(57)【要約】【課題】固体酸化物形燃料電池を好適に運転する方法、特に円滑な起動を実現する運転方法、及び運転効率や耐久性に優れた固体酸化物形燃料電池を提供すること。【解決手段】固体電解質を燃料極と空気極とで挟持して成る単セルを備える固体酸化物形燃料電池を運転する方法である。燃料極近傍で、燃料ガスに補助空気を断続的に供給して該燃料極ないし該燃料極近傍の温度及び／又は雰囲気を制御し、空気極近傍で、空気に補助燃料ガスを断続的に供給して該空気極ないし該空気極近傍の温度及び／又は雰囲気を制御する。  固体電解質を燃料極と空気極で狭持して成る単セルを備え、該燃料極近傍に、燃料ガスと補助空気との燃料極側合流ゾーンを有し、該空気極近傍に、空気と補助燃料ガスとの空気極側合流ゾーンを有する固体酸化物形燃料電池である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質を燃料極と空気極とで挟持して成る単セルを備える固体酸化物形燃料電池を運転するに当たり、
上記燃料極近傍で燃料ガスに補助空気を断続的に供給して、該燃料極ないし該燃料極近傍の温度及び／又は雰囲気を制御し、
上記空気極近傍で空気に補助燃料ガスを断続的に供給して、該空気極ないし該空気極近傍の温度及び／又は雰囲気を制御することを特徴とする固体酸化物形燃料電池の運転方法。
【請求項２】
上記固体酸化物形燃料電池が複数個の単セルを有し、これらの単セルを作動させて該固体酸化物形燃料電池を運転するに際し、
不特定な一部の単セルに対し、その燃料極への燃料ガスの供給若しくはその空気極への空気の供給又はこれら双方の供給を一時的に中断す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の運転方法。
【請求項３】
上記燃料ガス及び／又は空気供給の一時的中断時期を、当該一部の単セルの過熱時と同期させることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池の運転方法。
【請求項４】
燃料ガス及び／又は補助空気の流量を燃料極近傍が還元性雰囲気となるように制御し、
空気及び／又は補助燃料ガスの流量を空気極近傍が酸化性雰囲気となるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池の運転方法。
【請求項５】
固体電解質を燃料極と空気極で狭持して成る単セルを備える固体酸化物形燃料電池であって、
上記燃料極近傍に、燃料ガスと補助空気との燃料極側合流ゾーンを設け、
上記空気極近傍に、空気と補助燃料ガスとの空気極側合流ゾーンを設けて成る、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
燃料ガス流路、補助空気流路、空気流路及び補助燃料ガス流路を有し、
上記燃料極側合流ゾーンに、上記燃料ガス流路の燃料ガス導入口と、上記補助空気流路の補助空気導入口が配置され、
上記空気極側合流ゾーンに、上記空気流路の空気導入口と、上記補助燃料ガス流路の補助燃料ガス導入口が配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
上記燃料ガス流路と上記補助空気流路、又は上記空気流路と上記補助燃料ガス流路とが二重管構造を形成していることを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項８】
上記燃料ガス流路及び／又は上記空気流路がマニホールド構造を形成し、これに応じて上記補助空気流路及び／又は補助燃料ガス流路がマニホールド構造を形成していることを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項９】
上記燃料極近傍に温度検出手段を付加し、且つ上記空気極近傍に温度検出手段を付加して成ることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１０】
上記燃料極近傍に着火手段を付加し、且つ上記空気極近傍に着火手段を付加して成ることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つの項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項１１】
