燃料電池装置
【課題】カソードガス通路を形成する通路形成部材を流れるカソードガスを、燃料電池に供給する前に効果的に加熱でき、更に、ガスの流れを損なうことが抑制されている燃料電池装置が提供される。
【解決手段】燃料電池装置は、発電時に相対的に高温となる高温領域と高温領域よりも相対的に低温となる低温領域を形成するスタック２と、カソードガスをスタック２に供給するためのカソードガス通路８とを備える。カソードガス通路８を形成する通路形成部材８３２の外壁面８３４は、輻射熱吸収膜８８を備えている。輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温領域２highに対面すると共に、通路形成部材８３２が延びる方向に膜状に延設されている。
【解決手段】燃料電池装置は、発電時に相対的に高温となる高温領域と高温領域よりも相対的に低温となる低温領域を形成するスタック２と、カソードガスをスタック２に供給するためのカソードガス通路８とを備える。カソードガス通路８を形成する通路形成部材８３２の外壁面８３４は、輻射熱吸収膜８８を備えている。輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温領域２highに対面すると共に、通路形成部材８３２が延びる方向に膜状に延設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のカソードに供給されるカソードガスが通過する通路形成部材を有する燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スタックを収容する収納容器において、発電に使用されなかった燃料オフガスと空気オフガスとが混合している燃焼排ガスと、発電用空気とを熱交換する燃料電池装置が開示されている。このものによれば、複数のスタック群の間に空気導入路（デリバリー通路）を設け、空気導入路の空気をスタックの発熱で加熱させる。この燃料電池装置によれば、スタックの中間高さの近傍となるように空気噴出孔を空気導入路（デリバリー通路）に設け、スタックの上下方向温度分布を改善し、スタックの耐久性を向上させるようにしている。
【０００３】
特許文献２には、空気導入路（デリバリー通路）内の空気流れを、近接する気化部と対向する側に設けることで空気温度を上昇させ、スタックの積層方向温度分布を改善し、発電効率を向上させる燃料電池装置が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、複数のセルを保持すると共に燃料ガスが流れる通路を形成するセルチューブ管の外周部の一部のみに、セラミックスで形成された厚肉リング状の輻射変換体を設けたスタックの熱交換構造が開示されている。この輻射変換体はセルからの熱輻射を受熱して加熱される。輻射変換体は蓄熱エネルギを蓄積するため、燃料ガス等を予熱させることができる。しかし輻射変換体はバルクであり、厚肉リング状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。
【０００５】
特許文献４には、スタックを収容する発電室を形成する底部に輻射変換体が設けられているスタックモジュールが開示されている。輻射変換体は、空気を透過させ得るように多孔質の熱電材料で形成されている。輻射変換体は、発電室からの輻射熱を吸収して空気を再生加熱させると同時に電力を発生させ、モジュールの電気出力を増加させる。この輻射変換体はその厚みがかなり厚く、バルク状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2010-55917号公報
【特許文献２】特開2010-80152号公報
【特許文献３】特開2003-123827号公報
【特許文献４】特開平9-289030号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、空気導入路（デリバリー通路）を流れる空気の予熱には限界がある。更に、スタックの下部の温度が過剰に低下してしまう傾向がある。このためスタックの上部と下部とで温度むらが発生し、スタックにおける発電効率が充分に得られない問題がある。更に特許文献１では、空気導入路（デリバリー通路）には輻射熱吸収膜が設けられていない。
【０００８】
特許文献２では、空気導入路（デリバリー通路）には輻射熱吸収膜が設けられていない。
【０００９】
特許文献３では、輻射変換体はバルクであり、厚肉リング状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。このため、輻射変換体と空気とが接触できる時間は極く短時間である。従って、輻射変換体により空気が加熱される時間は極く短時間であり、空気の予熱には限界がある。更には、輻射変換体はその厚みがかなり厚くてバルク状をなすため、ガスの通路側に突出する量が大きい。この場合、ガスが輻射変換体に衝突すると、ガスの流れの円滑性を損なうおそれがある。
【００１０】
特許文献４では、この輻射変換体はその厚みがかなり厚く、バルク状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。このため輻射変換体はバルク状をなしており、膜状ではないため、輻射変換体と空気とが接触できる時間が極く短時間である。従って、輻射変換体により空気が加熱される時間は極く短時間であり、空気の予熱には限界がある。更には、輻射変換体はその厚みがかなり厚くてバルク状をなすため、ガスの通路側に突出する量が大きい。この場合、ガスが輻射変換体に衝突し、ガスの流れの円滑性を損なうおそれがある。
【００１１】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、カソードガス通路を形成する通路形成部材を流れるカソードガスを、スタックに供給する前に効果的に加熱でき、更に、輻射熱吸収膜に接触するガスの流れを損なうことが抑制されている燃料電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）様相１の本発明に係る燃料電池装置は、アノードガスとカソードガスとで発電するとともに、発電時に相対的に高温となる高温領域と高温領域よりも相対的に低温となる低温領域とを形成するスタックと、アノードガスをスタックに供給するためのアノードガス通路と、カソードガスをスタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、スタックに対面すると共にスタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えており、輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面すると共に通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されている。
【００１３】
本様相によれば、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、スタックに対面すると共にスタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面すると共に、通路形成部材が延びる方向に膜状に延設されている。
【００１４】
本様相によれば、輻射熱吸収膜の厚みは膜であるため、バルク体に比較して薄い。しかも、輻射熱吸収膜は、通路形成部材の延びる方向に延設されているため、通路形成部材をカソードガスが流れる方向において延設されている。このため、輻射熱吸収材料がバルク体で形成されている場合に比較して、輻射熱吸収膜は、少ない材料で広面積化されており、しかも、高温のスタックから受熱する輻射熱の熱量を増加できる。このため輻射熱吸収膜が設けられている通路形成部材を効果的に昇温できる。故に、通路形成部材を流れるカソードガスの予熱に有利であり、スタックの発電効率を向上できる。
【００１５】
ところで、スタックにおける各部位における温度は、各部位における発電効率に影響を与える。スタック全体の発電効率を高める為には、スタックにおける温度ムラが抑制されていることが好ましい。この点本様相によれば、輻射熱吸収膜は、スタックのうち相対的に高温領域に対面する。このため、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。換言すると、スタックの高温領域の温度を適度に低下させることができ、スタックの高温領域の過剰高温化が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタックにおける各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。更に本様相によれば、輻射熱吸収膜は、通路形成部材が延びる方向に膜状に延設されているため、バルク体と異なり、ガスの通路に大きく突出しない。このため、通路形成部材を流れるカソードガスの円滑な流れを損なうことが抑制される。
【００１６】
（２）様相２の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、通路形成部材の外壁面のうちスタックの低温領域に対面する領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。この場合、スタックの低温領域からの放熱が制限され、スタックの低温領域付近における温度の過剰低下が抑制される。換言すると、スタックの高温領域付近の温度と、スタックの低温領域付近の温度との間において、両者の温度差の増加が抑制される。このためスタック全体に温度ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００１７】
（３）様相３の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、アノードガス通路を介してスタックに供給するアノードガスを燃料原料から生成させる改質器が設けられており、通路形成部材の外壁面のうち改質器に対面する領域には輻射熱吸収膜が設けられていない。輻射熱吸収膜が設けられている場合には、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックのうち相対的に高温領域の温度を適度に低下させることができ、スタックの高温領域の過剰高温化を抑制できる。
【００１８】
本様相によれば、通路形成部材の外壁面のうち改質器に対面する領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。従って、改質器付近における温度を過剰に低下させることが抑制される。ひいては改質器の温度を改質反応に適するように維持させるのに有利である。故に、改質器における改質反応を効率よく行うことができ、燃料原料を改質させて形成されたアノードガスの組成（水素濃度）の安定化に有利である。
【００１９】
（４）様相４の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、高さ方向を矢印Ｈ方向とするとき、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域に設けられており、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。
【００２０】
スタックが発電運転しているとき、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域では、スタックに置ける熱こもり等の影響で、温度が上昇し易い。これに対して、スタックにおいて矢印Ｈ方向の端領域では、放熱等の影響で、温度が当該中間領域に比較して低下し易い。
【００２１】
この点について本様相によれば、スタックの高温領域は、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域に相当する。このように輻射熱吸収膜がスタックの中間領域に対面するように設けられていると、スタックの高温領域から輻射熱吸収膜への放熱が促進される。このため、スタックの高温領域の温度が過剰に高温化することが抑制される。更に本様相によれば、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には輻射熱吸収膜が設けられていない。スタックの低温領域は、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域に相当する。このため、スタックの低温領域の温度が過剰に低下することが抑制される。
【００２２】
このような本様相によれば、スタックの高温領域付近の温度と、スタックの低温領域付近の温度との間において、両者の温度差が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック全体において、各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００２３】
（５）様相５の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、高さ方向を矢印Ｈ方向とし、矢印Ｈ方向と交差すると共に前記スタックが延びる方向を矢印Ｌ方向とするとき、スタックは、電解質膜をアノードおよびカソードで挟んだ構造をもつ燃料電池を矢印Ｌ方向に間隔を隔てて並設して形成されており、
通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜は、スタックの前記高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域且つ矢印Ｌ方向の中間領域に設けられており、
通路形成部材の外壁面のうち矢印Ｈ方向において輻射熱吸収膜の上方または下方の領域には輻射熱吸収膜が設けられておらず、且つ、矢印Ｌ方向において輻射熱吸収膜よりも外方の領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。
【００２４】
スタックが発電運転しているとき、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域、および、矢印Ｌ方向の中間領域では熱こもり等の影響で温度が上昇し易い。これに対して、スタックにおいて矢印Ｈ方向の端領域、および、矢印Ｌ方向の端領域では、放熱等の影響で、温度が当該中間領域に比較して低下し易い。
【００２５】
この点について本様相によれば、スタックの高温領域は、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域、且つ、矢印Ｌ方向の中間領域に相当する。このように輻射熱吸収膜がスタックの中間領域に対面するように設けられていると、スタックの高温領域の放熱が輻射熱吸収膜により促進される。このため、スタックの高温領域の温度が過剰に高温化することが抑制される。更に本様相によれば、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には輻射熱吸収膜が設けられていない。通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の上方または下方の領域は、スタックの低温領域に対面する。このため、スタックの低温領域の放熱が制限され、スタックの低温領域の温度が過剰に低下することが抑制される。
