(57)【要約】【課題】セルカートリッジを組み立てる前に還元処理の健全性を検査し、カートリッジの信頼性を向上させる。【解決手段】内筒部１０と、内筒部１０の外周面との間に断面視が円環形状の設置空間Ｓを形成する外筒部２０と、設置空間Ｓを加熱するように配置された内側ヒータ３０，外側ヒータ４０と、複数のセルスタック１０１を設置空間Ｓに保持する保持部５０と、保持部５０により保持されたセルスタック１０１の内部に還元性ガスを流通させる還元性ガス流路６０と、複数のセルスタック１０１が保持される設置空間Ｓに酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流入流路７０と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、
設置面に固定された円筒形状の内筒部と、
前記内筒部の外周面との間に断面視が円環形状の設置空間を形成する外筒部と、
前設置空間を加熱するように配置されたヒータと、
複数の前セルスタックを前記設置空間に保持する保持部と、
前記保持部により保持された前記セルスタックの内部に還元性ガスを流通させる還元性ガス流路と、
複数の前記セルスタックが保持される前記設置空間に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流路とを備える還元処理装置。
【請求項２】
前記外筒部が、前記設置面上で前記内筒部に対して近接または離間する一対の移動体を有し、該一対の移動体が前記内筒部に近接した状態で前記円環状の設置空間が形成される請求項１に記載の還元処理装置。
【請求項３】
前記酸化性ガス流路が、
前記外筒部の内周面から前設置空間に前記酸化性ガスを流入させる酸化性ガス流入流路と、
前記内筒部の外周面から前記内筒部の内側に前記酸化性ガスを流出させる酸化性ガス流出流路とを備える請求項１または請求項２に記載の還元処理装置。
【請求項４】
前記設置空間を、前記セルスタックの前記燃料極と前記固体電解質と前記空気極とが積層された部分が配置される第１空間と、前記セルスタックの端部が配置される第２空間とに分離する一対の断熱部材を備え、
前記ヒータは、前記第２空間よりも前記第１空間を高温に加熱する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の還元処理装置。
【請求項５】
前記保持部は、複数の前記セルスタックの各々の温度が、前記ヒータによる加熱により略均一となるように、複数の前記セルスタックを前記設置空間に保持する請求項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】
前記保持部は、複数の前記セルスタックのうち第１群の前記セルスタックを前記内筒部と同軸の第１の円周上に配置し、複数の前記セルスタックのうち第２群の前記セルスタックを前記内筒部と同軸であって前記第１の円周よりも径の大きい第２の円周上に配置し、
前記第１群のセルスタックの周方向における角度と、前記第２群のセルスタックの周方向における角度とが、重ならないように配置される請求項５に記載の還元処理装置。
【請求項７】
燃料電池を構成するセルスタック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積層されており、
設置面に固定された円筒形状の内筒部と、該内筒部と同軸に配置された外筒部との間に形成された断面視が円環形状の設置空間に、複数のセルスタックを設置する設置工程と、
前記設置工程により配置された前記セルスタックの内部に還元性ガスを流通させる還元性ガス流通工程と、
複数の前記セルスタックが保持される前記設置空間に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流通工程と、
前記設置空間を加熱するように配置されたヒータにより、前記設置空間の前記鉛直方向の所定領域を加熱する加熱工程とを備える還元処理方法。
【請求項８】
前記外筒部は、前記設置面上で前記内筒部に対して近接または離間する一対の移動体を有しており、
前記一対の移動体を前記内筒部に近接させて、前記設置空間を形成する設置空間形成工程を備える請求項７に記載の還元処理方法。
【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、円筒形状のセルチューブ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。セルチューブの上部には、シールリングが固定されている。セルチューブは、固定板に形成された穴に挿入された後、シールリングの下面が固定板の上面に対して溶接等により固定される。セルスタックの下端には、シールキャップが気密に固定されている。特許文献１に開示された還元処理装置は、セルチューブの内部と外部とをシールリング及びシールキャップ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】
