(57)【要約】【課題】還元処理に要する期間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減する。【解決手段】セルスタック１０１の端部が挿入部３０１，３０４に挿入され、かつ軸方向の相対位置が規制された状態で配置される一対の管板部材３０３，３０６と、セルスタック１０１の端部の外周面及び挿入部３０１，３０４の内周面に接触して充填した状態で配置され、セルスタック１０１の内部と外部とを隔離する一対のシール部材４０１，４０２と、還元性ガス入口から供給される還元性ガスをセルスタック１０１の一端部の内部に導く還元性ガス供給路３０８と、セルスタック１０１の他端部の内部から排出される還元性ガスを還元性ガス出口３１０へ導く還元性ガス排出路３０９を備える還元処理装置１００を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を構成するセルスタックの燃料極を還元処理する還元処理装置であって、
前記セルスタックは、基体管の外周面上に燃料極と固体電解質と空気極とが順に積層されており、
前記セルスタックの軸方向に直交する直交方向の外周形状よりも大きい内周形状を有する挿入部と前記セルスタックの前記直交方向の前記外周形状よりも小さい内周形状を有する規制部とを有し、前記セルスタックの端部が前記挿入部に挿入され、かつ前記規制部により前記セルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置される一対の管状部材と、
前記セルスタックの前記端部の外周面及び前記挿入部の内周面に接触して充填した状態で配置され、前記セルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材と、
還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、前記セルスタックの一端部の内部に導く還元性ガス供給路と、
前記セルスタックの他端部の内部から排出される前記還元性ガスを、還元性ガス出口へ導く還元性ガス排出路と、
を備えることを特徴とする還元処理装置。
【請求項２】
前記一対の管状部材の外周を囲うように配置され、前記空気極の周囲に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流路を形成する酸化性ガス管状部材と、
前記酸化性ガス管状部材の外周を囲うように配置され、前記酸化性ガス管状部材の外周面を加熱するヒータを備えることを特徴とする請求項１に記載の還元処理装置。
【請求項３】
前記一対の隔離部材は、非気密性材料により構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の還元処理装置。
【請求項４】
前記還元性ガス供給路に供給される還元性ガスの圧力が、前記酸化性ガス流路に供給される酸化性ガスの圧力よりも高くなるように、前記還元性ガス及び前記酸化性ガスの少なくともいずれか一方の圧力を調整する圧力調整部を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の還元処理装置。
【請求項５】
前記セルスタックの前記一端部及び前記他端部には、前記セルスタックが発電する電気を集電するリード膜が配置されており、
前記セルスタックの前記一端部の縁部及び前記他端部の縁部において、前記リード膜は前記セルスタックの外周面に露出しており、
前記一対の隔離部材は、それぞれ前記一端部の縁部及び前記他端部の縁部を覆うように配置されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の還元処理装置。
【請求項６】
前記挿入部は、前記規制部から遠ざかるにしたがって、前記直交方向へ徐々に内周形状が拡大する形状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の還元処理装置。
【請求項７】
前記一対の管状部材及び前記一対の隔離部材を１組の還元処理ユニットとする複数組の還元処理ユニットを備え、
前記還元性ガス供給路は、前記複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数の前記セルスタックの前記一端部の内部に前記還元性ガスを導き、
前記還元性ガス排出路は、前記複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数の前記セルスタックの前記他端部の内部から排出される前記還元性ガスを前記還元性ガス出口へ導くことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の還元処理装置。
【請求項８】
前記一対の隔離部材は、セラミック製ファイバーにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載の還元処理装置。
【請求項９】
燃料電池を構成するセルスタックの燃料極を還元処理する還元処理方法であって、
前記セルスタックは、基体管の外周面上に燃料極と固体電解質と空気極とが順に積層されており、
前記セルスタックの軸方向に直交する直交方向の外周形状よりも大きい内周形状を有する挿入部と前記セルスタックの前記直交方向の前記外周形状よりも小さい内周形状を有する規制部とを有する一対の管状部材に、前記セルスタックの端部が前記挿入部に挿入され、かつ前記規制部により前記セルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置する配置工程と、
還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、前記セルスタックの一端部の内部に導く還元性ガス供給路に供給する還元性ガス供給工程と、
前記セルスタックの他端部の内部から排出される前記還元性ガスを、還元性ガス排出路を介して還元性ガス出口へ導く還元性ガス排出工程と、を備え、
前記配置工程は、前記セルスタックの前記端部の外周面及び前記挿入部の内周面に接触して充填した状態で前記セルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材を配置することを特徴とする還元処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元処理装置及び還元処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」という。）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、都市ガス、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７００〜１０００℃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。その一つとして、円筒型の固体酸化物形燃料電池が知られている。円筒型の固体酸化物形燃料電池は、発電室の内部に複数のセルスタックを収容する。セルスタックは、中央部が発電部となり、発電部を挟んで両端は非発電部となっている。セルスタックの発電部において、基体管の径方向に、燃料極、固体電解質、空気極を積層させたセルが複数形成される。セルは、基体管の軸方向に複数配列され、隣り合うセル同士がインターコネクタで電気的に直列に接続される。
