(57)【要約】【課題】発電効率の低下抑えるとともに強度の低下を抑制し、かつ、製造性の悪化を抑制することができる燃料電池セルおよび燃料電池を提供する。【解決手段】管の内周面側に燃料および酸化剤の一方が供給されるとともに、外周面側に他方が供給される基体管本体１０１と、外周面に配置されるとともに、燃料極、電解質層、および、空気極を有する機能膜と、基体管本体１０１の内周面を螺旋状に延びる溝部１０３と、が設けられていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内周面側に燃料および酸化剤の一方が供給されるとともに、外周面側に他方が供給される基体管本体と、
前記外周面に配置されるとともに、燃料極、電解質層、および、空気極を有する機能膜と、
前記基体管本体の内周面を螺旋状に延びる溝部と、
が設けられていることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
前記基体管本体における複数の横断面のそれぞれにおいて、
前記基体管本体の強度が同等であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池セル。
【請求項３】
管の内周面側に燃料および酸化剤の一方が供給されるとともに、外周面側に他方が供給される基体管本体と、
前記外周面に配置されるとともに、燃料極、電解質層、および、空気極を有する機能膜と、
前記基体管本体の内部を、複数の流路空間に分割する隔壁が設けられていることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池セルが設けられていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に円筒形固体酸化物燃料電池に用いて好適な燃料電池セルおよび燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と表記する。）においては、高出力化が進められており、その一つの方法として、燃料電池を構成するセルの性能向上を図ることが考えられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１には、機能膜を保持する円筒形の燃料電池用基体管であって、基体管本体内に、軸方向にわたって連続して形成されたガス供給通路を、周方向に沿って連続して少なくとも一層以上設けた基体管を用いた燃料電池が開示されている。
このようにすることで、基体管本体における燃料の拡散率の増大を図ることができ、出力密度の大幅な向上を図ることができる。
【０００４】
その他にも、円筒形の基体管における拡散抵抗を下げることにより、限界電流密度を大きくする方法が考えられる。拡散抵抗を下げる方法としては、基体管の板厚を薄くする方法や、気孔率を拡大する方法が挙げられる。
ここで、現状における基体管としては、長さが約１．５ｍ、外径（直径）が約２ ８ｍｍ、板厚が約３ｍｍであって、気孔率が約４０％の円筒形の多孔質セラミックスで製作されたものを例示することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１５６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１に記載の基体管は、構成が複雑であるため、多層押し出し法などの製造方法で製造する必要があるため、単なる円筒形の基体管と比較して、製造性が劣るおそれがあるという問題があった。
【０００７】
基体管の板厚を薄くする方法や、気孔率を拡大する方法では、基体管の強度が低下して破損しやすくなるため、その取り扱いに注意が必要になるという問題があった。
強度の低下が著しい場合には、基体管の自重により破損するおそれもあるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、発電効率の低下を抑えるとともに強度の低下を抑制し、かつ、製造性の悪化を抑制することができる燃料電池セルおよび燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の燃料電池セルは、管の内周面側に燃料および酸化剤の一方が供給されるとともに、外周面側に他方が供給される基体管本体と、前記外周面に配置されるとともに、燃料極、電解質層、および、空気極を有する機能膜と、前記基体管本体の内周面を螺旋状に延びる溝部と、が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、基体管本体の内周面側に供給された燃料および酸化剤の一方が、溝部に沿って流れることから、その流速が速くなる。そのため、燃料および酸化剤の一方が基体管本体の内周面から外周面に向かって拡散しやすくなり、機能膜に到達しやすくなる。言い換えると、基体管本体における拡散抵抗が小さくなる。