【００２６】
このような本様相によれば、スタックの高温領域付近の温度と、スタックの低温領域付近の温度との間において、両者の温度差が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック全体において、各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る燃料電池装置によれば、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面は、輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面すると共に、通路形成部材が延びる方向に膜状に延設されている。このように輻射熱吸収膜は膜であるため、バルク体に比較して薄い。しかも、輻射熱吸収膜は、通路形成部材の外壁面において通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されているため、通路形成部材に沿ってカソードガスの流れる方向において延設されている。このため輻射熱吸収膜は少ない材料で広面積化され、高温のスタックから受熱する輻射熱の熱量を増加できる。このため輻射熱吸収膜が設けられている通路形成部材を効果的に昇温できる。故にカソードガスの予熱に有利であり、スタックの発電効率を向上できる。
【００２８】
本発明に係る燃料電池装置によれば、輻射熱吸収膜はスタックの高温領域に対面する。このため、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックの高温領域の放熱性を促進させ、スタックの高温領域の温度を適度に低下させることができる。即ち、スタックの高温領域の過剰高温化が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタックにおける各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００２９】
更に輻射熱吸収膜は、通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されているため、輻射熱吸収材料がバルク体で形成されている従来技術とは異なり、ガスの通路に大きく突出しない。このため輻射熱吸収膜に沿って流れるガスの円滑な流れを損なうことが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池装置の断面図である。
【図２】実施形態１に係り、スタック付近を模試的に示す断面図である。
【図３】通路形成部材付近を示す斜視図である。
【図４】通路形成部材付近を示す断面図である。
【図５】実施形態２に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の斜視図である。
【図６】実施形態３に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の斜視図である。
【図７】実施形態４に係り、通路形成部材付近を示す断面図である。
【図８】実施形態５に係り、通路形成部材からスタックにカソードガスを供給させる形態を模式的に示す図である。
【図９】実施形態６に係り、輻射熱吸収膜を有する通路形成部材およびスタックを示す図である。
【図１０】実施形態６に係り、輻射熱吸収膜を有する通路形成部材およびスタックを示す図である。
【図１１】実施形態７に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の板体の断面図である。
【図１２】実施形態８に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の板体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
スタックは複数の燃料電池で形成されている。スタックのアノードにアノードガスが供給され、カソードにカソードガスが供給されて、スタックは発電する。燃料電池は、固体酸化物形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、高分子電解質膜形燃料電池でも良い。発電運転時におけるスタックの温度は、８０℃以上、１００℃以上が好ましく、３００℃以上でも良い。
【００３２】
発電時には、スタックにおいて、相対的に高温となる高温領域と、高温領域よりも相対的に低温となる低温領域とが形成される。『スタックの高温領域』とは、輻射熱吸収膜が設けられていない場合において、スタックの温度が相対的に高温となる領域を意味する。『スタックの低温領域』とは、輻射熱吸収膜が設けられていない場合において、スタックの温度が高温領域に比較して相対的に低温となる領域を意味する。閾値温度に基づいて閾位置をスタックにおいて決定し、閾位置に基づいて『スタックの高温領域』および『スタックの低温領域』を識別することができる。閾値温度は、スタックにおける最高温度と最低温度との間における温度にできる。
【００３３】
アノードガス通路はアノードガスをスタックのアノードに供給させるための通路である。アノードガスはアノードにおいて発電反応に使用されるガスである。カソードガス通路は、カソードガスをスタックのカソードに供給させるための通路である。カソードガスはカソードにおいて発電反応に使用されるガスであり、一般的には空気、酸素含有ガス、酸素ガスを例示できる。カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面は、輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックのうち相対的に高温領域に対面すると共に、通路形成部材の延びる方向（つまりカソードガスが流れる方向）に膜状に延設されている。膜電極接合体の厚みは適宜設定されるが、２ミリメートル以下、１ミリメートル以下にできる。更に５００マイクロメートル以下、３００マイクロメートル以下にできる。
【００３４】
次の（ｉ）および（ｉｉ）の形態が例示される。
【００３５】
（ｉ）通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられている表面は、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられていない領域の表面よりも粗面化されている。一般的には、輻射熱吸収膜が粗面化されていると、輻射熱の散乱が増加し、輻射熱吸収膜による輻射熱の吸収性が良好となると言われている。
【００３６】
この点について、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられている表面は、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられていない領域の表面よりも粗面化されている形態が例示される。この場合、輻射熱吸収膜の表面が粗面化され、輻射熱の吸収率を高めることができる。このため、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックの高温領域の放熱を促進させ、スタックの高温領域の温度を適度に低下させることができ、スタックの高温領域の過剰高温化が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。
【００３７】
（ｉｉ）輻射熱吸収膜の中央領域の厚みは、輻射熱吸収膜の縁領域の厚みより相対的に厚くできる。輻射熱吸収膜の厚みが過剰に薄いと、輻射熱の吸収が低下する傾向がある。輻射熱吸収膜の厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。輻射熱吸収膜の厚みが厚いと、輻射熱の吸収が良好となる。この点についてスタックの高温領域においては、輻射熱吸収膜の厚みは厚くすることができる。このためスタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックの高温領域付近の放熱が促進され、スタックの高温領域付近の温度を効率よく低下させることができる。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタックにおける各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００３８】
本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１〜図４は実施形態１を示す。本実施形態は固体酸化物型の燃料電池装置に適用した例を示す。図１に示すように、燃料電池装置は、スタック２と、スタック２の上側に配置された改質器４と、スタック２の上面と改質器４の下面との間に形成された燃焼用空間５と、スタック２の外側に配置された断熱材料で形成された断熱層６と、断熱層６の外側に配置された排気ガス通路７と、排気ガス通路７の外側に配置されたカソードガス通路８とを有する。
【００３９】
図２は、スタック２および改質器４付近の概念図を示す。図２に示すように、スタック２は、複数の燃料電池２０を通路２２ｒを介して一方向（矢印Ｌ方向）に並設することにより形成されている。図２から理解できるように、燃料電池２０は、アノードガスが供給される通路２１ｒをもつ燃料極として機能するアノード２１と、カソードガスが供給される酸化剤極（空気極）として機能するカソード２２と、アノード２１およびカソード２２で挟まれた固体酸化物を母材とする膜状の電解質膜２３とを有する。電解質膜２３を形成する固体酸化物は、スタック２の作動温度において酸素イオンを伝導させる性質をもつものであり、ＹＳＺ等のジルコニア系、ランタンガレート系を例示できる。アノード２１の材質は、ニッケル−セリア系のサーメットを例示される。カソード２２の材質は、サマリウムコバルタイト、ランタンマンガナイトを例示できる。但し、アノード２１、カソード３および電解質膜２３の材質は、上記に限定されるものではない。なお、排気ガス通路７およびカソードガス通路８は、スタック２の長手方向（図２の矢印Ｌ方向，燃料電池２０の並設方向）に沿って延設されている。
【００４０】
図２に示すように、改質器４は、改質水を水蒸気化させる蒸発部４０と、水蒸気を利用して燃料原料を改質される改質部４２とを備えている。蒸発部４０は、改質水系から蒸発部４０に供給される液相状の改質水を水蒸気化させる。改質部４２は、改質反応を促進させる改質触媒を担持する粒子状のセラミックス材を有する。セラミックス材はハニカム構造体でも良い。図２に示すように、改質部４２は、蒸発部４０の下流に設けられており、蒸発部４０で生成された水蒸気でガス状または液状の炭化水素系の燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる。アノードガスは水素ガスまたは水素含有ガスである。なお、定格運転におけるスタック２の作動温度は、例えば４５０〜１１００℃の範囲内、殊に５５０〜８００℃の範囲内であることが好ましい。
【００４１】
図１に示すように、カソードガス通路８は、入口８０と、入口８０から延びる入口通路８１と、入口通路８１の上端から横方向にのびる第１通路８２と、第１通路８２の先端から下向きに延びる第２通路８３と、第２通路８３の下端側に形成された出口８４とをもつ。第２通路８３および出口８４は、金属（例えば炭素鋼、合金鋼（ステンレス鋼を含む）等の鉄系）で形成された薄い偏平箱形状の通路形成部材８３２で形成されている。
【００４２】
図３に示すように、通路形成部材８３２は、第２通路８３を介して互いに対向する金属製の板体８３６，８３７と、板体８３６，８３７の下端部同士を繋ぐ底板８３８と、側板８３９とを備える。図１に示すように、更に、カソードガス通路８は、殻状をなす内側部材８０１と、外箱状をなす外側部材８５０とを備える。なお、図３に示すようにスタック２の高さ方向を矢印Ｈ方向とし、矢印Ｈ方向と交差（直交）する方向を矢印Ｌ方向とする。上方を矢印Ｈ１として示す。
【００４３】
図１に示すように、排気ガス通路７は、金属製の内側部材８０１と金属製の排気通路形成部材７００とで形成されている。排気通路形成部材７００は、スタック２を収容して発電する発電室７２０を形成する。
【００４４】
図１に示すように、排気ガス通路７は、排ガスを改質器４に接触させ得る接触通路７０と、接触通路７０の下流に連通するように延設された排出通路７３とを有する。排出通路７３は入口７２および出口７４（排気ガス出口）を有する。図１に示すように、排出通路７３において、相対的に高温側の排気ガスは矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３方向に流れる。なお、スタック２は、カソードガス通路８の通路形成部材８３２を挟むように２組設けられている（図１参照）。但しこれに限定されるものではない。
【００４５】
図２に示すように、スタック２の下部にはアノードガスマニホルド２４が配置されている。アノードガスマニホルド２４は、改質部４２で生成されたアノードガスをアノードガス通路２５を介して燃料電池２０のアノード２１に案内する。ここで、スタック２、カソードガス通路８、排気ガス通路７、改質器４およびアノードガスマニホルド２４、燃焼用空間５は、燃料電池装置の長手方向（図２および図３に示す矢印Ｌ方向，燃料電池２０の並設方向）に沿って延設されている。
【００４６】
次に、スタック２が発電運転するときについて、説明を加える。この場合、図２に示す燃料原料ポンプ９０（燃料原料搬送源）が駆動するため、炭化水素系のガス状または液状の燃料原料（都市ガス等）が燃料原料供給通路９２を介して改質器４の蒸発部４０に供給される。また改質水ポンプ９３（水搬送源）が駆動し、図略のタンクの改質水が改質水供給通路９４を介して蒸発部４０に供給される。ここで、燃焼火炎５０で蒸発部４０および改質部４２は加熱されているため、蒸発部４０は液相状の改質水を水蒸気化させる。生成された水蒸気は改質部４２に供給される。改質部４２は燃料原料を水蒸気改質させ、水素を含むアノードガスを生成させる。燃料原料がメタン系である場合には、水蒸気改質ではアノードガスの生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。固体酸化物形の燃料電池２０では、Ｈ２の他にＣＯも燃料となり得る。
【００４７】
（１）…ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＣＯ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
ＣｎＨｍが炭化水素の一般的な化学式であるとすると、水蒸気改質の一般式は次の（１−１）式のようになる。ｎ＝１、ｍ＝４であると、メタンの水蒸気改質の式が得られる。