【０００３】
ＳＯＦＣに用いられる燃料電池電極は、基材上に電極材料を塗布した後に空気等の酸化性ガス雰囲気で焼成しているため、酸化した状態となっている。例えば、燃料極としてニッケル（Ｎｉ）を用いる場合、焼成した後は酸化ニッケル（ＮｉＯ）となる。したがって、燃料電池として使用するには、燃料極を還元処理する必要がある。例えば、燃料極の酸化ニッケル（ＮｉＯ）をニッケル（Ｎｉ）に還元する還元処理を行う必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、図７に示すように、円筒形状のセルスタック２００の燃料極を還元処理する還元処理装置が開示されている。セルスタック２００の上部には、シールリング２０２が固定されている。セルスタック２００は、固定板２０１に形成された穴に挿入された後、シールリング２０２の下面が固定板２０１の上面に対して溶接等により固定される。セルスタック２００の下端には、シールキャップ２０６が気密に固定されている。
【０００５】
セルスタック２００の内部には、水素ガス供給管２０５が挿入されており、水素ガス供給管２０５の先端から水素（Ｈ２）を供給することによって、水素ガスをセルスタック２００の内側から外側に向けて透過させて燃料極を還元する。一方、セルスタック２００の外部には、空気が供給されている。これは、セルスタック２００の外周面に形成された空気極が水素ガスによって分解あるいは破壊されないようにするためである。このように、特許文献１に開示された還元処理装置は、セルスタック２００の内部と外部とをシールリング２０２及びシールキャップ２０６によって気密に保持することで、還元領域と空気領域とをシールした構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３２９５０５号公報（図５及び図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、特許文献１に開示された還元処理装置では、水素ガス（還元ガス）による空気極の分解あるいは破壊を防止するために、シールリング及びシールキャップによってセルスタックの内部と外部を隔離する必要があった。シールリング及びシールキャップを、例えば、接着剤を用いて気密にセルスタックに固定する場合、接着剤が乾燥するまで数日の期間が必要となる。また、還元処理を行う高温状態でも耐えうるために高ニッケル材料を含有する高価なシールリング及びシールキャップが還元処理をするたびに使い捨てとなるため、還元処理を行うために必要な費用が高くなるという問題があった。
【０００８】
高価なシールリング及びシールキャップを使い捨てにしないようにするために、複数のセルスタックを１つのカートリッジに組み立てて、その後に還元処理を行う方法が考えられる。しかしながら、カートリッジ化されたセルスタックの場合、各セルスタックが正常に還元処理されているかどうかを、その外観などから確認することが容易でないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、還元処理に要する期間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減した還元処理装置及び還元処理方法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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明に係る還元処理装置は、燃料電池を構成する円筒形状のセルスタックの燃料極を還元処理する還元処理装置であって、前記セルスタックは、基体管の外周面上に燃料極と固体電解質と空気極とが順に積層されており、前記セルスタックの軸方向に直交する直交方向の外周形状よりも大きい内周形状を有する挿入部と前記セルスタックの前記直交方向の前記外周形状よりも小さい内周形状を有する規制部とを有し、前記セルスタックの端部が前記挿入部に挿入され、かつ前記規制部により前記セルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置される一対の管状部材と、前記セルスタックの前記端部の外周面及び前記挿入部の内周面に接触して充填した状態で配置され、前記セルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材と、還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、前記セルスタックの一端部の内部に導く還元性ガス供給路と、前記セルスタックの他端部の内部から排出される前記還元性ガスを、還元性ガス出口へ導く還元性ガス排出路と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る還元処理装置によれば、セルスタックの端部が挿入部に挿入され、かつ規制部によりセルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置される。そして、セルスタックの端部において一対の隔離部材によりセルスタックの内部と外部とが隔離される。
【００１２】
セルスタックの内部と外部とが隔離された状態で、還元性ガス供給路から還元性ガスがセルスタックの一端部の内部に導かれる。セルスタックの他端部の内部から排出される還元性ガスは、還元性ガス排出路を介して還元性ガス出口へ導かれる。この還元性ガスにより、セルスタックの燃料極が還元処理される。一方、セルスタックの外部の空気極は、内部から隔離されているので、還元処理されない。
【００１３】
セルスタックの両端部にセルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材を配置することにより、セルスタックの燃料極を還元処理した後は、一対の管状部材からセルスタックを外し、必要に応じて一対の隔離部材を交換した上で、新たなセルスタックを一対の管状部材に設置すれば良い。
【００１４】
このようにすることで、高価なシールリング及びシールキャップを接着剤等によりセルスタックに固定して還元処理を行う従来技術に比べ、還元処理に要する時間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減することができる。
【００１５】
本発明の第１態様の還元処理装置は、前記一対の管状部材の外周を囲うように配置され、前記空気極の周囲に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流路を形成する酸化性ガス管状部材と、前記酸化性ガス管状部材の外周を囲うように配置され、前記酸化性ガス管状部材の外周面を加熱するヒータを備えることを特徴とする。
このようにすることで、還元処理装置内に配置されるセルスタックの空気極の周囲を酸化性ガス雰囲気とし、空気極が還元処理されることを防止することができる。また、還元処理装置内に配置されるセルスタックの温度を高温に維持し、セルスタックの燃料極の還元処理をより確実に行わせることができる。