【００１１】
さらに、溝部が形成された部分では、基体管本体の板厚が薄くなっている。そのため、基体管本体の内周面側に供給された燃料および酸化剤の一方が、板厚が厚い場合と比較して、機能膜まで拡散しやすくなる。
【００１２】
その一方で、溝部が形成された部分以外の部分では、基体管本体の板厚を確保することができる。そのため、基体管本体の内周面にいわゆる補強リブ構造が設けられた状態となり、基体管本体における剛性の低下を抑制することができる。
溝部の深さ、あるいは、補強リブ構造の高さを変更することにより、基体管本体の剛性を所定の剛性に容易に変更できる。
【００１３】
管状の基体管本体の内周面に螺旋状の溝部を設けただけなので、基体管本体を押し出し法などの方法により形成することができる。
【００１４】
さらに、基体管本体の内部に円柱状の支持部材を配置することができるため、燃料極、電解質層、および空気極からなる機能膜をスクリーン印刷法などの方法により形成することができる。
【００１５】
上記発明においては、前記基体管本体における複数の横断面のそれぞれにおいて、前記基体管本体の強度が同等であることが望ましい。
本発明によれば、基体管本体が延びる方向について、基体管本体の剛性変化を抑制できる。
【００１６】
本発明の燃料電池セルは、管の内周面側に燃料および酸化剤の一方が供給されるとともに、外周面側に他方が供給される基体管本体と、前記外周面に配置されるとともに、燃料極、電解質層、および、空気極を有する機能膜と、前記基体管本体の内部を、複数の流路空間に分割する隔壁が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、基体管本体の内周面と、燃料および酸化剤の一方との接触面積が広くなるため、燃料および酸化剤の一方が、基体管本体の内周面から外周面に向かって拡散する間に改質されやすくなるとともに、加熱されやすくなる。
【００１８】
さらに、隔壁により基体管本体の剛性を確保できるため、基体管本体の板厚を薄くできる。そのため、板厚が厚い場合と比較して、基体管本体の内周面側に供給された燃料および酸化剤の一方が機能膜まで拡散しやすくなる。
【００１９】
本発明の燃料電池は、上記本発明の燃料電池セルが設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、上記本発明の基体管本体が設けられているため、発電効率の低下を抑えるとともに強度の低下を抑制し、かつ、製造性の悪化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池セルおよび燃料電池によれば、基体管本体の内周面に、螺旋状に延びる溝部が設けられていることにより、発電効率の低下を抑えるとともに強度の低下を抑制し、かつ、製造性の悪化を抑制することができるという効果を奏する。
【００２１】
本発明の燃料電池セルおよび燃料電池によれば、基体管本体の内部を複数の空間に分割する隔壁が設けられていることにより、発電効率の低下を抑えるとともに強度の低下を抑制し、かつ、製造性の悪化を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＳＯＦＣコンバインド発電設備の構成を説明する模式図である。
【図２】図１のＳＯＦＣ発電部のＳＯＦＣ発電セルの構成を説明する部分斜視図である。
【図３】図２の燃料電池セルの構成を説明する断面視図である。
【図４】図２の燃料電池セルの構成を説明する断面視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の燃料電池セルにおける基体管本体の構成を説明する断面視図である。
【図６】図５の基体管本体の別の実施例を説明する断面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＦＣコンバインド発電設備ついて図１から図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るＳＯＦＣコンバインド発電設備の構成を説明する模式図である。
