JP2010257779A - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】補助層の交換が容易な固体酸化物形燃料電池を提供すること。
【解決手段】燃料電池スタック５の両側に、補助層として、空気予熱器７と燃料ガス予熱器９とがそれぞれ積層されている。また、燃料電池スタック５と空気予熱器７と燃料ガス予熱器９とを貫いて、ボルト１１〜２５が配置されている、このボルト１１〜２５及びナット２７は、補助層７、９と燃料電池スタック５とを分離可能に一体に結束して固定するための連結部材である。従って、ボルト１１〜２５及びナット２７を緩めると、補助層７、９と燃料電池スタック５とを分離できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池セルを複数積層した固体酸化物形燃料電池スタックを備えた固体酸化物形燃料電池に関するものである。

従来より、燃料電池として、電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣは、例えば板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを、多数積層してスタック（燃料電池スタック）を形成し、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、燃料及び空気中の酸素を固体電解質体を介して化学反応させることによって電力を発生させるものである。

この固体酸化物形燃料電池は、６００〜１０００℃という高温で動作させるので、固体酸化物形燃料電池の運転温度を維持するための構造が必要になっている。
例えば下記特許文献１には、燃料電池スタックを、外部から供給される空気を加熱するための熱交換層や、外部から供給される燃料ガス(主に都市ガス、天然ガスなど)を改質するための改質層などの補助層で挟み込んで一体化する構造が開示されている。

特開平７−１３６３１５号公報

ところが、上記引用文献１には、燃料電池スタックと補助層とを一体化させる手法の開示がなく、一体化の検討が十分でないという問題があった。
つまり、一体化の手法としては、例えば燃料電池スタックと補助層とをロー付けや溶接により接合する方法が考えられるが、固体酸化物形燃料電池においては、劣化の激しい部分とそうでない箇所（例えば改質層等の補助層）とがあり、この方法では、補助層だけを交換することが難しいという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、補助層の交換が容易な固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。

（１）請求項１の発明は、固体酸化物形燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電を行う固体酸化物形燃料電池において、複数の前記固体酸化物形燃料電池セルを所定方向に積層した固体酸化物形燃料電池スタックと、前記燃料ガスを改質する改質器、前記発電後の残余の燃料ガスを燃焼する燃焼器、前記酸化剤ガスを予熱する酸化剤ガス予熱器、前記燃料ガスを予熱する燃料ガス予熱器、及び液体原料を気化する気化器の各機能のうち、少なくとも一つの機能を有する補助層と、を備え、前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とは、前記積層方向に配置されるとともに、前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とを前記積層方向に貫通するボルトにより、分離可能に一体化されていることを特徴とする。

本発明では、固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とは、固体酸化物形燃料電池セルの積層方向に配置されており、この固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とは、両者を積層方向に貫通するボルトにより、分離可能に一体化されている。

従って、例えば補助層が劣化した場合には、ボルトによる固定を緩めることによって、固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とを分離することができる。よって、劣化した補助層のみを取り外して交換することが容易である。

なお、補助層としては、１層又は（同一又は異なる機能を有する）複数層を採用でき、その配置も、固体酸化物形燃料電池スタックの一方のみに配置しても良いが、両方に配置してもよい。

また、前記ボルトは、ナット等と螺合して固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とを押圧して固定できるので、このボルトを用いて、複数の固体酸化物形燃料電池セルを押圧して固体酸化物形燃料電池スタックを一体化させてもよい。

（２）請求項２の発明は、前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層との間のガス流通は、前記ボルトが挿通される挿通孔を介して行われる構造であることを特徴とする。

本発明では、固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とを貫くようにボルトが配置されているので、このボルトが挿通される挿通孔（従ってボルトの外周と挿通孔の内周面の間に形成される空間等）を介して、燃料ガスや酸化剤ガス等のガス流通を行うことができる。これにより、固体酸化物形燃料電池を小型化することができる。

なお、ボルト内部に、例えば軸方向に伸びて挿通孔に開口する内部孔を形成し、この内部孔をガス流通のために用いてもよい。
（３）請求項３の発明は、前記固体酸化物形燃料電池にガスを供給するガス導入孔と、前記固体酸化物形燃料電池からガスを排出するガス排出孔との２種類のガス流通孔のうち、少なくとも前記ガス導入孔を備えるとともに、前記ガス流通孔は、前記補助層において前記ボルトが配置される箇所以外に設置されていることを特徴とする。