【００１６】
本発明の第２態様の還元処理装置は、前記一対の隔離部材が、非気密材料により構成されることを特徴とする。
このようにすることで、非気密材料によってセルスタックの先端部を還元性ガス雰囲気とし、セルスタックが酸化性ガスにより再び酸化してしまうことを防止することができる。
【００１７】
本発明の第１態様又は第２態様の還元処理装置においては、更に、前記還元性ガス供給路に供給される還元性ガスの圧力が、前記酸化性ガス流路に供給される酸化性ガスの圧力よりも高くなるように、前記還元性ガス及び前記酸化性ガスの少なくともいずれか一方の圧力を調整する圧力調整部を備える構成であってもよい。
このようにすることで、酸化性ガスが隔離部材を介して侵入することが防止される。
【００１８】
本発明の第３態様の還元処理装置は、前記セルスタックの前記一端部及び前記他端部には、前記セルスタックが発電する電気を集電するリード膜が配置されており、前記セルスタックの前記一端部の縁部及び前記他端部の縁部において、前記リード膜は前記セルスタックの外周面に露出しており、前記一対の隔離部材は、それぞれ前記一端部の縁部及び前記他端部の縁部を覆うように配置されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第３態様の還元処理装置によれば、セルスタックの縁部の外周面に露出したリード膜の周囲は、非気密性材料により構成されている隔離部材を介して還元性ガス供給路から供給される還元性ガスにより還元性ガス雰囲気となる。
このようにすることで、還元性ガスにより還元処理されたリード膜の露出部が、酸化性ガスにより再び酸化してしまうことを防止することができる。
【００２０】
本発明の第４態様の還元処理装置は、前記挿入部が、前記規制部から遠ざかるにしたがって、前記直交方向へ徐々に内周形状が拡大する形状であることを特徴とする。
このようにすることで、隔離部材の寸法に多少の誤差があったとしても、隔離部材と管状部材をセルスタックの軸方向に沿って互いに接触する方向に移動させることにより、これらを確実に接触させることができる。したがって、隔離部材の寸法の誤差によって還元性ガスが隔離部材を介して空気極の周囲に侵入し、空気極が還元されてしまう不具合を防止することができる。
【００２１】
本発明の第５態様の還元処理装置は、前記一対の管状部材及び前記一対の隔離部材を１組の還元処理ユニットとする複数組の還元処理ユニットを備え、前記還元性ガス供給路は、前記複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数の前記セルスタックの前記一端部の内部に前記還元性ガスを導き、前記還元性ガス排出路は、前記複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数の前記セルスタックの前記他端部の内部から排出される前記還元性ガスを前記還元性ガス出口へ導くことを特徴とする。
【００２２】
本発明の第５態様の還元処理装置によれば、複数の還元処理ユニットの各々に対応する複数のセルスタックの内部に還元性ガスを導く構成となっているため、複数のセルスタックを同時に還元処理することができる。したがって、複数のセルスタックを還元処理する際の作業工程を短縮することができる。
【００２３】
本発明の第２態様の還元処理装置においては、前記一対の隔離部材は、セラミック製ファイバーにより構成されていてもよい。
このようにすることで、セラミック製ファイバーを用いて、セルスタックの内部と外部を隔離しつつ、還元性ガスが通過できる非気密性を確保し、リード膜を適切に還元処理することができる。
【００２４】
本発明の還元処理方法は、燃料電池を構成するセルスタックの燃料極を還元処理する還元処理方法であって、セルスタックは、基体管の外周面上に燃料極と固体電解質と空気極とが順に積層されており、前記セルスタックの軸方向に直交する直交方向の外周形状よりも大きい内周形状を有する挿入部と前記セルスタックの前記直交方向の前記外周形状よりも小さい内周形状を有する規制部とを有する一対の管状部材に、前記セルスタックの端部が前記挿入部に挿入され、かつ前記規制部により前記セルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置する配置工程と、還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、前記セルスタックの前記一端部の内部に導く還元性ガス供給路に供給する還元性ガス供給工程と、前記セルスタックの前記他端部の内部から排出される前記還元性ガスを、還元性ガス排出路を介して還元性ガス出口へ導く還元性ガス排出工程と、を備え、前記配置工程は、前記セルスタックの前記一端部の外周面及び前記第１挿入部の内周面に接触して充填した状態で前記セルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材を配置することを特徴とする。
【００２５】
本発明の還元処理方法は、セルスタックの外径よりも大きい内径を有する挿入部とセルスタックの外径よりも小さい内径を有する規制部とを有する一対の管状部材に、セルスタックの端部が挿入部に挿入され、かつ規制部によりセルスタックの軸方向の相対位置が規制された状態で配置する工程（配置工程）を含む。
【００２６】
更に、本発明の還元処理方法は、還元性ガス入口から供給される還元性ガスを、セルスタックの一端部の内部に導く還元性ガス供給路に供給する工程（還元性ガス供給工程）と、セルスタックの他端部の内部から排出される還元性ガスを、還元性ガス排出路を介して還元性ガス出口へ導く工程（還元性ガス排出工程）とを含む。
【００２７】
ここで、配置工程は、セルスタックの端部の外周面及び挿入部の内周面に接触して充填した状態でセルスタックの内部と外部とを隔離する一対の隔離部材を配置する工程である。
このような還元方法を実行することにより、還元処理に要する期間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、還元処理に要する期間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減した還元処理装置及び還元処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】円筒型の燃料電池のセルスタックの一態様を示す概略図であり、（ａ）はセルスタックの一端部を示す断面図であり、（ｂ）はセルスタックの他端部を示す断面図である。
【図２】ＳＯＦＣカートリッジの一態様を示す断面図である。
【図３】第１実施形態の還元処理装置を示す断面図である。
【図４】第１実施形態の還元処理装置のシール部材の周辺部分を示す断面図である。
【図５】セルスタックの軸方向の位置とセルスタックの外周面近傍の還元性ガス濃度との関係を示す図である。
【図６】第２実施形態の還元処理装置のシール部材の周辺部分を示す断面図である。
【図７】従来の還元処理装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔第１実施形態〕