本実施形態では、本発明に係るＳＯＦＣ発電部（燃料電池）２を構成要素の一つとして備えるＳＯＦＣコンバインド発電設備１に適用して説明するが、特にこの形態に限定することなく、ＳＯＦＣ発電部２を単体で用いてもよく、特に限定するものではない。
【００２４】
ＳＯＦＣコンバインド発電設備１は、図１に示すように、都市ガスなどの燃料の供給を受けて発電を行うものである。
ＳＯＦＣシステム１には、ＳＯＦＣ発電部２と、ガスタービン３と、燃料供給部４と、が主に設けられている。
【００２５】
ＳＯＦＣ発電部２は、図１に示すように、燃料ガスおよび圧縮空気の供給を受けて発電を行うものである。ＳＯＦＣ発電部２には、ガスタービン３から圧縮空気（酸化剤）を供給する第１供給配管５１と、燃料供給部４から燃料ガスを供給する第２供給配管６１が接続されている。
【００２６】
図２は、図１のＳＯＦＣ発電部のＳＯＦＣ発電セルの構成を説明する部分斜視図である。
ＳＯＦＣ発電部２には、図１および図２に示すように、ＳＯＦＣ容器２１と、燃料入口部２２と、燃料出口部２３と、入口側断熱部２４と、出口側断熱部２５と、燃料電池セル１００と、が設けられている。
【００２７】
ＳＯＦＣ容器２１は、図１に示すように、内部に燃料電池セル１００などを収納する容器である。
ＳＯＦＣ容器２１には、ガスタービン３から圧縮空気（酸化剤）を供給する第１供給配管５１と、発電に用いられた後の空気を、後述する燃焼器３２に供給する第１排出配管５２と、が設けられている。
【００２８】
ＳＯＦＣ容器２１の内部には、図１および図２に示すように、燃料入口部２２および燃料出口部２３の間に形成され、第１供給配管５１および第１排出配管５２と連通する空間であって、燃料電池セル１００が配置される空間が形成されている。
そのため、燃料電池セル１００の周囲には、ガスタービン３から供給された圧縮空気が供給されている。
【００２９】
燃料入口部２２は、図１および図２に示すように、燃料供給部４から供給された燃料ガスを、燃料電池セル１００に分配供給するものである。さらに、燃料入口部２２は、燃料出口部２３とともに燃料電池セル１００を挟んで配置されている。
燃料入口部２２には、燃料供給部４から燃料ガスを供給する第２供給配管６１と、燃料電池セル１００と、燃料ガスの流通が可能となるように接続されている。
【００３０】
燃料電池セル１００の端部は、燃料入口部２２の内部に開口して配置されている。そのため、第２供給配管６１から供給された燃料ガスは、燃料入口部２２を介して、燃料電池セル１００の内部（内周面側）に流入している。
【００３１】
燃料出口部２３は、図１および図２に示すように、燃料電池セル１００から流出した燃料排ガスなどを集め、ガスタービン３に向けて排出するものである。さらに、燃料出口部２３は、燃料入口部２２とともに燃料電池セル１００を挟んで配置されている。
【００３２】
燃料出口部２３には、第２排出配管６２と、燃料電池セル１００と、が設けられている。
燃料電池セルの他方の端部は、燃料出口部２３の内部に開口して配置されている。そのため、燃料電池セル１００の内部を通過した燃料排ガスなどは、燃料出口部２３に流入している。
【００３３】
第２排出配管６２は、ＳＯＦＣ発電部２における発電に用いられた燃料である燃料排ガス、および、発電に用いられなかった燃料（以下、「発電に用いられた後の燃料」と表記する。）を、後述する燃焼器３２に供給するものである。
【００３４】
入口側断熱部２４は、出口側断熱部２５とともに燃料電池セル１００の温度を所定の運転温度（例えば約８００℃から約１０００℃）に保つものである。さらに、入口側断熱部２４は、図２に示すように、燃料入口部２２における燃料出口部２３側（図２の下側）に配置された断熱部である。
【００３５】
出口側断熱部２５は、入口側断熱部２４とともに燃料電池セル１００の温度を所定の運転温度（例えば約１０００℃）に保つものである。さらに、出口側断熱部２５は、図２に示すように、燃料出口部２３における燃料入口部２２側（図２の上側）に配置された断熱部である。
【００３６】
図３および図４は、図２の燃料電池セルの構成を説明する断面視図である。
燃料電池セル１００は、図２に示すように、燃料ガスおよび圧縮空気の供給を受けて発電を行うものである。燃料電池セル１００は、ＳＯＦＣ容器２１の内部であって、燃料入口部２２および燃料出口部２３の間に配置されている。
