JP2013243150A

JP2013243150A - 固体酸化物形燃料電池のオフガス燃焼装置及びオフガス燃焼方法

Info

Publication number: JP2013243150A
Application number: JP2013151130A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Tominaga; 隆一冨永; Shinji Amo; 伸二天羽
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP5567721B2

Abstract

【課題】固体酸化物形燃料電池バンドルの温度勾配を低減して発電効率を改善し、セルスタックやバンドルの構成部材の破損を防止することができる固体酸化物形燃料電池のオフガス燃焼装置及びオフガス燃焼方法を得る。
【解決手段】
横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給するようにしてなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置及び燃焼方法。
【選択図】図７

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池のオフガス燃焼装置及びオフガス燃焼方法に関し、より具体的には、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガス燃焼装置及びオフガス燃焼方法に関する。固体酸化物形燃料電池バンドルは、一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する多孔質の絶縁性支持基体の外面に複数個のセルをもつ固体酸化物形燃料電池スタックの複数個を面平行に併置して構成される。

固体酸化物形燃料電池〔ＳＯＦＣ（＝Solid Oxide Fuel Cell）、以下適宜ＳＯＦＣと略称する〕は、一般的には、作動温度が８５０〜１０００℃程度と高いが、最近ではそれ以下、６５０〜８５０℃程度の作動温度のものも開発されつつある。ＳＯＦＣでは、電解質材料を挟んで燃料極と空気極（酸化剤として酸素が用いられる場合は酸素極）が配置され、燃料極／電解質／空気極の三層ユニットで単電池すなわちセルが構成される。

ＳＯＦＣの運転時には、セルの燃料極側に燃料を通し、空気極側に酸化剤として空気を通して、両電極を外部負荷に接続することで電力が得られる。ところが、セル一つでは高々０．７〜０．８Ｖ程度の電圧しか得られないので、実用的な電力を得るためにセルスタックとして、すなわち複数のセルを電気的に直列に接続してスタック化して構成される。

空気極側に導入される空気中の酸素は空気極で酸化物イオン（Ｏ^2-）となり、電解質を通って燃料極に至る。ここで、燃料極側に導入される燃料（Ｈ₂、ＣＯ）と反応して電子を放出し、電気と水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）等の反応生成物を生成する。空気極での利用済み空気は空気極オフガスとして排出され、それら反応生成物を含む利用済み燃料は燃料極オフガスとして排出される。

ところで、ＳＯＦＣにおいては、燃料極側に供給した燃料のうち約１０〜２０％は未利用で排出される。供給燃料のうち発電に使用されなかった未利用燃料については、従来、燃焼させることでＳＯＦＣの運転温度を保つエネルギーなどとして使用されている。また、セルスタックの運転時においては、各セルでの温度の高低により、その性能が大きく変化する。温度分布差が大きいと、一部のセルにおいては低い温度で発電することが強いられるため、セルスタック全体としての平均的な運転温度が低下し、電池性能が低下する。また、セルスタック内の温度差は、セルやセルスタック構成部材に熱膨張の差を生じ、それら構成部材の破損につながる。

図１は特開２００３−２４９２５６号公報や特開２００４−０３９４２８号公報に記載されたセルスタックを説明する図で、図１（ａ）は全体の縦断面図、図１（ｂ）はそのうちセルスタックを含む部分を取り出し、拡大して示した図である。図１において、１０１は発電装置、１０５はセルスタックであり、セルスタック１０５は断熱容器１０２内の下部に配置されている。セルスタック１０５は間隔を置いた複数のセル１０４で構成され、各セル１０４の燃料流路には燃料供給管１０３が連結されている。

特開２００３−２４９２５６号公報特開２００４−０３９４２８号公報

その運転時において、燃料が供給管１０３から導入され、空気が供給管１０６から導入され、熱交換器１０７で予熱される。予熱空気は分配管１０８を経て、その先端からセルスタック１０５の各セル間に供給される。矢印１０９は空気の折り返し流れ方向である。セルの一端部より排出された利用済み燃料中の未利用の燃料は空気極オフガスにより燃焼域で燃焼する。その燃焼熱は、空気供給管１０６から導入される空気の予熱やセルスタック１０５の温度を保持するために利用される。

