(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電室と、前記発電室に断熱材を介して隣接する酸化剤ヘッダと、前記酸化剤ヘッダの外周に配設されるダクトとを備える燃料電池であって、
前記ダクトは、互いに対向する第一の側面と、互いに対向する第二の側面とで構成され、前記第一の側面の内壁に少なくともひとつの酸化剤の導入孔を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記ダクトは、前記第二の側面の外壁に酸化剤排出管を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記ダクトは、額縁状の外周が長方形状であり、前記第一の側面が前記ダクトの長辺側であり、前記第二の側面が前記ダクトの短辺側であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記導入孔の開孔率が、前記発電室内に圧力損失を与えて整流化する値に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
燃料電池セル筒の内側に燃料供給室から燃料ガスを導入して燃料排出室へ排出するとともに、酸化剤供給室から発電室内に酸化剤を導入して前記燃料電池セル筒の外側を酸化剤排出室へ向けて下方から上方へ流し、前記燃料ガスと前記酸化剤とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池の酸化剤排出方法であって、
容器の内部を上下方向に区画して上から順に形成された前記燃料供給室、前記酸化剤排出室、前記発電室、前記酸化剤供給室及び前記燃料排出室を備え、
前記容器内で前記発電室を上下方向に貫通する複数本の前記燃料電池セル筒を、上端を前記燃料供給室に開口させるとともに下端を前記燃料排出室に開口させ、
略長方形の水平断面形状を有する前記酸化剤排出室の四壁面に沿って互いに連通するボックス断面とされ、互いに対向する内壁面と外壁面とで構成された排出流路を形成し、該排出流路の長辺側の前記内壁面を貫通させて設けた導入孔から前記酸化剤を流入させて、短辺側の前記外壁面に接続した排出配管から流出させることを特徴とする燃料電池の酸化剤排出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形の燃料電池及びその酸化剤排出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、優れた発電効率及び環境対応等の特性を有している。このため、２１世紀を担う都市型のエネルギー供給システムとして、実用化に向けた研究開発が進んでいる。
このような燃料電池は、燃料側の電極である燃料極と、空気（酸化剤）側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。
【０００３】
このうち、固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」と呼ぶ）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このＳＯＦＣは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約９００〜１０００℃程度と高く、用途の広い高効率な高温型燃料電池として知られている。
このようなＳＯＦＣにおいては、たとえば下記の特許文献１に開示されているように、ＳＯＦＣを構成するケーシングの内部に、該ケーシングの側面下部から空気が供給され、この空気が発電室内を通ってケーシングの側面上部から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１０９５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した従来構造のＳＯＦＣにおいては、燃料電池を構成するケーシングの平面視が略長方形を有しており、該ケーシングの長辺側を隣接させて複数並べた配置となる。このため、燃料電池で発電に使用した空気は、ケーシングの長辺側ではなく、ケーシングの側面上部短辺側から外部へ排出している。なお、ケーシング上部のスペースは限られており、配管等を設けるのは困難である。