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
【００３１】
まず、図１を参照して本実施形態の円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図１は、第１実施形態のセルスタックの一態様を示すものである。図１において、（ａ）はセルスタック１０１の一端部を示す断面図であり、（ｂ）はセルスタック１０１の他端部を示す断面図である。セルスタック１０１の一端部と他端部を除く部分は図示が省略されているが、セルスタックは１本の円筒形状の部材である。
【００３２】
セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を有する。
【００３３】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。
【００３４】
燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を有する。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
【００３５】
固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを有するＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質１１１は、空気極で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極に移動させるものである。
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。
【００３６】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。
このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。
【００３７】
リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。
【００３８】
次に、図１に示す円筒形セルスタックを複数有するＳＯＦＣカートリッジについて図２を用いて説明する。
なお、複数のＳＯＦＣカートリッジは、燃料ガス供給管（不図示）、燃料ガス排出管（不図示）、酸化性ガス供給管（不図示）、酸化性ガス排出管（不図示）にそれぞれ接続された状態で、圧力容器（不図示）に格納される。
圧力容器の外部から燃料ガス及び酸化性ガスを供給することにより、ＳＯＦＣカートリッジの円筒形セルスタック内の燃料電池セルが発電する。圧力容器の内部は、０．１ＭＰａ〜１ＭＰａ程度の圧力、大気温度〜５５０℃程度の温度にて運用される。
【００３９】
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図２に示す通り、複数のセルスタック１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給室２１７と、燃料ガス排出室２１９と、酸化性ガス供給室２２１と、酸化性ガス排出室２２３とを有する。また、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂとを有する。なお、本実施形態においては、ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、燃料ガス供給室２１７と燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１と酸化性ガス排出室２２３とが図２のように配置されることで、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっているが、他の構造であっても良い。例えば、セルスタック１０１の内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタック１０１の長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【００４０】
発電室２１５は、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。この発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置され、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、この発電室２１５のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度は、ＳＯＦＣモジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気となる。
【００４１】
燃料ガス供給室２１７は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域である。また、燃料ガス供給室２１７は、上部ケーシング２２９ａに備えられた燃料ガス供給孔２３１ａによって、図示しない燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。また、燃料ガス供給室２１７には、セルスタック１０１の一方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス排出室２１９に対して開放して配置されている。この燃料ガス供給室２１７は、図示しない燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させるものである。
【００４２】
燃料ガス排出室２１９は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域である。また、燃料ガス排出室２１９は、下部ケーシング２２９ｂに備えられた燃料ガス排出孔２３１ｂによって、燃料ガス排出枝管（不図示）と連通されている。また、燃料ガス排出室２１９には、セルスタック１０１の他方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス排出室２１９に対して開放して配置されている。この燃料ガス排出室２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出室２１９に供給される排燃料ガスを集約して、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して図示しない燃料ガス排出枝管（不図示）に導くものである。
【００４３】
ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給室２２１は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域である。また、酸化性ガス供給室２２１は、下部ケーシング２２９ｂに備えられた酸化性ガス供給孔２３３ａによって、図示しない酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスを、後述する酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に導くものである。