【０００５】
【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】
【０００６】
特許文献１にはセルチューブの製造時に燃料極の還元処理を終了させるための製造工程が開示されている。特許文献１に、開示された製造工程は、単一のセルチューブを製造する工程であり、複数のセルチューブを一括して製造することについての開示がない。
複数のセルチューブを一括して製造するには、複数のセルチューブを集合化した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、カートリッジに集合化されたセルチューブの場合、最外列にあるセルチューブしか実質的に検査できないため、還元処理の健全性を、全セルチューブについて確認できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、複数のセルスタックの還元処理に要する期間を短縮するとともに、複数のセルスタックを集合化したカートリッジに組立てる前に還元処理の状態を確認することが可能な還元処理装置およ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】
【０００８】
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セルスタック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積層されており、設置面に固定された円筒形状の内筒部と、前記内筒部の外周面との間に断面視が円環形状の設置空間を形成する外筒部と、前記設置空間を加熱するように配置されたヒータと、複数の前セルスタックを前記設置空間に保持する保持部と、前記保持部により保持された前記セルスタックの内部に還元性ガスを流通させる還元性ガス流路と、複数の前記セルスタックが保持される前記設置空間に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流路とを備える。
【０００９】
本発明に係る還元処理装置によれば、複数のセルスタックが内筒部の外周面と外筒部の内周面との間に形成される設置空間に保持される。設置空間に保持されたセルスタックの内部には還元性ガスが流通し、設置空間には酸化性ガスが流通している。複数のセルスタックは、設置空間を加熱するように配置されたヒータにより加熱されることにより、還元処理される。燃料極が還元処理されている際に、設置空間に面する空気極は、酸化性ガス雰囲気となっているため、還元性ガスにより還元されることが防止される。
【００１０】
このようにすることで、複数のセルスタックを一括して還元処理することができる。また、複数のセルスタックを１つのカートリッジに組み立てる前に、保持部により設置空間により保持された状態で還元処理をすることができる。還元処理の結果、適切に還元処理が行われていないセルスタックが存在する場合には、そのセルスタックを廃棄し、適切に還元処理が行われたことが確認されたセルスタックのみを用いてカートリッジを組み立てることができる。
したがって、複数のセルスタックの還元処理に要する期間を短縮するとともに、複数のセルスタックを集合化したカートリッジに組立てる前に還元処理の健全性を検査し、カートリッジの健全性を向上させることが可能な還元処理装置を提供することができる。
【００１１】
本発明の第１態様の還元処理装置は、前記外筒部が、前記設置面上で前記内筒部に対して近接または離間する一対の移動体を有し、該一対の移動体が前記内筒部に近接した状態で前記円環状の設置空間が形成される。
このようにすることで、一対の移動体を離間させた状態で複数のセルスタックを保持部により保持した状態に組立て、その後に一対の移動体を近接させることにより設置空間が形成される。したがって、複数のセルスタックの交換が容易となり、複数のセルスタックを還元処理するのに要する期間が短縮される。
【００１２】
本発明の第２態様の還元処理装置は、前記酸化性ガス流路が、前記外筒部の内周面から前記設置空間に前記酸化性ガスを流入させる酸化性ガス流入流路と、前記内筒部の外周面から前記内筒部の内側に前記酸化性ガスを流出させる酸化性ガス流出流路とを備える。
このようにすることで、外筒部の外周面から内筒部の内周面に酸化性ガスが流通する状態となる。この流通方向はセルスタックが延在する軸方向に略直交する方向であり、セルスタックの軸方向の異なる位置での酸素分圧が略均一の状態となる。従って、セルスタックの軸方向の異なる位置での発電性能が均一化された高性能のセルスタックを製造することができる。
【００１３】