本発明では、ガス流通孔は、補助層においてボルトが配置される箇所以外に設置されているので、例えばボルトの内部にガス流路を形成する場合に比べて、ボルトの構造（従って固体酸化物形燃料電池の構成）を簡易化することができる。また、ボルトの強度も高めることができ、更に、ガスの圧損も低減することができ、ガス流路の径を大きくすることも容易になる。

（４）請求項４の発明は、前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする。
本発明では、固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とは、電気的に絶縁されているので、例えば補助層にガス配管を形成した場合には、ガス配管と固体酸化物形燃料電池スタックとが電気的に絶縁されることになる。これにより、例えばガス配管と固体酸化物形燃料電池スタックとの間のショートや漏電を防止する効果がある。

なお、固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とを電気的に絶縁する方法としては、固体酸化物形燃料電池スタックと補助層とをボルトで一体化する際に、固体酸化物形燃料電池スタックと補助層との間に配置する（ガスのリークを防止する）シール材を、電気絶縁性を有する材料にすることが考えられる。この電気絶縁性のシール材としては、マイカシート、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等、各種の材料を使用することができる。

（ａ）は実施例１の固体酸化物形燃料電池の平面図、（ｂ）は固体酸化物形燃料電池の側面図である。 固体酸化物形燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。 固体酸化物形燃料電池内部のガス流路を模式的に示す説明図である。 （ａ）は空気予熱器の外側層のガス流路を示す説明図、（ｂ）は空気予熱器の内側層のガス流路を示す説明図、（ｃ）は燃料ガス予熱器の内側層のガス流路を示す説明図、（ｄ）は燃料ガス予熱器の外側層のガス流路を示す説明図である。 （ａ）は空気の流路を示す説明図、（ｂ）は燃料ガスの流路を示す説明図である。 実施例２の固体酸化物形燃料電池を模式的に示す説明図である。 実施例３の固体酸化物形燃料電池を模式的に示す説明図である。 実施例４の固体酸化物形燃料電池を模式的に示す説明図である。 実施例５の固体酸化物形燃料電池を模式的に示す説明図である。

以下、本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の実施例について図面を用いて説明する。

ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池の概略構成について説明する。
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電を行う装置である。

この固体酸化物形燃料電池１は、発電単位である平板形の燃料電池セル３が複数個積層された燃料電池スタック５と、燃料電池スタック５の積層方向の両側に配置された補助層７、９と、燃料電池スタック５及び両補助層７、９を貫く複数のボルト１１〜２５と、各ボルト１１〜２５の両端に螺合する各ナット２７（総称）と、空気を固体酸化物形燃料電池１に供給する空気導入管２９と、発電後の空気を固体酸化物形燃料電池１から排出する空気排出管３１と、燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１に供給する燃料導入管３３と、発電後の燃料ガスを固体酸化物形燃料電池１から排出する燃料排出管３５とを備えている。以下、各構成について説明する。

・図２に分解して示すように、前記燃料電池セル３は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり、燃料ガス流路３７側には、燃料極（アノード）３９が配置されるとともに、燃料極３９の図２上側の表面には薄膜の固体電解質体４１が形成される。その固体電解質体４１の空気流路４５側の表面には、空気極（カソード）４３が形成されている。なお、前記燃料電池スタック５は、複数個の燃料電池セル３が電気的に直列に接続されたものである。

固体電解質体４１としては、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また、燃料極３７としては、Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用でき、空気極４３としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。

空気極４３と図２上方の金属製のインターコネクタ４７との間には、その導通を確保するために集電体４９が配置されている。なお、ここでは、燃料極３９と固体電解質体４１と空気極４３とをセル本体５１と称する。

詳しくは、燃料電池セル３は、上下一対の金属製のインターコネクタ４７、４７の間に、空気流路４５側の金属製の四角枠状の空気極フレーム５３と、セラミックス製の四角枠状の絶縁フレーム５５と、セル本体５１を接合して配置するとともにガス流路を遮断する金属製の四角枠状のセパレータ５７と、燃料ガス流路３７側の金属製の四角枠状の燃料極フレーム５９とを備えている。

つまり、インターコネクタ（その外周縁部）４７と空気極フレーム５３と絶縁フレーム５５とセパレータ（その外周縁部）５７と燃料極フレーム５９とにより、燃料電池セル３の枠部６１が構成されており、この枠部６１に、ボルト１１〜２５が貫挿される挿通孔６３が形成されている。