【００４４】
酸化性ガス排出室２２３は、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域である。また、酸化性ガス排出室２２３は、上部ケーシング２２９ａに備えられた酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出室２２３は、発電室２１５から、後述する酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出室２２３に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して第３酸化性ガス排出枝管（不図示）に導くものである。
【００４５】
上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また上部管板２２５ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１がシール部材２３７を介して夫々挿入されている。この上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部をシール部材２３７及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給室２１７と酸化性ガス排出室２２３とを隔離するものである。
【００４６】
下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板に固定されている。また下部管板２２５ｂは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。この下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１とを隔離するものである。
【００４７】
上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、上部断熱体２２７ａに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを有する。
【００４８】
この上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出室２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。上部管板２２５ａ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された排酸化性ガスを、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出室２２３に導くものである。
【００４９】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室２２３に供給される。また、燃料ガスは、発電室２１５から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒータ等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００５０】
下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、ＳＯＦＣカートリッジ２０３に備えられるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、下部断熱体２２７ｂに挿通されたセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを有する。
【００５１】
この下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給室２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気が高温化し強度低下や酸化性ガス中に含まれる酸化剤による腐食が増加することを抑制する。下部管板２２５ｂ等はインコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成るが、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給室２３３に供給される酸化性ガスを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。
【００５２】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した排燃料ガスは、発電室２１５に供給される酸化性ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室２１９に供給される。また、酸化性ガスは排燃料ガスとの熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒータ等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスを発電室２１５に供給することができる。
【００５３】
発電室２１５で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記集電棒によってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力へと変換されて、電力負荷へと供給される。
【００５４】
次に、図３を用いて本実施形態の還元処理装置について説明する。図３は、第１実施形態の還元処理装置１００を示す断面図である。還元処理装置１００は、燃料電池を構成する円筒形状のセルスタック１０１の燃料極１０９を還元処理する装置である。ここで、セルスタック１０１は、還元処理装置１００が還元処理を行う対象物であるため、還元処理装置１００を構成するものではない。そのため、図３では、セルスタック１０１を点線にて示している。
図３に示すように、本実施形態の還元処理装置１００は、セルスタック１０１の両端部に配置される管板部材３０３及び管板部材３０６（一対の管状部材）を備える。
【００５５】
管板部材３０３は、セルスタック１０１の一端部が挿入される挿入部３０１と、セルスタック１０１の軸方向の位置を規制する規制部３０２とを有する。挿入部３０１はセルスタック１０１の外径よりも大きい内径を有し、規制部３０２はセルスタック１０１の外径よりも小さい内径を有する。セルスタック１０１は、一端部が挿入部３０１に挿入され、かつ規制部３０２により軸方向の位置が規制された状態で還元処理装置１００の内部に配置される。
【００５６】
