JP4652041B2 - 横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドル - Google Patents

Description

本発明は、横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルに関し、より具体的には内部に燃料の流路を有する横縞方式の固体酸化物形燃料電池セルスタックの複数個を連結してなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルに関する。

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、８５０〜６５０℃程度の作動温度のものも開発されつつある。ＳＯＦＣ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が構成される。

ＳＯＦＣの運転時には、単電池（本明細書中適宜セルとも言う）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０．８Ｖ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は複数のセルを電気的に直列に接続する必要がある。

ＳＯＦＣセルを複数個接続し、ＳＯＦＣスタックを構成するために、燃料流路を設けた接続部材により、ＳＯＦＣセルを接続する。セルと接続部材との接続には、ガスのシール性を高めるためにガラスやセラミックス系耐熱接着剤により結合されている。

図１６〜１７は、特開２００３−２４９２５６号公報や特開２００４−３９４２８号公報に記載されたＳＯＦＣスタック、発電装置を示す図である。図１６（ａ）は全体の縦断面図、図１６（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１６において、９１は発電装置、９５はセルスタックであり、セルスタック９５は断熱容器９２内の下部に配置されている。セルスタック９５は間隔を置いた複数のセル９４で構成され、各セル９４の燃料流路には燃料供給管９３が連結されている。

その運転時において、空気が供給管９６から導入され、熱交換器９７で予熱される。予熱空気は分配管９８を経て、その先端からセルスタック９５の各セル間に供給される。矢印９９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９６から導入される空気の予熱やセルスタック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９５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９５全体を均等な温度とすることができない。

また、図１７では、特開２００４−３９４２８号公報の００４８〜００４９段落に記載のとおり、セルスタック１０１のセル支持板１０３が燃料ガスタンク１０５に接合されている。セルスタック１０１は、燃料電池セル１０７の一端部に係合突出部１０９が形成されており、この係合突出部１０９の凸曲部の一部が、セル支持板１０３のセル挿入孔１１１の凹曲面に係合し、ガラス１１３で接合されている。係合突出部１０９は円柱体の側面に燃料電池セルが挿通する孔が形成された構造とされ、燃料電池セル１０７の一端と燃料ガスタンク１０５の天板との間には隙間が形成され、その天板には、燃料ガスを燃料電池セル１０７のガス通過孔１１７に供給するための貫通孔１１９が形成されている。

ところが、図１７のようなセルスタックでは、セル１０７のそれぞれをセル支持板１０３に接続する必要がある。また、接続部材とＳＯＦＣセルの構成材料との熱膨張率の違いにより、接続部に亀裂がはいり、ガスのシール性が保持できなくなる可能性がある。それかといって、各材料間の熱膨張率を近づけても、元々異種材料であることから、僅かな熱膨張率の違いにより、熱サイクルや熱衝撃に対して弱い。さらには、接続部を設けるので組み立てが煩雑となり、工程数が増加するため、安定して信頼性のあるセルスタックを作製することが難しく歩留まりが悪くなってしまう。

特開２００３−２４９２５６号公報 特開２００４−３９４２８号公報

そこで、本発明は、例えば特許文献１、２のような固体酸化物形燃料電池のセルスタックの配置構造を横縞方式の固体酸化物形燃料電池セルスタックを用いたバンドルについて改善し、各セルスタック間に接続部材を用いずに、各セルスタック自体間で直接接合することを可能とし、バンドルを構成するＳＯＦＣセルスタックにおける空気通路をその厚みで確保できるなどの各種利点を有する横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルを提供することを目的とする。

本発明は、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有するとともに、外部に複数個の固体酸化物形燃料電池セルを横縞状に配置した固体酸化物形燃料電池セルスタックの複数個を積層してなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルであって、該燃料流路の一端に燃料導入用の孔を設け、各固体酸化物形燃料電池セルスタックを、その燃料導入孔側を中心にし、且つ、他端を一つおきに反対側に向けて積層してなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルである。
より詳しくは、本発明は、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有するとともに、外部面に複数個の固体酸化物形燃料電池セルを横縞状に配置した固体酸化物形燃料電池セルスタックの複数個を積層してなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルであって、前記固体酸化物形燃料電池セルスタックの長手方向の一端側に燃料導入用の開口が設けられた固体酸化物形燃料電池セルスタックの複数個を、前記開口の位置を一致させ、それぞれ当接するように配置するとともに、他端を一つおきに反対側に向けて積層してなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルである。