・図３に模式的に示すように、前記補助層７、９は、燃料電池スタック５の発電を補助する平板形の層であり、燃料ガスを改質する改質器、発電後の残余の燃料ガスを燃焼する燃焼器、酸化剤ガス（例えば空気）を予熱する酸化剤ガス予熱器（空気予熱器）、燃料ガス（例えば水素）を予熱する燃料ガス予熱器、及び液体原料を気化する気化器の各機能のうち、少なくとも一つの機能を有する補助層である。

本実施例では、補助層７、９として、燃料電池スタック５の一方（図３上方）に空気予熱器７を備え、他方（図３下方）に燃料ガス予熱器９を備えた例を挙げる。この空気予熱器７は、燃料電池スタック５に導入される空気と燃料電池スタック５から排出される（発電後の）空気との間で熱交換を行うために、内側層６５と外側層６７の２層構造を備えている。同様に、燃料ガス予熱器９も、燃料電池スタック５に導入される燃料ガスと燃料電池スタック５から排出される（発電後の）燃料ガスとの間で熱交換を行うために、内側層６９と外側層７１とを備えている。

また、空気予熱器７の外側表面（図３上方）には、空気を空気予熱器７内に導入する空気導入孔７３と連通するように、空気導入管２９が（例えばロウ付けや溶接により）接合され、更に、同外側表面には、発電後の空気を空気予熱器７外に排出する空気排出孔７５と連通するように、空気排出管７５が接合されている。同様に、燃料ガス予熱器９の外側表面（図３下方）には、燃料ガスを燃料ガス予熱器９内に導入する燃料導入孔７７と連通するように、燃料導入管３３が接合され、更に、同外側表面には、発電後の燃料ガスを燃料ガス予熱器９外に排出する燃料排出孔７９と連通するように、燃料排出管３５が接合されている。

なお、空気導入管２９と空気排出管３１と燃料導入管３３と燃料排出管３５とは、前記ボルト１１〜２５の配置と同様な配置で設置されている（図１（ａ）参照）。
更に、燃料電池スタック５と空気予熱器７との間、及び燃料電池スタック５と燃料ガス予熱器９との間には、各部材間を電気的に絶縁し且つガスをシールするために、電気絶縁性及びガスシール性を有するシール材８１が配置されている。なお、このシール材８１としては、例えばマイカシート、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等、各種の材料を使用することができる。

また、図３上方のナット２７と空気予熱器７との間、及び図４下方のナット２７と燃料ガス予熱器９との間にも、各部材間を電気的に絶縁し且つガスをシールするために、前記シール材８１と同様なシール材８３が配置されている。

ｂ）次に、本実施例の要部であるボルト１１〜２５による固定等について説明する。
前記図１に示すように、ボルト１１〜２５及びナット２７は、補助層７、９と燃料電池スタック５とを分離可能に一体に結束して固定するための連結部材である。なお、ボルト１１〜２５及びナット２７から構成される連結部材としては、一端に頭部を有するボルトの他端にナットを取り付ける構成としてもよい。

従って、このボルト１１〜２５及びナット２７によって、固体酸化物形燃料電池１を積層方向に締め付けると、補助層７、９と燃料電池スタック５とを一体に固定できる。逆に、ボルト１１〜２５及びナット２７による固定を緩めると、補助層７、９と燃料電池スタック５とを分離することができる。

また、ボルト１１〜２５のうち、固体酸化物形燃料電池１の四隅に配置された４本のボルト１１、１５、１９、２３は、単に補助層７、９と燃料電池スタック５とを固定するためのみに使用されるボルトである。

一方、他のボルト１３、１７、２１、２５は、補助層７、９と燃料電池スタック５との固定とともに、ガスを流通させる流路として用いられる。即ち、後に詳述する様に、ボルト１７、２５が貫挿される挿通孔６３は、空気の流路として用いられ、ボルト１３、２１が貫挿される挿通孔６３は、燃料ガスの流路として用いられる。

なお、燃料電池スタック５は複数の燃料電池セル３が積層されたものであるが、この複数の燃料電池セル３が、ボルト１１〜２５及びナット２７によって固定されている場合には、ボルト１１〜２５及びナット２７を緩めると、各燃料電池セル３も分離する。一方、各燃料電池セル３同士がロウ材等により一体化されている場合には、ボルト１１〜２５及びナット２７を緩めても、燃料電池スタック５と補助層７、９とが分離するのみである。