本発明の第３態様の還元処理装置は、前記設置空間を、前記セルスタックの前記燃料極と前記固体電解質と前記空気極とが積層された第１空間と、他の第２空間とに分離する一対の断熱部材を備え、前記ヒータは、前記第２空間よりも前記第１空間を高温に加熱する。
このようにすることで、セルスタックの部位のうち、前記第１空間である燃料極と固体電解質と空気極とが積層された部位を還元処理が適切に行われるように高温状態に加熱し、前記第２空間であるセルスタックの端部を損傷等が生じない低温度状態とすることができる。
【００１４】
本発明の第４態様の還元処理装置は、前記保持部が、複数の前記セルスタックの各々の温度が、前記ヒータによる加熱により略均一となるように、複数の前記セルスタックを前記設置空間に保持する。
このようにすることで、複数のセルスタックの温度が均一な状態で還元処理されるようにすることができる。
【００１５】
上記態様においては、前記保持部は、複数の前記セルスタックのうち第１群の前記セルスタックを前記内筒部と同軸の第１の円周上に配置し、複数の前記セルスタックのうち第２群の前記セルスタックを前記内筒部と同軸であって前記第１の円周よりも径の大きい第２の円周上に配置し、前記第１群のセルスタックの周方向における角度と、前記第２群のセルスタックの周方向における角度が、重ならないように配置してもよい。
このようにすることで、各セルスタックの全周をヒータで均一に加熱することができる。
【００１６】
本発明に係る還元処理方法は、燃料電池を構成するセルスタック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積層されており、設置面に固定された円筒形状の内筒部と、該内筒部と同軸に配置された外筒部との間に形成された断面視が円環形状の設置空間に、複数のセルスタックを設置する設置工程と、前記設置工程により設置された前記セルスタックの内部に還元性ガスを流通させる還元性ガス流通工程と、複数の前記セルスタックが保持される前記設置空間に酸化性ガスを流通させる酸化性ガス流通工程と、前記設置空間を加熱するように配置されたヒータにより、前記設置空間の前記鉛直方向の所定領域を加熱する加熱工程とを備える。
【００１７】
本発明に係る還元処理方法によれば、複数のセルスタックが内筒部の外周面と外筒部の内周面との間に形成される設置空間に設置される。設置空間に保持されたセルスタックの内部には還元性ガスが流通し、設置空間には酸化性ガスが流通している。複数のセルスタックの燃料極は、設置空間を加熱するように配置されたヒータにより加熱されることにより、還元処理される。燃料極が還元処理されている際に、設置空間に面する空気極は、酸化性ガス雰囲気となっているため、還元性ガスにより還元されることが防止される。
【００１８】
このようにすることで、複数のセルスタックを集合化して還元処理することができる。また、複数のセルスタックを集合化したカートリッジに組み立てる前に、保持部により設置空間に保持された状態で還元処理をすることができる。還元処理後に検査した結果、適切に還元処理が行われていないセルスタックが存在する場合には、そのセルスタックを廃棄し、適切に還元処理が行われたことが確認されたセルスタックのみを用いてカートリッジを組み立てることができる。
したがって、複数のセルスタックの還元処理に要する期間を短縮するとともに、複数のセルスタックを集合化したカートリッジに組立てる前に還元処理の健全性を検査し、カートリッジの信頼性を向上させることが可能な還元処理方法を提供することができる。
【００１９】
本発明の他の態様の還元処理方法は、前記外筒部が、前記設置面上で前記内筒部に対して近接または離間する一対の移動体を有しており、前記一対の移動を前記内筒部に近接させて、前記設置空間を形成する設置空間形成工程を備える。
このようにすることで、一対の移動体を離間させた状態で複数のセルスタックを保持部により保持した状態に組立て、その後に一対の移動体を近接させることにより設置空間が形成される。したがって、複数のセルスタックの交換が容易となり、複数のセルスタックを還元処理するのに要する期間が短縮される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数のセルスタックの還元処理に要する期間を短縮するとともに、複数のセルスタックを集合化したカートリッジに組立てる前に還元処理の健全性を検査し、カートリッジの信頼性を向上させることが可能な還元処理装置およ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】
【００２１】
【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】本発明の一実施形態の還元処理装置を側面からみた鉛直方向断面図である。
【図４】図３に示す還元処理装置のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図３に示す還元処理装置の部分拡大図であり、移動体が離間した状態を示す図である。