すなわち、従来の燃料電池は、発電室の上方に断熱材で上下を仕切られた略直方体形状の空気排出ヘッダ（酸化剤ヘッダ）を形成し、空気排出ヘッダ短辺側の両側面に排出口を開口させて空気排出配管を接続した構成が採用されている。この空気排出ヘッダは、断面コ字状の部材を使用しているので、内側全面が開口した状態にある。
【０００６】
このように、従来の空気排出構造では、燃料電池からの空気排出が、燃料電池上部の短辺側から行われている。しかし、この従来構造では、発電室内に供給された空気の主流が排出口に向かう最短距離を通る傾向にあり、従って、空気は両短辺側へ偏る流れとなって発電室内の中央上部付近を通りにくくなる。
このため、発電室の内部には、水平断面中央部が低温となるような温度分布を生じ、さらに、水平断面中央部の酸素濃度も低くなる。このように、発電室内に温度や酸素濃度の分布が形成されると、燃料電池が発電性能を十分に発揮できないだけでなく、低酸素濃度によって燃料電池が損傷することも懸念される。
【０００７】
このような背景から、固体酸化物形燃料電池に適用される燃料電池においては、発電室内に温度分布や酸素濃度分布が形成されることを防止または抑制することが求められており、従って、発電室内を流れて発電に使用された空気（酸化剤）を空気排出ヘッダへ流出させて外部へ排出する排出流路構造や排出方法の改善が必要となる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、発電室内に温度分布や酸素濃度分布が形成されることを防止または抑制できる燃料電池及びその酸化剤排出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る燃料電池は、発電室と、前記発電室に断熱材を介して隣接する酸化剤ヘッダと、前記酸化剤ヘッダの外周に配設されるダクトとを備える燃料電池であって、前記ダクトは、互いに対向する第一の側面と、互いに対向する第二の側面とで構成され、前記第一の側面の内壁に少なくともひとつの酸化剤の導入孔を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
このような燃料電池によれば、ダクトが、互いに対向する第一の側面の内壁に少なくともひとつの酸化剤の導入孔を備えているので、発電室から酸化剤ヘッダに流入する発電後の酸化剤は、第一の側面の内壁に少なくともひとつの酸化剤の導入孔を通って外部へ流出する。このような酸化剤の排出流路は、断面積の小さい導入孔を通過する酸化剤に圧力損失を付与するので、発電室から酸化剤排出室へ流出する酸化剤の流れが均一化される。従って、発電室の内部を流れる酸化剤は、流れが整流化されたものとなる。
【００１０】
上記の発明において、前記ダクトは、前記第二の側面の外壁に酸化剤排出管を備えることが好ましい。
また、上記の発明において、前記ダクトは、額縁状の外周が長方形状であり、前記第一側面が前記ダクトの長辺側であり、前記第二の側面が前記ダクトの短辺側であることが望ましい。
【００１１】
上記の発明においては、前記導入孔の開孔率が、前記発電室内に圧力損失を与えて整流化する値に設定されていることが好ましい。すなわち、円形や矩形等の貫通孔を複数設けて、あるいは、長手方向に細長いスリットを設けて、４％程度の開孔率とすることが望ましい。なお、開孔率を４％程度より小さくしても、圧力損失が増大するだけで整流化の向上はほとんどない。
【００１２】
本発明に係る燃料電池の酸化剤排出方法は、燃料電池セル筒の内側に燃料供給室から燃料ガスを導入して燃料排出室へ排出するとともに、酸化剤供給室から発電室内に酸化剤を導入して前記燃料電池セル筒の外側を酸化剤排出室へ向けて下方から上方へ流し、前記燃料ガスと前記酸化剤とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池の酸化剤排出方法であって、容器の内部を上下方向に区画して上から順に形成された前記燃料供給室、前記酸化剤排出室、前記発電室、前記酸化剤供給室及び前記燃料排出室を備え、前記容器内で前記発電室を上下方向に貫通する複数本の前記燃料電池セル筒を、上端を前記燃料供給室に開口させるとともに下端を前記燃料排出室に開口させ、略長方形の水平断面形状を有する前記酸化剤排出室の四壁面に沿って互いに連通するボックス断面とされ、互いに対向する内壁面と外壁面とで構成された排出流路を形成し、該排出流路の長辺側の前記内壁面を貫通させて設けた導入孔から前記酸化剤を流入させて、短辺側の前記外壁面に接続した排出配管から流出させることを特徴とするものである。
【００１３】
