置有护套加热器61(参考图2)，对蒸发部86整体一周加热，因此可以使整个蒸发部86均匀地产生水蒸气。另外，即使在固体氧化物型燃料电池装置I低温状态下启动时，通过由护套加热器61对蒸发部86加热，也可以由蒸发部86适宜地产生重整部94的重整所需要的水蒸气。并且，在本实施方式中，由于将护套加热器61设置得比蒸发部86的倾斜板86a还要位于上侧(参考图2)，因此倾斜板86a所对应的外侧圆筒部件66的外周表面上的位置不会被直接加热，可以避免微量的水在倾斜板86a上分散的途中被蒸发掉。因此，可以适宜地确保在整个蒸发部86上产生水蒸气。
[0079]此外，在所述实施方式中，在外侧圆筒部件66的内壁表面上设置倾斜板86a，由倾斜板86a和外侧圆筒部件66的内壁表面形成的间隙构成锐角形状的凹部，由此实现毛细现象。在其他的实施例中，作为使用这样的倾斜板86a的替代，也可以使用不倾斜，与地面大致水平的圆环状薄板(与倾斜板86a同样固定于外侧圆筒部件66的内壁表面)，在该薄板上设置作为锐角形状凹部的细长槽，由此来实现毛细现象。在这样的情况下，在圆环状薄板上预先设定圆周，该圆周包括供水管88的水流下来的地方，使细长槽沿着该圆周的整体形成即可。
[0080]接着，参考图8对混合板110、111的具体结构进行说明。图8是对外侧圆筒部件66的内周和内侧圆筒部件64以及中间圆筒部件65的外周之间的空间所设置的结构要素，透过外侧圆筒部件66的壁所观察到的立体图在中央显示的示图。具体而言，表示供水管88、燃料气体供给管90、倾斜板86a、混合板110、111以及分散板112等的立体图。另外，在图8的右侧，示出了混合板110上设置的连通孔IlOa附近的部分的放大图，在图8的左侧，示出了混合板111上设置的连通孔11 Ia附近的部分的放大图。
[0081 ] 如图8的中央所示，混合板110、111上分别设置有一个连通孔11 Oa、111 a。另外，混合板110、111的配置方式为:使混合板110的连通孔11 Oa和混合板111的连通孔111 a隔着混合板110、111的中心轴(与外侧圆筒部件66等的中心轴一致)，相互位于相反一侧。即，混合板110、111以使连通孔11 Oa和连通孔111 a错开180°的方式配置。
[0082 ]另外，如图8的右侧以及左侧所示，连通孔11 Oa、11 Ia构成为在混合板110、111的半径方向上延伸的长孔形状(即缝隙形状)。即，连通孔110a、llla构成为长孔形状，横断形成在混合板110和混合板111之间的气体所通过的通路。
[0083]接着，参考图9，对分散板112的具体结构进行说明。图9是分散板112的俯视图。在图9中，为了便于参考，将分散板112上对应混合板111的连通孔Illa的位置(具体而言，将混合板111的连通孔Illa的位置，沿垂直方向移动到分散板112所在的水平面上)用虚线表示。
[0084]如图9所示，分散板112上设置有多个连通孔112a。连通孔112a以越远离对应混合板111的连通孔Illa的位置，数量就越多(换言之连通孔112a的密度就越大)的方式形成于分散板112。即，连通孔112a以越远离对应混合板111的连通孔Illa的位置，各连通孔112a之间的间隔就越小的方式形成于分散板112。更加详细而言，由于应该使从分散板112的各连通孔112a喷射的气体的量相等，因此根据与混合板111的连通孔Illa所对应的位置之间的距离来设计各连通孔112a的间隔，以使距离混合板111的连通孔Illa远的位置的连通孔112a比近的位置的连通孔112a更易于向分散板112的上方进行气体喷射供给(换言之是为了降低在连通孔112a处的压力损失)。此外，只要使对重整器的混合气体的供给大致均匀即可，因此，在等间隔的相同直径的小孔也能够确保均匀性的情况下，当然也可以采用此方式。