【図６】図４に示す還元処理装置の部分拡大図であり、移動体が離間した状態を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の還元性ガス入口および還元性ガス流路を示す平面図である。
【図８】還元性ガス入口および還元性ガス流路の変形例を示す平面図である。
【図９】本発明の一実施形態の還元処理方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態の還元処理装置について図面を参照して説明する。
図３に示すように、本実施形態の還元処理装置１００は、内筒部１０と、外筒部２０と、内側ヒータ３０と、外側ヒータ４０と、保持部５０（５０ａ．５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ）と、還元性ガス流路６０と、酸化性ガス流入流路７０と、酸化性ガス流出流路７１とを備える。
内筒部１０と外筒部２０との間には、断面視が円環形状の設置空間Ｓが形成されている。設置空間Ｓに保持されたセルスタック１０１の内部には還元性ガスが流通し、設置空間Ｓには酸化性ガスが流通している。複数のセルスタック１０１は、内筒部１０の外周面に設けられた内側ヒータ３０と外筒部２０の内周面に設けられた外側ヒータ４０とにより加熱されることにより、還元処理される。燃料極が還元処理されている際に、設置空間Ｓに面する空気極は、酸化性ガス雰囲気となっているため、還元性ガスにより還元されることが防止される。
【００２３】
まず、図１を参照して本実施形態の還元処理装置により還元処理されることによって製造される円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図１は、一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。
【００２４】
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。
【００２５】
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還元性ガスや燃料ガスを基体管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。
【００２６】
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が還元性ガスや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還元性ガスや燃料ガス、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（図示しない）、燃料ガス排出管（図示しない）、酸化性ガス供給管（図示しない）、酸化性ガス排出管（図示しない）にそれぞれ接続された状態で、圧力容器内（図示しない）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。
【００３１】
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、還元性ガスや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、これに限定するものでなく、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、セルスタック１０１の一方の端部は燃料ガス供給室２１７に、他方の端部は燃料ガス排出室２１９に開放して配置され、燃料ガス供給室２１７から燃料ガス排出室２１９までセルスタック１０１を介して連通した空間を形成する。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。
【００３４】
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（図示しない）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を介して燃料ガス排出枝管（図示しない）に導くものである。
【００３５】
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。
【００３６】
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、酸化性ガス排出枝管（図示しない）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を介して酸化性ガス排出枝管に導くものである。
【００３７】