（１−１）…ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋[（ｍ／２）＋ｎ]Ｈ２
生成された水素を含有するアノードガスは、アノードガス通路２５およびアノードガスマニホルド２４を介して、燃料電池２０のアノード２１に供給されて発電に使用される。
【００４８】
また図１において、カソードガスポンプ９５（カソードガス搬送源）が駆動するため、空気であるカソードガスが、矢印Ｃ１方向，矢印Ｃ２方向，矢印Ｃ３方向，矢印Ｃ４方向，矢印Ｃ５方向，矢印Ｃ６方向に沿って、カソードガス通路８の入口通路８１、第１通路８２および第２通路８３を流れ、カソードガス通路８の先端の出口８４から発電室７２０に供給され、カソード２２の発電反応に使用される。スタック２のカソードに供給されなかったカソードガスは、発電室７２０内の通路７２２（図４参照）等を上昇して燃焼用空間５５および改質器４側に向かう。従って、通路７２２には、ガス流れの障害物が存在しないことが好ましい。
【００４９】
改質部４２で生成されたアノードガスは、アノードガスマニホルド２４からスタック２のアノード２１の通路２１ｒを上向きに通過しつつ、アノードの発電反応に使用される。これによりスタック２と電力負荷とが電気的に接続されている状態で、スタック２は発電する。
【００５０】
発電反応においては、水素含有ガスが供給されるアノード２１では、基本的には（２）の反応が発生すると考えられている。酸素を含む空気が供給されるカソード２２では、基本的には（３）の反応が発生すると考えられている。カソードにおいて発生した酸素イオン（Ｏ２−）がカソード２２からアノード２１に向けて電解質膜２３（酸素イオン伝導体，イオン伝導体）を伝導する。
【００５１】
（２）…Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
ＣＯが含まれている場合には、ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（３）…１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
さて、上記した発電反応後のアノードオフガスは、未反応の燃焼成分（水素）を含有している。アノードオフガスは、スタック２のアノード２１の通路２１ｒの上部から燃焼用空間５に排出される（図２参照）。この結果、燃焼用空間５において、アノードオフガスは、カソードオフガスおよび／または発電室７２０のカソードガスにより燃焼し、燃焼火炎５０を形成する。燃焼火炎５０により、改質部４２および蒸発部４０が加熱される。これにより改質部４２における改質反応が維持され、蒸発部４０において水蒸気生成反応が維持される。
【００５２】
上記したように燃焼用空間５において燃焼した後の排気ガスは、図１に示すように、排気ガス通路７の入口７２から排出通路７３に進入し、下向き（矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３方向）に流れ、出口７４、排出口７４ｘから吐出される。ここで、排気ガス通路７の排出通路７３を下向きに流れる相対的に高温の排気ガスと、カソードガス通路８の入口通路８１を上向き（排出通路７３における排気ガスの流れ方向と反対方向，矢印Ｃ１〜Ｃ６方向）に流れる相対的に低温のカソードガスとが、対向流として、互いに熱交換し、熱交換器７Ｘを形成する。よって排気ガスが冷却されると共に、スタック２に供給される直前のカソードガスが予熱される。このように予熱されたカソードガスが、カソードガス通路８の第１通路８２，第２通路８３，出口８４を経て、つまり矢印Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６方向に流れ、出口８４から発電室７２０に供給されるため、スタック１の発電効率が高まる。
【００５３】
さて要部構成について説明する。図４は、カソードガス通路８を形成する通路形成部材８３２付近の断面を示す。このような本実施形態によれば、図４に示すように、スタック２において、相対的に高温となる高温領域２highが存在する。更に、高温領域２highよりも相対的に低温となる低温領域２lowが存在する。具体的には、スタック２において、スタック２の高さ方向（矢印Ｈ方向）の全高をＨallとし、スタック２の高さ方向の中央部を閾位置２ｍとするとき、閾位置２ｍよりも上の領域は、相対的に高温となる高温領域２highとなると考えることができる。スタック２において、スタック２の高さ方向の閾位置２ｍよりも下の領域は、高温領域２highよりも低温となる低温領域２lowとなると考えることができる。高温領域２highと低温領域２lowとの温度差は、スタック２の種類、スタック２の発電条件等によっても相違するが、例えば、２０〜１２０℃の範囲内、３０〜７０℃の範囲内と考えられる。
【００５４】
本実施形態によれば、図４に示すように、通路形成部材８３２を構成する金属（例えば炭素鋼、ステンレス鋼等の合金鋼等の鉄系）製の板体８３６，８３７の外壁面８３４には、輻射熱吸収膜８８が膜状に積層されている。輻射熱吸収膜８８は、通路形成部材８３２の母材（炭素鋼系、合金鋼系等の鉄系）よりも輻射熱に対して高い吸収率を有する。吸収率は前記母材よりも高く、０．７以上、０．８以上が好ましい。図４に示すように、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面すると共に、通路形成部材８３２の矢印Ｈ方向に延びる方向（即ち、カソードガスが通過する方向）に沿って膜状に延設されている。更に、図３に示す輻射熱吸収膜８８は矢印Ｌ方向に沿っても延設されている。
【００５５】
このような本実施形態によれば、輻射熱吸収膜８８の厚みは膜であるため、バルク体に比較して薄い。しかも、輻射熱吸収膜８８は、通路形成部材８３２の延びる方向（カソードガスが通過する方向）に沿って延設されている。このため輻射熱吸収膜８８は、少ない輻射熱吸収材料で、通路形成部材８３２においてカソードガスの通過する方向において広面積化されている。よって、スタック２の発電運転において、スタック２０の高温領域２highから放射された輻射熱を受熱する単位時間あたりの受熱熱量を増加できる。このため輻射熱吸収膜８８が設けられている通路形成部材８３２を効果的に昇温できる。故に、カソードガスがスタック２に供給される前において、カソードガスを予熱させるのに有利であり、スタック２の発電効率を向上できる。
【００５６】
上記した輻射熱吸収膜８８は、輻射熱に対して高い吸収率をもつ高吸収率物質を用いて形成されていることが好ましい。高吸収率物質は一般的には、輻射熱に対して高い吸収率をもつ粉末粒子の集合体で形成できる。発電運転中で高温に加熱されているスタック２が放射する波長に対して、吸収率は０．６以上、０．７以上が好ましい。特に０．８以上、０．９以上が好ましい。完全黒体の吸収率は１とする。高吸収率物質の色調は、黒色、黒色に近いことが好ましい。この場合、黒色、黒色に近いセラミックス、金属が例示される。高吸収率物質はスタック２の発電運転の温度に対して耐久性を有することが好ましい。かかる観点から酸化物系、炭化物系、窒化物系、硼化物系を例示できる。具体的には、ＡｌＮ系、ＳｉＣ系、四三酸化鉄（鉄黒）系、モリブデン酸化物系、チタン酸化物系、窒化ケイ素系、マイカ系を例示できる。ＳｉＣはα−ＳｉＣ、β−ＳｉＣを例示できる。なお、ファインセラミックスの多くは白系・黒系の色をしているが、顔料を加えることでさまざまな黒色を作り出すことも可能である。
【００５７】
輻射熱吸収膜８８においては、高吸収率物質で形成されている粉末粒子自体が焼き付け、焼結等により固結されて一体化されていても良いし、あるいは、粉末粒子自体が溶射等により固結されて一体化されていても良いし、あるいは、粉末粒子自体が無機バインダ等のバインダにより一体化されていても良い。粉末粒子のサイズは特に制限されないが、２〜５００マイクロメートルの範囲を例示できる。輻射熱吸収膜８８の厚みｔは特に制限されないが、下限値は適宜設定できるが、１０マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートルを例示できる。厚みの上限値は適宜設定できるが、２ミリメートル、１ミリメートル、５００マイクロメートルを例示できる。
【００５８】
また、スタック２における各部位における温度は、各部位における発電効率に影響を与える。このためスタック２における温度ムラは抑制されていることが好ましい。この点本実施形態によれば、通路形成部材８３２の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面する。このため、スタック２の高温領域２high付近の熱を効率よく通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８に伝達できる。言い換えると、スタック２の高温領域２highの放熱性を促進でき、スタック２の高温領域２highの温度を適度に低下させることができ、スタック２の高温領域２highの過剰高温化を抑制できる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。
【００５９】
更に、輻射熱吸収膜８８は、通路形成部材８３２の延びる方向（矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向）に膜状に延設されているため、輻射熱吸収材料がバルク体で形成されている場合と異なり、ガスを通過させる通路７２２（図４）側に大きく突出しない。このため、通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８付近を流れるガスの円滑な流れを損なうことが抑制される。
【００６０】
なお本実施形態によれば、図４から理解できるように、輻射熱吸収膜８８は通路形成部材８３２の外壁面８３４に積層されて形成されているものの、通路形成部材８３２の内壁面８３２ｉには形成されていない。この場合、通路形成部材８３２の外壁面８３４に積層されている輻射熱吸収膜８８がスタック１の高温領域２highから受熱した熱量を通路形成部材８３２の全体に分配させるのに有利である。この場合、通路形成部材８３２を矢印Ｃ５方向に流れるカソードガスを通路形成部材８３２の全体において効率よく予熱させるのに貢献できる。
【００６１】
もし、輻射熱吸収膜が通路形成部材８３２の外壁面８３４および通路形成部材８３２の内壁面８３２ｉの双方に形成されている場合には、内壁面８３２ｉに形成されている輻射熱吸収膜から第２通路８３側への放熱が促進されるため、通路形成部材８３２の全体を昇温させるためには好ましくないと考えられる。
【００６２】
加えて、輻射熱吸収膜８８は通路形成部材８３２の内壁面８３２ｉに形成されていないため、第２通路８３の流路断面積が小さな場合でも、第２通路８３の流路断面積が輻射熱吸収膜により小さくなることが抑制される。
【００６３】
更に本実施形態によれば、図４から理解できるように、通路形成部材８３２の外壁面８３４において、スタック２の低温領域２lowに対面する領域８３２lowには、輻射熱吸収膜８８が設けられていない。この場合、スタック２のうち低温領域２low付近の過剰放射が抑制され、スタック２の低温領域２low付近における温度の過剰低下が抑制される。換言すると、スタック２の高温領域２high付近の温度と低温領域２low付近の温度との間において、両者の温度差が小さくされる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。
【００６４】
更に本実施形態によれば、図４に示すように、スタック２に供給するアノードガスを燃料原料から生成させる改質器４が設けられている。通路形成部材８３２の外壁面８３４において、改質器４の側面４ｓに対面する対面領域８３５には輻射熱吸収膜８８が設けられていない。このため改質器４の側面４ｓからの放熱が過剰とならない。従って、改質器４付近における温度を過剰に低下させることが抑制される。ひいては改質器４の温度を改質反応に適するように高温に維持させるのに有利である。故に、改質器４における改質反応を効率よく行うことができ、燃料原料を改質させて形成されたアノードガスの組成（水素濃度）の安定化に有利である。もし通路形成部材８３２の対面領域８３５に輻射熱吸収膜８８が設けられている場合には、改質器４の側面４ｓからの放熱が過剰となり、改質器４の温度が適温領域から低下し、水蒸気改質に影響を与えるおそれがある。
【００６５】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。実施形態１とは寸法関係が若干相違する。図５に示すようにスタック２の高さ方向を矢印Ｈ方向とする。矢印Ｈ方向と交差（直交）すると共にスタックの延びる方向を矢印Ｌ方向とする。図５に示すように、カソードガスを矢印Ｃ５方向に向けて通過させる通路形成部材８３２は、矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向にそれぞれ延設されている。
【００６６】
図５に示すように、通路形成部材８３２は、カソードガスを矢印Ｃ５方向に通過させる第２通路８３を区画する金属製の板体８３６，８３７を備えている。板体８３６，８３７の外壁面８３４には、スタック２の高温領域に対面するように輻射熱吸収膜８８が積層されている。輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｌ方向に沿って通路形成部材８３２の一端８３２ｅから他端８３２ｆに向けてほぼ全長に延設されている。図５に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８の上方の領域８３４ｕ（図１に示す改質器４の側面４ｓに対面する領域）、および、下方の領域８３４ｄには、輻射熱吸収膜８８が設けられていない。即ち、図５に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうちスタック２の低温領域に対面する領域８３２lowには、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。その理由としては、スタック２の低温領域２lowからの放熱を抑制させ、スタック２の低温領域２lowの温度をできるだけ高めに維持させるためである。更に、図５に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。その理由改質器４の温度をできるだけ高温に維持させるためである。
【００６７】
（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示すようにカソードガスを通過させる通路形成部材８３２は、矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向にそれぞれ延設されている。通路形成部材８３２の金属製の板体８３６，８３７の外壁面８３４には、輻射熱吸収膜８８が積層されている。通路形成部材８３２の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面するように、通路形成部材８３２の矢印Ｈ方向の中間領域、且つ、矢印Ｌ方向の中間領域に設けられている。