[0085]接着，参考图10对混合板110、111以及分散板112等的作用进行说明。图10是用于说明气体通过分隔壁91、混合板110、111以及分散板112，向上方移动的状况的示图。具体而言，图1O是透过外侧圆筒部件66的壁所观察到的，外侧圆筒部件66的内周，和内侧圆筒部件64以及中间圆筒部件65的外周之间的空间中设置的结构要素(与图8所示相同的结构要素)的侧视图。
[0086]首先，由燃料气体供给管90喷射出的原燃料气体，在分隔壁91下侧的空间短暂停留之后，通过分隔壁91的各喷射口 9 Ia喷射至分隔壁91上侧的空间。然后，喷射口 91a喷射出的原燃料被导入倾斜板86a的下侧，由于倾斜板86a的倾斜而在流路中聚拢并向倾斜板86a的上侧上升。另一方面，水供水管88供给的水W，分散至由倾斜板86a的上表面和外侧圆筒部件66的内壁面形成的间隙的整体(参考图7)，在倾斜板86a处蒸发成为水蒸气。这样形成的水蒸气与从喷射口 91a导入的原燃料气体一起，在混合板110的下侧的、设有蒸发部86的空间(第I下部第2混合室201)短暂停留。然后，水蒸气与原燃料气体通过作为第I下部第2混合室201的上壁的混合板110的连通孔11 la，被导入混合板110的上侧的空间(第2下部第2混合室202)。
[0087]在通常情况下，由于燃料电池单元收装容器8的发电室10中，会产生从下侧至上侧温度升高的温度梯度，该温度梯度使燃料气体供给流路20内产生上升气流，因此水蒸气与原燃料气体在燃料气体供给流路20内逐渐上升。因此，第I下部第2混合室201内的水蒸气与原燃料气体基本上受这种上升气流的影响，在第I下部第2混合室201内上升，通过作为第I下部第2混合室201的上壁的混合板110的连通孔110a。此处，在第I下部第2混合室201中，被供给水和原燃料气体的地方(设置有供水管88和燃料气体供给管90的地方)，和作为水蒸气与原燃料气体出口的混合板110的连通孔I 1a，隔着第I下部第2混合室201的中心轴相互位于相反侧。因此，大部分的水蒸气与原燃料气体在第I下部第2混合室201内一边沿水平方向移动一边上升。即，第I下部第2混合室201内的水蒸气与原燃料气体含有很多水平方向移动成分。由于这样的水平方向移动的成分与燃料气体供给流路20内的上升气流相向，使得第I下部第2混合室201内的水蒸气与原燃料气体可以慢慢地混合。因此，可以提高设有蒸发部86的第I下部第2混合室201内的水蒸气与原燃料气体的混合性。此外，在第I下部第2混合室201内的水蒸气与原燃料气体沿水平方向的移动(包含后述的在第2下部第2混合室202内的沿水平方向的移动)，是因燃料气体供给流路20内的上升气流所产生。
[0088]接着，通过混合板110的连通孔I1a的水蒸气与原燃料气体在混合板110和混合板111之间形成的空间(第2下部第2混合室202)内移动，通过作为第2下部第2混合室202的上壁的混合板111的连通孔11 Ia。在此情况下，由于混合板110和混合板111之间的间隔狭窄，且混合板110的连通孔I 1a和混合板111的连通孔11 Ia隔着混合板110和混合板111的中心轴相互位于相反侧位置，因此，第2下部第2混合室202内的水蒸气与原燃料气体沿水平方向移动。由于这样的水平方向的移动与燃料气体供给流路20内的上升气流相向，使得第2下部第2混合室202内的水蒸气与原燃料气体可以慢慢地混合。由于在第2下部第2混合室202内这样沿水平方向移动的过程中，气体混合的时间较长，因此可以大幅度提高水蒸气与原燃料气体的混合性。
[0089]接着，通过混合板111的连通孔Illa的水蒸气与原燃料气体在混合板111和分散板112之间形成的空间(上部第2混合室203)内移动，通过作为上部第2混合室203的上壁的分散板112的连通孔112a。在此情况下，由于混合板111和分散板112之间的间隔比较宽阔，且分散板112上设置有多个连通孔112a(参考图9)，因此，水蒸气与原燃料气体受燃料气体供给流路20内的上升气流影响而在上部第2混合室203内向上方移动，并在该过程中被混合。另外，作为上部第2混合室203的上壁的分散板112构成为，越远离作为上部第2混合室203的下壁的混合板111的连通孔Illa所对应的位置，连通孔112a的数量越多(参考图9)，因此，如图10所示，大部分的混合气体在上部第2混合室203内一边沿水平方向移动一边上升。即，在上部第2混合室203内的水蒸气与原燃料气体含有很多水平方向移动成分。