管板部材３０６は、セルスタック１０１の他端部（前述した一端部の反対側の部分）が挿入される挿入部３０４と、セルスタック１０１の軸方向の位置を規制する規制部３０５とを有する。挿入部３０４はセルスタック１０１の外径よりも大きい内径を有し、規制部３０５はセルスタック１０１の外径よりも小さい内径を有する。セルスタック１０１は、他端部が挿入部３０４に挿入され、かつ規制部３０５により軸方向の位置が規制された状態で還元処理装置１００の内部に配置される。
【００５７】
セルスタック１０１の一端部が管板部材３０３の挿入部３０１に挿入される際、セルスタック１０１の一端部の外周面及び挿入部３０１の内周面に接触して充填した状態でシール部材４０１（隔離部材）が配置されている。同様に、セルスタック１０１の他端部が管板部材３０６の挿入部３０４に挿入される際、セルスタック１０１の一端部の外周面及び挿入部３０４の内周面に接触して充填した状態でシール部材４０２（隔離部材）が配置されている。
【００５８】
これらシール部材４０１，４０２は、セルスタック１０１の両端部の外周面及び挿入部３０１，３０４の内周面のそれぞれ半分以上の領域に接触するように配置されるのが望ましい。この場合、セルスタック１０１の両端部の外周面と挿入部３０１，３０４の内周面との間のそれぞれ半分以上の領域は、シール部材４０１，４０２により充填されて隙間が空いていない状態となる。なお、シール部材４０１，４０２は、セルスタック１０１の両端部の外周面及び挿入部３０１，３０４の内周面に対して、圧縮された状態で強く密着するのではなく、気体が通気可能な程度の状態で配置される。
【００５９】
これらシール部材４０１，４０２は、セルスタック１０１の両端部の外周面及び挿入部３０１，３０４の内周面の全領域（全面）に接触するように配置するのが更に望ましい。シール部材４０１，４０２を全領域（全面）よりも狭い領域にて接触するように配置する場合、確実な接触のために、シール部材４０１，４０２の外周面のサイズをある程度大きくする必要がある。それに対して全領域（全面）に接触するように配置する場合、全領域（全面）よりも狭い領域にて接触するように配置する場合に比べ、シール部材４０１，４０２の外周面のサイズを小さくすることができる。
【００６０】
シール部材４０１，４０２は、還元処理にあたってセルスタック１０１の内部と外部を隔離する部材であり、セラミック製ファイバー等の非気密性材料により構成されている。セラミック製ファイバーは、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２を主成分とした繊維状の材料であり、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の含有比率（重量％）は、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝４０：６０からＡｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６０：４０のものを用いるのが好ましい。
【００６１】
また、シール部材４０１，４０２は、セルスタック１０１の外周面及び挿入部３０１，３０４に接触した状態で配置しつつセルスタック１０１の内部と外部を隔離するものである。したがって、セルスタック１０１の外周面と挿入部の隙間が２ｍｍ程度であれば、同じく２ｍｍ程度の厚みとするのが望ましい。また、シール部材４０１及びシール部材４０２は、気孔率が８０％〜９０％となるように成形するのが望ましい。
【００６２】
なお、管板部材３０３，３０６の熱膨張率はセルスタック１０１の膨張率よりも高く、シール部材４０１，４０２に用いるセラミックスファイバーの熱膨張率はセルスタック１０１の熱膨張率よりも低いものとなっている。
【００６３】
管板部材３０３は、更に、外部の還元性ガス供給源（不図示）から還元性ガスが供給される還元性ガス入口３０７と、還元性ガス入口３０７から供給される還元性ガスを、セルスタック１０１の内部に導く還元性ガス供給路３０８とを有する。また、管板部材３０６は、更に、セルスタック１０１の他端部の内部から排出される還元性ガスを、還元性ガス出口３１０へ導く還元性ガス排出路３０９を有する。還元性ガス入口３０７から供給される還元性ガスは、セルスタック１０１の燃料極１０９を還元処理するのに用いられる。還元性ガスとしては、例えば、水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）との混合ガスが用いられる。
【００６４】
還元処理装置１００は、管板部材３０３及び管板部材３０６の外周を覆うように配置される管板部材３１２（酸化性ガス管状部材）を備える。管板部材３１２は、空気等の酸化性ガスが供給される酸化性ガス入口３１３と、酸化性ガスを還元処理装置１００の外部へ排出する酸化性ガス出口３１４とを有し、酸化性ガス入口３１３から酸化性ガス出口３１４へ向けて酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流路３１１を形成する部材である。酸化性ガス流路３１１により、セルスタック１０１の空気極１１３の周囲に酸化性ガスが流通する。
【００６５】
還元処理装置１００は、更に、管板部材３１２の外周面を加熱するヒータ３１５が、管板部材３１２の外周を囲うように配置されている。ヒータ３１５は、セルスタック１０１の長手方向の両端部を加熱する２つのサブヒータと、セルスタック１０１の長手方向の中央部を加熱する１つ以上のサブヒータの計３つ以上のヒータを有する。そして、ヒータ３１５を制御する制御部（不図示）は、セルスタック１０１の周囲に配置された温度センサ（不図示）が検出する温度に基づいて、セルスタック１０１の中央部が８００℃〜９００℃に、両端部が６００℃〜７００℃になるように制御する。
【００６６】
次に、図４を用いて還元処理装置１００によるセルスタック１０１の燃料極１０９及びリード膜１１５の還元処理について説明する。図４は、第１実施形態の還元処理装置１００のシール部材４０１の周辺部分を示す断面図である。以下では、管板部材３０３の挿入部３０１及びシール部材４０１について説明するが、管板部材３０６の挿入部３０４及びシール部材４０２についても、還元性ガス及び酸化性ガスの流通方向が逆である点を除いて同様であるので、以下で特に説明する場合を除き、説明を省略する。
【００６７】
図４に示すように、管板部材３０３の挿入部３０１には、セルスタック１０１の一端部が挿入されている。また、シール部材４０１は、挿入部３０１の内周面及びセルスタック１０１の外周面に接触するように配置されている。セルスタック１０１の一端部の基体管１０３の外周面にはリード膜１１５が積層されており、リード膜１１５の外周面には固体電解質１１１が更に積層されている。セルスタック１０１の一端部の縁部において、リード膜１１５はセルスタック１０１の外周面に露出している。そして、シール部材４０１は、セルスタック１０１の一端部の縁部を覆うように配置されている。
【００６８】
図示を省略するが、セルスタック１０１の他端部の基体管１０３の外周面にはリード膜１１５が積層されており、リード膜１１５の外周面には固体電解質１１１が更に積層されている。セルスタック１０１の他端部の縁部において、リード膜１１５はセルスタック１０１の外周面に露出している。そして、シール部材４０２は、セルスタック１０１の他端部の縁部を覆うように配置されている。
【００６９】