【００６８】
ここで、スタック２が発電運転しているとき、スタック２において矢印Ｈ方向の中間領域、矢印Ｌ方向の中間領域では、熱こもり等の影響でスタック２の温度が上昇し易い。これに対して、スタック２において矢印Ｈ方向の端領域、矢印Ｌ方向の端領域では、放熱等の影響で、温度は中間領域に比較して低下し易い。
【００６９】
本実施形態によれば、図６に示すように、通路形成部材８３２の板体８３６，８３７の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８の上方の領域８３４ｕまたは下方の領域８３４ｄには、輻射熱吸収膜８８が設けられていない。即ち、通路形成部材８３２の外壁面８３４においてスタック２の低温領域に対面する領域８３２lowには、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。更に、通路形成部材８３２の外壁面８３４において改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。更に、図６に示すように、輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｌ方向において通路形成部材８３２の一端８３２ｅ、および、他端８３２ｆには形成されていない。
【００７０】
このような本実施形態によれば、スタック２の高温領域付近の温度と低温領域付近の温度との間における温度差が小さくされる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。
【００７１】
（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１，２，３と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、カソードガス通路８を形成する通路形成部材８３２の板体８３６，８３７の外壁面８３４に、輻射熱吸収膜８８が積層されている。輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域に対面する。輻射熱吸収膜８８は、高さ方向（矢印Ｈ方向）において間隔αを介して複数個に分断されている。隣設する輻射熱吸収膜８８間では、通路形成部材８３２の金属製の板体８３６，８３７の外壁面８３４の母材が露出している。輻射熱吸収膜８８がスタック２の輻射熱を吸収する度合が高いため、スタック２の高温領域２highが過剰に冷却されてしまう場合には、輻射熱吸収膜８８を広面積化させるのでなく、図７に示すように分断させることが好ましい。更に、図７に示すように、輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｌ方向において通路形成部材８３２の一端８３２ｅ、および、他端８３２ｆには形成されていない。
【００７２】
なお本実施形態によれば、輻射熱吸収膜８８は矢印Ｈ方向において複数個に分断されているが、輻射熱吸収膜８８は矢印Ｌ方向において複数個に分断されていても良い。他の実施形態についても輻射熱吸収膜８８を分断させても良い。
【００７３】
（実施形態５）
図８は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図８に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち、スタック２の高温領域２highに対面する領域には、厚みｔ１をもつ第１輻射熱吸収膜８８ａが積層されている。外壁面８３４のうち、スタック２の低温領域２lowに対面する領域に８３２lowには、厚みｔ２（ｔ２＜ｔ１）をもつ第２輻射熱吸収膜８８ｂが積層されている。輻射熱吸収膜８８ａ，８８ｂの厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。通路形成部材８３２の外壁面８３４において改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜が積層されていない。改質器４の温度をできるだけ高温に維持させるためである。
【００７４】
（実施形態６）
図９および図１０は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図９に示すように、スタック２の両側には、カソードガスを通過させる第２通路８３をもつ通路形成部材８３２Ａ，８３２Ｂが形成されている。通路形成部材８３２Ａ，８３２Ｂは、互いに対向する金属製の板体８３６，８３７と、金属製の底板８３８とをそれぞれ有する。板体８３６，８３７は、カソードガスをスタック２に向けて矢印Ｃ６方向に吹き出す出口８４をもつ。
【００７５】
図１０に示すように、スタック２は、複数の燃料電池２０を通路２２ｒを介して一方向（矢印Ｌ方向）に並設させることにより形成されている。図９および図１０から理解できるように、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面する。このため輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｈ方向の中間領域、且つ、矢印Ｌ方向の中間領域に設けられている。図９に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４において改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。このため、改質器４の温度を改質反応に適するように高めに維持させるのに有利である。なお、図９では、輻射熱吸収膜８８の厚みは強調されて図示されている。
【００７６】
（実施形態７）
図１１は実施形態７を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。輻射熱吸収膜８８の厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。輻射熱吸収膜８８の厚みが過剰に薄いと、輻射熱吸収膜８８が島状膜の集合となり易く、輻射熱の吸収を低下させる傾向がある。輻射熱吸収膜８８の厚みが確保されていると、輻射熱の吸収が良好となる。この点について本実施形態によれば、図１１に示すように、輻射熱吸収膜８８の中央部８８ｍの厚みｔ３は、輻射熱吸収膜８８の縁８８ｅの厚みｔ４より相対的に厚い。
【００７７】
スタック２のうち相対的に高温領域においては、輻射熱吸収膜８８の厚みは厚くなる。このためスタック２のうち相対的に高温となる高温領域付近の熱を、効率よく通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８に伝達できる。換言すると、スタック２の高温領域の温度を効率よく低下させることができる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。なお本実施形態を他の実施形態に適用しても良い。
【００７８】
（実施形態８）
図１２は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１〜７と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。便宜上、図１２では矢印Ｈ方向を横方向として図示する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１２に示すよう通路形成部材８３２の板体８３６，８３７の外壁面８３４の表面８３４ｘには、輻射熱吸収膜８８が積層されている。当該外壁面８３４の表面８３４ｙには輻射熱吸収膜８８が積層されていない。表面８３４ｘは表面８３４ｙよりも粗面化されている。この場合、輻射熱吸収膜８８が積層される前にブラスト処理により粗面化できる。この場合、通路形成部材８３２の板体８３６，８３７のうち輻射熱吸収膜８８が積層されるべき板部分に、ショット、グリッド、砂粒等の微小投射剤を投射させることができる。当該板体８３６，８３７のうち輻射熱吸収膜８８を積層させない領域にはマスキングすることが好ましい。
【００７９】
一般的には、輻射熱吸収膜８８が粗面化されていると、輻射熱の散乱が増加し、輻射熱吸収膜８８による輻射熱の吸収性が良好となると言われている。この点について本実施形態によれば、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち輻射熱吸収膜８８が設けられている表面８３４ｘは、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち輻射熱吸収膜８８が設けられていない領域の表面８３４ｙよりも粗面化されている。輻射熱吸収膜８８の表面８３４ｘが粗面化され、輻射熱の吸収率を高めることができる。このため、燃料電池のうち相対的に高温領域付近の熱を、効率よく通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８に伝達できる。言い換えると、スタック２のうち相対的に高温領域の温度を効率よく低下させることができる。このため燃料電池における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。なお本実施形態を他の実施形態に適用しても良い。
【００８０】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。実施形態１では、スタック２の高さ方向の中央部を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされているが、これに限らず、スタック２の形状や構造によっては変更しても良い。即ち、スタック２の上端から１／３の位置を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされていても良い。あるいは、スタック２の上端から２／３の位置を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされていても良い。あるいは、スタック２の上端から３／４の位置を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされていても良い。
【００８１】
実施形態１では、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち改質器４の側面４ｓに対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が設けられていないが、これに限らず、改質器４の温度が維持できる場合には、対面領域８３５に輻射熱吸収膜８８が設けられていても良い。輻射熱吸収膜８８は矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向のうちの少なくとも一つの方向において分断されていても良い。実施形態１では、スタック２は、カソードガス通路８の第２通路８３を挟むように２組設けられているが、これに限らず、１組設けられている構造でも良い。燃料電池２０は平板型とされているが、これに限らず、チューブ型としても良い。図１では、排気ガスを排出させる排出通路７３は、排気通路形成部材７００と内側部材８０１と形成されているが、これに限らず、内側部材８０１と断熱層６とで形成されていても良い。カソードガスを通過させる通路形成部材８３２は薄い箱形状とされているが、これに限らず、パイプ形状でも良い。
【００８２】
本明細書から次の技術的思想が把握される。
［付記項１］アノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池のスタックと、アノードガスを前記スタックに供給するためのアノードガス通路と、カソードガスを前記スタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、スタックに対面すると共に前記スタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックのうち高温領域に対面することが好ましい。輻射熱吸収膜は通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されていることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用等の燃料電池装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
２はスタック、２highは高温領域、２lowは低温領域、２０は燃料電池、２１はアノード、２２はカソード、２３は電解質膜、２５はアノードガス通路、４は改質器、４０は蒸発部、４２は改質部、５は燃焼用空間、５０は燃焼火炎、６は断熱層、７は排気ガス通路、８はカソードガス通路、８３２は通路形成部材、８３６，８３７は板体、８３８は底板、８３９は側板、８８は輻射熱吸収膜を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のカソードに供給されるカソードガスが通過する通路形成部材を有する燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、スタックを収容する収納容器において、発電に使用されなかった燃料オフガスと空気オフガスとが混合している燃焼排ガスと、発電用空気とを熱交換する燃料電池装置が開示されている。このものによれば、複数のスタック群の間に空気導入路（デリバリー通路）を設け、空気導入路の空気をスタックの発熱で加熱させる。この燃料電池装置によれば、スタックの中間高さの近傍となるように空気噴出孔を空気導入路（デリバリー通路）に設け、スタックの上下方向温度分布を改善し、スタックの耐久性を向上させるようにしている。
【０００３】
特許文献２には、空気導入路（デリバリー通路）内の空気流れを、近接する気化部と対向する側に設けることで空気温度を上昇させ、スタックの積層方向温度分布を改善し、発電効率を向上させる燃料電池装置が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、複数のセルを保持すると共に燃料ガスが流れる通路を形成するセルチューブ管の外周部の一部のみに、セラミックスで形成された厚肉リング状の輻射変換体を設けたスタックの熱交換構造が開示されている。この輻射変換体はセルからの熱輻射を受熱して加熱される。輻射変換体は蓄熱エネルギを蓄積するため、燃料ガス等を予熱させることができる。しかし輻射変換体はバルクであり、厚肉リング状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。
【０００５】