[0090]然后，通过分散板112的连通孔112a的水蒸气与原燃料气体，被导入分散板112上方的空间(第I混合室204)。如上所述，在分散板112上根据距离混合板111的连通孔Illa所对应的位置的距离来设计各连通孔112a之间的间隔，以使距离混合板111的连通孔Illa远的位置的连通孔112a比近的位置的连通孔112a更易于进行气体喷射供给(参考图9)。因此，通过从分散板112的各连通孔112a喷射出大致同等量的气体，能够对第I混合室204均匀地供给气体。之后，被导入第I混合室204的水蒸气与原燃料气体受燃料气体供给流路20内的上升气流影响，在第I混合室204内向上方移动，并在该过程中被混合。
[0091]如此，在本实施方式中，在上下方向上配置第I下部第2混合室201、第2下部第2混合室202以及上部第2混合室203和第I混合室204，来混合水蒸气与原燃料气体，其中:第I下部第2混合室201、第2下部第2混合室202，以及上部第2混合室203使水蒸气与原燃料气体在沿水平方向移动过程中混合;第I混合室204使水蒸气与原燃料气体在向上方上升的过程中混合。具体而言，最初，在第I下部第2混合室201、第2下部第2混合室202以及上部第2混合室203中，水蒸气与原燃料气体在沿水平方向移动过程中被混合，接着，在第I混合室204中，水蒸气与原燃料气体在向上方上升的过程中被混合。即，采用本实施方式，与水蒸气与原燃料气体只有在向上方上升的过程中被混合的结构(即利用上升气流使水蒸气与原燃料气体仅向上方移动的结构)相比，水蒸气与原燃料气体可以被慢慢地混合。因此，可以提高水蒸气与原燃料气体的混合性。
[0092]此处，在采用了圆筒模块的固体氧化物型燃料电池装置I中，相对于所使用的微量的水，燃料气体供给流路20的容积很大，因此不易将水蒸气与原燃料气体均匀分散。但是，在本实施方式中，由于使水蒸气与原燃料气体在沿水平方向移动的过程中以及向上方上升的过程中这两个过程中混合，因此也可以将这样微量的水所生成的水蒸气与原燃料气体妥当地混合。
[0093]另外，在本实施方式中，由于使用了多个利用与上升气流相向的沿水平方向的移动来混合水蒸气与原燃料气体的混合室，因此可以大幅度提高水蒸气与原燃料气体的混合性。特别是在第2下部第2混合室202中，在那样的沿水平方向的移动过程中，气体混合的时间比较长，因此可以更加有效地混合水蒸气与原燃料气体。
[0094]另外，在本实施方式中，由于混合板110、111的连通孔IlOaUlla构成为沿着气体通过的通路的长孔形状(参考图8)，因此与连通孔构成为小直径的圆形的情况相比，可以使气体切实地向上方移动。另外，采用本实施方式这样构成为长孔形状的连通孔I 1a、11 Ia，与构成为小直径的圆形的连通孔相比，可以降低气体从连通孔110a、llla的喷射速度，降低气体的移动速度。因此，可以有效确保水蒸气与原燃料气体的混合性。也就是说，可以稳定水蒸气与原燃料气体的混合时间和混合速度，可以将混合性保持在一定程度。
[0095]另外，在本实施方式中，由于使用了形成有多个连通孔112a的分散板112(参考图9)，因此可以使混合性提高的气体向第I混合室204均匀分散。由此，可以利用燃料气体供给流路20内的上升气流进一步稳定地使气体混合。在此基础上，通过使气体向第I混合室204均匀分散，能够向位于第I混合室204下游侧的重整部94投入的气体的分散性更加均匀。