燃料電池セル１００には、図３および図４に示すように、基体管本体１０１と、燃料極１０２Ｆ、電解質層１０２Ｅ、および空気極１０２Ａを有する機能膜１０２と、が設けられている。
【００３７】
基体管本体１０１は、図２から図４に示すように、円筒状に形成された部材であって、発電を行う機能膜１０２が配置されるものである。さらに、基体管本体１０１は、気孔率の高いセラミックス材料、例えば、酸化物系材料、より好ましくはジルコニアから形成されたものである。基体管本体１０１の気孔率としては、例えば約４０％を例示することができる。
【００３８】
本実施形態では、直径が約２８ｍｍ、長さが約１．５ｍの円筒状の基体管本体１０１の例に適用して説明する。
基体管本体１０１の一方の端部は、図２に示すように、燃料入口部２２の内部に開口され、他方の端部は燃料出口部２３の内部に開口されるように配置されている。
【００３９】
基体管本体１０１の外周面には機能膜１０２が配置され、内周面には溝部１０３が形成されている。
溝部１０３は、図４に示すように、基体管本体１０１の内周面を螺旋状に延びる溝である。本実施形態では、溝部１０３を断面が四角形状に形成された溝であって、１条の溝部１０３が形成されている例に適用して説明する。
【００４０】
具体的には、溝部１０３が形成された部分の基体管本体１０１の板厚（ｔ）が約１ｍｍ、溝部１０３の深さ（ｄ）が約２ｍｍ、隣接する溝部１０１の間の距離（ｗ）が約１ｍｍの場合に適用して説明する。
【００４１】
なお、溝部１０３としては、上述の四角形状に形成されたものであってもよいし、三角形状や、円状や、正弦波状に形成されたものであってもよく、特に限定するものではない。さらに、溝部１０３の数も、上述のように１条であってもよいし、それ以上の２条や、３条であってもよく、特に限定するものではない。
【００４２】
機能膜１０２は、図３に示すように、基体管本体１０１の外周面に帯状に形成されたものであって、複数の機能膜１０２の間には所定の間隔が設けられている。
複数の機能膜１０２の間には、隣接する機能膜１０２の間を電気的に接続するインターコネクタ１０４が設けられている。
【００４３】
燃料極１０２Ｆは、図３に示すように、電解質層１０２Ｅおよび空気極１０２Ａとともに発電を行う機能膜１０２を構成するものである。燃料極１０２Ｆは、基体管本体１０１の外周面に帯状に形成され、複数の燃料極１０２Ｆの間には、インターコネクタ１０４が配置される所定の間隔が設けられている。
【００４４】
電解質層１０２Ｅは、図３に示すように、燃料極１０２Ｆおよび空気極１０２Ａとともに発電を行う機能膜１０２を構成するものである。電解質層１０２Ｅは、基体管本体１０１の外周面に形成された燃料極１０２Ｆのさらに外側に、帯状に形成されたものである。さらに、複数の電解質層１０２Ｅの間には、インターコネクタ１０４が配置される所定の間隔が設けられている。
【００４５】
空気極１０２Ａは、図３に示すように、燃料極１０２Ｆおよび電解質層１０２Ｅとともに発電を行う機能膜１０２を構成するものである。空気極１０２Ａは、基体管本体１０１の外周面に形成された燃料極１０２Ｆおよび電解質層１０２Ｅのさらに外側に、帯状に形成されたものである。さらに、複数の空気極１０２Ａの間には、インターコネクタ１０４が配置される所定の間隔が設けられている。
【００４６】
本実施形態では、燃料極１０２Ｆ、電解質層１０２Ｅ、および、空気極１０２Ａは公知の方法で形成されたものであってよく、例えば、スクリーン印刷を用いて形成する方法を例示することができる。
【００４７】
第１供給配管５１は、後述するコンプレッサ部３１において圧縮された空気をＳＯＦＣ発電部２に導く配管である。言い換えると、第１供給配管５１の一方の端部はコンプレッサ部３１に接続され、他方の端部はＳＯＦＣ発電部２に接続されている。
【００４８】
第２供給配管６１は、燃料供給部４から供給された燃料をＳＯＦＣ発電部２に導く配管である。言い換えると、第２供給配管６１の一方の端部は燃料供給部に接続され、他方の端部はＳＯＦＣ発電部２に接続されている。
【００４９】
さらに、第２供給配管６１と第２排出配管６２との間には、ＳＯＦＣ発電部２に供給される燃料と、発電に用いられた後の燃料との間で熱交換を行う燃料予熱器６３が設けられている。言い換えると、燃料予熱器６３は、発電に用いられた後の燃料の熱を用いて、ＳＯＦＣ発電部２に供給される燃料を予熱するものである。