特許文献４には、スタックを収容する発電室を形成する底部に輻射変換体が設けられているスタックモジュールが開示されている。輻射変換体は、空気を透過させ得るように多孔質の熱電材料で形成されている。輻射変換体は、発電室からの輻射熱を吸収して空気を再生加熱させると同時に電力を発生させ、モジュールの電気出力を増加させる。この輻射変換体はその厚みがかなり厚く、バルク状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2010-55917号公報
【特許文献２】特開2010-80152号公報
【特許文献３】特開2003-123827号公報
【特許文献４】特開平9-289030号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、空気導入路（デリバリー通路）を流れる空気の予熱には限界がある。更に、スタックの下部の温度が過剰に低下してしまう傾向がある。このためスタックの上部と下部とで温度むらが発生し、スタックにおける発電効率が充分に得られない問題がある。更に特許文献１では、空気導入路（デリバリー通路）には輻射熱吸収膜が設けられていない。
【０００８】
特許文献２では、空気導入路（デリバリー通路）には輻射熱吸収膜が設けられていない。
【０００９】
特許文献３では、輻射変換体はバルクであり、厚肉リング状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。このため、輻射変換体と空気とが接触できる時間は極く短時間である。従って、輻射変換体により空気が加熱される時間は極く短時間であり、空気の予熱には限界がある。更には、輻射変換体はその厚みがかなり厚くてバルク状をなすため、ガスの通路側に突出する量が大きい。この場合、ガスが輻射変換体に衝突すると、ガスの流れの円滑性を損なうおそれがある。
【００１０】
特許文献４では、この輻射変換体はその厚みがかなり厚く、バルク状をなしており、蓄熱性を期待できるものの、表出面積の増加、ひいては輻射熱の受熱面積の増加には限界がある。このため輻射変換体はバルク状をなしており、膜状ではないため、輻射変換体と空気とが接触できる時間が極く短時間である。従って、輻射変換体により空気が加熱される時間は極く短時間であり、空気の予熱には限界がある。更には、輻射変換体はその厚みがかなり厚くてバルク状をなすため、ガスの通路側に突出する量が大きい。この場合、ガスが輻射変換体に衝突し、ガスの流れの円滑性を損なうおそれがある。
【００１１】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、カソードガス通路を形成する通路形成部材を流れるカソードガスを、スタックに供給する前に効果的に加熱でき、更に、輻射熱吸収膜に接触するガスの流れを損なうことが抑制されている燃料電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）様相１の本発明に係る燃料電池装置は、アノードガスとカソードガスとで発電するとともに、発電時に相対的に高温となる高温領域と高温領域よりも相対的に低温となる低温領域とを形成するスタックと、アノードガスをスタックに供給するためのアノードガス通路と、カソードガスをスタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、スタックに対面すると共にスタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えており、輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面すると共に通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されている。
【００１３】
本様相によれば、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、スタックに対面すると共にスタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面すると共に、通路形成部材が延びる方向に膜状に延設されている。
【００１４】
本様相によれば、輻射熱吸収膜の厚みは膜であるため、バルク体に比較して薄い。しかも、輻射熱吸収膜は、通路形成部材の延びる方向に延設されているため、通路形成部材をカソードガスが流れる方向において延設されている。このため、輻射熱吸収材料がバルク体で形成されている場合に比較して、輻射熱吸収膜は、少ない材料で広面積化されており、しかも、高温のスタックから受熱する輻射熱の熱量を増加できる。このため輻射熱吸収膜が設けられている通路形成部材を効果的に昇温できる。故に、通路形成部材を流れるカソードガスの予熱に有利であり、スタックの発電効率を向上できる。
【００１５】
ところで、スタックにおける各部位における温度は、各部位における発電効率に影響を与える。スタック全体の発電効率を高める為には、スタックにおける温度ムラが抑制されていることが好ましい。この点本様相によれば、輻射熱吸収膜は、スタックのうち相対的に高温領域に対面する。このため、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。換言すると、スタックの高温領域の温度を適度に低下させることができ、スタックの高温領域の過剰高温化が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタックにおける各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。更に本様相によれば、輻射熱吸収膜は、通路形成部材が延びる方向に膜状に延設されているため、バルク体と異なり、ガスの通路に大きく突出しない。このため、通路形成部材を流れるカソードガスの円滑な流れを損なうことが抑制される。
【００１６】
（２）様相２の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、通路形成部材の外壁面のうちスタックの低温領域に対面する領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。この場合、スタックの低温領域からの放熱が制限され、スタックの低温領域付近における温度の過剰低下が抑制される。換言すると、スタックの高温領域付近の温度と、スタックの低温領域付近の温度との間において、両者の温度差の増加が抑制される。このためスタック全体に温度ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００１７】
（３）様相３の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、アノードガス通路を介してスタックに供給するアノードガスを燃料原料から生成させる改質器が設けられており、通路形成部材の外壁面のうち改質器に対面する領域には輻射熱吸収膜が設けられていない。輻射熱吸収膜が設けられている場合には、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックのうち相対的に高温領域の温度を適度に低下させることができ、スタックの高温領域の過剰高温化を抑制できる。
【００１８】
本様相によれば、通路形成部材の外壁面のうち改質器に対面する領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。従って、改質器付近における温度を過剰に低下させることが抑制される。ひいては改質器の温度を改質反応に適するように維持させるのに有利である。故に、改質器における改質反応を効率よく行うことができ、燃料原料を改質させて形成されたアノードガスの組成（水素濃度）の安定化に有利である。
【００１９】
（４）様相４の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、高さ方向を矢印Ｈ方向とするとき、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域に設けられており、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。
【００２０】
スタックが発電運転しているとき、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域では、スタックに置ける熱こもり等の影響で、温度が上昇し易い。これに対して、スタックにおいて矢印Ｈ方向の端領域では、放熱等の影響で、温度が当該中間領域に比較して低下し易い。
【００２１】
この点について本様相によれば、スタックの高温領域は、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域に相当する。このように輻射熱吸収膜がスタックの中間領域に対面するように設けられていると、スタックの高温領域から輻射熱吸収膜への放熱が促進される。このため、スタックの高温領域の温度が過剰に高温化することが抑制される。更に本様相によれば、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には輻射熱吸収膜が設けられていない。スタックの低温領域は、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域に相当する。このため、スタックの低温領域の温度が過剰に低下することが抑制される。
【００２２】
このような本様相によれば、スタックの高温領域付近の温度と、スタックの低温領域付近の温度との間において、両者の温度差が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック全体において、各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００２３】
（５）様相５の本発明に係る燃料電池装置によれば、上記様相において、高さ方向を矢印Ｈ方向とし、矢印Ｈ方向と交差すると共に前記スタックが延びる方向を矢印Ｌ方向とするとき、スタックは、電解質膜をアノードおよびカソードで挟んだ構造をもつ燃料電池を矢印Ｌ方向に間隔を隔てて並設して形成されており、
通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜は、スタックの前記高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域且つ矢印Ｌ方向の中間領域に設けられており、
通路形成部材の外壁面のうち矢印Ｈ方向において輻射熱吸収膜の上方または下方の領域には輻射熱吸収膜が設けられておらず、且つ、矢印Ｌ方向において輻射熱吸収膜よりも外方の領域には、輻射熱吸収膜が設けられていない。
【００２４】
スタックが発電運転しているとき、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域、および、矢印Ｌ方向の中間領域では熱こもり等の影響で温度が上昇し易い。これに対して、スタックにおいて矢印Ｈ方向の端領域、および、矢印Ｌ方向の端領域では、放熱等の影響で、温度が当該中間領域に比較して低下し易い。
【００２５】
この点について本様相によれば、スタックの高温領域は、スタックにおいて矢印Ｈ方向の中間領域、且つ、矢印Ｌ方向の中間領域に相当する。このように輻射熱吸収膜がスタックの中間領域に対面するように設けられていると、スタックの高温領域の放熱が輻射熱吸収膜により促進される。このため、スタックの高温領域の温度が過剰に高温化することが抑制される。更に本様相によれば、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には輻射熱吸収膜が設けられていない。通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜の上方または下方の領域は、スタックの低温領域に対面する。このため、スタックの低温領域の放熱が制限され、スタックの低温領域の温度が過剰に低下することが抑制される。
【００２６】
このような本様相によれば、スタックの高温領域付近の温度と、スタックの低温領域付近の温度との間において、両者の温度差が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック全体において、各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る燃料電池装置によれば、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面は、輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックの高温領域に対面すると共に、通路形成部材が延びる方向に膜状に延設されている。このように輻射熱吸収膜は膜であるため、バルク体に比較して薄い。しかも、輻射熱吸収膜は、通路形成部材の外壁面において通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されているため、通路形成部材に沿ってカソードガスの流れる方向において延設されている。このため輻射熱吸収膜は少ない材料で広面積化され、高温のスタックから受熱する輻射熱の熱量を増加できる。このため輻射熱吸収膜が設けられている通路形成部材を効果的に昇温できる。故にカソードガスの予熱に有利であり、スタックの発電効率を向上できる。
【００２８】
本発明に係る燃料電池装置によれば、輻射熱吸収膜はスタックの高温領域に対面する。このため、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックの高温領域の放熱性を促進させ、スタックの高温領域の温度を適度に低下させることができる。即ち、スタックの高温領域の過剰高温化が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタックにおける各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００２９】
更に輻射熱吸収膜は、通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されているため、輻射熱吸収材料がバルク体で形成されている従来技術とは異なり、ガスの通路に大きく突出しない。このため輻射熱吸収膜に沿って流れるガスの円滑な流れを損なうことが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１に係り、燃料電池装置の断面図である。
【図２】実施形態１に係り、スタック付近を模試的に示す断面図である。
【図３】通路形成部材付近を示す斜視図である。
【図４】通路形成部材付近を示す断面図である。
【図５】実施形態２に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の斜視図である。
【図６】実施形態３に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の斜視図である。
【図７】実施形態４に係り、通路形成部材付近を示す断面図である。
【図８】実施形態５に係り、通路形成部材からスタックにカソードガスを供給させる形態を模式的に示す図である。