ｃ）次に、本実施例におけるガスの流路について説明する。
＜空気の流路＞
図３に示す様に、空気は、空気導入管２９から空気予熱器７の空気導入孔７３を介して、空気予熱器７の内側層６５（詳しくは図４（ｂ）に示す内側層６５のガス流路８５）に導入される。

この空気は、空気予熱器７の外側層６７（詳しくは図４（ａ）に示す外側層６７のガス流路８７）を流れる発電後の高温の空気との間で熱交換が行われることにより、予熱される。

予熱後の空気は、ボルト２５の周囲の挿通孔６３を通って、各燃料電池セル３の空気流路４５に分配供給される（図５（ａ）参照）。
各燃料電池セル３にて発電に寄与した残余の空気は、ボルト１７の周囲の挿通孔６３を通って、空気予熱器７の外側層６７に導入され、上述した熱交換の後に、空気排出孔７５から空気排出管３１を介して、外部に外出される。

＜燃料ガスの流路＞
燃料ガスは、燃料導入管３３から燃料ガス予熱器９の燃料導入孔７７を介して、燃料ガス予熱器９の外側層７１（詳しくは図４（ｄ）に示す外側層７１のガス流路９１）に導入される。

この燃料ガスは、燃料ガス予熱器９の内側層６９（詳しくは図４（ｃ）に示す内側層６９のガス流路９３）を流れる発電後の高温の燃料ガスとの間で熱交換が行われることにより、予熱される。

予熱後の燃料ガスは、ボルト２１の周囲の挿通孔６３を通って、各燃料電池セル３の燃料ガス流路３７に分配供給される（図５（ｂ）参照）。
各燃料電池セル３にて発電に寄与した残余の燃料ガスは、ボルト１３の周囲の挿通孔６３を通って、燃料ガス予熱器９の内側層６９に導入され、上述した熱交換の後に、燃料排出孔７９から燃料排出管３５を介して、外部に外出される。

ｄ）本実施例の効果について説明する。
本実施例では、燃料電池スタック５と補助層である空気予熱器７及び燃料ガス予熱器９とは、燃料電池セル３の積層方向に配置されており、この燃料電池スタック５と補助層７、９とは、それらを積層方向に貫通するボルト１１〜２５により、分離可能に一体化されている。

従って、補助層７、９が劣化した場合には、ボルト１１〜２５による固定を緩めることによって、燃料電池スタック５と補助層７、９とを分離することができる。よって、劣化した補助層７、９のみを取り外して交換することが容易である。

また、本実施例では、燃料電池スタック５と補助層７、９とを貫くようにボルト１１〜２５が配置されているので、このボルト１１〜２５（このうちボルト１３、１７、２１、２５）が挿通される挿通孔６３を介して、燃料ガスや空気等のガス流通を行うことができる。これにより、固体酸化物形燃料電池１を小型化することができる。

更に、本実施例では、空気導入孔７３、空気排出孔７５、燃料ガス導入孔７７、燃料ガス排出孔７９は、補助層７、９においてボルト１１〜２５が配置される箇所以外に設置されている。よって、ボルト１３、１７、２１、２５の内部にガス流路を形成する場合に比べて、ボルト１３、１７、２１、２５（従って固体酸化物形燃料電池１）の構成を簡易化することができる。また、ボルト１３、１７、２１、２５の強度も高めることができ、更に、ガスの圧損も低減することができ、ガス流路の径を大きくすることも容易になる。

その上、本実施例では、燃料電池スタック５と補助層７、９とは、電気的に絶縁されているので、例えば補助層７、９にガス配管（空気導入管２９、空気排出管３１、燃料ガス導入管３３、燃料ガス排出管３５）を形成しても、ガス配管と燃料電池スタック５とが電気的に絶縁されることになる。これにより、ガス配管と燃料電池スタックと５の間のショートや漏電を防止する効果がある。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池１０１は、燃料電池スタック１０３の一方の側（図６上方）に平板状の２層構造の空気予熱器１０５を設けるとともに、他方の側（図６下方）に平板状の改質器１０７を設け、燃料電池スタック１０３と空気予熱器１０５と改質器１０７とを、ボルト１０９〜１１５にて分離可能に一体に結合したものである。

この改質器１０７の内部には、改質触媒（例えば、Ｎｉ触媒、Ｒｕ触媒、Ｒｈ触媒、Ｐｔ触媒など）が充填されており、外部から供給される炭化水素ガス(主に都市ガス、天然ガス)を改質する機能、即ち、水素リッチの燃料ガスに改質する機能を有する。なお、改質方式としては水蒸気改質や部分改質などあるがいずれの方式でも良い。