本発明によれば、従来技術では必須であったＳＯＦＣセルスタック間の接続部材を用いずに、隣接するＳＯＦＣセルスタックを直接接合することができ、ＳＯＦＣバンドルの空気流路は各セルスタックの厚みで確保されるのでスペース確保用の部材は不要である。また、本発明によれば、セルスタック間の接続部材といった異種材料を用いずにセルスタックを直接接合することにより、熱膨張率の差によるセルスタックの割れやガラスや耐熱性セラミックスの割れが生じないため、熱サイクルや熱衝撃に強いＳＯＦＣバンドルが実現される。

また、本発明によれば、燃料導入孔をＳＯＦＣセルスタックの中心に配置し、両端から未利用の燃料を含む利用済み燃料を放出し、燃焼させることで、ＳＯＦＣバンドル内の温度差を従来のセルスタックよりも均一に保つことが可能となる。また、横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルを垂直方向に複数個、すなわち上下に複数個配置したユニットにおいて、利用済み燃料排出孔側に改質器を設ける場合、改質器を均一に加熱することができるなど、各種有用な効果が得られる。

本発明は、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有するとともに、外部に複数個の固体酸化物形燃料電池セルを横縞状に配置した固体酸化物形燃料電池セルスタックの複数個を積層してなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルである。そして、該燃料流路の一端に燃料導入用の孔を設け、各固体酸化物形燃料電池セルスタックを、その燃
料導入孔側を中心にし、且つ、他端を一つおきに反対側に向けて積層してなることを特徴とする。そのように、その燃料導入孔側を中心にし且つ他端を一つおきに反対側に向けて積層することで利用済み燃料排出端が二面に設けられる。

横縞方式のＳＯＦＣセルスタックは、中空部を有する支持体に燃料極、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、隣接するセル間は電気的に接合される。その中空部が燃料流路となるが、中空部は１個とは限らず必要に応じて複数個設けられる。支持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、本発明における支持体は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）と希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ₂とか
らなる材料。希土類元素酸化物を構成する希土類元素としては、Ｙ、Ｌａ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒなどを例示することができるが、好ましいものはＹの酸化物である。Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、特にＹ₂Ｏ₃が好ましい。（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。

セルを構成する固体電解質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、本発明における固体電解質は、イオン導電性を有する固体電解質であればよく、これら例示の材料に限定されない。
（１）イットリア安定化ジルコニア〔ＹＳＺ：（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中ｘ＝
０．０５〜０．１５〕。
（２）スカンジア安定化ジルコニア〔（Ｓｃ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０
５〜０．１５）〕。
（３）イットリアドープセリア〔（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＣｅＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０２〜０
．４）〕。
（４）ガドリアドープセリア〔（Ｇｄ₂Ｏ₃）_X（ＣｅＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０２〜０
．４）〕。

セルを構成する燃料極の構成材料としては、Ｎｉを主成分とする材料、ＮｉとＹＳＺ〔（Ｙ₂Ｏ₃）_X（ＺｒＯ₂）_1-X（式中ｘ＝０．０５〜０．１５）〕との混合物、好ましくは
当該混合物中、Ｎｉを４０ｖｏｌ％以上分散させた材料などが挙げられる。空気極の構成材料としては、例えばＳｒドープＬａＭｎＯ₃が用いられる。

《横縞方式のＳＯＦＣセルスタックによる横縞方式のＳＯＦＣバンドルの構成態様１》
本発明の横縞方式のＳＯＦＣバンドルは、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有する横縞方式のＳＯＦＣセルスタックを用いて構成される。図１はその横縞方式のＳＯＦＣセルスタックの構成例を説明する図である。