以上のように、セルスタック１０１の一端部の縁部及び他端部の縁部において、リード膜１１５はセルスタック１０１の外周面に露出している。また、挿入部３０１とセルスタック１０１の間に配置されるシール部材４０１は、セルスタック１０１の設置を容易にするため、過度に圧入された状態ではなく、接触しつつ還元性ガス及び酸化性ガスが微量に通過できる程度の状態（非気密性の状態）で配置されている。シール部材４０１は、セラミック製ファイバーにより構成されているので、表面の凹凸形状により、ラビリンスシール構造を形成する。
【００７０】
リード膜１１５は還元処理装置１００に配置されて還元性ガスと反応することにより還元処理されるが、酸化性ガスがシール部材４０１中に流入してリード膜１１５の露出部分に到達してしまうと、還元処理したリード膜１１５が再び酸化されてしまう。
そこで、リード膜１１５の露出部分が再び酸化されてしまうことを防止するために、本実施形態の還元処理装置１００は、還元性ガス供給路３０８に供給される還元性ガスの圧力が、酸化性ガス流路３１１に供給される酸化性ガスの圧力よりも高くなるように、還元性ガス及び酸化性ガスの少なくともいずれか一方の圧力を調整する圧力調整部（不図示）を備えている。
【００７１】
圧力調整部は、例えば、還元性ガスの圧力が酸化性ガスの圧力よりも、例えば０．２ＫＰａ〜０．５ＫＰａ高くなるように調整する。このようにすることで、リード膜１１５の露出部分の周囲の還元性ガス濃度を略１００％とすることができる。したがって、酸化性ガスがシール部材４０１を介して侵入し、還元処理したリード膜１１５が再び酸化されてしまうことが防止される。
【００７２】
図５は、セルスタック１０１の軸方向の位置と、セルスタック１０１の外周面近傍の還元性ガス濃度との関係を示す図である。
挿入部３０１の他端部方向の先端に対応するのが位置Ｌ１であり、セルスタック１０１の一端部の先端に対応するのが位置Ｌ３である。位置Ｌ１と位置Ｌ３の間に位置するのが位置Ｌ２であり、セルスタック１０１の外周面近傍の還元性ガス濃度が５０％となる位置である。
【００７３】
前述した圧力調整部により、還元性ガスの圧力が酸化性ガスの圧力よりも高くなるように調整するが、圧力差が大きくなるように調整すればするほど、位置Ｌ２が位置Ｌ１に近づく。逆に、圧力調整部により、圧力差が小さくなるように調整すればするほど、位置Ｌ２が位置Ｌ３に近づく。
【００７４】
図４に示す例では、還元性ガスと酸化性ガスの圧力差を適切に調整し、リード膜１１５の露出部分よりも十分に位置Ｌ１に近い場所を位置Ｌ２とし、リード膜１１５の露出部分の周囲の還元性ガス濃度を略１００％としている。リード膜１１５の露出部分の長さに応じて還元性ガスと酸化性ガスの圧力差を適切に調整することで、リード膜１１５の露出部分が酸化性ガスにより酸化されてしまうことを確実に防止することができる。
【００７５】
なお、還元性ガスと酸化性ガスの圧力差を適切に調整した場合であっても、位置Ｌ１と位置Ｌ３との距離が短い場合は、不具合が生じる可能性がある。例えば、酸化性ガスの濃度が還元性ガスの濃度に比して高い場合に、リード膜１１５の露出部分に酸化性ガスが拡散して酸化されてしまう可能性がある。リード膜１１５の露出部分の酸化を防止するために、位置Ｌ１と位置Ｌ３との距離は、予め定められた一定以上の距離とするのが望ましい。
【００７６】
燃料ガスに含まれる水素（Ｈ２）と酸化性ガスに含まれる酸素（Ｏ２）は、図４に示す位置Ｌ２の近傍で燃焼反応し、水（Ｈ２Ｏ）が生成される。この反応により生成される水は、位置Ｌ２の近傍のシール部材４０１に吸着するので、シール部材４０１の密閉度が高まる。
【００７７】
なお、図４には示されていないが、セルスタック１０１の燃料極１０９の外側には固体電解質１１１が積層されているため、酸化性ガス流路３１１の酸化性ガスにより燃料極１０９が酸化されてしまうことはない。したがって、セルスタック１０１の燃料極１０９は、還元性ガス中の水素（Ｈ２）により還元処理される。
このようにして、図４に示す構成の還元処理装置１００によりセルスタック１０１のリード膜１１５及び燃料極１０９が還元性ガスにより還元処理される。
【００７８】
次に、本実施形態の還元処理方法について説明する。
本実施形態の還元処理方法は、セルスタック１０１の外径よりも大きい内径を有する挿入部３０１，３０４とセルスタック１０１の外径よりも小さい内径を有する規制部３０２，３０５とを有する一対の管板部材３０３，３０６に、セルスタック１０１の端部が挿入部３０１，３０４に挿入され、かつ規制部３０２，３０５によりセルスタック１０１の軸方向の相対位置が規制された状態で配置する工程（配置工程）を含む。
【００７９】
更に、本実施形態の還元処理方法は、還元性ガス入口３０７から供給される還元性ガスを、セルスタック１０１の一端部の内部に導く還元性ガス供給路３０８に供給する工程（還元性ガス供給工程）と、セルスタック１０１の他端部の内部から排出される還元性ガスを、還元性ガス排出路３０９を介して還元性ガス出口３１０へ導く工程（還元性ガス排出工程）とを含む。
【００８０】
ここで、配置工程は、セルスタック１０１の端部の外周面及び挿入部３０１，３０４の内周面に接触した状態でセルスタック１０１の内部と外部を隔離する一対のシール部材４０１，４０２を配置する工程である。
このような還元方法を実行することにより、還元処理に要する期間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減することができる。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態の還元処理装置１００によれば、セルスタック１０１の端部が挿入部３０１，３０４に挿入され、かつ規制部３０２，３０５によりセルスタック１０１の軸方向の相対位置が規制された状態で配置される。そして、セルスタック１０１の端部においてシール部材４０１，４０２によりセルスタック１０１の内部と外部とが隔離される。
【００８２】
セルスタック１０１の両端部にセルスタック１０１の内部と外部を隔離する一対のシール部材４０１，４０２を配置することにより、セルスタック１０１の燃料極１０９を還元処理した後は、管板部材３０３及び管板部材３０６からセルスタック１０１を外し、必要に応じてシール部材４０１，４０２を交換した上で、新たなセルスタック１０１を管板部材３０３及び管板部材３０６に設置すれば良い。
【００８３】
このようにすることで、高価なシールリング及びシールキャップを接着剤等によりセルスタックに固定して還元処理を行う従来技術に比べ、還元処理に要する時間を短縮化しつつ、還元処理を行うために必要な費用を削減することができる。
【００８４】
また、本実施形態の還元処理装置１００は、一対の管板部材３０３，３０６の外周を囲うように配置され、空気極１１３の周囲に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流路３１１を形成する管板部材３１２を備える。
このようにすることで、還元処理装置１００内に配置されるセルスタック１０１の空気極１１３の周囲を酸化性ガス雰囲気とし、空気極１１３が還元処理されることを防止することができる。
【００８５】