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を介してそれぞれ挿入されている。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。
【００３８】
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がそれぞれ挿入されている。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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（図示しない）に集電板（図示しない）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相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へ導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力に変換されて、電力負荷に供給される。
【００４６】
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、一実施形態の還元処理装置１００を側面からみた鉛直方向断面図である。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。
以下、還元処理装置１００を構成する各部について説明する。
【００４７】
図３に示す内筒部１０は、設置面Ｇに固定された円筒形状の部材であり、断熱材によって形成されている。外筒部２０は、設置面Ｇ上で内筒部１０に対して近接または離間する第１移動体２１と第２移動体２２を有する。第１移動体２１と第２移動体２２からなる一対の移動体が内筒部１０に近接する図３に示す状態では、内筒部１０の外周面と外筒部２０の内周面との間に設置空間Ｓが形成される。この設置空間Ｓは、図４に示す様に、第１移動体２１と第２移動体２２が内筒部１０に近接した状態で円環状となる空間である。
【００４８】
外筒部２０を構成する第１移動体２１は、レールＲに沿って第１移動体２１を移動させるための車輪８０（８０ａ，８０ｂ）を備えている。また、外筒部２０を構成する第２移動体２２は、レールＲに沿って第２移動体２２を移動させるための車輪８１（８１ａ，８１ｂ）を備えている。第１移動体２１は、車輪８０によってレールＲに沿って移動することにより、内筒部１０に対して近接または離間することが可能となっている。同様に、第２移動体２２は、車輪８１によってレールＲに沿って移動することにより、内筒部１０に対して近接または離間することが可能となっている。
【００４９】
図３および図４に示す還元処理装置１００は、内筒部１０に対して一対の移動体（第１移動体２１および第２移動体２２）が近接して配置され、内筒部１０の外周面と外筒部２０の内周面との間に設置空間Ｓが形成された状態を示している。還元処理装置１００は、内筒部１０と外筒部２０が近接した状態を固定するためのロック機構（図示しない）が設けられている。このロック機構によってロックされることにより、図３および図４に示す状態が維持される。
【００５０】
一方、図５および図６に示す還元処理装置１００は、内筒部１０に対して一対の移動体（第１移動体２１および第２移動体２２）が離間して配置され、内筒部１０の外周面と外筒部２０の内周面との間に設置空間Ｓが形成されていない状態を示している。還元処理装置１００の操作者は、ロック機構が解除された状態で、第１移動体２１および第２移動体２２を内筒部１０から離間させる方向に押すことによって、各移動体がレールＲに沿って内筒部１０から離間する方向に移動する。
なお、図５および図６においては、第１移動体２１の図示が省略されているが、第２移動体２２と同様に内筒部１０から離間しているものとする。
【００５１】
内筒部１０の外周面には、内側ヒータ３０が設けられている。内側ヒータ３０は、鉛直方向上方から順に、上段内側ヒータ３１と、中段内側ヒータ３２と、下段内側ヒータ３３とにより構成されている。内側ヒータ３０は、設置空間Ｓの鉛直方向の図３に示す領域（所定領域）に配置される。上段内側ヒータ３１と、中段内側ヒータ３２と、下段内側ヒータ３３とに供給される電力は、制御部（図示しない）からそれぞれ独立に制御される。
【００５２】
外筒部２０の内周面には、外側ヒータ４０が設けられている。外側ヒータ４０は、鉛直方向上方から順に、上段外側ヒータ４１と、中段外側ヒータ４２と、下段外側ヒータ４３とにより構成されている。外側ヒータ４０は、設置空間Ｓの鉛直方向の図３に示す領域（所定領域）に配置される。図３に示すように、内側ヒータ３０が配置される領域と、外側ヒータ４０が配置される領域とは、鉛直方向における同一の領域となっている。上段外側ヒータ４１と、中段外側ヒータ４２と、下段外側ヒータ４３とに供給される電力は、制御部（図示しない）からそれぞれ独立に制御される。