したがって、セルスタック１０５の燃料導入部近傍のセルの温度と燃料排出端部のセルの温度では、温度差すなわち温度勾配が大きくなり、セルスタック１０５全体を均等な温度とすることができない。

また、燃料極オフガスと空気極オフガスの混合が成り行きであるために、それぞれの極の出口近傍で火炎が形成されてしまうため、燃焼熱が電池バンドルに伝わりやすく、電池バンドルの熱劣化を早めてしまう。さらに、電池バンドル先端における燃料極オフガスと空気極オフガスの混合が成り行きであるために完全混合に至らず、燃焼が不完全に終わってしまい、ＣＯやＣＨ₄などが未燃のまま排出されてしまう。そのため、排ガス浄化触媒によりＣＯやＣＨ₄などを除去する必要がある。

本発明は、従来の固体酸化物形燃料電池において生じるそれらの問題を横縞方式の固体酸化物形燃料電池において解決するためになされたもので、セルスタック、複数のセルスタックで構成したバンドル内の温度勾配を低減して、発電効率を改善し、セルやセルスタックやバンドルの構成部材の破損を防止することができる横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置及びオフガス燃焼方法を提供することを目的とするものである。

本発明（１）は、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を抑制するような混合抑制領域を形成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（１）は参考発明である。

本発明（２）は、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を促進するような混合促進領域を形成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（２）は参考発明である。

本発明（３）は、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスについて、前記燃料電池バンドルの先端近傍においては混合を抑制するような混合抑制領域と、前記燃料電池バンドルの先端近傍外においては混合を促進するような混合促進領域とを形成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（３）は参考発明である。

本発明（１）〜（３）においては、燃料電池バンドル先端部において、燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を抑制することにより燃焼熱が燃料電池バンドルに伝わりにくくする構成、構造と、燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を促進することにより燃焼排ガス性状を改善する構成、構造を付け加えるものである。ここで、燃焼排ガス性状を改善するとは、燃焼排ガス中の未燃のＣＯやＣＨ₂を減少させることをいう。この点、本明細書中「燃焼排ガス性状を改善する」との語句について同じである。

本発明（４）は、本発明（１）、（３）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、延伸させる仕切り板により形成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（４）は参考発明である。

本発明（５）は、本発明（２）、（３）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、延伸させる仕切り板に孔部を設けることにより形成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（５）は参考発明である。

本発明（６）は、本発明（２）、（３）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスの流路に、邪魔板を設けることにより形成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（６）は参考発明である。

本発明（７）は、本発明（２）、（３）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスの流路に、棒材を設けることにより形成してなることを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（７）は参考発明である。

本発明（８）は、横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給するようにしてなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（８）は本願請求項１に係る発明である。

本発明（９）は、本発明（８）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスをジグザグ状に流通させる、複数の邪魔板により形成してなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（９）は本願請求項２に係る発明である。

本発明（１０）は、本発明（８）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスをジグザグ状に流通させる、複数の横棒（棒材）により形成してなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（１０）は本願請求項３に係る発明である。

本発明（１１）は、横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域は縦方向に延長した混合促進領域を有してなり、且つ、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給するようにしてなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（１１）は本願請求項４に係る発明である。

本発明（１２）は、本発明（１１）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成してなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（１２）は本願請求項５に係る発明である。

本発明（１３）は、本発明（１１）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成してなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（１３）は本願請求項６に係る発明である。

本発明（１４）は、本発明（１１）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成してなり、且つ、前記複数の邪魔板を上下方向に直交して配置してなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（１４）は本願請求項７に係る発明である。

本発明（１５）は、本発明（１１）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置において、前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成してなり、且つ、前記複数の横棒を上下方向に直交して配置してなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置である。
本発明（１５）は本願請求項８に係る発明である。

本発明（１６）は、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法であって、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスとの混合を抑制するような混合抑制領域を形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（１６）は参考発明である。

本発明（１７）は、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法であって、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスとの混合を促進するような混合促進領域を形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（１７）は参考発明である。

本発明（１８）は、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法であって、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスについて、前記燃料電池バンドルの先端近傍においては混合を抑制する混合抑制領域と、前記燃料電池バンドルの先端近傍外においては混合を促進する混合促進領域とを形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（１８）は参考発明である。