【００５０】
第１排出配管５２は、発電に用いられた後の空気を燃焼器３２に導く配管である。言い換えると、第１排出配管５２の一方の端部はＳＯＦＣ発電部２に接続され、他方の端部は燃焼器３２に接続されている。
【００５１】
第２排出配管６２は、発電に用いられた後の燃料を燃焼器３２に導く配管である。言い換えると、第２排出配管６２の一方の端部はＳＯＦＣ発電部２に接続され、他方の端部は燃焼器３２に接続されている。
【００５２】
さらに、第２排出配管６２には、発電に用いられた後の燃料の一部を、第２供給配管６１に再循環させる燃料再循環流路６４および燃料再循環ブロア６５が設けられている。
【００５３】
燃料再循環流路６４は、燃料再循環ブロア６５とともに発電に用いられた後の燃料の一部を、第２供給配管６１に再循環させる流路であって、一方の端部が第２排出配管６２に接続され、他方の端部が第２供給配管６１に接続されたものである。
具体的には、燃料再循環流路６４の一方の端部が、第２排出配管６２における燃料再循環ブロア６５と燃焼器３２との間に接続され、他方の端部が、第２供給配管６１における燃料供給部４と燃料予熱器６３との間に接続されている。
【００５４】
燃料再循環ブロア６５は、燃料再循環流路６４とともに用いられた後の燃料の一部を、第２供給配管６１に再循環させるブロアであって、第２排出配管６２に配置されたものである。具体的には、第２排出配管６２における燃料予熱器６３から燃料再循環流路６４との接続部との間に配置されたものである。
【００５５】
ガスタービン３は、図１に示すように、ＳＯＦＣ発電部２に圧縮された空気を導くものである。
ガスタービン３には、コンプレッサ部３１と、燃焼器３２と、タービン部３３と、回転軸３４とが設けられている。
【００５６】
コンプレッサ部３１は、図１に示すように、回転軸３４により回転駆動されて空気を圧縮するとともに、圧縮された空気を、第１供給配管５１を介してＳＯＦＣ発電部２に供給するものである。
コンプレッサ部３１としては、公知の構成を用いることができ、特に限定するものではない。
【００５７】
燃焼器３２は、図１に示すように、発電に用いられた後の燃料と、発電に用いられた後の空気が供給され、発電に用いられた後の燃料に含まれる未燃燃料を燃焼させるものである。
【００５８】
燃焼器３２には、発電に用いられた後の空気が流れる第１排出配管５２と、発電に用いられた後の燃料が流れる第２排出配管６２と、が接続されている。さらに、燃焼器３２における燃料の燃焼により生成された高温排気ガスは、タービン部３３に導かれている。
なお、燃焼器３２は、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００５９】
タービン部３３は、図１に示すように、燃焼器３２により生成された高温燃焼ガスの供給を受けて回転駆動力を発生させ、当該回転駆動力を回転軸３４に伝達するものである。
タービン部３３としては、公知の構成のものを用いることができ、特に限定するものではない。
【００６０】
次に、上記の構成からなるＳＯＦＣコンバインド発電設備１における発電方法の概略について、図１を参照しながら説明する。
【００６１】
ＳＯＦＣコンバインド発電設備１において発電が行われる場合には、図１に示すように、ガスタービン３のコンプレッサ部３１により空気が圧縮され、圧縮された空気は第１供給配管５１を介してＳＯＦＣ発電部２のＳＯＦＣ容器２１に供給される。
その一方で、燃料供給部４から供給された燃料は、第２供給配管６１を介してＳＯＦＣ発電部２の燃料入口部２２に供給される。
【００６２】
ＳＯＦＣ発電部２における燃料電池セル１００では、供給された空気および燃料を用いて発電が行われ、発電を行う際に燃料電池セル１００において熱が発生する。
発電に用いられた後の空気、および、発電に用いられた後の燃料は、発電セルにおいて発生した熱より加熱され、高温の発電に用いられた後の空気、および、高温の発電に用いられた後の燃料となる。
【００６３】
発電に用いられた後の燃料は、ＳＯＦＣ発電部２から第２排出配管６２に流入し、燃料予熱器６３に流入する。燃料予熱器６３では、第２排出配管６２を流れる発電に用いられた後の燃料の熱を用いて、第２供給配管６１を流れる発電に用いられる燃料が予熱される。
【００６４】