[0096]此外，在所述实施方式中，使用了两个下部第2混合室(第I下部第2混合室201、第2下部第2混合室202)，但是在变形例中，也可以只使用一个下部第2混合室。在一个变形例中，也可以取掉混合板111，只使用附图标记201的空间作为下部第2混合室。在这种情况下，将附图标记202以及203的空间一体化形成的空间作为上部第2混合室使用即可。另外，以越远离对应混合板110的连通孔IlOa的位置，连通孔112a的数量越多的方式构成分散板112SP可。在其他变形例中，也可以取掉混合板110，将附图标记201以及202的空间一体化形成的空间作为下部第2混合室使用即可。
[0097]此外，在上述实施方式中，示出了以越远离对应混合板111的连通孔Illa的位置，多个连通孔112a的间隔就越狭窄的方式构成的分散板112(参考图9)。在其他变形例中，也可以使用以越远离对应混合板111的连通孔Illa的位置，连通孔的直径就越大的方式构成的分散板。图11示出的就是该变形例所采用的分散板112'的俯视图。在图11中，与图9同样，与混合板111的连通孔Illa对应的分散板112'上的位置由虚线表示。
[0098]如图11所示，在分散板112'上，以等间隔的方式设置有多个的连通孔112a'。连通孔112a'以越远离对应混合板111的连通孔Illa的位置，其直径就越大的方式形成在分散板112'上。详细而言，由于应该使从分散板112'上的各连通孔112a'喷射的气体的量相等，因此根据距离混合板111的连通孔Illa所对应的位置的距离来设计各连通孔112a'的直径，以使距离混合板111的连通孔Illa远的位置的连通孔112a'比近的位置的连通孔112^更易于向分散板112'的上方进行气体喷射供给(换言之是为了降低在连通孔112a'处的压力损失)。通过采用这样的分散板112'，也可以得到与所述分散板112相同的作用和效果。
[0099]接着，参考图2对重整部94上部所设置的分散板113的结构和作用进行具体说明。图12是分散板113的俯视图。如图12所示，分散板113构成圆环状，等间隔设置有多个连通孔113a ο
[0100]如本实施方式这样，在沿着形成发电室10的内侧圆筒部件64的外周表面形成燃料气体供给流路20的结构中(参考图2)，如果发电室10内的温度分布不均匀的话，通过燃料气体供给流路20的混合气体有受到该不均匀状况影响的趋势。具体而言，与发电室10内局部的高温区域相对应的部分的上升气流会变强。其结果，在利用上升气流向重整部94供给混合气体的结构中，无法对重整部94的重整催化剂96均匀地供给混合气体，从而发生重整不均匀。对此应当加以解决，在本实施方式中，将如图12那样等间隔设置有多个连通孔113a的分散板113，配设于比重整部94的入口还靠上游侧的燃料气体供给流路20之中(参考图2)。通过这样配设，可以由分散板113抑制对重整部94的重整催化剂96供给的混合气体的气体量的偏差，即，可以稳定对重整催化剂96供给的混合气体的气体量。即，采用本实施方式，可以对重整部94的重整催化剂96均匀地供给混合气体，可以确保在重整部94的稳定的重整反应。另外，由于分散板113是设有多个连通孔113a的圆环状的板，因此可以由简易的结构实现对于重整部94供给的混合气体的均匀化。
[0101]另外，在本实施方式中，燃料气体供给流路20的通路从上方向下方折返，折返部分的下方配置有重整部94，分散板113设置于该折返部和重整部94之间的燃料气体供给流路20中(参考图2)。由此，与不使燃料气体供给流路20折返，由上升气流将上升的混合气体直接供给重整部94的结构相比较，可以在燃料气体供给流路20的折返部分纠正混合气体平面的分散性。因此，采用本实施方式，将这样在燃料气体供给流路20的折返部分被纠正了平面分散性的混合气体，通过分散板113供给重整部94，由此可以有效稳定对重整部94供给的混合气体的供给量。因此，可以在重整部94进行稳定性更高的重整。