このような燃料電池の酸化剤排出方法によれば、略長方形の水平断面形状を有する酸化剤排出室の四壁面に沿って互いに連通するボックス断面とされ、互いに対向する内壁面と外壁面とで構成された排出流路を形成し、該排出流路の長辺側内壁面を貫通させて設けた導入孔から酸化剤を流入させて、短辺側外壁面に接続した排出配管から流出させるようにしたので、発電室から酸化剤排出室に流入する発電後の酸化剤は、長辺側内壁面に穿孔された導入孔から排出流路内に流入し、短辺側外壁面に接続された排出配管を通って外部へ流出することとなる。このような酸化剤排出方法は、断面積の小さい導入孔を通過する酸化剤に圧力損失を付与するので、発電室から酸化剤排出室へ流出する酸化剤の流れが均一化され、発電室の内部では酸化剤の流れが整流化されたものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明によれば、発電室内から酸化剤排出室に流出する酸化剤の流れが均一化され、発電室内を酸化剤が整流化されて流れるようになるので、発電室内に温度分布や酸素濃度分布が形成されることを防止または抑制することができる。この結果、燃料電池は、性能を十分に発揮して効率よく発電できるようになり、さらに、低酸素濃度に起因する損傷を防止して信頼性や耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る燃料電池の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の燃料電池において、空気排出ヘッダ内に設置されるダクト（排出流路）を示す斜視図である。
【図３】図２のダクト（排出流路）を示す平面図（一部断面）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る燃料電池及びその酸化剤排出方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図示の燃料電池１０は、固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と呼ぶ）システムに適用されるものである。一般的なＳＯＦＣシステムは、発電を行なうＳＯＦＣ形の燃料電池１０と、都市ガスや天然ガス等の燃料ガスを改質する改質器と、酸化剤のガス（酸化剤とは酸素を略１５％〜２１％含むガスであり、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃焼排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなど、空気に限定されるものではない。）を予熱する空気予熱器と、燃料電池１０から排出された排ガス中に含まれる未燃の燃料ガスを燃焼させる燃焼器と、を備えている。以下では、酸化剤のガスが空気である場合について説明する。
【００１７】
また、ＳＯＦＣシステムは、起動時において燃料電池１０に供給される空気に対してメタン等の昇温用燃料ガスを供給する昇温用燃料供給部と、起動時において空気を所定温度にまで加熱する予熱ヒータと、を備えている。
予熱ヒータは、電力の供給を受けて熱を発生させるヒータであり、燃焼触媒において空気と昇温用燃料とが反応を起こす所定温度にまで加熱するものである。
【００１８】
改質器は、後述する空気排出ヘッダ（酸化剤ヘッダ／空気排出室）２３から排出された高温の空気が内部を通過するように構成されており、これにより、外部から供給された燃料ガスが加熱されるようになっている。
燃焼器は、後述する燃料排出ヘッダ（燃料排出室）２０と接続されるとともに、空気予熱器を介して空気排出ヘッダ２３と接続されている。
【００１９】
燃料電池１０は、たとえば図１に示すように、断熱材のケーシング（容器）１１と、略円筒状に形成された複数のセルチューブ（燃料電池セル筒）１２と、セルチューブ１２の両端を支持する上下の管板１３，１４と、これら上下の管板１３，１４の間に配置された上下の断熱体１５，１６と、ケーシング１１の下部に設けられ、燃料排出ヘッダ２０を収納して空気流路４０を形成する二重容器構造の支持架台３０と、から概略構成されている。
また、上断熱体１５は、後述する空気排出ヘッダ２３を形成するため、第１上断熱体１５Ａと第２上断熱体１５Ｂとに二分割されている。すなわち、空気排出ヘッダ２３は、第１上断熱体１５Ａと第２上断熱体１５Ｂとの間に形成されている。
【００２０】
ケーシング１１と上下の断熱体１５，１６との間には、具体的には第１断熱体１５Ａと下断熱体１６との間には、発電室１７が形成されている。ケーシング１１と上管板１３との間には、燃料供給ヘッダ（燃料供給室）１８が形成され、上面に燃料供給管１９が接続されている。下管板１４の下側には、燃料排出ヘッダ２０の空間が形成されている。