上記着火手段が、多孔質金属体であることを特徴とする請求項１０に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池の運転方法及び固体酸化物形燃料電池に係り、更に詳細には、固体酸化物形燃料電池を好適に運転する方法、特に円滑な起動を実現する運転方法及び運転効率などに優れた固体酸化物形燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、発電を行うには、セルやスタックを常温から５００〜８００℃の運転温度に昇温させる必要があり、特に固体酸化物形燃料電池を小型電源として使用する場合には、速く昇温させて起動できることが望まれている。
しかしながら、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、セラミックスで構成されているため、急激な加熱を行うと熱衝撃により、セルやスタックが破壊されるという問題が知られている。
【０００３】
そこで、ＳＯＦＣの加熱方法として、スタック内にヒータを設置して加熱することが提案されている（特許文献１参照。）。
また、ＳＯＦＣの他の加熱方法として、スタック内に燃料と酸化性ガス（空気）を燃焼させる燃焼室を設け、燃焼ガスを各セルに通じ加熱することが提案されている（特許文献２参照。）。
更に、ＳＯＦＣの更に他の加熱方法として、スタック内に燃料と酸化性ガス（空気）を燃焼させる燃焼棒を設け、燃焼ガスを各セルに吹き付け加熱することが提案されている（特許文献３参照。）。
【０００４】
また、固体酸化物形燃料電池では、起動や停止の際に、燃料極に対して酸化・還元を繰り返すと、燃料極が膨張・収縮して破壊されるという問題が知られている。
更に、固体酸化物形燃料電池は、起動や停止の際に、空気極を高温下の還元雰囲気下におくと、電解質との剥離や空気極自体の組成変化が起こり、空気極としての機能を果たさなくなるという問題が知られている。
【０００５】
そこで、燃料極や空気極に通じるガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を変えて、常に燃料極を還元雰囲気に、空気極を酸化雰囲気に調整することが提案されている（特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１６２４９２号公報
【特許文献２】特開２００１−１５５７５４号公報
【特許文献３】特開２００４−２０７００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の従来技術においては、スタックが大型化するという問題がある。
また、上記特許文献１及び２に記載の従来技術においては、スタック内の上辺又は底辺に配置されたセルから温度が上昇し、中央部のセルの昇温は遅くなるという問題がある。
更に、上記特許文献３に記載の従来技術においては、燃料極又は空気極のいずれか一方からセルを加熱するため空気極側と燃料極側で温度差が生じ、セルが破壊され易いという問題がある。
【０００７】
一方で、固体酸化物形燃料電池では、セルを多段に積層しスタックを構成するが、セルの発電は発熱反応であり、積層中央部では所望の運転温度より高温となり、セルやスタックが破壊され易いという問題が知られている。
【０００８】
上記特許文献１〜３に記載の従来技術においては、スタック内に配置された個々のセルの温度制御はできず、上辺及び底辺に配置されたセルと中央部に配置されたセルでは大きな温度差が生じスタックが破壊され易いという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体酸化物形燃料電池を好適に運転する方法、特に円滑な起動を実現する運転方法、及び運転効率や耐久性に優れた固体酸化物形燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、燃料極近傍で燃料ガスに補助空気を断続的に供給し、空気極近傍で空気に補助燃料ガスを断続的に供給することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明の固体酸化物形燃料電池の運転方法は、固体電解質を燃料極と空気極とで挟持して成る単セルを備える固体酸化物形燃料電池を運転する方法である。
上記燃料極近傍で、燃料ガスに補助空気を断続的に供給して該燃料極ないし該燃料極近傍の温度及び／又は雰囲気を制御し、