[0102]另外，在本实施方式中，由于不只是分散板113，在分散板113的上游侧的燃料气体供给流路20中还设置有分散板112(参考图2、图9)，因此，即使在发电室10中存在温度分布不均匀的情况，也可以由简易的结构来有效确保混合气体的平面分散性。并且，在本实施方式中，由于将这样的分散板112设置于混合水蒸气和原燃料气体的空间(具体指上部第2混合室203)的上部，因此，可以使混合气体从分散板112的喷射量均一化。因此，还可以使燃料气体供给流路20内的上升气流也均一化，可以有效实现对重整部94供给的混合气体的供给量的稳定化。
[0103]接着，参考图13对重整部94的结构和作用进行具体说明。图13表示的是沿着水平面剖开的重整部94(包括内侧圆筒部件64以及中间圆筒部件65)的剖视图。如图13所示，重整部94在周向上以均等间隔配置有多个分隔部件94a。各分隔部件94a从中间圆筒部件65的内周延伸至内侧圆筒部件64的外周，并且沿着重整部94的上下方向延伸。重整部94中在这样的由多个分隔部件94a分隔成的空间填充着重整催化剂96。
[0?04]另外，分别针对由分隔部件94a分隔成的各空间内的重整催化剂96，以从分散板113上相同数量的连通孔113a供给气体的方式，设定重整部94上设置的分隔部件94a的数量(即由分隔部件94a分隔重整部94所形成的空间的数量)，以及分散板113上设置的连通孔113a的数量等。在图12以及图13所不的分散板113以及重整部94的例子中，分散板113上设置有12个连通孔113a，在重整部94上设置有12个分隔部件94a。在该例子中，分别针对通过12个分隔部件94a形成的12个空间里的各重整催化剂96，以从分散板113上的I个连通孔113a供给气体的方式，相对于重整部94配置分散板113。
[0105]此外，分散板113上设置的连通孔113a的数量，以及重整部94上设置的分隔部件94a的数量并不限于图12以及图13所示的例子中的数量。也可以适宜地使分散板113上设置的连通孔113a的数量多于重整部94上设置的分隔部件94a的数量，采用针对分隔部件94a分隔的I个空间，由多个连通孔113a供给气体的方式。
[0106]如此，在本实施方式中，在重整部94的周向上以均等间隔配置有多个分隔部件94a，在多个分隔部件94a所分隔成的各空间填充重整催化剂96，由此可以使重整部94中的重整催化剂96的填充量均一化。即，可以抑制重整部94中的重整催化剂96的填充量的不均匀。如果重整催化剂96的填充量不均匀的话，有在重整部94中产生重整不均匀的趋势。但是，通过如本实施方式这样使重整部94中的重整催化剂96的填充量均一化，可以对重整催化剂96均匀地供给混合气体。特别是在本实施方式中，对于这样使重整催化剂96的填充量均一化的重整部94，通过所述分散板113供给混合气体，因此可以有效确保在重整部94的稳定的重整反应。即，可以在重整部94稳定地产生氢。
[0107]此外，在本实施方式中，在重整部94的上端设置分散板113，具体而言，以分散板113的底表面接触重整部94的上端的方式配置分散板113(参考图2)，但是，也可以将分散板113与重整部94分离配置。但是，优选将分散板113配置于燃料气体供给流路20的折返部分和重整部94之间的燃料气体供给流路20之中。
[0108]另外，在上述实施方式中，混合板111和分散板113之间的燃料气体供给流路20之中只设置了一张分散板112(参考图2)，但是，混合板111和分散板113之间的燃料气体供给流路20之中，除了分散板112，还可以设置一张以上的分散板。
[0109]另外，在所述实施方式中，使固体氧化物型燃料电池装置I构成圆筒模块，使蒸发部86、混合板110、111、分散板112、113等构成圆环状，但是也可以使固体氧化物型燃料电池装置I构成椭圆筒模块，使蒸发部86、混合板110、111、分散板112、113等构成椭圆环状。