そして、下管板１４と下断熱体１６との間には、空気供給ヘッダ２２が形成され、上管板１３と上断熱体１５との間には、空気排出ヘッダ２３が形成されている。なお、図中の符号２４は、空気排出ヘッダ２３に接続された空気排出管（排出配管）である。
【００２１】
上管板１３は、略長方形の水平断面形状を有する角柱状のケーシング１１において、長手方向の上側（図１の上方）に配置された板状の部材であり、燃料供給ヘッダ１８の下面部材でとなる。
また、下管板１４は、同じく長手方向の下側（図１の下方）に配置された板状の部材であり、燃料排出ヘッダ２０の上面部材とともに空気供給ヘッダ２２の下面部材となる。この下管板１４は、空気流路４０の上端部を封止する部材でもあり、空気供給ヘッダ２２と空気流路４０との間は、図示しない連通孔により空気の流通が可能となっている。
なお、この場合の長手方向については、略角柱形状となるケーシング１１の上下方向と読み替えることも可能である。
上管板１４には、セルチューブの一方の端部が気密に固定支持されている。燃料ガスはセルチューブの内面を流れることで、発電室を経由して燃料供給ヘッダ１８から燃料排出ヘッダ２０に流通している。
【００２２】
セルチューブ１２は、多孔質セラミックスから形成された略円筒状の管であり、長手方向における中央部には発電を行なう燃料電池セル（不図示）が設けられている。本実施形態において、セルチューブ１２は略円筒状の管を用いたが、内部が空洞となっている筒型の形状であればよく、円、楕円、長方形の形状を持つ管を発電セルとして用いる。
セルチューブ１２は、一方の開口端が燃料供給ヘッダ１８に開口するとともに、他方の開口端が燃料排出ヘッダ２０内に開口するように、上下の管板１３，１４に穿孔した貫通孔よって支持されている。また、セルチューブ１２は、燃料電池セルが発電室１７内にのみ位置するように配置されている。
【００２３】
上断熱体１５は、ケーシング１１の長手方向の上側（図１の上方）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。下断熱材１６は、ケーシング１１の長手方向の下側（図１の下方）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材であり、空気供給ヘッダ２２の上面部材ともなる。
上断熱体１５及び下断熱体１６には、セルチューブ１２を挿通させる孔１５ａ，１６ａが形成され、孔１５ａ，１６ａの直径は、空気の流通を可能にするためセルチューブ１２の直径よりも大きく形成されている。
【００２４】
また、孔１５ａ，１６ａの内周面は、略円筒状に形成されていてもよいし、あるいは、螺旋状または、直線状の凹部（溝）または凸部（畝状突起）が形成されていてもよく、特に限定されることはない。
このような構成にすることで、セルチューブ１２と孔１５ａ，１６ａとの間を通って発電室１７に流入する空気に下断熱体１６の熱が伝達されやすくなるので、発電室１７の温度を高温に保ちやすくなる。
【００２５】
ケーシング１１の下端部側（下部構造）は、支持架台３０の内部に燃料排出ヘッダ２０を収納して空気流路を形成する金属部材による二重箱（二重壁）構造となっている。
燃料排出ヘッダ２０は、上面に下管板１４を備えた中空箱形（略直方体形状）の部材であり、略同形状にして上面を開口させた支持架台３０の内部空間（略直方体形状）に収納設置されている。
【００２６】
また、支持架台３０の底面には空気供給口３１が設けられ、下方へ向けた空気供給ノズル３２が接続されている。空気供給ノズル３２の側面には、空気供給管３３が接続されている。さらに、上述した燃料排出ヘッダ２０の燃料排出管２１は、空気供給口３１及び空気供給ノズル３２の内部を通り、空気供給ノズル３２の底部３２ａを下方へ貫通して図示しない外部機器に接続されている。
【００２７】
空気供給口３１及び空気供給ノズル３２は、燃料排出管２１より大径とされる。このため、燃料排出管２１の外周面と空気供給ノズル３２の内周面との間には、空気供給管３３から供給された空気を空気供給ヘッダ２２へ導くリング状断面形状の空気導入空間部３４が形成されている。この空気導入空間部３４は、支持架台３０の内周面と燃料排出ヘッダ２０の外周面との間に形成された空気流路４０の間隙部と空気供給口３１を介して連通している。従って、空気供給管３３から供給された空気は、空気導入空間部３４から、燃料排出ヘッダ２０の外周（底面及び側面）に形成された空気流路４０へ流入し、さらに、図示しない連通孔を通って空気供給ヘッダ２２に供給される。