本発明（１６）〜（１８）においては、燃料電池バンドル先端部において、燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を抑制することにより燃焼熱が燃料電池バンドルに伝わりにくくする構成と、燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を促進することにより燃焼排ガス性状を改善する構成を付け加えるものである。

本発明（１９）は、本発明（１６）、（１８）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、延伸させる仕切り板により形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（１９）は参考発明である。

本発明（２０）は、本発明（１７）、（１８）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、延伸させる仕切り板に孔部を設けることにより形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２０）は参考発明である。

本発明（２１）は、本発明（１７）、（１８）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスの流路に、邪魔板を設けることにより形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２１）は参考発明である。

本発明（２２）は、本発明（１７）、（１８）の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から排出される燃料極オフガスと空気極オフガスの流路に、棒材を設けることにより形成することを特徴とする固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２２）は参考発明である。

本発明（２３）は、横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２３）は本願請求項９に係る発明である。

本発明（２４）は、本発明（２３）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと、空気極オフガスをジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２４）は本願請求項１０に係る発明である。

本発明（２５）は、本発明（２３）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２５）は本願請求項１１に係る発明である。

本発明（２６）は、横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域は縦方向に延長した混合促進領域を有してなり、且つ、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２６）は本願請求項１２に係る発明である。

本発明（２７）は、本発明（２６）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２７）は本願請求項１３に係る発明である。

本発明（２８）は、本発明（２６）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、
前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２８）は本願請求項１４に係る発明である。

本発明（２９）は、本発明（２６）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成し、且つ、前記複数の邪魔板を上下方向に直交して配置することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（２９）は本願請求項１５に係る発明である。

本発明（３０）は、本発明（２６）の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法において、前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成し、且つ、前記複数の横棒を上下方向に直交して配置することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法である。
本発明（３０）は本願請求項１６に係る発明である。

本発明の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置及び燃焼方法によれば、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部における燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を抑制することにより、燃焼による発熱位置を燃料電池バンドルの先端部から遠ざけ、燃料電池バンドルの熱分布差を軽減することにより燃料電池バンドルの寿命を長くすることができる。

また、本発明の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置及び燃焼方法によれば、固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部における燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を抑制に続き、燃料極オフガスと空気極オフガスの混合を促進することにより、燃料極オフガスと空気極オフガスの燃焼が改善される。また、その結果として、燃焼排ガス中のＣＯやＣＨ₄などが低減することになり、排ガス浄化用の触媒使用量を少なくできるなど、排ガス浄化にかかる負荷を軽減することができる。

図１は先行技術のセルスタックを説明する図である。図２は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例１を説明する図である。図３は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例２を説明する図である。図４は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例２を説明する図である。図５は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例３を説明する図である。図６は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例３を説明する図である。図７は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例４を説明する図である。図８は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例５、６を説明する図である。図９は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例７を説明する図である。図１０は本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例８、９を説明する図である。

本発明の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置及び燃焼方法における、固体酸化物形燃料電池バンドルで用いるＳＯＦＣセルスタックは、中空部を有する多孔質絶縁性の支持基体の外面に燃料極、電解質及び空気極からなるセルの複数個を横縞状に配置することで構成される。その中空部が燃料流路となり、その一端から他端に燃料が流通する。燃料流路は一個または複数の燃料流路とすることができる。また、その燃料流路は、その断面を長方形状、四角形状、円形状、楕円形状その他適宜の形状とすることができる。

多孔質絶縁性の支持基体の構成材料の例としては下記（１）〜（４）の材料が挙げられるが、これら例示の材料に限定されない。（１）Ｎｉ若しくはＮｉ酸化物（ＮｉＯ）と希土類元素の酸化物が固溶したＺｒＯ₂とからなる材料。その酸化物を構成する希土類元素の例としては、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒなどが挙げられる。そのうち、特にＹが好ましく、その酸化物のうち特にＹ₂Ｏ₃がより好ましい。（２）スピネル。（３）フォルステライト。（４）ジルコン酸カルシウム。

〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例１〉
本発明のＳＯＦＣバンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置及び燃焼方法におけるＳＯＦＣバンドルは、ＳＯＦＣセルスタックを用いて構成される。図２はその構成例１を説明する図である。図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）はその一部である仕切板１０、１１を取り出して示した図である。図２（ｃ）は、そのうち仕切板１０の斜視図である。