〈構成態様１のＳＯＦＣバンドルで用いる横縞方式のＳＯＦＣセルスタックの構成例〉
図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は裏面図、図１（ｃ）は側面図、図１（ｄ）は図１（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、図１（ｅ）は図１（ｂ）中Ｂ−Ｂ線断面図である。図１（ｅ）は図１（ａ）〜（ｅ）より拡大して示している。図１中、２は中空短冊状（中空扁平状）の支持体で、その中空部が燃料流路７となる。支持体２は、その長手方向の一端側に燃料導入用の開口３を有する。支持体２の開口３側の端部は、４として示すように封止され、その他端部は開放され、排ガス放出部５となる。中空部は、その一端に燃料導入用の開孔６を有し、その他端に利用済み燃料排出用の開孔８を有し、開孔８が利用済み燃料の排出孔となる。

支持体２の表裏両面には、それぞれ、燃料極、電解質及び空気極からなるセル９の複数個が横縞状に配置される。図１にはセル９が支持体２の片面に９個、表裏両面合わせて１
８個の場合を示しているが、その数は適宜選定される。隣接するセル間はインターコネクタにより電気的に接合されるが、図示は省略している。こうしてＳＯＦＣセルスタック１が構成される。なお、図１には支持体２が横断面矩形状の場合を示しているが、図１（ｆ）のように横断面が両端に丸みをもつ矩形状、断面四角形状、断面楕円形状その他各種形状に構成される。

〈構成態様１のＳＯＦＣバンドルの構成例〉
上記のように構成した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２は各部材の配置関係、作製方法の態様を説明する図である。図２のとおり、図１に示すようなＳＯＦＣセルスタック１の複数個を、燃料流路７への燃料導入用開口３の位置を一致させ、且つ、他端の排ガス放出部５を一つおきに反対側に向けて配置する。なお、図２では、各部材は、その位置関係を示すため間隔を置いて示しているが、隣接するＳＯＦＣセルスタックが、燃料流路７への燃料導入用開口３の位置で、それぞれ当接するように配置される。

１０は燃料供給管であり、燃料供給管１０は図２中最左端のセルスタック１の開口３側に固定される。１１はその固定のための補助部材であり、燃料供給管１０の外径とほぼ同じ内径の開口を有する。燃料供給管１０を開口３に固定するに際して、補助部材１１を介在させることで安定に固定される。１２は、図２中最右端のセルスタック１の開口３を塞ぐための部材（閉塞部材）であり、該開口３に対して当接される。

その状態で各部材を直接接合し且つガスシールする。図３はその接合、ガスシールの態様を説明する図である。図３（ａ）は断面図で、上部及び下部の一部をカットして示している。図３（ｂ）は側面図である。図３のとおり、セルスタック１、燃料供給管１０、補助部材１１の各部材を被ってガラス接合材やセラミックス系耐熱接合材などを用いて各部材を直接接合し且つガスシールする。

閉塞部材１２は、最右端のセルスタック１として図４に示すようなセルスタックを用いる場合には必要でない。すなわち、図４に示すセルスタック１では、開口３を支持体の両面のうち片側だけに設けてある。そして、バンドルとしての組み立てに際して、その開口３を燃料供給管１０側に臨ませ、その状態で各部材を直接接合し且つガスシールする。

図５は、こうして構成した横縞方式のＳＯＦＣバンドルを示す図である。図５（ｂ）は正面図（平面図）、図５（ａ）は図５（ｂ）の左側面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の右側面図である。図５のとおり、各セルスタック１の開口３側を中心にし、他端を一つおきに反対側に向けて積層されている。これにより、隣接するセルスタック１間にセルスタックの厚みに相当する間隙Ｓが形成される。また、燃料導入孔６側を中心にし且つ他端を一つおきに反対側に向けて積層することで、利用済み燃料排出端が二面〔図５（ｂ）で言えば、上端部及び下端部の二面〕に設けられる。なお、図５には、セルスタック１の４０個を積層した場合を示しているが、セルスタック１は２個以上の複数個を配置することができる。その数は偶数個でも奇数個でもよい。