また、空気予熱器１０５の外側平面には、空気導入管１１７と空気排出管１１９とが接続されるとともに、改質器１０７の外側平面には、燃料導入管１２１と燃料排出管１２３とが接続されている。

本実施例では、前記実施例１と同様に、空気導入管１１９から空気が導入されて、空気予熱器１０５にて（排出される空気と）熱交換されて予熱され、予熱後の空気はボルト１１１の挿通孔１２５を介して各燃料電池セル（図示せず）に導入される。そして、発電後の空気は、他のボルト１１５の挿通孔１２７を介して、空気予熱器１０５に導入され、空気予熱器１０５にて熱交換された後に、空気排出管１１７から外部に排出される。

一方、燃料導入管１２１から改質器１０７に導入された燃料は、改質触媒にて水素リッチに改質された後に、他のボルト１０９の挿通孔１２９を介して各燃料電池セルに導入される。そして、発電後の燃料ガスは、他のボルト１１３の挿通孔１３１を介して、燃料排出管１２３から外部に排出される。

本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、燃料ガスの改質を行うことができる。

次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図７に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池１３１は、燃料電池スタック１３３の一方の側（図７上方）に平板状の２層構造の空気予熱器１３５を設けるとともに、他方の側（図７下方）に平板状の燃焼器１３７を設け、更に、燃焼器１３７の外側に平板状の改質器１３９を設け、燃料電池スタック１３３と空気予熱器１３５と燃焼器１３７と改質器１３９とを、ボルト１４１〜１４７にて分離可能に一体に結合したものである。

この燃焼器１３７の内部には、接触燃焼触媒（例えば、Ｐｔ触媒、Ｐｄ触媒など）が充填されており、発電後の残余の燃料ガスと空気とを混合して燃焼させる。これにより、燃料電池セル（図示せず）の通過ガスの中に含まれている未燃ガスが燃焼されて無害化される。

また、空気予熱器１３５の外側平面には、空気導入管１４９が接続されるとともに、改質器１３９の外側平面には、燃料導入管１５１と燃料ガス排出管１５３とが接続されている。

本実施例では、前記実施例１と同様に、空気導入管１４９から空気が導入されて、空気予熱器１３５にて（排出される空気と）熱交換されて予熱され、予熱後の空気はボルト１４１の挿通孔１５５を介して各燃料電池セルに導入される。発電後の空気は、他のボルト１４７の挿通孔１５７を介して、燃焼器１３７に導入される。

一方、燃料導入管１５１から改質器１３９に導入された燃料は、改質触媒にて水素リッチに改質された後に、他のボルト１４１の挿通孔１５９を介して各燃料電池セルに導入される。発電後の燃料ガスは、他のボルト１４５の挿通孔１６１を介して、燃焼器１３７に導入される。

そして、燃焼器１３７に導入された残余の空気と燃料ガスとが燃焼し、その燃焼ガス（排ガス）は、燃焼ガス排出管１５３から外部に排出される。
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、残余の空気と燃料ガスとの燃焼を行うことができる。

次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図８に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池１７１は、燃料電池スタック１７３の一方の側（図８下方）に平板状の燃焼器１７５を設け、更に燃焼器１７５の外側に平板状の改質器１７７を設け、更に改質器１７７の外側に２層構造の空気予熱器１７９を設け、燃料電池スタック１７３と燃焼器１７５と改質器１７７と空気予熱器１７９とを、ボルト１８１〜１８７にて分離可能に一体に結合したものである。

この空気予熱器１７９は、外部から導入される空気と排ガスとの間で熱交換を行うものである。
また、空気予熱器１７９の外側平面には、空気導入管１８９と燃料導入管１９１と燃料ガス排出管１９３とが接続されている。

本実施例では、空気導入管１８９から空気が導入されて、空気予熱器１７９にて（排ガスと）熱交換されて予熱され、予熱後の空気はボルト１８３の挿通孔１９５を介して各燃料電池セル（図示せず）に導入される。発電後の空気は、他のボルト１８７の挿通孔１９７を介して、燃焼器１７５に導入される。

一方、燃料導入管１９１から改質器１７７に導入された燃料は、改質触媒にて水素リッチに改質された後に、他のボルト１８１の挿通孔１９９を介して各燃料電池セルに導入される。発電後の燃料ガスは、他のボルト１８５の挿通孔２０１を介して、燃焼器１７５に導入される。