図２中、３は扁平状で中空部２を有する多孔質絶縁性の支持基体であり、その中空部２が燃料流路２となる。符号２は中空部、燃料流路を示している。図２には支持基体３が３個の場合を示しているが、その数は適宜選定される。中空部２は、その一端に燃料導入用の開孔を有し、その他端に利用済み燃料排出用の開孔を有し、開孔が利用済み燃料すなわち燃料極オフガスの排出孔となる。

多孔質絶縁性の支持基体３の表裏両面に燃料極、電解質及び空気極からなるセル６の複数個が配置される。図２には、セル６が支持基体３の表裏両面に合計４個の配置された場合を示しているが、その数は適宜選定される。隣接するセル６間はインターコネクタにより電気的に直列に接続されているが、図示は省略している。こうしてＳＯＦＣセルスタックが構成される。

このように、本構成例１でのＳＯＦＣセルスタックは、燃料導入孔側から、利用済み燃料排出孔側に燃料が流通する燃料流路２を有する多孔質の絶縁性支持基体３の表裏両面に複数個のセルを有している。支持基体３の横断面は、断面矩形状、横断面四角形状、横断面楕円形状その他各種形状に構成される。そのように構成したＳＯＦＣセルスタックの複数個によりＳＯＦＣバンドルを構成する。

本発明においては、燃料流路２からの利用済み燃料排出孔側に混合抑制領域Ａを設け、これに続き混合促進領域Ｂを設ける。図２（ａ）、（ｂ）のとおり、混合抑制領域Ａは、支持基体３の燃料極オフガス排出端部から延伸させた仕切板１０、１１とを交互に配置することで構成される。混合抑制領域Ａにおいて、仕切板１０と仕切板１１との間で交互に空気極オフガス流路と燃料極オフガス流路とが形成される。

混合抑制領域Ａに続き設ける混合促進領域Ｂは仕切板１０と１１によって構成される。混合抑制領域Ａに続く混合促進領域Ｂは、隣接する仕切板１０と１１間で形成される空間によって構成される。各仕切板１０には、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、燃料極オフガス及び空気極オフガスの流れを変えるための突起１２、１４を備える。

混合促進領域Ｂにおいては、隣接する仕切板１１間の空間（空隙）において空気極オフガスと燃料極オフガスとの混合領域が形成される。混合促進領域Ｂにおいては、突起１２、１４の作用などにより空気極オフガスと燃料極オフガスとの混合が促進され、燃焼排ガスの性状が改善される。

〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例２〉
本発明で対象とするＳＯＦＣバンドルは、ＳＯＦＣセルスタックを用いて構成される。図３はその構成例２を説明する図である。図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のうち、混合促進領域Ｂの領域を示す斜視図である。

図３中、下端部から混合抑制領域Ａまでは〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例１〉と同様であるが、以下それを含めて順次説明する。３は扁平状で中空部２を有する多孔質絶縁性の支持基体で、その中空部２が燃料流路２となる。図３には支持基体３が３個の場合を示しているが、その数は適宜選定される。中空部２は、その一端に燃料導入用の開孔を有し、その他端に利用済み燃料排出用の開孔を有する。そして、当該利用済み燃料排出用の開孔が利用済み燃料すなわち燃料極オフガスの排出孔となる。

多孔質絶縁性の支持基体３の表裏両面に燃料極、電解質及び空気極からなるセル６の複数個が配置される。図３には、セル６が支持基体３の表裏両面に合計４個の配置された場合を示しているが、その数は適宜選定される。隣接するセル６間はインターコネクタにより電気的に直列に接続されているが、図示は省略している。こうしてＳＯＦＣセルスタックが構成される。

このように、本構成例２でのＳＯＦＣセルスタックにおいても、燃料導入孔側から、利用済み燃料排出孔側に燃料が流通する燃料流路２を有する多孔質の絶縁性支持基体３の表裏両面に複数個のセルを有している。支持基体３の横断面は、断面矩形状、横断面四角形状、横断面楕円形状その他各種形状に構成される。そのように構成したＳＯＦＣセルスタックの複数個によりＳＯＦＣバンドルを構成する。