【００２８】
本実施形態の空気排出ヘッダ２３は、図２及び図３に示すような額縁状のダクト（排出流路）５０が空気排出ヘッダ２３の外周に設けられる略長方形の水平断面形状を有している。このダクト５０は、空気排出ヘッダ２３の内部において、四方に沿って互いに連通するよう形成される断面が長方形の流路である。すなわち、空気排出ヘッダ２３は、ダクト５０の内壁面５１により内部空間２６を形成し、さらに空気排出ヘッダ２３が上下に配置される第１上断熱体１５Ａ及び第２上断熱体１５Ｂと気密に固定されたものである。
【００２９】
そして、ダクト５０における内壁面５１の長辺側（第一の対向する側面）には、壁面部材を貫通する導入孔５２が穿孔されている。図３の構成例では、内壁面５１の長手方向に多数の導入孔５２が均等のピッチで穿孔されている。
また、外壁面５３の短辺側（第二の対向する側面）には、空気排出管２４が接続されている。
【００３０】
上述した導入孔５２の開孔率は、発電室１７内の空気流れに対して圧力損失を与えて整流化する値に設定されている。すなわち、発電室１７から孔１５ａを通って空気排出ヘッダ２３内に流入した空気の出口は、ダクト５０における内壁面５１の長辺側にのみ穿孔された導入孔５２となるので、その開孔率はかなり小さなものとなる。ここでの開孔率は、空気排出ヘッダ２３の内壁面５１の面積を分母とし、導入孔５２の合計面積を分子として算出される値である。従って、開孔率の小さい導入孔５２は、これを通過して流れる空気に大きな圧力損失を与えるものとなるため、発電室１７の内部を流れる空気流の流速が低下して整流化される。
【００３１】
本実施形態における導入孔５２は、所定の開孔率となるように、円形の貫通孔を複数穿孔したものであるが、たとえば矩形等のように円形以外の形状を有する貫通孔としてもよい。また、導入孔５２は、所定の開孔率となるように、１または複数の細長いスリットを設けてもよい。
すなわち、円形や矩形等の貫通孔を複数、あるいは、長手方向に細長い１または複数のスリットを設けて、導入孔５２の開孔率が所定範囲内の値となるようにすればよく、好適な開孔率は、圧力損失を確保するために許容される４％程度である。
空気ヘッダにおいて、導入孔５２と空気排出管２４は、それぞれ異なる側面に設けられるのが望ましく、ダクト５０における長辺側の側面には、その内壁に導入孔５２が穿孔により設けられる。一方で、短辺側の側面には、その外壁に空気排出管２４が設置される。導入孔５２および空気排出管２４は、それぞれ対向する側面の両側に設けられるのが望ましい。
【００３２】
さて、本実施形態では、上述したダクト５０及び導入孔５２について、導入孔５２の径を変化させて発電室１７内におけるセルチューブ１２毎の流量偏差（空気の質量流量）を算出した。このシミュレーション計算では、その一例となる条件として燃料電池１０の１／４モデルを想定し、内壁面５１の寸法を横５２０ｍｍ／縦４５ｍｍとした。また、空気流入条件は、圧力０．３３Ｍｐａ、流量１８．７５Ｋｇ／ｈｒ、温度５００℃と設定した。
【００３３】
比較例として、空気排出ヘッダにおける短辺側の一側面に空気排出部を設け、その他の側面に側壁を有するコ字状のチャンネル材を用いた場合、実質的に圧力損失を与えるものが空気流路中に介在しない。そのため、酸化剤が空気排出部を設ける側面へ向けて直接流れる傾向になり、最小偏差の５３．６％から最大偏差の２９２％まで大きな流量偏差を生じる結果となった。
【００３４】
これに対し、本実施形態は、ダクト５０の長辺側の内壁面５１に穿孔する導入孔５２の径を変化させた３つのケース（導入孔径：４．３ｍｍ、４ｍｍ、３ｍｍ）について同様の流量偏差を算出した。なお、導入孔５２は、１／４モデルにおいて、横寸法５２０ｍｍの内壁面５１に２０．５個を１列に配置されたものとする。
この結果、導入孔径４．３ｍｍのケースでは、最小偏差９１．２％／最大偏差１１１．４％となり、導入孔径４ｍｍのケースでは、最小偏差９０．９％／最大偏差１１１．３％となり、導入孔径３ｍｍのケースでは、最小偏差９０．５％／最大偏差１１１．９％となった。
【００３５】
従って、長辺側の内壁面５１に導入孔５２を穿孔する構成は、発電室１７内における空気流量の流量偏差を小さくし、各セルチューブ１２に対して均一な空気量を供給できることが分かる。