上記空気極近傍で、空気に補助燃料ガスを断続的に供給して該空気極ないし該空気極近傍の温度及び／又は雰囲気を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の固体酸化物形燃料電池は、固体電解質を燃料極と空気極で狭持して成る単セルを備える固体酸化物形燃料電池である。
上記燃料極近傍に、燃料ガスと補助空気との燃料極側合流ゾーンを有し、
上記空気極近傍に、空気と補助燃料ガスとの空気極側合流ゾーンを有する、ことを特徴とする。
【００１３】
更に、本発明の固体酸化物形燃料電気の好適形態は、燃料ガス流路、補助空気流路、空気流路及び補助燃料ガス流路を有し、
上記燃料極側合流ゾーンに、上記燃料ガス流路の燃料ガス導入口と、上記補助空気流路の補助空気導入口が配置され、
上記空気極側合流ゾーンに、上記空気流路の空気導入口と、上記補助燃料ガス流路の補助燃料ガス導入口が配置されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料極近傍で燃料ガスに補助空気を断続的に供給し、空気極近傍で空気に補助燃料ガスを断続的に供給することなどとしたため、固体酸化物形燃料電池を好適に運転する方法、特に円滑な起動を実現する運転方法、及び運転効率や耐久性に優れた固体酸化物形燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の固体酸化物形燃料電池の運転方法について説明する。
上述の如く、本発明の固体酸化物形燃料電池の運転方法は、固体電解質を燃料極と空気極とで挟持して成る単セルの、燃料極近傍において燃料ガスに補助空気を断続的に供給し、空気極近傍において空気に補助燃料ガスを断続的に供給する方法である。
そして、かかる断続供給により、燃料極ないし燃料極近傍では、温度及び雰囲気の一方又は双方を制御し、空気極近傍ないし空気極近傍では、温度及び雰囲気の一方又は双方を制御するものである。
【００１６】
ここで、「極近傍」とは、上述の如き断続供給により生ずる熱が、特別な手段を講ずることなく、燃料極や空気極に伝搬される程度に近接する領域を意味しており、具体的には、燃料極や空気極の大きさが１００ｃｍ２程度の場合、当該極から２ｃｍ以下の長さ離間する領域を挙げることができる。
また、「補助空気」とは、燃料極に供給される燃料ガスと反応して着火現象を生じさせる程度に少量の酸素を意味し、「補助燃料ガス」とは、空気極に供給される空気と反応して着火現象を生じさせる程度に少量の燃料ガスを意味する。
【００１７】
本発明の制御運転により、対象である固体酸化物形燃料電池の加熱起動時間を短縮することができるとともに、単セルに温度分布が生じにくくすることができる。特に、燃料極及び空気極の双方の温度や雰囲気を制御することが望ましい。
また、本発明の運転方法は、複数個の単セルを有する固体電解質形燃料電池にも適用可能であり、単セル毎に温度や雰囲気を制御することにより、加熱起動時間を短縮して運転効率を向上し、温度分布の発生を抑制し得る。
また、少なくとも１個の単セルを有する固体酸化物形燃料電池をスタック化した場合にも、燃料電池スタックの内部に温度分布が生じ難く、特にスタック中央部の高温化を抑制して、熱応力に起因する破壊を抑制ないし防止することができる。
【００１８】
また、本発明の運転方法において、複数個の単セルを有する固体電解質形燃料電池を制御する場合には、不特定な一部の単セルに対し、その燃料極への燃料ガスの供給若しくはその空気極への空気の供給又はこれら双方の供給を一時的に中断することができる。
例えば、本発明の運転方法において、燃料ガス供給及び空気供給の一方又は双方の一時的中断を、当該一部の単セルの過熱時と同期させること、特に燃料ガス供給の一時的供給中断を、当該一部の単セルの過熱時と同期させることが望ましい。
セルの発電は発熱反応であるため、当該単セルの過熱時に、例えば燃料ガスの供給を中止することにより、発電が停止し、当該単セルの更なる昇温が抑制され、単セル毎の温度差が小さくなり、スタック内に温度分布が生じ難く、セルやスタックの破壊を抑制ないし防止することができる。
【００１９】
更に、本発明の運転方法において、燃料ガス及び補助空気の一方又は双方の流量を燃料極近傍が還元性雰囲気となるように制御し、且つ空気及び補助燃料ガスの一方又は双方の流量を空気極近傍が酸化性雰囲気となるように制御することが望ましい。