〈混合抑制領域Ａ、混合促進領域Ｂについて〉
本発明においては、燃料流路２からの利用済み燃料排出口側に混合抑制領域Ａを設け、これに続き混合促進領域Ｂを設ける。図３（ａ）のとおり、混合抑制領域Ａは、支持基体３の燃料極オフガス排出端部から延伸させた仕切板２１と仕切板２２とを交互に配置することで構成される。仕切板２１、２２の長さは、混合抑制領域Ａの長さと同じか、ほぼ同じにする。混合抑制領域Ａにおいて、仕切板２１と仕切板２２との間で空気極オフガス流路と燃料極オフガス流路が交互に形成され、両オフガスの混合が抑制される。

混合抑制領域Ａに続き設ける混合促進領域Ｂは、複数の邪魔板２３と複数の邪魔板２４によって構成される。複数の邪魔板２３と複数の邪魔板２４とを混合促進領域Ｂの上下幅の長さと同じか、ほぼ同じ長さに配置する。ここで、図３（ａ）〜（ｂ）中、符号２３、２４で示す板体は、短冊状の板体で、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように板面が水平となるように配置されるが、空気極オフガスと燃料極オフガスの下方から上方への流れを遮り横方向へ変える板との意味で“邪魔板”と称している。

図３（ａ）〜（ｂ）のとおり、一方のグループの各邪魔板２３を横方向に等間隔に配置し、他方のグループの各邪魔板２４を横方向に等間隔に配置する。その際、一方のグループの各邪魔板２３と他方のグループの各邪魔板２４とは横方向に等間隔にずらして配置する。そのずらしの程度は、一方の邪魔板２３と邪魔板２３との間の間隙に他方のグループの邪魔板２４が位置するように配置する。このように、混合促進領域Ｂに一方のグループの各邪魔板２３、他方のグループの各邪魔板２４を設けてＸ方向（横方向）の流れ（乱れ）を生じさせ、空気極オフガスと燃料極オフガスとの混合領域が形成される。

すなわち、その構成を上下の位置関係の観点から言えば、一方のグループの各邪魔板２３の間に他方のグループの各邪魔板２４が位置するように配置する。これにより、燃料極オフガスと空気極オフガスとがジクザグ状に流れて混合促進領域Ｂが構成される。混合促進領域Ｂにおいては、各邪魔板２３及び各邪魔板２４間の相互作用などにより空気極オフガスと燃料極オフガスとの混合が促進され、燃焼排ガスの性状が改善される。

図３（ａ）〜（ｂ）では、一方のグループの各邪魔板２３と他方のグループの各邪魔板２４とが平行に位置するように配置しているが、一方のグループの各邪魔板２３と他方のグループの各邪魔板２４とが直交するように配置してもよい。そのように直交するように配置した態様例を図４に示している。また、邪魔板２３、２４に燃焼触媒を塗布することで、更に燃焼効率を上げることができる。

〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例３〉
本発明で対象とするＳＯＦＣバンドルは、ＳＯＦＣセルスタックを用いて構成される。図５はその構成例３を説明する図である。図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のうち、混合促進領域Ｂの斜視図である。

図５中、下端部から混合抑制領域Ａまでは〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例１〉と同様であるが、以下それを含めて順次説明する。３は扁平状の中空部２を有する多孔質絶縁性の支持基体で、その中空部２が燃料流路２となる。符号２は中空部、燃料流路を示している。図５には支持基体３が３個の場合を示しているが、その数は適宜選定される。中空部２は、その一端に燃料導入用の開孔を有し、その他端に利用済み燃料排出用の開孔を有し、当該開孔が利用済み燃料すなわち燃料極オフガスの排出孔となる。

多孔質絶縁性の支持基体３の表裏両面に燃料極、電解質及び空気極からなるセル６の複数個が配置される。図５には、セル６が支持基体３の表裏両面に合計４個の配置された場合を示しているが、その数は適宜選定される。隣接するセル６間はインターコネクタにより電気的に直列に接続されているが、図示は省略している。こうしてＳＯＦＣセルスタックが構成される。