図６はそのようなＳＯＦＣバンドルを水平に配置した場合の斜視図で、２０個のセルスタック１をバンドル化した場合を示している。燃料供給管１０から供給される燃料は、各セルスタック１の開口３からセルスタック１の燃料導入用の開孔６に導入され、燃料流路７を経て、各排ガス放出部５の利用済み燃料排出用の開孔８から排出される。一方、上記間隙Ｓが空気（酸化剤ガス）の流路となり、各セルスタック１間の空気流路はセルスタックの厚みで確保される。例えば、空気を図５（ｂ）の紙面に対して直角ないしほぼ直角に流すことで、空気は隣接する各セルスタック１の側面間で形成された各間隙Ｓを流れる。

この点、従来技術では、例えば前述図１６（ａ）〜（ｂ）のように、別途複数個の空気（酸素含有ガス）供給管９８を配置する必要があり、しかも該供給管９８の先端からの折り返し流として供給する必要がある。これに対して、本発明においては、空気は各間隙Ｓに通すだけでよく、従来技術では必須であった酸素含有ガス供給管９８は不要である。このため、ＳＯＦＣバンドルの構成を格段に単純化することができる。

以上のように構成した本発明のＳＯＦＣバンドルは、断熱容器等のケーシング内に配置、収容して使用されるが、両端の各排ガス放出部２５から排出された未利用の燃料を、各間隙Ｓを流通した未利用の空気と混合、燃焼させることで、セルスタックを両端から加熱できるので、セルスタック内の温度差を、従来のセルスタックに比べて、より均一に保つことができる。

すなわち、従来のセルスタックでは、セルの集積密度を上げると内部に熱がこもり、セルスタックの中心温度は外周部と比較して温度が高くなる傾向があった。これに対して、本発明のセルスタック、バンドルにおいては、燃料の導入口をセルスタック、バンドルの中心に配置し、燃料の排出部をセルスタック、バンドルの両端に配置したことで、ＳＯＦＣバンドル内の温度分布の差を少なくし、より均一な温度に保つことができる。

さらに、本発明によれば、従来技術では必須であったセルスタック間の接続部材を用いずに、ＳＯＦＣセルスタック自体を直接接合することができる。また、セルスタック間の接続部材といった異種材料を用いずに各セルスタックを直接接合することから、熱膨張率の差によるセルスタック構成部材の割れが生じないため、熱サイクルや熱衝撃に強いＳＯＦＣバンドルが実現される。

〈構成態様１のＳＯＦＣバンドルの使用態様：ユニット〉
以上のように構成した横縞方式のＳＯＦＣバンドルは、その一個または複数個と、そのそれぞれに空気等の酸化剤ガス供給機構を併置することで発電装置として構成される。

図７はその態様を斜視図として示す図である。図７のとおり、ＳＯＦＣバンドルの下面に平行に空気等の酸化剤ガスの分配機構１４が配置される。分配機構１４には空気等の酸化剤ガス供給管１３が配置され、また、分配機構１４にはＳＯＦＣバンドルの下面の全域に対応し、その面に向けて酸化剤ガスを分配する複数の酸化剤ガス放出孔１５が設けられている。図８は、ＳＯＦＣバンドル及び酸化剤ガス分配機構１４を断熱容器１６内に収容した態様を示す図で、断面図として示している。なお、燃焼排ガスは、断熱容器１６に設けた排出管（図示省略）から排出される。

図９は、そのＳＯＦＣバンドル及び酸化剤ガス分配機構１４における、運転時における酸化剤ガスの流通方向等を説明する図である。図９のとおり、酸化剤ガス供給管１３から供給され、酸化剤ガス放出孔１５から放出される酸化剤ガスは、図９中、矢印のように流通する。すなわち、酸化剤ガスは、ＳＯＦＣバンドルにおいて、面平行に配置された各セルスタック１間の間隙Ｓ〔図５（ｂ）参照〕を通りながら、発電に寄与した後、各セルスタック１の左右両端に向けて流れる。各セルスタック１の左右両端部面からは未利用燃料を含む利用済み燃料が排出される。