このように、燃料極近傍を還元雰囲気に制御することによって、膨張・収縮による燃料極の破壊が抑制ないし防止され、また、空気極近傍を酸化性雰囲気に制御することによって、電解質との剥離や空気極自体の組成変化を抑制ないし防止でき、空気極の機能を維持することができる。
【００２０】
次に、本発明の固体酸化物形燃料電池について説明する。
上述の如く、本発明の固体酸化物形燃料電池は、上述の如き少なくとも１個の単セルを備える固体酸化物形燃料電池であり、燃料極近傍に、燃料ガスと補助空気との燃料極側合流ゾーンを有し、空気極近傍に、空気と補助燃料ガスとの空気極側合流ゾーンを有するもので、上述した本発明の運転方法を実現できるものである。
また、本発明の固体酸化物形燃料電池を積層することにより、スタック化することが可能であり、スタック燃料電池を簡易に得ることができる。
【００２１】
このような構成とすることにより、固体酸化物形燃料電池が複数個の単セルを有する場合には、単セル毎に温度や雰囲気を制御することが可能となり、加熱起動時間を短縮することができる。
また、単セルを内蔵する固体酸化物形燃料電池をスタック化した場合にも、燃料電池スタック内に温度分布が生じ難く、セルやスタックの破壊を抑制ないし防止することができる。
【００２２】
本発明の固体酸化物形燃料電池は、代表的には、上記単セルの燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路、空気極に空気を供給する空気流路、燃料極近傍に補助空気を供給する補助空気流路、及び空気極近傍に補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス流路を備える。
かかる構成において、上記の燃料極側合流ゾーンには、燃料ガス流路の燃料ガス導入口と補助空気流路の補助空気導入口が配置され、空気極側合流ゾーンには、空気流路の空気導入口と補助燃料ガス流路の補助燃料導入口が配置される。
【００２３】
本発明の固体酸化物形燃料電池においては、燃料ガスと補助空気とが燃料極近傍で合流し、空気と補助燃料ガスとが空気極近傍で合流するのを実現できる構成を有すれば十分であるので、上記燃料極側合流ゾーンを燃料ガス流路と補助空気流路との二重管構造によって形成してもよく、上記空気極側合流ゾーンを空気流路と補助燃料ガス流路との二重管構造で形成してもよい。このような二重管構造を採用することにより、省スペース化を図ることができる。
なお、かかる二重管構造を採用する場合、いずれのガス流路が内管又は外管を形成してもよいのは勿論のことである。
【００２４】
また、本発明の固体酸化物形燃料電池をスタック化して燃料電池スタックを構成する場合、単セルないしは固体電解質形燃料電池毎に燃料ガス流路、補助空気流路、空気流路及び補助燃料ガス流路を配設してもよいが、燃料ガス流路や空気流路をマニホールド構造で形成することも可能である。
この場合、燃料ガスマニホールド及び空気マニホールドに対応させて、補助空気流路及び補助燃料ガス流路もマニホールド化した方がよい。
【００２５】
なお、本発明の固体酸化物形燃料電池においては、単セルの燃料極近傍及び空気極近傍に温度検出手段を設置することも可能であり、これにより、温度制御を精密・経時的に行うことができるようになる。
【００２６】
また、燃料極近傍に着火手段を付加することも可能であり、これにより、燃料極近傍での着火現象を上述のガス合流以外の手法でも起こすことが可能となるとともに、ガス合流による着火を促進することができるようになる。
なお、かかる着火手段としては、特に限定されるものではないが、電気抵抗を利用する着火手段を挙げることができ、例えば、多孔質金属体を用いることができる。
【００２７】
次に、本発明の固体酸化物形燃料電池を図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明の固体酸化物形燃料電池の一例を示す断面図である。
同図において、この燃料電池は、電解質１０を燃料極２０と空気極３０で挟持して成る単セル１００（図２参照。）を、２階層をなすハウジング５０に収容して構成されている。
単セル１００の燃料極２０は通気性の燃料極集電体２６を介して燃料極インタコネクタ２８に接続され、空気極３０は通気性の空気極集電体３６を介して空気極インタコネクタ３８に接続されており、それぞれのインタコネクタを介して図示しない他の燃料電池とスタッキングした際の電気接続が可能なように構成されている。