【００５３】
図３に示すように、還元処理装置１００は、セルスタック１０１ａを設置空間Ｓに保持する一対の保持部５０ａ，５０ｂと、セルスタック１０１ｂを設置空間Ｓに保持する一対の保持部５０ｃ，５０ｄと、セルスタック１０１ｃを設置空間Ｓに保持する一対の保持部５０ｅ，５０ｆと、セルスタック１０１ｄを設置空間Ｓに保持する一対の保持部５０ｇ，５０ｈとを備えている。図３には示されていないが、図４に示す他のセルスタック１０１についても、それらを上方および下方から設置空間Ｓに保持する一対の保持部が設けられているものとする。
【００５４】
一対の保持部５０は、図３に示すように、セルスタック１０１の上端および下端にそれぞれ挿入される一対の管状部を備えている。この管状部にセルスタック１０１の上端および下端を挿入することにより、セルスタック１０１の外部が空気等の酸化性ガス雰囲気となり、セルスタック１０１の内部が水素および窒素の混合ガス等の還元性ガス雰囲気となるように、それぞれの空間が隔離される。なお、セルスタック１０１の内部と外部の空間が適切に隔離されるように、セルスタック１０１の外周面と管状部との間にセラミック製等のシート状の部材を挟むようにしてもよい。
【００５５】
一対の保持部５０は、図３に示すように、その中央部に蛇腹形状のフレキシブル部材が設けられている。このフレキシブル部材は、セルスタック１０１の軸方向に沿って伸縮する構造となっている。したがって、セルスタック１０１を還元処理装置１００に着脱する際は、フレキシブル部材を伸縮させるようにすればよい。このようにすることで、一対の保持部５０に対するセルスタック１０１の着脱を容易に行うことができる。また、還元処理時に生じるセルスタック１０１の熱膨張代は、フレキシブル部材の変形で吸収することができる。
【００５６】
保持部５０ａ，５０ｃ，５０ｅ，５０ｇは、それぞれ、セルスタック１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの内部に還元性ガスを流通させる還元性ガス流路６０と連結されている。還元性ガス入口６１と還元性ガス流路６０から流入する還元性ガスは、保持部５０ａ，５０ｃ，５０ｅ，５０ｇを介して、それぞれセルスタック１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの内部に導かれる。
セルスタック１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの内部を通過した還元性ガスの一部は、セルスタック１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの還元処理に用いられる。還元処理に用いられなかった余分の還元性ガスは、保持部５０ｂ，５０ｄ，５０ｆ，５０ｈを通過して、還元性ガス出口６２から還元処理装置１００の外部に導かれる。
【００５７】
本実施形態の還元性ガス入口６１および還元性ガス流路６０の平面図は、図７に示すものとなる。図７に示すように、還元性ガス入口６１から流入した還元性ガスは、各セルスタック１０１を保持する保持部５０のそれぞれに、還元性ガス流路６０を介して送られる。図７に示すように、本実施形態の還元性ガス流路６０は、設置空間Ｓに保持されるセルスタック１０１の数に応じた複数の分岐流路の集合体である。このように複数の分岐流路の集合体とすることで、還元性ガス入口６１から流入する還元性ガスを、各セルスタック１０１に略均等に分配することができる。
【００５８】
図８には、本実施形態の変形例の還元性ガス入口６１および還元性ガス流路６０の平面図が示されている。図７に示す例で、還元性ガス流路６０は、複数の分岐流路の集合体であった。それに対して、図８に示す例で、還元性ガス流路６０は、平面視が円形状の略円筒型の流路となっている。図８に示す例では、還元性ガス入口６１から流入した還元性ガスが、略円筒型の還元性ガス流路６０に流入する。図８に点線で示すように、各セルスタック１０１を保持する保持部５０は略円筒型の還元性ガス流路６０と連通した状態となっている。このようにすることで、還元性ガス流路６０を分岐流路の集合体とする場合に比べ、より製造が簡易な構造とすることができる。
【００５９】
図３に示すように、還元処理装置１００は、外部から空気等の酸化性ガスを設置空間Ｓ内に導入する酸化性ガス流入流路７０（酸化性ガス流路）を備えている。酸化性ガス流入流路７０にはブロワ（図示しない）が設けられており、ブロワによって外部の酸化性ガスが設置空間Ｓ内に導かれる。酸化性ガス流入流路７０は、図３に２箇所示す他に、図４に示すように外筒部２０の周方向に複数設けられている。酸化性ガス流入流路７０は周方向に一定間隔で配置することが、外筒部２０の外周面から均一な量の酸化性ガスが設置空間Ｓ内に導くために望ましい。
【００６０】