各セルスタック１の排ガス放出部５の利用済み燃料の排出孔８から排出された未利用燃料を含む利用済み燃料と利用済み酸化剤ガスは、その各端部面の空間、すなわち図９中オフガス燃焼域として示す領域で燃焼する。この燃焼は各セルスタック１の左右両端部の領域、つまり二面に設けた利用済み燃料排出端で起こるので、その輻射熱により各セルスタック１の全域、すなわち各セルスタック１の両端部面側から燃料供給側（各セルスタック１の開口３、８側、図５〜６参照）までの全域が加熱される。これにより、各セルスタック１の全域及び各セルスタック１間における温度勾配を低減することができる。

図１０は、図５〜６のようなＳＯＦＣバンドルの複数個を用いる態様例を示している。図１０のとおり、ＳＯＦＣバンドルと酸化剤ガス分配機構１４を順次上下に配置し、断熱容器１６に収容する。各セルスタックの左右両端面から未利用燃料を含む利用済み燃料が排出され、その各端部面のオフガス燃焼域で燃焼する。この燃焼は各セルスタックの左右両端部面の領域で起こり、その輻射熱により各セルスタック１の全面、すなわち両端部面側から燃料供給側までの全域が加熱され、上下の各セルスタック１も均等に加熱されるので、各セルスタック１の全体としても温度勾配を低減することができる。なお、燃焼排ガスは、断熱容器１６に設けた排出管（図示省略）から排出される。

《横縞方式のＳＯＦＣセルスタックによる横縞方式のＳＯＦＣバンドルの構成態様２》
本発明は、内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を複数個有するＳＯＦＣセルに対しても適用される。図１１〜１２は本構成態様２で用いる横縞方式のＳＯＦＣセルスタック２１の構成例である。

〈構成態様２のＳＯＦＣバンドルで用いる横縞方式のＳＯＦＣセルスタックの構成例〉
図１１（ａ）は正面図（平面図）、図１１（ｂ）は裏面図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）中Ａ−Ａ線断面図、図１１（ｄ）は図１１（ｂ）中Ｂ−Ｂ線断面図である。図１１（ｄ）は図１１（ａ）〜（ｃ）より拡大して示している。図１１において、２２は複数の中空部を有する短冊状（中空扁平状）の支持体で、その中空部が燃料流路２７となる。支持体２２は、その長手方向の一端側に燃料導入用の開口２３を有する。

支持体２２の開口２３側の端部は、２４として示すように封止され、その他端部は開放され、排ガス放出部２５となる。図１１（ｅ）は図１１（ａ）〜（ｂ）を端部封止２４側から見た図である。中空部は、その一端に燃料導入用の開口２３に臨む燃料導入用の開孔２６を有し、その他端に利用済み燃料の排出孔２８を有する。図１１（ｆ）は図１１（ａ）〜（ｂ）を排出孔２８側から見た図である。支持体２の表裏両面には、それぞれ、燃料極、電解質及び空気極からなるセル２９の複数個が横縞状に配置される。図１１には支持体２２の片面にセル２９が９個、表裏両面で１８個の場合を示しているが、その数は適宜選定される。隣接するセル間はインターコネクタにより電気的に接合されるが、図示は省略している。

こうしてＳＯＦＣセルスタック２１が構成される。なお、図１１には支持体２２の横断面が両端に丸みをもつ矩形状の場合を示しているが、断面矩形状のほか、断面四角形状、断面楕円形状その他各種形状に構成される。図１２はこうして構成したＳＯＦＣセルスタック２１の斜視図で、図１２（ａ）は開口２３、端部封止２４側から見た斜視図、図１２（ｂ）は排ガス放出部２５、利用済み燃料の排出孔２８側から見た斜視図である。