【００２８】
ハウジング５０の下層階５１は、燃料極２０と連通しており、その一方の空間５１ａには、燃料ガス流路２２の燃料ガス導入口２２ａと補助空気流路２４の補助空気導入口２４ａが配設されており、燃料ガスと補助空気とが合流する燃料極側合流ゾーン５１ａが形成されている。
また、ハウジング下層階５１の他方の空間５１ｂは、燃料極側合流ゾーン５１ａと連通して燃料ガス排出ゾーンとして機能し、燃料ガス排出口２２ｂが配設されている。
【００２９】
一方、ハウジング５０の上層階５２は、空気極３０と連通しており、その一方の空間５２ａには、空気流路３２の空気導入口３２ａと補助燃料ガス流路３４の補助燃料ガス導入口３４ａが配設されており、空気と補助燃料ガスとが合流する空気極側合流ゾーンが形成されている。
また、ハウジング上層階５２の他方の空間５２ｂは、空気極側合流ゾーン５２ａと連通しており、空気排出ゾーンとして機能し、空気排出口３２ｂが設けられている。
【００３０】
次に、この燃料電池の運転について説明する。
図３及び図４は、図１に示した燃料電池において、双方の合流領域を矩形をなすハウジング５０のほぼ対角線上に配置した例を示す概略的な平面図である。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ昇温状態における燃料ガス及び空気の流れを矢印の方向で示すものであり、図４（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ定常運転状態の燃料ガス及び空気の流れを矢印の方向で示すものである。
図１及び図３に示すように、上述の構成を有する燃料電池の燃料極側合流ゾーン５１ａには、燃料ガス導入口２２ａを介して燃料ガス（矢印ＭＦｉｎ）が流入するとともに、補助空気導入口２４ａを介して補助空気（矢印ＳＡ）が流入する。
この際、ほぼ対向する２つのガス流ＭＦｉｎとＳＡは衝突するように合流し、燃焼反応が起こって昇温し、一時的なガス着火が起こり、この発生熱は燃料極３０に伝搬し、燃料極２０の迅速な活性化を促進する。
その後、燃焼ガスは矢印ＭＦｏｕｔで示すように、燃料ガス排出ゾーン５１ｂの燃料ガス排出口２２ｂを介してハウジング５０外に排出される。
【００３１】
一方、空気極側合流ゾーン５２ａにおいても、空気導入口３２ａから空気（矢印ＭＡｉｎ）が流入し、補助燃料ガス導入口３４ａから流入し空気とほぼ対向する流れを形成する補助燃料ガス（矢印ＳＦ）とが衝突・合流して、一時的なガス着火が起こる。この発生熱も上記同様に空気極に伝搬されて空気極の迅速な活性化を促進する。
その後、燃焼ガスは矢印ＭＡｏｕｔで示されるように、空気排出ゾーン５２ｂの空気排出口３２ｂからハウジング５０外に排出される。
【００３２】
上述のように、本発明の固体酸化物形燃料電池によれば、燃料極２０及び空気極３０が迅速に昇温されるので、早期から十分な発電を実施することができ、燃料電池の運転効率を向上することができる。
また、燃料極２０側のみならず空気極３０側も昇温できるので、単セル１００ないし燃料電池に温度分布が生ずるのを抑制でき、従って、熱応力による破壊等を抑制することができる。
【００３３】
図１及び図４に示すように、燃料ガス（矢印ＭＦｉｎ）が燃料ガス導入口２２ａを介して、ハウジング５０の燃料極側合流ゾーン５１ａに流入し、燃料電池セル１００の燃料極２０に燃料ガスを供給し、電池反応に資する。その後、燃料ガスは、ハウジング５０の燃料ガス排出ゾーン５１ｂに入り燃料ガス排出口２２ｂを介してハウジング５０外に排出される。一方、空気（矢印ＭＡｉｎ）は空気導入口３２ａを介して、空気極合流ゾーン５２ａに流入し、燃料電池セル１００の空気極３０に空気を供給し、電池反応に資する。その後、空気は、ハウジング５０の空気排出ゾーン５２ｂに入り空気排出口３２ｂを介してハウジング５０外に排出される。この時、燃料極側合流ゾーン５１ａには、補助空気（矢印ＳＡ）は導入されず、また空気極側合流ゾーン５２ａには、補助燃料ガス（矢印ＳＦ）は導入されない。なお、定常状態において、補助燃料ガス（ＳＦ）や補助空気（ＳＡ）を通じる場合もある。
【００３４】
図５及び図６は、双方の合流領域を矩形をなすハウジング５０のほぼ対角線上に配置した他の例を示す概略的な平面図である。