酸化性ガス流入流路７０を介して設置空間Ｓに流入した酸化性ガスは、図３に示すように、外筒部２０の内周面から内筒部１０の外周面に向かってセルスタック１０１の軸方向に直交する方向に流通する。内筒部１０には、鉛直方向の複数箇所に酸化性ガスの流出口が設けられている。流出口から流出した酸化性ガスは、内筒１０の内側に設けられた酸化性ガス流出流路７１（酸化性ガス流路）を介して鉛直方向下方から上方に向かって流通し、還元処理装置１００の外部に排出される。
【００６１】
図５に示すように、鉛直方向上側に配置された保持部５０ａ，５０ｃ，５０ｅ，５０ｇの下部には、断熱部材９１が配置されている。また、鉛直方向下側に配置された保持部５０ｂ，５０ｄ，５０ｆ，５０ｈの上部には、断熱部材９２が配置されている。断熱部材９１および断熱部材９２からなる一対の断熱部材９０は、セルスタック１０１の燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層された部分が配置される第１空間Ｓ１と、他の部分が配置される第２空間Ｓ２とを形成する。図５は、第１移動体２１および第２移動体２２が内筒部１０から離間した状態を示しているが、第１移動体２１および第２移動体２２が内筒部１０に近接した状態となった場合に、図５に示す空間Ｓ１（第１空間）と空間Ｓ２（第２空間）および空間Ｓ３（第２空間）から構成される空間が前述した設置空間Ｓとなる。
【００６２】
一対の断熱部材９０により、中段内側ヒータ３２および中段外側ヒータ４２により加熱される空間Ｓ１と、上段内側ヒータ３１および上段外側ヒータ４１により加熱される空間Ｓ２と、下段内側ヒータ３３および下段外側ヒータ４３により加熱される空間Ｓ３とが、熱的に分離した空間となっている。各空間は、一対の断熱部材９０によって分離されているため、それぞれ独立して温度制御と運転が可能である。
【００６３】
本実施形態においては、セルスタック１０１の還元処理を適切に行うため、空間Ｓ１は、中段内側ヒータ３２および中段外側ヒータ４２によって約８００〜１０００℃に加熱される。一方、空間Ｓ２は、保持部５０ａ，５０ｃ，５０ｅ，５０ｇの耐熱温度を考慮して、上段内側ヒータ３１および上段外側ヒータ４１により約４００〜７００℃に加熱される。同様に、空間Ｓ２は、保持部５０ｂ，５０ｄ，５０ｆ，５０ｈの耐熱温度を考慮して、下段内側ヒータ３３および下段外側ヒータ４３により約４００〜７００℃に加熱される。空間Ｓ２および空間Ｓ３を加熱しているのは、セルスタック１０１内部の空隙度を調整し、かつ空間Ｓ１を均一かつ適切な温度に維持するためである。
【００６４】
図４では、複数のセルスタック１０１のうち第１群のセルスタック１０１を内筒１０と同軸の半径Ｒ２の円周上（第１の円周上）に３０°ずつの均等間隔で配置する例を示す。また、同図で、複数のセルスタック１０１のうち第２群のセルスタック１０１を内筒１０と同軸の半径Ｒ３の円周上（第２の円周上）に３０°ずつの均等間隔で配置する。半径Ｒ３は、半径Ｒ２よりも径が大きくなっている。
【００６５】
第１群のセルスタック１０１と、第２群のセルスタック１０１との周方向の角度が重ならないように、各セルスタック１０１を配置する。図４に示す例では、１５°ずつ第１群のセルスタックと第２群のセルスタック１０１の周方向の角度が異なるように配置している。このように配置しているのは、各セルスタック１０１の全周を均一に内側ヒータ３０と外側ヒータ４０から加熱するためであり、が他のセルスタック１０１から遮蔽されることを防止している。
【００６６】
複数のセルスタック１０１は、内側ヒータ３０および外側ヒータ４０によってセルスタック１０１の温度が略均一になるように保持部５０によって設置空間Ｓ内に保持されている。具体的には、前述のように第１群のセルスタック１０１と第２群のセルスタック１０１を配置し、更に第１群のセルスタック１０１の内側の半径Ｒ１の円周上に内側ヒータ３０を配置し、第２群のセルスタック１０１の外側の半径Ｒ４の円周上に外側ヒータ４０を配置する。
図示しないがセルスタック１０１温度計測しており、これら温度が均一になるように、内側ヒータ３０に与える電力と、外側ヒータ４０に与える電力とを適切に制御することにより、各セルスタック１０１温度を略均一にすることができる。
【００６７】
次に、本実施形態の還元処理装置１００を用いて実行するセルスタック１０１の還元処理方法について、図９を参照して説明する。
ステップＳ９０１（設置工程）で、還元処理装置１００の操作者は、内筒部１０とともに設置面Ｇに固定された保持部５０に、複数のセルスタック１０１を設置する。具体的には、保持部５０ａのフレキシブル部材を鉛直方向上方に縮小させ、保持部５０ａの管状部にセルスタック１０１ａの上端部を挿入し、その後にフレキシブル部材を鉛直方向下方に伸長させる。同様に、保持部５０ｂのフレキシブル部材を鉛直方向下方に縮小させ、保持部５０ｂの管状部にセルスタック１０１ａの下端部を挿入し、その後にフレキシブル部材を鉛直方向に上方に伸長させる。このようにすることで、セルスタック１０１ａが保持された状態となる。ここでは、セルスタック１０１ａの設置について説明したが、他のセルスタック１０１についても同様の方法により保持部５０により保持された状態となる。