〈構成態様２のＳＯＦＣバンドルの構成例〉
上記のように構成した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１３は各部材の配置関係、作製方法の態様を説明する図である。図１３（ａ）は正面図（平面図）、図１３（ｂ）は図１３（ａ）を上方から見た図である。図１３のとおり、図１１〜１２に示すようなＳＯＦＣセルスタック２１の複数個を、燃料流路２７への燃料導入用開口２３の位置を一致させ、且つ、他端の排ガス放出部２５を一つおきに反対側に向けて配置する。なお、図１３では、各部材は、その位置関係を示すため間隔を置いて示しているが、隣接するＳＯＦＣセルスタック２１が、燃料流路２７への燃料導入用開口２３の位置で、それぞれ当接するように配置される。

図１３（ａ）中、３０は燃料供給管であり、補助部材３２を介して最左端のセルスタック２１の開口２３に接合固定される。燃料供給管３０は図１３（ｃ）に示すように中空部３１を有し、これが燃料供給路となる。補助部材３２は、燃料供給管３０の外径とほぼ同じ内径の開口を有し、補助部材３２に燃料供給管３０を嵌合させる。このように燃料供給管３０を開口２３に接合、固定するに際して、補助部材３２を介在させることで安定に固定される。３３は、図１３（ａ）中最右端のセルスタック２１の開口２３を塞ぐための部材（閉塞部材）であり、該開口２３に対して当接、固定される。

その状態で各部材を直接接合し且つガスシールする。その接合は、前述図３に示す接合、ガスシールの態様と同様の態様で行うことができる。すなわち、セルスタック２１、燃料供給管３０、補助部材３２の各部材を被ってガラス接合材やセラミックス系耐熱接合材などを用いて各部材を直接接合し且つガスシールする。

本構成態様２のバンドルでも、閉塞部材３３は、最右端のセルスタック２１として、図１４に示すようなセルスタックを用いる場合には必要でない。すなわち、図１４に示すセルスタック２１では、開口２３を支持体２２の両面のうち片側だけに設けてある。そして、バンドルとしての組み立てに際して、その開口２３を燃料供給管３０側に臨ませ、その状態で各部材を直接接合し且つガスシールする。

図１５は、こうして構成した横縞方式のＳＯＦＣバンドルを示す図である。図１５（ｂ）は正面図（平面図）、図１５（ａ）は図１５（ｂ）の左側面図、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）の右側面図、図１５（ｄ）は図１５（ｂ）の上面図〔図１５（ｂ）を上から見た図〕である。図１５のとおり、各セルスタック２１は、その開口２３側を中心にし、他端を一つおきに反対側に向けて積層されている。これにより、隣接するセルスタック２１間にセルスタックの厚みに相当する間隙Ｓが形成される。なお、図１５には、セルスタック２１の４０個を積層した場合を示しているが、セルスタック２１は２個以上の複数個を配置することができる。その数は偶数個でも奇数個でもよい。

本構成態様２のＳＯＦＣバンドルも、構成態様１のＳＯＦＣバンドルの場合と同じく、そのようなＳＯＦＣバンドルを水平に配置して使用される。燃料供給管３０から供給される燃料は、各セルスタック２１の開口２３からセルスタック２１の燃料導入用の開孔２６に導入され、燃料流路２７を経て、各排ガス放出部２５の利用済み燃料排出孔２８から排出される。一方、上記間隙Ｓが空気（酸化剤ガス）の流路となり、各セルスタック２１間の空気流路はセルスタックの厚みで確保される。例えば、空気を図１５（ｂ）の面に対して下部から直角ないしほぼ直角に流すことで、空気は各間隙Ｓを上方に流れ、発電に寄与する。

以上のように構成した本構成態様２の横縞方式のＳＯＦＣバンドルは、前記〈構成態様１のＳＯＦＣバンドルの使用態様：ユニット〉の場合と同様にして（図７〜１０参照）、その一個または複数個と、そのそれぞれに空気等の酸化剤ガス供給機構を併置することで発電装置として構成される。その作用効果についても、前記〈構成態様１のＳＯＦＣバンドルの使用態様：ユニット〉の場合と同様である。