本実施形態の還元処理装置１００は、更に、管板部材３１２の外周を囲うように配置され、管板部材３１２の外周面を加熱するヒータ３１５を備える。
このようにすることで、還元処理装置１００内に配置されるセルスタック１０１の温度を高温に維持し、セルスタック１０１の燃料極１０９の還元処理をより確実に行わせることができる。
【００８６】
本実施形態の還元処理装置１００は、更に、還元性ガス供給路３０８に供給される還元性ガスの圧力が、酸化性ガス流路３１１に供給される酸化性ガスの圧力よりも高くなるように、還元性ガス及び酸化性ガスの少なくともいずれか一方の圧力を調整する圧力調整部を備える構成であってもよい。
このようにすることで、酸化性ガスがシール部材４０１，４０２を介して侵入し、還元処理したリード膜１１５の露出部分が再び酸化されてしまうことが防止される。
【００８７】
本実施形態の還元処理装置１００によれば、セルスタック１０１の縁部の外周面に露出したリード膜１１５の周囲は、非気密性材料により構成されているシール部材４０１を介して還元性ガス供給路３０８から供給される還元性ガスにより還元性ガス雰囲気となる。
このようにすることで、還元性ガスにより還元処理されたリード膜の露出部が、酸化性ガスにより再び酸化してしまうことを防止することができる。
【００８８】
本実施形態の還元処理装置１００は、シール部材４０１及びシール部材４０２が、セラミック製ファイバーにより構成されている。
このようにすることで、セラミック製ファイバーを用いて、セルスタックの内部と外部を隔離しつつ、還元性ガスが通過できる非気密性を確保し、リード膜１１５を適切に還元処理することができる。
【００８９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態の変形例である。以下で特に説明する箇所を除き、第１実施形態に示される各構成は第２実施形態と同様であるものとし、以下での説明を省略する。
【００９０】
第１実施形態において、管板部材３０３，３０６は、セルスタック１０１の軸方向に沿って内径が一定の形状であった。また、シール部材４０１，４０２は、セルスタック１０１の軸方向に沿って外径が一定の形状であった。
それに対して、第２実施形態は、挿入部６０１が規制部６０２から遠ざかるにしたがって徐々に内径が拡大する形状であり、シール部材７０１が規制部６０２から遠ざかるにしたがって徐々に外径が拡大する形状である。
【００９１】
図６は、第２実施形態の還元処理装置のシール部材７０１の周辺部分を示す断面図である。
管板部材６０３は、第１実施形態の管板部材３０３を変形したものであり、第１実施形態の挿入部３０１が第２実施形態の挿入部６０１に対応し、第１実施形態の規制部３０２が第２実施形態の規制部６０２に対応する。また、第１実施形態のシール部材４０１に対応するのが第２実施形態のシール部材７０１である。
【００９２】
図６に示すように、挿入部６０１が規制部６０２から遠ざかるにしたがって徐々に内径が拡大する形状であり、シール部材７０１が規制部６０２から遠ざかるにしたがって徐々に外径が拡大する形状である。
このようにすることで、シール部材７０１の寸法に多少の誤差があったとしても、シール部材７０１と管板部材６０３をセルスタック１０１の軸方向に沿って互いに接触する方向に移動させることにより、これらを確実に接触させることができる。したがって、シール部材７０１の寸法の誤差によって還元性ガスがシール部材７０１を介して空気極１１３の周囲に侵入し、空気極が還元されてしまう不具合や還元性ガスが酸化性ガス中の酸素と燃焼反応し、セルスタック１０１の温度が過昇温することを防止することができる。
【００９３】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態の変形例である。
第１実施形態の還元処理装置１００は、還元性ガスと酸化性ガスの圧力差を適切に調整する圧力調整部を用いることにより、リード膜１１５の露出部分が酸化性ガスにより酸化されてしまうことを防止するものであった。
【００９４】
それに対して第３実施形態の還元処理装置は、空気極１１３の周囲の酸化性ガスに含まれる酸素（Ｏ２）と窒素（Ｎ２）の混合比を調整する混合比調整部（不図示）を用いることにより、リード膜１１５の露出部分が酸化性ガスにより酸化されてしまうことを防止するものである。
【００９５】
図４を参照して具体的に説明すると、混合比調整部が酸素の混合比が小さくなるように調整すればするほど、位置Ｌ２が位置Ｌ１に近づく。逆に、混合比調整部が、酸素の混合比が大きくなるように調整すればするほど、位置Ｌ２が位置Ｌ３に近づく。
【００９６】
リード膜１１５の露出部分の長さに応じて酸素と窒素の混合比を適切に調整することで、リード膜１１５の露出部分が酸化性ガスにより酸化されてしまうことを確実に防止することができる。
【００９７】
〔他の実施形態〕
前述の実施形態において、還元処理装置は、１つのセルスタックを還元処理するものであったが、複数のセルスタックを同時に還元処理する態様であってもよい。
この場合、還元処理装置は、第１実施形態の管板部材３０３、シール部材４０１、管板部材３０６、シール部材４０２を１組の還元処理ユニットとする複数組の還元処理ユニットを備える。そして、還元性ガス供給路は、複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数のセルスタックの一端部の内部に還元性ガスを導き、還元性ガス排出路は、複数組の還元処理ユニットの各々に対応する複数のセルスタックの他端部の内部から排出される還元性ガスを還元性ガス出口へ導く。
【００９８】
他の実施形態の還元処理装置によれば、複数の還元処理ユニットの各々に対応する複数のセルスタックの内部に還元性ガスを導く構成となっているため、複数のセルスタックを同時に還元処理することができる。したがって、複数のセルスタックを還元処理する際の作業工程を短縮することができる。
【００９９】
また、前述の実施形態において、セルスタック１０１とシール部材４０１，４０２とは直接的に接触するものとしたが他の態様であってもよい。例えば、セルスタック１０１とシール部材４０１，４０２との間に、セルスタック１０１とシール部材４０１，４０２の接着性を高めるためのシール接合膜（不図示）を設けるようにしても良い。
【符号の説明】
【０１００】
１００  還元処理装置
１０１  セルスタック
１０３  基体管
１０５  燃料電池セル
１０９  燃料極
１１１  固体電解質
１１３  空気極
１１５  リード膜
３０１，６０１  挿入部
３０２，６０２  規制部
３０３，６０３  管板部材（管状部材）
３０４  挿入部
３０５  規制部
３０６  管板部材（管状部材）
３０７  還元性ガス入口
３０８  還元性ガス供給路
３０９  還元性ガス排出路
３１０  還元性ガス出口
３１１  酸化性ガス流路
３１２  管板部材（酸化性ガス管状部材）
３１４  ヒータ
４０１，４０２，７０１  シール部材（隔離部材）
【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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