同図において、燃料ガス導入口２２ａ及び補助空気導入口２４ａに近接する燃料極（図示せず）近傍には、通電により発熱する多孔質金属製の着火手段６０が配設されており、同様に空気導入口３２ａ及び補助燃料ガス導入口３４ａに近接する空気極（図示せず）近傍にも、着火手段６０が配設されており、これらにより、燃料極及び空気極の迅速な昇温を更に促進することができるようになっている。
また、燃料ガス排出口２２ｂ及び空気排出口３２ｂの近傍には、温度センサ７０が配設されており、これらによって温度を検出しフィードバック制御を行えば、燃料極及び空気極近傍の温度をいっそう精密に制御できることになる。
更に、同図に示すように、配管レイアウトの観点からは、燃料ガス流路及び補助燃料ガス流路と、空気流路及び補助空気流路とをそれぞれ束ねるように配置することが有利である。
なお、起動制御の終了及び通常運転の開始は、温度センサにより温度をモニタし、運転温度に達したところで、補助燃料ガス及び補助空気の供給を中止することにより行うことができる。
【００３５】
図７は、本発明の固体酸化物形燃料電池の他の例を示す断面図である。
同図において、燃料ガス流路２２と補助空気流路２４、空気流路３２と補助燃料ガス流路３４が二重管構造をなす以外は、図１に示した燃料電池と同様の構成を有する。なお、二重管を通る燃料ガス及び空気は同方向に流れており、上述の如く両者が合流する構成となっている。
【００３６】
図８は、本発明の固体酸化物形燃料電池を３個スタック化した例を示す断面図である。
同図に示すように、ハウジング５０は図示しない燃料極を備える下層階５１と、図示しない空気極を備える上層階５２を有し、かかるハウジングがインタコネクタ２８、３８を介して３個積層されて構成され、更に、マニホールド構造としたマニホールド型燃料ガス流路２２０、マニホールド型補助空気流路２４０、マニホールド型空気流路３２０及びマニホールド型補助燃料ガス流路３４０を有する。
そして、マニホールド型燃料ガス流路２２０及びマニホールド型補助空気流路２４０は、下層階５１にそれぞれ燃料ガス導入口２２０ａと補助空気導入口２４０ａを有し、マニホールド型空気流路３２０及びマニホールド型補助燃料ガス流路３４０は、上層階５２にそれぞれ空気導入口３２０ａと補助燃料ガス導入口３４０ａを有する。ここで、昇温状態における燃料ガス及び空気の流れを矢印の方向で示す。
下層階５１においては、左側より燃料ガス（矢印ＭＦｉｎ）が供給され、右側より補助空気（矢印ＳＡ）が供給されて燃焼し、燃料極が加熱される。また、上層階５２においては、右側より空気（矢印ＭＡｉｎ）が供給され、左側より補助燃料ガス（矢印ＳＦ）が供給されて燃焼し、空気極が加熱される。なお、反応消費されたガスは図示しないガス排出口より排出される。
【００３７】
図９及び図１０は、本発明の固体酸化物形燃料電池を３個スタックした更に他の例を示す斜視図及び断面図である。
図９に示すように、２階層をなす集合型ハウジング５００は、図示しない単セル１００を収容し（図１０参照。）、インタコネクタ２８、３８を介して積層され、集合型下層階５１０（燃料ガス導入口及びは燃料ガス排出口は図示せず。）と、集合型上層階５２０（空気導入口及び空気排出口も図示せず。）を有する（以下、このような構成のものを集合型固体酸化物形燃料電池スタックという。）。
なお、仮想線で示すように集合型上層階が存在する。
【００３８】
図９の直線Ｘ−Ｘ’における断面図である図１０に示すように、極近傍にマニホールド構造のマニホールド型補助空気流路２４０と、その補助空気導入口２４０ａ（同様に、図示しないマニホールド型補助燃料ガス流路と、その補助燃料ガス導入口も設ける）を設けることにより、極近傍の温度や雰囲気を単セル１００毎に制御することができるとともに、燃料ガス（矢印ＭＦｉｎ）及び空気（矢印ＭＡｉｎ）の供給を集合型固体酸化物形燃料電池スタック毎に容易に制御することができ、これにより、集合型固体酸化物形燃料電池スタック毎でも、温度制御や起動制御を行うことができる。
このような構成とすることにより、固体酸化物形燃料電池スタックの温度制御を容易に行うことができ、単セルや固体酸化物形燃料電池スタックの耐久性を向上させることができる。このような構成は、特に多段の燃料電池スタックの場合に有効である。
【実施例】
【００３９】
本発明をいくつかの実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
図１に示した固体酸化物形燃料電池を１５個用いて、図８に示すようにスタック化し、固体酸化物形燃料電池スタックを断熱容器内に設置した。