そして、燃焼器１７５に導入された残余の空気と燃料ガスとが燃焼し、その排ガスは、燃焼ガス排出管１９３から外部に排出される。
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、燃料の改質と残余の空気と燃料ガスとの燃焼を行うことができる。

次に、実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図９に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池２１１は、燃料電池スタック２１３の一方の側（図９上方）に平板状の第１燃焼器２１５を設け、更に第１燃焼器２１５の外側に一層構造の空気予熱器２１７を設けるとともに、他方の側（図９上方）に平板状の第２燃焼器２１９を設け、更に第２燃焼器２１９の外側に改質器２２１を設けたものである。

そして、この固体酸化物形燃料電池２１１では、空気予熱器２１７と第１燃焼器２１５と燃料電池スタック２１３と第２燃焼器２１９と改質器２２１とを、ボルト２２３〜２３１にて分離可能に一体に結合したものである。

この空気予熱器２１７は、外部から導入される空気と第１燃焼器２１５の排ガスとの間で熱交換を行うものである。
また、空気予熱器２１７の外側平面には、空気導入管２３３が接続され、改質器２２１の外側表面には、燃料導入管２３５と燃料ガス排出管２３７とが接続されている。

本実施例では、空気導入管２３３から空気が導入されて、空気予熱器１７９にて（第１燃焼器２１５の排ガスと）熱交換されて予熱され、予熱後の空気はボルト２２５の挿通孔２３９を介して各燃料電池セル（図示せず）に導入される。発電後の空気は、他のボルト２２９の挿通孔２４１を介して、第１燃焼器２１５に導入される。

一方、燃料導入管２３５から改質器２２１に導入された燃料は、改質触媒にて水素リッチに改質された後に、他のボルト２２３の挿通孔２４３を介して各燃料電池セルに導入される。発電後の燃料ガスは、他のボルト２２７の挿通孔２４５を介して、第１燃焼器２１５に導入される。

そして、第１燃焼器２１５に導入された残余の空気と燃料ガスとが燃焼し、その排ガスは、他のボルト２３１の挿通孔２４７を介して、更に第２燃焼器２１９に導入されて完全に燃焼し、その排ガスは燃焼ガス排出管２３７から外部に排出される。

本実施例においても、前記実施例４と同様な効果を奏するとともに、十分に排ガスの燃料を行うことができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

例えば補助層として、液体原料（例えば水）を気化する気化器を採用できる。この気化器で気化された例えば水は、改質器にて燃料の改質に使用することができる。

１、１３１、１７１、２１１…固体酸化物形燃料電池
３…燃料電池セル
５…燃料電池スタック
７、１０５、１３５、１７９、２１７…空気予熱器
９…燃料ガス予熱器
１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３、２５…ボルト
３９…燃料極
４１…固体電解質体
４３…空気極
７３…空気導入孔
７５…空気排出孔
７７…燃料導入孔
７９…燃料排出孔
８１、８３…シール材
１０７、１３９、１７７、２２１…改質器
１３７、１７５、２１５、２１９…燃焼器

Claims (4)

1. 固体酸化物形燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して発電を行う固体酸化物形燃料電池において、
   複数の前記固体酸化物形燃料電池セルを所定方向に積層した固体酸化物形燃料電池スタックと、
   前記燃料ガスを改質する改質器、前記発電後の残余の燃料ガスを燃焼する燃焼器、前記酸化剤ガスを予熱する酸化剤ガス予熱器、前記燃料ガスを予熱する燃料ガス予熱器、及び液体原料を気化する気化器の各機能のうち、少なくとも一つの機能を有する補助層と、
   を備え、
   前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とは、前記積層方向に配置されるとともに、前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とを前記積層方向に貫通するボルトにより、分離可能に一体化されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
2. 前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層との間のガス流通は、前記ボルトが挿通される挿通孔を介して行われる構造であることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
3. 前記固体酸化物形燃料電池にガスを供給するガス導入孔と、前記固体酸化物形燃料電池からガスを排出するガス排出孔との２種類のガス流通孔のうち、少なくとも前記ガス導入孔を備えるとともに、前記ガス流通孔は、前記補助層において前記ボルトが配置される箇所以外に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体酸化物形燃料電池。
4. 前記固体酸化物形燃料電池スタックと前記補助層とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池。