ＳＯＦＣバンドルの構成態様１で用いる横縞方式のセルスタックの構成例を説明する図 構成態様１のＳＯＦＣバンドルを構成する場合の各部材の配置関係、作製方法の態様を説明する図 図２の状態で各部材を直接接合し且つガスシールする態様例を示す図 最右端のセルスタック１の態様例を示す図 構成態様１のＳＯＦＣバンドルを示す図 構成態様１のＳＯＦＣバンドルを斜視図として示す図 構成態様１のＳＯＦＣバンドルの使用態様を斜視図として示す図 構成態様１のＳＯＦＣバンドルの使用態様を示す図 構成態様１のＳＯＦＣバンドルの使用態様における酸化剤ガスの流通方向等を説明する図 構成態様１のＳＯＦＣバンドルの使用態様を示す図 ＳＯＦＣバンドルの構成態様２で用いる横縞方式のセルスタックの構成例を説明する図 ＳＯＦＣバンドルの構成態様２で用いるセルスタックの斜視図 構成態様２のＳＯＦＣバンドルを構成する場合の各部材の配置関係、作製方法の態様を説明する図 最右端のセルスタック２１の態様例を示す図 構成態様２のＳＯＦＣバンドルを示す図 従来のＳＯＦＣスタック、発電装置を示す図 従来のＳＯＦＣスタックを示す図

符号の説明

１、２１ 横縞方式のＳＯＦＣセルスタック
２、２２ 中空部を有する支持体
３、２３ 支持体２の長手方向の一端側の燃料導入用開口
４、２４ 封止部
５、２５ 排ガス放出部
６、２６ 中空部の一端の燃料導入用開孔
７、２７ 燃料流路
８、２８ 中空部の他端の利用済み燃料排出孔
９、２９ セル
１０、３０ 燃料供給管
１１、３２ 補助部材
１２、３３ 閉塞部材
Ｓ 隣接する各ＳＯＦＣセルスタック１間の間隙
１３ 空気等の酸化剤ガス供給管
１４ 空気等の酸化剤ガス供給機構
１５ 酸化剤ガスを分配する複数の酸化剤ガス放出孔
１６ 断熱容器
９１ 発電装置
９２ 断熱容器
９３ 燃料供給管
９４ セル
９５ セルスタック
９６ 空気供給管
９７ 熱交換器
９８ 予熱空気の分配管
９９ 空気の折り返し流れ方向
１０１ セルスタック
１０３ セル支持板
１０５ 燃料ガスタンク
１０７ 燃料電池セル
１０９ 係合突出部
１１１ セル挿入孔
１１３ ガラス
１１７ ガス通過孔
１１９ 貫通孔

Claims (4)

1. 内部に一端から他端に燃料が流通する燃料流路を有するとともに、外部面に複数個の固体酸化物形燃料電池セルを横縞状に配置した固体酸化物形燃料電池セルスタックの複数個を積層してなる横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルであって、
   前記固体酸化物形燃料電池セルスタックの長手方向の一端側に燃料導入用の開口が設けられた固体酸化物形燃料電池セルスタックの複数個を、前記開口の位置を一致させ、それぞれ当接するように配置するとともに、前記固体酸化物形燃料電池セルスタックの長手方向他端を一つおきに反対側に向けて積層してなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドル。
2. 前記横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルが、水平に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドル。
3. 前記横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルの一端に配置された前記固体酸化物形燃料電池セルスタックの前記開口の一端側に燃料供給管が接続されており、前記横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルの他端に配置された前記固体酸化物形燃料電池セルスタックの前記開口の他端側が閉塞されていることを特徴とする請求項１または２に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドル。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドルの一個または複数個を水平に配置し、それら一個または複数個の各固体酸化物形燃料電池バンドルの下部にそれぞれ酸化剤ガスの分配機構を配置してなることを特徴とする横縞方式の固体酸化物形燃料電池ユニット。

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