【００４１】
このようなスタックに燃料ガス及び補助空気をＡ／Ｆ＝０．９となるように流量を制御して燃料極近傍に供給し、補助燃料ガス及び空気をＡ／Ｆ＝２となるように流量を制御して空気極近傍に供給した。
ガス供給開始後、各極近傍に設置した金属多孔質体に通電し、ガス燃焼を開始した。通電後、３５分で極近傍に設置した温度センサは６５０℃を示した。
また、各固体酸化物形燃料電池の燃料極側温度及び空気極側温度の差は、昇温中、最大で３５℃であった。
６５０℃到達後、補助空気及び補助燃料ガスの供給を中止し、スタックの起動制御を終了した。
【００４２】
（実施例２）
図９及び図１０に示すような固体酸化物形燃料電池を５個スタックした集合型固体酸化物形燃料電池スタックを３個用いて、スタック化し、固体酸化物形燃料電池スタックを断熱容器内に設置した。
【００４３】
実施例１と同様にガスを供給し、ガス供給開始後、各極近傍に設置した金属多孔質体に通電し、ガス燃焼を開始した。通電後、５２分で極近傍に設置した温度センサは６５０℃を示した。
また、各固体酸化物形燃料電池の燃料極側温度及び空気極側温度の差は、昇温中、最大で４０℃であった。
６５０℃到達後、補助空気及び補助燃料ガスの供給を中止し、スタックの起動制御を終了した。
【００４４】
起動制御終了後、通常運転を開始した。
各集合型固体酸化物形燃料電池スタックに燃料ガスを同じ流量で供給し、空気を同じ流量で供給した。
通常運転開始２７分後、中央部の固体酸化物形燃料電池スタックと底部集合型固体酸化物形燃料電池スタックの温度差が７０℃に達した。
そこで、中央部の集合型固体酸化物型燃料電池スタックへの燃料ガスの流量を１／４に調整した。
流量調整８分後、温度差は３０℃以内となった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の固体酸化物形燃料電池の一例を示す断面図である。
【図２】単セルの一例を示す断面図である。
【図３】ハウジングの配置の一例を示す概略的な平面図である。
【図４】ハウジングの配置の一例を示す概略的な平面図である。
【図５】ハウジングの配置の他の例を示す概略的な平面図である。
【図６】ハウジングの配置の他の例を示す概略的な平面図である。
【図７】本発明の固体酸化物形燃料電池の他の例を示す断面図である。
【図８】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの一例を示す断面図である。
【図９】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの他の例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックの他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０    電解質
２０    燃料極
２２    燃料ガス流路
２２ａ  燃料ガス導入口
２２ｂ  燃料ガス排出口
２４    補助空気流路
２４ａ  補助空気導入口
２６    燃料極集電体
２８    燃料極インタコネクタ
３０    空気極
３２    空気流路
３２ａ  空気導入口
３２ｂ  空気排出口
３４    補助燃料ガス流路
３４ａ  補助燃料ガス導入口
３６    空気極集電体
３８    空気極インタコネクタ
５０    ハウジング
５１    下層階
５１ａ  燃料極側合流ゾーン
５１ｂ  燃料ガス排出ゾーン
５２    上層階
５２ａ  空気極側合流ゾーン
５２ｂ  空気排出ゾーン
６０    着火手段
７０    温度センサ
１００    単セル
２２０    マニホールド型燃料ガス流路
２２０ａ  燃料ガス導入口
２４０    マニホールド型補助空気流路
２４０ａ  補助空気導入口
３２０    マニホールド型空気流路
３２０ａ  空気導入口
３４０    マニホールド型補助燃料流路
３４０ａ  補助燃料導入口
５００    集合型ハウジング
５１０    集合型下層階
５１０ａ  集合型燃料極側合流ゾーン
５１０ｂ  集合型燃料ガス排出ゾーン
５２０    集合型上層階
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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