【図９】実施形態６に係り、輻射熱吸収膜を有する通路形成部材およびスタックを示す図である。
【図１０】実施形態６に係り、輻射熱吸収膜を有する通路形成部材およびスタックを示す図である。
【図１１】実施形態７に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の板体の断面図である。
【図１２】実施形態８に係り、輻射熱吸収膜が積層されている通路形成部材の板体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
スタックは複数の燃料電池で形成されている。スタックのアノードにアノードガスが供給され、カソードにカソードガスが供給されて、スタックは発電する。燃料電池は、固体酸化物形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池、高分子電解質膜形燃料電池でも良い。発電運転時におけるスタックの温度は、８０℃以上、１００℃以上が好ましく、３００℃以上でも良い。
【００３２】
発電時には、スタックにおいて、相対的に高温となる高温領域と、高温領域よりも相対的に低温となる低温領域とが形成される。『スタックの高温領域』とは、輻射熱吸収膜が設けられていない場合において、スタックの温度が相対的に高温となる領域を意味する。『スタックの低温領域』とは、輻射熱吸収膜が設けられていない場合において、スタックの温度が高温領域に比較して相対的に低温となる領域を意味する。閾値温度に基づいて閾位置をスタックにおいて決定し、閾位置に基づいて『スタックの高温領域』および『スタックの低温領域』を識別することができる。閾値温度は、スタックにおける最高温度と最低温度との間における温度にできる。
【００３３】
アノードガス通路はアノードガスをスタックのアノードに供給させるための通路である。アノードガスはアノードにおいて発電反応に使用されるガスである。カソードガス通路は、カソードガスをスタックのカソードに供給させるための通路である。カソードガスはカソードにおいて発電反応に使用されるガスであり、一般的には空気、酸素含有ガス、酸素ガスを例示できる。カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面は、輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックのうち相対的に高温領域に対面すると共に、通路形成部材の延びる方向（つまりカソードガスが流れる方向）に膜状に延設されている。膜電極接合体の厚みは適宜設定されるが、２ミリメートル以下、１ミリメートル以下にできる。更に５００マイクロメートル以下、３００マイクロメートル以下にできる。
【００３４】
次の（ｉ）および（ｉｉ）の形態が例示される。
【００３５】
（ｉ）通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられている表面は、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられていない領域の表面よりも粗面化されている。一般的には、輻射熱吸収膜が粗面化されていると、輻射熱の散乱が増加し、輻射熱吸収膜による輻射熱の吸収性が良好となると言われている。
【００３６】
この点について、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられている表面は、通路形成部材の外壁面のうち輻射熱吸収膜が設けられていない領域の表面よりも粗面化されている形態が例示される。この場合、輻射熱吸収膜の表面が粗面化され、輻射熱の吸収率を高めることができる。このため、スタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックの高温領域の放熱を促進させ、スタックの高温領域の温度を適度に低下させることができ、スタックの高温領域の過剰高温化が抑制される。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。
【００３７】
（ｉｉ）輻射熱吸収膜の中央領域の厚みは、輻射熱吸収膜の縁領域の厚みより相対的に厚くできる。輻射熱吸収膜の厚みが過剰に薄いと、輻射熱の吸収が低下する傾向がある。輻射熱吸収膜の厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。輻射熱吸収膜の厚みが厚いと、輻射熱の吸収が良好となる。この点についてスタックの高温領域においては、輻射熱吸収膜の厚みは厚くすることができる。このためスタックの高温領域付近の熱を効率よく通路形成部材の輻射熱吸収膜に伝達できる。言い換えると、スタックの高温領域付近の放熱が促進され、スタックの高温領域付近の温度を効率よく低下させることができる。このためスタックにおける各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタックにおける各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタックの発電効率を向上できる。
【００３８】
本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１〜図４は実施形態１を示す。本実施形態は固体酸化物型の燃料電池装置に適用した例を示す。図１に示すように、燃料電池装置は、スタック２と、スタック２の上側に配置された改質器４と、スタック２の上面と改質器４の下面との間に形成された燃焼用空間５と、スタック２の外側に配置された断熱材料で形成された断熱層６と、断熱層６の外側に配置された排気ガス通路７と、排気ガス通路７の外側に配置されたカソードガス通路８とを有する。
【００３９】
図２は、スタック２および改質器４付近の概念図を示す。図２に示すように、スタック２は、複数の燃料電池２０を通路２２ｒを介して一方向（矢印Ｌ方向）に並設することにより形成されている。図２から理解できるように、燃料電池２０は、アノードガスが供給される通路２１ｒをもつ燃料極として機能するアノード２１と、カソードガスが供給される酸化剤極（空気極）として機能するカソード２２と、アノード２１およびカソード２２で挟まれた固体酸化物を母材とする膜状の電解質膜２３とを有する。電解質膜２３を形成する固体酸化物は、スタック２の作動温度において酸素イオンを伝導させる性質をもつものであり、ＹＳＺ等のジルコニア系、ランタンガレート系を例示できる。アノード２１の材質は、ニッケル−セリア系のサーメットを例示される。カソード２２の材質は、サマリウムコバルタイト、ランタンマンガナイトを例示できる。但し、アノード２１、カソード３および電解質膜２３の材質は、上記に限定されるものではない。なお、排気ガス通路７およびカソードガス通路８は、スタック２の長手方向（図２の矢印Ｌ方向，燃料電池２０の並設方向）に沿って延設されている。
【００４０】
図２に示すように、改質器４は、改質水を水蒸気化させる蒸発部４０と、水蒸気を利用して燃料原料を改質される改質部４２とを備えている。蒸発部４０は、改質水系から蒸発部４０に供給される液相状の改質水を水蒸気化させる。改質部４２は、改質反応を促進させる改質触媒を担持する粒子状のセラミックス材を有する。セラミックス材はハニカム構造体でも良い。図２に示すように、改質部４２は、蒸発部４０の下流に設けられており、蒸発部４０で生成された水蒸気でガス状または液状の炭化水素系の燃料原料を改質させてアノードガスを生成させる。アノードガスは水素ガスまたは水素含有ガスである。なお、定格運転におけるスタック２の作動温度は、例えば４５０〜１１００℃の範囲内、殊に５５０〜８００℃の範囲内であることが好ましい。
【００４１】
図１に示すように、カソードガス通路８は、入口８０と、入口８０から延びる入口通路８１と、入口通路８１の上端から横方向にのびる第１通路８２と、第１通路８２の先端から下向きに延びる第２通路８３と、第２通路８３の下端側に形成された出口８４とをもつ。第２通路８３および出口８４は、金属（例えば炭素鋼、合金鋼（ステンレス鋼を含む）等の鉄系）で形成された薄い偏平箱形状の通路形成部材８３２で形成されている。
【００４２】
図３に示すように、通路形成部材８３２は、第２通路８３を介して互いに対向する金属製の板体８３６，８３７と、板体８３６，８３７の下端部同士を繋ぐ底板８３８と、側板８３９とを備える。図１に示すように、更に、カソードガス通路８は、殻状をなす内側部材８０１と、外箱状をなす外側部材８５０とを備える。なお、図３に示すようにスタック２の高さ方向を矢印Ｈ方向とし、矢印Ｈ方向と交差（直交）する方向を矢印Ｌ方向とする。上方を矢印Ｈ１として示す。
【００４３】
図１に示すように、排気ガス通路７は、金属製の内側部材８０１と金属製の排気通路形成部材７００とで形成されている。排気通路形成部材７００は、スタック２を収容して発電する発電室７２０を形成する。
【００４４】
図１に示すように、排気ガス通路７は、排ガスを改質器４に接触させ得る接触通路７０と、接触通路７０の下流に連通するように延設された排出通路７３とを有する。排出通路７３は入口７２および出口７４（排気ガス出口）を有する。図１に示すように、排出通路７３において、相対的に高温側の排気ガスは矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３方向に流れる。なお、スタック２は、カソードガス通路８の通路形成部材８３２を挟むように２組設けられている（図１参照）。但しこれに限定されるものではない。
【００４５】
図２に示すように、スタック２の下部にはアノードガスマニホルド２４が配置されている。アノードガスマニホルド２４は、改質部４２で生成されたアノードガスをアノードガス通路２５を介して燃料電池２０のアノード２１に案内する。ここで、スタック２、カソードガス通路８、排気ガス通路７、改質器４およびアノードガスマニホルド２４、燃焼用空間５は、燃料電池装置の長手方向（図２および図３に示す矢印Ｌ方向，燃料電池２０の並設方向）に沿って延設されている。
【００４６】
次に、スタック２が発電運転するときについて、説明を加える。この場合、図２に示す燃料原料ポンプ９０（燃料原料搬送源）が駆動するため、炭化水素系のガス状または液状の燃料原料（都市ガス等）が燃料原料供給通路９２を介して改質器４の蒸発部４０に供給される。また改質水ポンプ９３（水搬送源）が駆動し、図略のタンクの改質水が改質水供給通路９４を介して蒸発部４０に供給される。ここで、燃焼火炎５０で蒸発部４０および改質部４２は加熱されているため、蒸発部４０は液相状の改質水を水蒸気化させる。生成された水蒸気は改質部４２に供給される。改質部４２は燃料原料を水蒸気改質させ、水素を含むアノードガスを生成させる。燃料原料がメタン系である場合には、水蒸気改質ではアノードガスの生成は、次の（１）式に基づくと考えられている。固体酸化物形の燃料電池２０では、Ｈ２の他にＣＯも燃料となり得る。
【００４７】
（１）…ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→４Ｈ２＋ＣＯ２
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ
ＣｎＨｍが炭化水素の一般的な化学式であるとすると、水蒸気改質の一般式は次の（１−１）式のようになる。ｎ＝１、ｍ＝４であると、メタンの水蒸気改質の式が得られる。
（１−１）…ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋[（ｍ／２）＋ｎ]Ｈ２
生成された水素を含有するアノードガスは、アノードガス通路２５およびアノードガスマニホルド２４を介して、燃料電池２０のアノード２１に供給されて発電に使用される。
【００４８】
また図１において、カソードガスポンプ９５（カソードガス搬送源）が駆動するため、空気であるカソードガスが、矢印Ｃ１方向，矢印Ｃ２方向，矢印Ｃ３方向，矢印Ｃ４方向，矢印Ｃ５方向，矢印Ｃ６方向に沿って、カソードガス通路８の入口通路８１、第１通路８２および第２通路８３を流れ、カソードガス通路８の先端の出口８４から発電室７２０に供給され、カソード２２の発電反応に使用される。スタック２のカソードに供給されなかったカソードガスは、発電室７２０内の通路７２２（図４参照）等を上昇して燃焼用空間５５および改質器４側に向かう。従って、通路７２２には、ガス流れの障害物が存在しないことが好ましい。
【００４９】
改質部４２で生成されたアノードガスは、アノードガスマニホルド２４からスタック２のアノード２１の通路２１ｒを上向きに通過しつつ、アノードの発電反応に使用される。これによりスタック２と電力負荷とが電気的に接続されている状態で、スタック２は発電する。
【００５０】
発電反応においては、水素含有ガスが供給されるアノード２１では、基本的には（２）の反応が発生すると考えられている。酸素を含む空気が供給されるカソード２２では、基本的には（３）の反応が発生すると考えられている。カソードにおいて発生した酸素イオン（Ｏ２−）がカソード２２からアノード２１に向けて電解質膜２３（酸素イオン伝導体，イオン伝導体）を伝導する。
【００５１】
（２）…Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
ＣＯが含まれている場合には、ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（３）…１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−
さて、上記した発電反応後のアノードオフガスは、未反応の燃焼成分（水素）を含有している。アノードオフガスは、スタック２のアノード２１の通路２１ｒの上部から燃焼用空間５に排出される（図２参照）。この結果、燃焼用空間５において、アノードオフガスは、カソードオフガスおよび／または発電室７２０のカソードガスにより燃焼し、燃焼火炎５０を形成する。燃焼火炎５０により、改質部４２および蒸発部４０が加熱される。これにより改質部４２における改質反応が維持され、蒸発部４０において水蒸気生成反応が維持される。
【００５２】
上記したように燃焼用空間５において燃焼した後の排気ガスは、図１に示すように、排気ガス通路７の入口７２から排出通路７３に進入し、下向き（矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３方向）に流れ、出口７４、排出口７４ｘから吐出される。ここで、排気ガス通路７の排出通路７３を下向きに流れる相対的に高温の排気ガスと、カソードガス通路８の入口通路８１を上向き（排出通路７３における排気ガスの流れ方向と反対方向，矢印Ｃ１〜Ｃ６方向）に流れる相対的に低温のカソードガスとが、対向流として、互いに熱交換し、熱交換器７Ｘを形成する。よって排気ガスが冷却されると共に、スタック２に供給される直前のカソードガスが予熱される。このように予熱されたカソードガスが、カソードガス通路８の第１通路８２，第２通路８３，出口８４を経て、つまり矢印Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６方向に流れ、出口８４から発電室７２０に供給されるため、スタック１の発電効率が高まる。