燃料予熱器６３を通過した発電に用いられた後の燃料は、燃料再循環ブロア６５により燃焼器３２に向かって送出される。燃料再循環ブロア６５により送出された発電に用いられた後の燃料の一部は、燃料再循環流路６４を通って第２供給配管６１に流入する。
【００６５】
その一方で、発電に用いられた後の空気は、第１排出配管５２を介して燃焼器３２に流入する。
燃焼器３２では、第２排出配管６２を介して流入した発電に用いられた後の燃料が燃焼され、高温の燃焼ガスが生成される。
【００６６】
高温の燃焼ガスは燃焼器３２からタービン部３３に流入し、タービン部３３は高温の燃焼ガスから回転駆動力を発生させる。回転駆動力は、タービン部３３から回転軸３４に伝達され、回転軸３４を介して、コンプレッサ部３１に伝達される。
コンプレッサ部３１は、伝達された回転駆動力を用いて空気の圧縮を行う。
【００６７】
次に、本実施形態の特徴である燃料電池セル１００における発電について、図２から図４を説明する。
【００６８】
燃料供給部４から供給された燃料ガスは、第２供給配管６１および燃料入口部２２を介して、燃料電池セル１００の内周面側に流入する。
その一方で、ガスタービン３から供給された圧縮空気は、第１供給配管５１を介して、ＳＯＦＣ容器２１の内部、言い換えると、燃料電池セル１００の周囲に供給される。
【００６９】
燃料ガスは、基体管本体１０１の内部を、燃料入口部２２から燃料出口部２３に向かって流れるとともに、少なくとも基体管本体１０１の内周面近傍を流れる燃料ガスは、溝部１０３に沿って流れる。
【００７０】
それと同時に、燃料ガスは、図２に示すように、気孔率が高い（４０％程度）の材料から形成された基体管本体１０１の内部を内周面から外周面に向かって拡散して機能膜１０２の燃料極１０２Ｆに到達し、発電に用いられる。
【００７１】
機能膜１０２における燃料極１０２Ｆでは以下の式（１）で表される反応が、空気極１０２Ａでは式（２）で表される反応が行われる。
Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−            ・・・（１）
１／２Ｏ２＋２ｅ−  →  Ｏ２−      ・・・（２）
電解質層１０２Ｅでは、空気極１０２Ａで生成されたＯ２−が、空気極１０２Ａから燃料極１０２Ｆに向かって移動している。
【００７２】
上述の反応により燃料極１０２Ｆで発生したｅ−が、外部回路に流れることにより発電が行われることになる。
【００７３】
上記の構成によれば、基体管本体１０１の内周面側に供給された燃料ガスが、溝部１０３に沿って流れることから、その流速が速くなる。そのため、燃料ガスが基体管本体１０１の内周面から外周面に向かって拡散しやすくなり、機能膜１０２に到達しやすくなる。言い換えると、基体管本体１０１における拡散抵抗を低く抑えることができる。
【００７４】
さらに、溝部１０３が形成された部分では、基体管本体１０１の板厚ｔが薄くなっている。そのため、基体管本体１０１の内周面側に供給された燃料ガスが、板厚ｔが厚い場合と比較して、機能膜１０２まで拡散しやすくなる。
その一方で、溝部１０３が形成された部分以外の部分では、基体管本体１０１の板厚を確保することができる。そのため、基体管本体１０１における剛性の低下を抑制することができる。
【００７５】
管状の基体管本体１０１の内周面に螺旋状の溝部１０３を設けただけなので、基体管本体１０１を押し出し法などの方法により形成することができる。そのため、基体管本体１０１や、燃料電池セル１００などの製造性の悪化を抑制することができる。
【００７６】
さらに、基体管本体１０１の内部に円柱状の支持部材を配置することができるため、燃料極１０２Ｆ、電解質層１０２Ｅ、および空気極１０２Ａからなる機能膜１０２をスクリーン印刷法などの方法により形成することができる。そのため、基体管本体１０１や、燃料電池セル１００などの製造性の悪化を抑制することができる。
【００７７】
溝部１０３は、基体管本体１０１の内周面を螺旋状に延びる溝として形成するため、基体管本体１０１が延びる方向について、基体管本体１０１の剛性変化を抑制することができる。
【００７８】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照して説明する。
本実施形態のＳＯＦＣコンバインド発電設備の基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、燃料電池セルにおける基体管本体の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５および図６を用いて基体管本体の構成のみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。