このように、本構成例３でのＳＯＦＣセルスタックにおいても、燃料導入孔側から、利用済み燃料排出孔側に燃料が流通する燃料流路２を有する多孔質の絶縁性支持基体３の表裏両面に複数個のセルを有している。支持基体３の横断面は、断面矩形状、横断面四角形状、横断面楕円形状その他各種形状に構成される。そのように構成したＳＯＦＣセルスタックの複数個によりＳＯＦＣバンドルを構成する。

本発明においては、燃料流路２からの利用済み燃料排出孔側に混合抑制領域Ａを設け、これに続き混合促進領域Ｂを設ける。図５（ａ）のとおり、混合抑制領域Ａは、支持基体３の燃料極オフガス排出端部から延伸させた仕切板３１と仕切板３２とを交互に配置することで構成される。仕切板３１、３２の長さは、混合抑制領域Ａの長さと同じか、ほぼ同じ長さとする。混合抑制領域Ａにおいて、複数の仕切板３１と複数の仕切板３２との間で交互に空気極オフガス流路と燃料極オフガス流路が形成される。

混合抑制領域Ａに続き設ける混合促進領域Ｂは複数の横棒（棒材）３３と複数の横棒（棒材）３４によって構成される。横棒（棒材）は円柱状、三角柱状、四角柱状などの形状である。複数の横棒３３と複数の横棒３４とを混合促進領域Ｂの長さと同じか、ほぼ同じ長さに配置する。図５（ａ）〜（ｂ）のとおり、一方のグループの各横棒３３は水平方向に等間隔に配置し、他方のグループの各横棒３４は水平方向に等間隔に配置する。すなわち、混合促進領域Ｂに横棒３３、３４を設けてＸ方向の流れ（乱れ）を形成する。これにより空気極オフガスと燃料極オフガスとの混合領域が形成される。

そして、上下の位置の観点からみて、一方のグループの各横棒３３の間に他方のグループの各横棒３４が位置するように配置する。これにより、混合促進領域Ｂでのガス流路は、隣接する横棒３３と、隣接する横棒３４間で形成される空間によって構成され、ガスすなわち、燃料極オフガスと空気極オフガスとがジクザグ状に流れる。

混合促進領域Ｂにおいては、各横棒３３及び各横棒３４間の相互作用などにより空気極オフガスと燃料極オフガスとの混合が促進され、燃焼排ガスの性状が改善される。図５（ａ）〜（ｂ）では、一方のグループの各横棒３３と他方のグループの各横棒３４とが平行に位置するように配置しているが、一方のグループの各横棒３３と他方のグループの各横棒３４とが直交するように配置してもよい。そのように直交するように配置した態様例を図６に示している。また、横棒３３、３４に燃焼触媒を塗布することで、更に燃焼効率を上げることができる。

〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例４〉
本発明で対象とするＳＯＦＣバンドルは、ＳＯＦＣセルスタックを用いて構成される。図７はその構成例４を説明する図である。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す図を上から見た図である。

図７中、３は扁平状の中空部２を有する多孔質絶縁性の支持基体で、その中空部２が燃料流路２となる。符号２は中空部、燃料流路を示している。図７には支持基体３が４個の場合を示しているが、その数は適宜選定される。中空部２は、その一端に燃料導入用の開孔を有し、その他端に利用済み燃料排出用の開孔を有し、当該開孔が利用済み燃料すなわち燃料極オフガスの排出孔となる。

多孔質絶縁性の支持基体３の表裏両面に燃料極、電解質及び空気極からなるセル６の複数個が配置される。図７には、セル６が支持基体３の表裏両面に合計６個の配置された場合を示しているが、その数は適宜選定される。隣接するセル６間はインターコネクタにより電気的に直列に接続されているが、図示は省略している。こうしてＳＯＦＣセルスタックが構成される。

このように、本構成例４でのＳＯＦＣセルスタックにおいても、燃料導入孔側から、利用済み燃料排出孔側に燃料が流通する燃料流路２を有する多孔質の絶縁性支持基体３の表裏両面に複数個のセルを有している。支持基体３の横断面は、断面矩形状、横断面四角形状、横断面楕円形状その他各種形状に構成される。そのように構成したＳＯＦＣセルスタックの複数個によりＳＯＦＣバンドルを構成する。図７のとおり、ＳＯＦＣバンドルを横置きにし、空気はＳＯＦＣバンドルに対して下から上に向けて供給される。