【００５３】
さて要部構成について説明する。図４は、カソードガス通路８を形成する通路形成部材８３２付近の断面を示す。このような本実施形態によれば、図４に示すように、スタック２において、相対的に高温となる高温領域２highが存在する。更に、高温領域２highよりも相対的に低温となる低温領域２lowが存在する。具体的には、スタック２において、スタック２の高さ方向（矢印Ｈ方向）の全高をＨallとし、スタック２の高さ方向の中央部を閾位置２ｍとするとき、閾位置２ｍよりも上の領域は、相対的に高温となる高温領域２highとなると考えることができる。スタック２において、スタック２の高さ方向の閾位置２ｍよりも下の領域は、高温領域２highよりも低温となる低温領域２lowとなると考えることができる。高温領域２highと低温領域２lowとの温度差は、スタック２の種類、スタック２の発電条件等によっても相違するが、例えば、２０〜１２０℃の範囲内、３０〜７０℃の範囲内と考えられる。
【００５４】
本実施形態によれば、図４に示すように、通路形成部材８３２を構成する金属（例えば炭素鋼、ステンレス鋼等の合金鋼等の鉄系）製の板体８３６，８３７の外壁面８３４には、輻射熱吸収膜８８が膜状に積層されている。輻射熱吸収膜８８は、通路形成部材８３２の母材（炭素鋼系、合金鋼系等の鉄系）よりも輻射熱に対して高い吸収率を有する。吸収率は前記母材よりも高く、０．７以上、０．８以上が好ましい。図４に示すように、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面すると共に、通路形成部材８３２の矢印Ｈ方向に延びる方向（即ち、カソードガスが通過する方向）に沿って膜状に延設されている。更に、図３に示す輻射熱吸収膜８８は矢印Ｌ方向に沿っても延設されている。
【００５５】
このような本実施形態によれば、輻射熱吸収膜８８の厚みは膜であるため、バルク体に比較して薄い。しかも、輻射熱吸収膜８８は、通路形成部材８３２の延びる方向（カソードガスが通過する方向）に沿って延設されている。このため輻射熱吸収膜８８は、少ない輻射熱吸収材料で、通路形成部材８３２においてカソードガスの通過する方向において広面積化されている。よって、スタック２の発電運転において、スタック２０の高温領域２highから放射された輻射熱を受熱する単位時間あたりの受熱熱量を増加できる。このため輻射熱吸収膜８８が設けられている通路形成部材８３２を効果的に昇温できる。故に、カソードガスがスタック２に供給される前において、カソードガスを予熱させるのに有利であり、スタック２の発電効率を向上できる。
【００５６】
上記した輻射熱吸収膜８８は、輻射熱に対して高い吸収率をもつ高吸収率物質を用いて形成されていることが好ましい。高吸収率物質は一般的には、輻射熱に対して高い吸収率をもつ粉末粒子の集合体で形成できる。発電運転中で高温に加熱されているスタック２が放射する波長に対して、吸収率は０．６以上、０．７以上が好ましい。特に０．８以上、０．９以上が好ましい。完全黒体の吸収率は１とする。高吸収率物質の色調は、黒色、黒色に近いことが好ましい。この場合、黒色、黒色に近いセラミックス、金属が例示される。高吸収率物質はスタック２の発電運転の温度に対して耐久性を有することが好ましい。かかる観点から酸化物系、炭化物系、窒化物系、硼化物系を例示できる。具体的には、ＡｌＮ系、ＳｉＣ系、四三酸化鉄（鉄黒）系、モリブデン酸化物系、チタン酸化物系、窒化ケイ素系、マイカ系を例示できる。ＳｉＣはα−ＳｉＣ、β−ＳｉＣを例示できる。なお、ファインセラミックスの多くは白系・黒系の色をしているが、顔料を加えることでさまざまな黒色を作り出すことも可能である。
【００５７】
輻射熱吸収膜８８においては、高吸収率物質で形成されている粉末粒子自体が焼き付け、焼結等により固結されて一体化されていても良いし、あるいは、粉末粒子自体が溶射等により固結されて一体化されていても良いし、あるいは、粉末粒子自体が無機バインダ等のバインダにより一体化されていても良い。粉末粒子のサイズは特に制限されないが、２〜５００マイクロメートルの範囲を例示できる。輻射熱吸収膜８８の厚みｔは特に制限されないが、下限値は適宜設定できるが、１０マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートルを例示できる。厚みの上限値は適宜設定できるが、２ミリメートル、１ミリメートル、５００マイクロメートルを例示できる。
【００５８】
また、スタック２における各部位における温度は、各部位における発電効率に影響を与える。このためスタック２における温度ムラは抑制されていることが好ましい。この点本実施形態によれば、通路形成部材８３２の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面する。このため、スタック２の高温領域２high付近の熱を効率よく通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８に伝達できる。言い換えると、スタック２の高温領域２highの放熱性を促進でき、スタック２の高温領域２highの温度を適度に低下させることができ、スタック２の高温領域２highの過剰高温化を抑制できる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。
【００５９】
更に、輻射熱吸収膜８８は、通路形成部材８３２の延びる方向（矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向）に膜状に延設されているため、輻射熱吸収材料がバルク体で形成されている場合と異なり、ガスを通過させる通路７２２（図４）側に大きく突出しない。このため、通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８付近を流れるガスの円滑な流れを損なうことが抑制される。
【００６０】
なお本実施形態によれば、図４から理解できるように、輻射熱吸収膜８８は通路形成部材８３２の外壁面８３４に積層されて形成されているものの、通路形成部材８３２の内壁面８３２ｉには形成されていない。この場合、通路形成部材８３２の外壁面８３４に積層されている輻射熱吸収膜８８がスタック１の高温領域２highから受熱した熱量を通路形成部材８３２の全体に分配させるのに有利である。この場合、通路形成部材８３２を矢印Ｃ５方向に流れるカソードガスを通路形成部材８３２の全体において効率よく予熱させるのに貢献できる。
【００６１】
もし、輻射熱吸収膜が通路形成部材８３２の外壁面８３４および通路形成部材８３２の内壁面８３２ｉの双方に形成されている場合には、内壁面８３２ｉに形成されている輻射熱吸収膜から第２通路８３側への放熱が促進されるため、通路形成部材８３２の全体を昇温させるためには好ましくないと考えられる。
【００６２】
加えて、輻射熱吸収膜８８は通路形成部材８３２の内壁面８３２ｉに形成されていないため、第２通路８３の流路断面積が小さな場合でも、第２通路８３の流路断面積が輻射熱吸収膜により小さくなることが抑制される。
【００６３】
更に本実施形態によれば、図４から理解できるように、通路形成部材８３２の外壁面８３４において、スタック２の低温領域２lowに対面する領域８３２lowには、輻射熱吸収膜８８が設けられていない。この場合、スタック２のうち低温領域２low付近の過剰放射が抑制され、スタック２の低温領域２low付近における温度の過剰低下が抑制される。換言すると、スタック２の高温領域２high付近の温度と低温領域２low付近の温度との間において、両者の温度差が小さくされる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。
【００６４】
更に本実施形態によれば、図４に示すように、スタック２に供給するアノードガスを燃料原料から生成させる改質器４が設けられている。通路形成部材８３２の外壁面８３４において、改質器４の側面４ｓに対面する対面領域８３５には輻射熱吸収膜８８が設けられていない。このため改質器４の側面４ｓからの放熱が過剰とならない。従って、改質器４付近における温度を過剰に低下させることが抑制される。ひいては改質器４の温度を改質反応に適するように高温に維持させるのに有利である。故に、改質器４における改質反応を効率よく行うことができ、燃料原料を改質させて形成されたアノードガスの組成（水素濃度）の安定化に有利である。もし通路形成部材８３２の対面領域８３５に輻射熱吸収膜８８が設けられている場合には、改質器４の側面４ｓからの放熱が過剰となり、改質器４の温度が適温領域から低下し、水蒸気改質に影響を与えるおそれがある。
【００６５】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。実施形態１とは寸法関係が若干相違する。図５に示すようにスタック２の高さ方向を矢印Ｈ方向とする。矢印Ｈ方向と交差（直交）すると共にスタックの延びる方向を矢印Ｌ方向とする。図５に示すように、カソードガスを矢印Ｃ５方向に向けて通過させる通路形成部材８３２は、矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向にそれぞれ延設されている。
【００６６】
図５に示すように、通路形成部材８３２は、カソードガスを矢印Ｃ５方向に通過させる第２通路８３を区画する金属製の板体８３６，８３７を備えている。板体８３６，８３７の外壁面８３４には、スタック２の高温領域に対面するように輻射熱吸収膜８８が積層されている。輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｌ方向に沿って通路形成部材８３２の一端８３２ｅから他端８３２ｆに向けてほぼ全長に延設されている。図５に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８の上方の領域８３４ｕ（図１に示す改質器４の側面４ｓに対面する領域）、および、下方の領域８３４ｄには、輻射熱吸収膜８８が設けられていない。即ち、図５に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうちスタック２の低温領域に対面する領域８３２lowには、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。その理由としては、スタック２の低温領域２lowからの放熱を抑制させ、スタック２の低温領域２lowの温度をできるだけ高めに維持させるためである。更に、図５に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。その理由改質器４の温度をできるだけ高温に維持させるためである。
【００６７】
（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示すようにカソードガスを通過させる通路形成部材８３２は、矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向にそれぞれ延設されている。通路形成部材８３２の金属製の板体８３６，８３７の外壁面８３４には、輻射熱吸収膜８８が積層されている。通路形成部材８３２の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面するように、通路形成部材８３２の矢印Ｈ方向の中間領域、且つ、矢印Ｌ方向の中間領域に設けられている。
【００６８】
ここで、スタック２が発電運転しているとき、スタック２において矢印Ｈ方向の中間領域、矢印Ｌ方向の中間領域では、熱こもり等の影響でスタック２の温度が上昇し易い。これに対して、スタック２において矢印Ｈ方向の端領域、矢印Ｌ方向の端領域では、放熱等の影響で、温度は中間領域に比較して低下し易い。
【００６９】
本実施形態によれば、図６に示すように、通路形成部材８３２の板体８３６，８３７の外壁面８３４において、輻射熱吸収膜８８の上方の領域８３４ｕまたは下方の領域８３４ｄには、輻射熱吸収膜８８が設けられていない。即ち、通路形成部材８３２の外壁面８３４においてスタック２の低温領域に対面する領域８３２lowには、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。更に、通路形成部材８３２の外壁面８３４において改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。更に、図６に示すように、輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｌ方向において通路形成部材８３２の一端８３２ｅ、および、他端８３２ｆには形成されていない。
【００７０】
このような本実施形態によれば、スタック２の高温領域付近の温度と低温領域付近の温度との間における温度差が小さくされる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。
【００７１】
（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１，２，３と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、カソードガス通路８を形成する通路形成部材８３２の板体８３６，８３７の外壁面８３４に、輻射熱吸収膜８８が積層されている。輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域に対面する。輻射熱吸収膜８８は、高さ方向（矢印Ｈ方向）において間隔αを介して複数個に分断されている。隣設する輻射熱吸収膜８８間では、通路形成部材８３２の金属製の板体８３６，８３７の外壁面８３４の母材が露出している。輻射熱吸収膜８８がスタック２の輻射熱を吸収する度合が高いため、スタック２の高温領域２highが過剰に冷却されてしまう場合には、輻射熱吸収膜８８を広面積化させるのでなく、図７に示すように分断させることが好ましい。更に、図７に示すように、輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｌ方向において通路形成部材８３２の一端８３２ｅ、および、他端８３２ｆには形成されていない。
【００７２】
なお本実施形態によれば、輻射熱吸収膜８８は矢印Ｈ方向において複数個に分断されているが、輻射熱吸収膜８８は矢印Ｌ方向において複数個に分断されていても良い。他の実施形態についても輻射熱吸収膜８８を分断させても良い。
【００７３】
（実施形態５）
図８は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図８に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち、スタック２の高温領域２highに対面する領域には、厚みｔ１をもつ第１輻射熱吸収膜８８ａが積層されている。外壁面８３４のうち、スタック２の低温領域２lowに対面する領域に８３２lowには、厚みｔ２（ｔ２＜ｔ１）をもつ第２輻射熱吸収膜８８ｂが積層されている。輻射熱吸収膜８８ａ，８８ｂの厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。通路形成部材８３２の外壁面８３４において改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜が積層されていない。改質器４の温度をできるだけ高温に維持させるためである。