図５は、本実施形態の燃料電池セルにおける基体管本体の構成を説明する断面視図である。
なお、第１の実施形態と同一の構成要素に対しては同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７９】
燃料電池セル２００は、図５に示すように、燃料ガスおよび圧縮空気の供給を受けて発電を行うものである。燃料電池セル２００は、第１の実施形態と同様に、ＳＯＦＣ容器２１の内部であって、燃料入口部２２および燃料出口部２３の間に配置されている。
燃料電池セル２００には、図５に示すように、基体管本体２０１が設けられている。
【００８０】
基体管本体２０１は、円筒状に形成された部材であって、発電を行う機能膜１０２が配置されるものである。さらに、基体管本体２０１は、気孔率の高いセラミックス材料、例えば、酸化物系材料、より好ましくはジルコニアから形成されたものである。
本実施形態では、直径が約２８ｍｍ、長さが約１．５ｍの円筒状の基体管本体１０１の例に適用して説明する。
【００８１】
基体管本体２０１には、図５に示すように、内部の空間を複数に分割する隔壁２０２が設けられている。
隔壁２０２は、基体管本体２０１の長手方向に沿って延びる複数の板状の部材であり、基体管本体２０１の内部に、例えば、断面において一辺が約０．８ｍｍの四角柱状の複数の空間を形成するものである。当該空間は、燃料ガスが流れる空間である。
【００８２】
隔壁２０２および隔壁２０２により分割された空間は、基体管本体２０１を焼結する前に、燃焼して消失する部材、例えばセルロースで当該空間をかたどり、多孔質セラミックスを鋳込み、焼結させることにより形成される。
【００８３】
図６は、図５の基体管本体の別の実施例を説明する断面視図である。
なお、隔壁２０２により分割された空間は、上述のように略四角柱状に形成された空間であってもよいし、図６に示すように、略円柱状に形成された空間であってもよく、特に限定するものではない。
【００８４】
次に、本実施形態の特徴である燃料電池セル２００における発電について、図５を説明する。
【００８５】
第１の実施形態と同様に、燃料供給部４から供給された燃料ガスは、第２供給配管６１および燃料入口部２２を介して、燃料電池セル２００の内周面側に流入する。
その一方で、ガスタービン３から供給された圧縮空気は、第１供給配管５１を介して、ＳＯＦＣ容器２１の内部、言い換えると、燃料電池セル２００の周囲に供給される。
【００８６】
燃料ガスは、基体管本体２０１の内部に隔壁２０２により分割された複数の空間に流入し、燃料入口部２２から燃料出口部２３に向かって流れる。
それと同時に、燃料ガスは、気孔率が高い（４０％程度）の材料から形成された基体管本体２０１の内部を内周面から外周面に向かって拡散して機能膜１０２の燃料極１０２Ｆに到達し、発電に用いられる。
以後の作用については、第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００８７】
上記の構成によれば、隔壁２０２により分割された空間が複数存在するため、基体管本体２０１の内周面と、燃料ガスとの接触面積が広くなるため、燃料ガスが、基体管本体２０１の内周面から外周面に向かって拡散する間に改質されやすくなるとともに、加熱されやすくなる。そのため、燃料電池セル２００における発電効率の低下を抑制することができる。
【００８８】
さらに、隔壁２０２により基体管本体２０１の剛性を確保できるため、基体管本体２０１の板厚を、例えば約０．１ｍｍまで、薄くできる。そのため、板厚が厚い場合と比較して、基体管本体２０１の内周面側に供給された燃料ガスが機能膜１０２まで拡散しやすくなる。
【符号の説明】
【００８９】
２  ＳＯＦＣ発電部（燃料電池）
１００，２００  燃料電池セル
１０１，２０１  基体管本体
１０２  機能膜
１０２Ａ  空気極
１０２Ｅ  電解質層
１０２Ｆ  燃料極
１０３  溝部
２０２  隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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