本発明においては、燃料流路２からの利用済み燃料排出孔側に混合抑制領域Ａを設け、これに続き混合促進領域Ｂを設ける。そして、図７（ｂ）に示すとおり、混合促進領域Ｂの下部から空気を供給する。空気としては空気極オフガスのほか、ＳＯＦＣセルスタックへの供給空気から分岐した空気等であってもよい。

〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例５、６〉
本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例４の変形例として、混合促進領域Ｂに、図３〜４のような邪魔板を配置してもよく（構成例４）、図５〜６のような横棒を配置してもよい（構成例５）。そのうち、構成例４を図８（ｂ）に示し、構成例５を図８（ｃ）に示している。構成例４、５においては、混合促進領域Ｂにおいて燃料極オフガスを空気により良好に燃焼させることができる。空気としては空気極オフガスのほか、ＳＯＦＣセルスタックへの供給空気から分岐した空気等であってもよい。

〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例７〉
本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例４の変形例として、混合促進領域Ｂを上部方向に延長することができる。図９中「延長領域」として示すように、混合促進領域ＢをＺ方向に延長する。この「延長領域」の分だけ混合促進領域Ｂが長く、大きくなるので、混合促進領域Ｂにおいて燃料極オフガスを空気により良好に燃焼させることができる。

〈本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例８、９〉
本発明のＳＯＦＣバンドルの構成例７のように、混合促進領域ＢをＺ方向に延長し、その「延長領域」を含む混合促進領域Ｂに、図３〜４のような邪魔板を配置してもよく（構成例８）、図５〜６のような横棒を配置してもよい（構成例９）。そのうち、構成例８を図１０（ｂ）に示し、構成例９を図１０（ｃ）に示している。構成例８、９においては、混合促進領域Ｂにおいて燃料極オフガスを空気により良好に燃焼させることができる。

１０１発電装置
１０２断熱容器
１０３燃料供給管
１０４複数のセル
１０５セルスタック
１０６空気供給管
１０７熱交換器
１０８予熱空気分配管
１０９空気の折り返し流れ方向
２中空部、燃料流路
３多孔質絶縁性の支持基体
６セル
１０、１１仕切板
１２、１４仕切板１０に備える燃料極オフガス及び空気極オフガスの流れを変えるための突起
２１、２２仕切板
２３一方のグループの各邪魔板
２４他方のグループの各邪魔板
３１、３２仕切板
３３一方のグループの各棒材
３４他方のグループの各棒材

Claims

横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給するようにしてなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスをジグザグ状に流通させる、複数の邪魔板により形成してなることを特徴とする請求項１に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスをジグザグ状に流通させる、複数の横棒（棒材）により形成してなることを特徴とする請求項１に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域は縦方向に延長した混合促進領域を有してなり、且つ、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給するようにしてなることを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成してなることを特徴とする請求項４に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成してなることを特徴とする請求項４に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成してなり、且つ、前記複数の邪魔板を上下方向に直交して配置してなることを特徴とする請求項４に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成してなり、且つ、前記複数の横棒を上下方向に直交して配置してなることを特徴とする請求項４に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼装置。
横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと、空気極オフガスをジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成することを特徴とする請求項９に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成することを特徴とする請求項９に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。
横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法であって、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスの流れを順次、混合抑制領域と混合促進領域に分け、前記混合促進領域は縦方向に延長した混合促進領域を有してなり、且つ、前記混合促進領域に下部から上部方向に排出される空気極オフガスを供給することを特徴とする横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成することを特徴とする請求項１２に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。
前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成することを特徴とする請求項１２に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。
前記混合促進領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の邪魔板により形成し、且つ、前記複数の邪魔板を上下方向に直交して配置することを特徴とする請求項１２に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。
前記混合抑制領域は、前記燃料電池バンドルの先端から横方向に排出される燃料極オフガスと空気極オフガスを、ジグザグ状に流通させる複数の横棒（棒材）により形成し、且つ、前記複数の横棒を上下方向に直交して配置することを特徴とする請求項１２に記載の横置き型の固体酸化物形燃料電池バンドルの先端部におけるオフガスの燃焼方法。