また、導入孔５２の直径を４ｍｍ以下にしても、単に圧力損失が大きくなるだけで流量偏差の向上による整流化は認められないとの知見が得られたので、直径４ｍｍの導入孔５２を開口率が４％程度となるように穿孔の数を制御することが望ましい。
【００３６】
このように、上述した本実施形態の燃料電池１０によれば、略長方形の水平断面形状を有する空気排出ヘッダ２３の四壁面に沿って互いに連通するよう形成したボックス断面のダクト５０が、長辺側の内壁面５１を貫通する導入孔５２と、短辺側の外壁面５３に接続した空気排出管２４とを備えているので、発電室１７から空気排出ヘッダ２３に流入する発電後の空気は、長辺側の内壁面５１に穿孔された導入孔５２からダクト５０の内部に流入する。この空気は、ダクト５０の内部を通って短辺側の外壁面５３に接続された空気排出管２４へ流れ、最終的には空気排出管２４を通って外部へ流出する。
【００３７】
このよう空気の排出流路は、断面積の小さい導入孔５２を通過する空気に圧力損失を付与するので、発電室１７から空気排出ヘッダへ流出する空気の流れが均一化される。従って、発電室１７の内部を流れる空気は、水平断面において略均一で整流化された流れとなる。このため、発電室１７においては、各セルチューブ１７に対して空気が均等に供給されるようになるので、発電室１７の内部に温度分布や酸素濃度分布が形成されることを防止または抑制することができる。
この結果、燃料電池１０は、上部の限られたスペースを有効に利用して空気を排出し、性能を十分に発揮して効率よく発電できるようになり、さらに、低酸素濃度に起因する損傷を防止して信頼性や耐久性を向上させることができる。
【００３８】
そして、上述した実施形態の燃料電池１０は、セルチューブ１２の内側に燃料供給ヘッダ１８から燃料ガスを導入して燃料排出ヘッダ２０へ排出するとともに、空気供給ヘッダ２２から発電室１７内に空気を導入してセルチューブ１２の外側を空気排出ヘッダ２３へ向けて下方から上方へ流し、燃料ガスと空気とを電気化学的に反応させて発電するが、このような燃料電池１０に対して、下記の空気（酸化剤）排出方法を採用できる。
【００３９】
すなわち、燃料電池１０の空気排出方法では、ケーシング１１の内部を上下方向に区画して上から順に形成された燃料供給ヘッダ１８、空気排出ヘッダ２３、発電室１７、空気供給ヘッダ２２及び燃料排出ヘッダ２０を備え、ケーシング１１内で発電室１７を上下方向に貫通する複数本のセルチューブ１２を、上端を燃料供給ヘッダ１８に開口させるとともに下端を燃料排出ヘッダ２０に開口させた構成とし、略長方形の水平断面形状を有する空気排出ヘッダ２３の四壁面に沿って互いに連通するボックス断面のダクト５０を形成しておく。
【００４０】
そして、ダクト５０の長辺側となる内壁面５１を貫通させて設けた導入孔５２から空気を流入させた後、この空気をダクト５０が長辺側から短辺側へ導くことで、短辺側の外壁面５３に接続した空気排出管２４から流出させる。
このような空気排出方法によれば、発電室１７から空気排出ヘッダ２３に流入する発電後の空気は、断面積の小さい導入孔５２を通過する際に圧力損失が付与されるので、発電室１７から空気排出ヘッダへ流出する空気の流れを均一化できる。従って、発電室１７の内部では、空気の流れを整流化し、各セルチューブ１７に対して空気を均等に供給することが可能になる。
【００４１】
すなわち、この空気排出方法は、燃料電池１０の限られた上部スペースを有効に利用して空気を排出するものであり、しかも、性能を十分に発揮して効率よく発電できるようになり、さらに、低酸素濃度に起因する損傷を防止して信頼性や耐久性を向上させることもできる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０    燃料電池
１１    ケーシング（容器）
１２    セルチューブ（燃料電池セル筒）
１３    上管板（仕切部材）
１４    下管板（仕切部材）
１５    上断熱体
１６    下断熱体
１７    発電室
１８    燃料供給ヘッダ（燃料供給室）
２０    燃料排出ヘッダ（燃料排出室）
２１    燃料排出管
２２    空気供給ヘッダ（空気供給室）
２３    空気排出ヘッダ（酸化剤ヘッダ）
２４    空気排出管（排出配管）
３０    支持架台
４０    空気流路
５０    ダクト（排出流路）
５１    内壁面
５２    導入孔
５３    外壁面
【図１】
0005922432.tif 000002
【図２】
0005922432.tif 000003
【図３】
0005922432.tif 000004