【００７４】
（実施形態６）
図９および図１０は実施形態６を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図９に示すように、スタック２の両側には、カソードガスを通過させる第２通路８３をもつ通路形成部材８３２Ａ，８３２Ｂが形成されている。通路形成部材８３２Ａ，８３２Ｂは、互いに対向する金属製の板体８３６，８３７と、金属製の底板８３８とをそれぞれ有する。板体８３６，８３７は、カソードガスをスタック２に向けて矢印Ｃ６方向に吹き出す出口８４をもつ。
【００７５】
図１０に示すように、スタック２は、複数の燃料電池２０を通路２２ｒを介して一方向（矢印Ｌ方向）に並設させることにより形成されている。図９および図１０から理解できるように、輻射熱吸収膜８８は、スタック２のうち相対的に高温となる高温領域２highに対面する。このため輻射熱吸収膜８８は、矢印Ｈ方向の中間領域、且つ、矢印Ｌ方向の中間領域に設けられている。図９に示すように、通路形成部材８３２の外壁面８３４において改質器４に対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が積層されていない。このため、改質器４の温度を改質反応に適するように高めに維持させるのに有利である。なお、図９では、輻射熱吸収膜８８の厚みは強調されて図示されている。
【００７６】
（実施形態７）
図１１は実施形態７を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。輻射熱吸収膜８８の厚みは、輻射熱の吸収性に影響を与える。輻射熱吸収膜８８の厚みが過剰に薄いと、輻射熱吸収膜８８が島状膜の集合となり易く、輻射熱の吸収を低下させる傾向がある。輻射熱吸収膜８８の厚みが確保されていると、輻射熱の吸収が良好となる。この点について本実施形態によれば、図１１に示すように、輻射熱吸収膜８８の中央部８８ｍの厚みｔ３は、輻射熱吸収膜８８の縁８８ｅの厚みｔ４より相対的に厚い。
【００７７】
スタック２のうち相対的に高温領域においては、輻射熱吸収膜８８の厚みは厚くなる。このためスタック２のうち相対的に高温となる高温領域付近の熱を、効率よく通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８に伝達できる。換言すると、スタック２の高温領域の温度を効率よく低下させることができる。このためスタック２における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。従って、スタック２における各部位の発電ムラを抑制させるのに有利である。この意味においてもスタック２の発電効率を向上できる。なお本実施形態を他の実施形態に適用しても良い。
【００７８】
（実施形態８）
図１２は実施形態８を示す。本実施形態は実施形態１〜７と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。便宜上、図１２では矢印Ｈ方向を横方向として図示する。以下、相違する部分を中心として説明する。図１２に示すよう通路形成部材８３２の板体８３６，８３７の外壁面８３４の表面８３４ｘには、輻射熱吸収膜８８が積層されている。当該外壁面８３４の表面８３４ｙには輻射熱吸収膜８８が積層されていない。表面８３４ｘは表面８３４ｙよりも粗面化されている。この場合、輻射熱吸収膜８８が積層される前にブラスト処理により粗面化できる。この場合、通路形成部材８３２の板体８３６，８３７のうち輻射熱吸収膜８８が積層されるべき板部分に、ショット、グリッド、砂粒等の微小投射剤を投射させることができる。当該板体８３６，８３７のうち輻射熱吸収膜８８を積層させない領域にはマスキングすることが好ましい。
【００７９】
一般的には、輻射熱吸収膜８８が粗面化されていると、輻射熱の散乱が増加し、輻射熱吸収膜８８による輻射熱の吸収性が良好となると言われている。この点について本実施形態によれば、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち輻射熱吸収膜８８が設けられている表面８３４ｘは、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち輻射熱吸収膜８８が設けられていない領域の表面８３４ｙよりも粗面化されている。輻射熱吸収膜８８の表面８３４ｘが粗面化され、輻射熱の吸収率を高めることができる。このため、燃料電池のうち相対的に高温領域付近の熱を、効率よく通路形成部材８３２の輻射熱吸収膜８８に伝達できる。言い換えると、スタック２のうち相対的に高温領域の温度を効率よく低下させることができる。このため燃料電池における各部位における温度ムラを抑制させるのに有利である。なお本実施形態を他の実施形態に適用しても良い。
【００８０】
（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。実施形態１では、スタック２の高さ方向の中央部を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされているが、これに限らず、スタック２の形状や構造によっては変更しても良い。即ち、スタック２の上端から１／３の位置を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされていても良い。あるいは、スタック２の上端から２／３の位置を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされていても良い。あるいは、スタック２の上端から３／４の位置を閾位置２ｍとし、閾位置２ｍよりも上の領域は高温領域２high、閾位置２ｍよりも下の領域は低温領域２lowとされていても良い。
【００８１】
実施形態１では、通路形成部材８３２の外壁面８３４のうち改質器４の側面４ｓに対面する対面領域８３５には、輻射熱吸収膜８８が設けられていないが、これに限らず、改質器４の温度が維持できる場合には、対面領域８３５に輻射熱吸収膜８８が設けられていても良い。輻射熱吸収膜８８は矢印Ｈ方向および矢印Ｌ方向のうちの少なくとも一つの方向において分断されていても良い。実施形態１では、スタック２は、カソードガス通路８の第２通路８３を挟むように２組設けられているが、これに限らず、１組設けられている構造でも良い。燃料電池２０は平板型とされているが、これに限らず、チューブ型としても良い。図１では、排気ガスを排出させる排出通路７３は、排気通路形成部材７００と内側部材８０１と形成されているが、これに限らず、内側部材８０１と断熱層６とで形成されていても良い。カソードガスを通過させる通路形成部材８３２は薄い箱形状とされているが、これに限らず、パイプ形状でも良い。
【００８２】
本明細書から次の技術的思想が把握される。
［付記項１］アノードガスとカソードガスとで発電する燃料電池のスタックと、アノードガスを前記スタックに供給するためのアノードガス通路と、カソードガスを前記スタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、スタックに対面すると共に前記スタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えている。輻射熱吸収膜は、スタックのうち高温領域に対面することが好ましい。輻射熱吸収膜は通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されていることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用等の燃料電池装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
２はスタック、２highは高温領域、２lowは低温領域、２０は燃料電池、２１はアノード、２２はカソード、２３は電解質膜、２５はアノードガス通路、４は改質器、４０は蒸発部、４２は改質部、５は燃焼用空間、５０は燃焼火炎、６は断熱層、７は排気ガス通路、８はカソードガス通路、８３２は通路形成部材、８３６，８３７は板体、８３８は底板、８３９は側板、８８は輻射熱吸収膜を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスとカソードガスとで発電するとともに、発電時に相対的に高温となる高温領域と前記高温領域よりも相対的に低温となる低温領域とを形成する燃料電池のスタックと、
アノードガスを前記スタックに供給するためのアノードガス通路と、
カソードガスを前記スタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、
前記カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、
前記スタックに対面すると共に前記スタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えており、前記輻射熱吸収膜は、前記スタックのうち前記高温領域に対面すると共に、前記通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されている燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記スタックの前記低温領域に対面する領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記スタックに供給するアノードガスを燃料原料から生成させる改質器が設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記改質器に対面する領域には前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、高さ方向を矢印Ｈ方向とするとき、前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜は、前記スタックの前記高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域に設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【請求項５】
請求項１〜３のうちの一項において、高さ方向を矢印Ｈ方向とし、矢印Ｈ方向と交差すると共に前記スタックが延びる方向を矢印Ｌ方向とするとき、前記スタックは、前記電解質膜をアノードおよびカソードで挟んだ構造をもつ前記燃料電池を矢印Ｌ方向に間隔を隔てて並設して形成されており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜は、前記スタックの前記高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域且つ矢印Ｌ方向の中間領域に設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち矢印Ｈ方向において前記輻射熱吸収膜の上方または下方の領域には前記輻射熱吸収膜が設けられておらず、且つ、矢印Ｌ方向において前記輻射熱吸収膜よりも外方の領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【請求項１】
アノードガスとカソードガスとで発電するとともに、発電時に相対的に高温となる高温領域と前記高温領域よりも相対的に低温となる低温領域とを形成する燃料電池のスタックと、
アノードガスを前記スタックに供給するためのアノードガス通路と、
カソードガスを前記スタックに供給するためのカソードガス通路とを具備しており、
前記カソードガス通路を形成する通路形成部材の外壁面の少なくとも一部は、
前記スタックに対面すると共に前記スタックからの輻射熱を吸収する輻射熱吸収膜を備えており、前記輻射熱吸収膜は、前記スタックのうち前記高温領域に対面すると共に、前記通路形成部材の延びる方向に膜状に延設されている燃料電池装置。
【請求項２】
請求項１において、前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記スタックの前記低温領域に対面する領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記スタックに供給するアノードガスを燃料原料から生成させる改質器が設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記改質器に対面する領域には前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、高さ方向を矢印Ｈ方向とするとき、前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜は、前記スタックの前記高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域に設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜の少なくとも上方または下方の領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【請求項５】
請求項１〜３のうちの一項において、高さ方向を矢印Ｈ方向とし、矢印Ｈ方向と交差すると共に前記スタックが延びる方向を矢印Ｌ方向とするとき、前記スタックは、前記電解質膜をアノードおよびカソードで挟んだ構造をもつ前記燃料電池を矢印Ｌ方向に間隔を隔てて並設して形成されており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち前記輻射熱吸収膜は、前記スタックの前記高温領域に対面するように、矢印Ｈ方向の中間領域且つ矢印Ｌ方向の中間領域に設けられており、
前記通路形成部材の前記外壁面のうち矢印Ｈ方向において前記輻射熱吸収膜の上方または下方の領域には前記輻射熱吸収膜が設けられておらず、且つ、矢印Ｌ方向において前記輻射熱吸収膜よりも外方の領域には、前記輻射熱吸収膜が設けられていない燃料電池装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１１４８５３（Ｐ２０１３−１１４８５３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５８９９４（Ｐ２０１１−２５８９９４）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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