[0110]另外，在上述实施方式中，利用内侧圆筒部件64、中间圆筒部件65以及外侧圆筒部件66，形成蒸发部86以及混合室201?203。即，在内侧圆筒部件64和外侧圆筒部件66之间的空间、以及中间圆筒部件65和外侧圆筒部件66之间的空间设置有蒸发部86以及混合室201?203。在其他例子中，也可以利用内侧圆筒部件64、中间圆筒部件65以及外侧圆筒部件66之外的部件形成蒸发部86以及混合室201?203。具体而言，也可以使蒸发部86以及混合室201?203构成为与内侧圆筒部件64、中间圆筒部件65以及外侧圆筒部件66所构成的主体不同体的成套装置，再将该成套装置连接于主体。
附图标记说明
[0111]1:固体氧化物型燃料电池装置;2:燃料电池模块;10:发电室;20:燃料气体供给流路(燃料气体供给通路)；22:氧化剂气体供给流路(氧化剂气体供给通路)；61:护套加热器；64:内侧圆筒部件;65:中间圆筒部件;66:外侧圆筒部件(收装容器)；86:蒸发部(蒸发器)；86a:倾斜板(毛细现象发生部)；88:供水管(供水部)；90:燃料气体供给管;94:重整部(重整器)；94a:分隔部件;96:重整催化剂；110:混合板；I 1a:连通孔；111:混合板；11 Ia:连通孔；112:分散板；112a:连通孔；113:分散板；113a:连通孔;201:第I下部第2混合室;202:第:2下部第2混合室;203:上部第2混合室;204:第I混合室。
【主权项】
1.一种固体氧化物型燃料电池装置，通过供给燃料气体以及氧化剂气体使之发生反应来进行发电，其特征在于， 具有:多个燃料电池单元，其互相之间电连接； 收装容器，其收装所述多个燃料电池单元； 氧化剂气体供给通路，其将所述氧化剂气体供给所述多个燃料电池单元； 燃料气体供给通路，其将所述燃料气体供给所述多个燃料电池单元； 重整器，其设置于所述燃料气体供给通路内，利用水蒸气将原燃料气体重整从而生成所述燃料气体； 蒸发器，其生成用于供给所述重整器的水蒸气； 供水部，其供给水，该水在所述蒸发器上蒸发， 所述蒸发器具有毛细现象发生部，所述毛细现象发生部通过毛细现象使所述供水部所供给的水分散至整个蒸发器。2.根据权利要求1所述的固体氧化物型燃料电池装置，其特征在于， 所述蒸发器的毛细现象发生部由设置在所述蒸发器的整个底表面范围的锐角形状的凹部形成。3.根据权利要求2所述的固体氧化物型燃料电池装置，其特征在于， 还具有混合室，所述混合室位于所述蒸发器的上方，混合由下方供给的水蒸气和原燃料气体， 所述蒸发器上被供给水以及原燃料气体的位置，与将水蒸气和原燃料气体向所述混合室供给的位置，相互处于隔着蒸发器的中心轴相向的相反一侧的位置。4.根据权利要求3所述的固体氧化物型燃料电池装置，其特征在于， 所述蒸发器具有倾斜板，所述倾斜板的一端固定于沿上下方向延伸的所述收装容器的内壁表面，从该端开始朝向另一端向上方倾斜， 所述毛细现象发生部中，所述锐角形状的凹部由所述倾斜板和所述收装容器的内壁表面所形成的间隙构成。5.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池装置，其特征在于， 所述收装容器的结构为形成圆或椭圆环状的内部空间， 所述倾斜板形成圆或椭圆环状，沿着所述内部空间的整个内周表面连续设置。6.根据权利要求4所述的固体氧化物型燃料电池装置，其特征在于， 还具有圆或椭圆环状的加热器，所述加热器设置在所述收装容器的外周表面上，且设置在与所述蒸发器对应的位置的整个周围。7.根据权利要求6所述的固体氧化物型燃料电池装置，其特征在于， 所述加热器设置于所述毛细现象发生部的上方。
【文档编号】H01M8/2475GK105940539SQ201580006901
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年2月3日
【发明人】渡边直树, 井坂畅夫, 佐藤真树, 田中修平, 安藤茂, 冈本修, 柿沼保夫, 端山洁, 古屋正纪, 籾山大
【申请人】Toto株式会社