なお、ステップＳ９０１のセルスタックの設置工程は、図５および図６に示すように、内筒部１０に対して第１移動体２１および第２移動体２２が離間した状態で行われる。
【００６８】
ステップＳ９０２（設置工程）で、還元処理装置１００の操作者は、保持部５０によりセルスタック１０１が保持された状態で、断熱部材９１，９２を設置する。断熱部材９１，９２は、内筒部１０の径方向および周方向に複数に分割可能となっており、それら分割された各部材を配置することにより、断熱部材９１，９２が図５および図６に示す状態に設置される。
【００６９】
ステップＳ９０３（設置工程）で、還元処理装置１００の操作者は、第１移動体２１および第２移動体２２をレールＲに沿って内筒部１０に近接する方向に移動させ、図３および図４に示す近接状態にする。操作者は、近接状態となった後にロック機構（図示しない）によりロックして、近接状態が維持されるようにする。この状態で、内筒部１０に対して外筒部２０が近接した状態となり、内筒部１０の外周面と外筒部２０の内周面により設置空間Ｓが形成される。
【００７０】
ステップＳ９０４（還元性ガス流通工程，酸化性ガス流通工程）で、還元処理装置１００の操作者は、還元性ガスの供給源（図示しない）を操作し、還元性ガス入口６１を介して還元性ガス流路６０に還元性ガスが流入するようにする。また、還元処理装置１００の操作者は、酸化性ガスの供給源（図示しない）を操作し、酸化性ガス流入流路７０から酸化性ガスが流入するようにする。これらの操作をすることにより、セルスタック１０１の内部に還元性ガスが流通し、セルスタック１０１の外部の設置空間Ｓに酸化性ガスが流通する状態となる。
【００７１】
ステップＳ９０５（加熱工程）で、還元処理装置１００の操作者は、内側ヒータ３０および外側ヒータ４０による加熱を行うよう制御部（図示しない）を操作する。操作者からの操作を受け付けた制御部は、設置空間Ｓのうち空間Ｓ１が８００〜１０００℃に維持されるように、中段内側ヒータ３２および中段外側ヒータ４２を制御する。また、制御部は、設置空間Ｓのうち空間Ｓ２が４００〜７００℃に維持されるように、上段内側ヒータ３１および上段外側ヒータ４１を制御する。また、制御部は、設置空間Ｓのうち空間Ｓ３が４００〜７００℃に維持されるように、下段内側ヒータ３３および下段外側ヒータ４３を制御する。
【００７２】
ステップＳ９０５による加熱工程は、２日から４日間に渡って行われる。この際、設置空間Ｓの温度を急速に上昇させるのは望ましくないため、制御部は、設置空間Ｓ内の昇温速度１時間あたり５０〜１５０℃で内側ヒータ３０および外側ヒータ４０を制御する。ステップＳ９０５による加熱工程が終了すると、セルスタック１０１が還元処理完了状態となる。
【００７３】
ステップＳ９０６で、還元処理装置１００の操作者は、還元処理が終了したセルスタック１０１を還元処理装置１００から除去する。具体的に、操作者は、内側ヒータ３０および外側ヒータ４０による加熱が終了して設置空間Ｓ内の温度が十分に低くなったことを確認する。また、操作者は、還元性ガスおよび酸化性ガスの流通が停止していることを確認する。これらの確認をした後に、ロック機構（図示しない）によるロックを解除し、第１移動体２１および第２移動体２２をレールＲに沿って内筒部１０から離間する方向に移動させる。その後、操作者は、断熱部材９１，９２を除去し、保持部５０からセルスタック１０１を取り外す。以上によって、還元処理装置１００から、還元処理されたセルスタック１０１が除去される。
【００７４】
次に、以上説明した本実施形態の還元処理装置１００が奏する作用および効果について説明する。
本実施形態の還元処理装置１００によれば、複数のセルスタック１０１が内筒部１０の外周面と外筒部２０の内周面との間に形成される設置空間Ｓに保持される。設置空間Ｓに保持されたセルスタック１０１の内部には還元性ガスが流通し、設置空間Ｓには酸化性ガスが流通している。複数のセルスタック１０１は、内筒部１０の外周面に設けられた内側ヒータ３０と外筒部２０の内周面に設けられた外側ヒータ４０とにより加熱されることにより、還元処理される。セルスタック１０１が還元処理されている際に、設置空間Ｓに面する空気極１１３は、酸化性ガス雰囲気となっているため、還元性ガスにより還元されることが防止される。
【００７５】
このようにすることで、複数のセルスタック１０１を一括して還元処理することができる。また、複数のセルスタック１０１を集合化されたカートリッジに組み立てる前に、保持部５０により設置空間Ｓにより保持された状態で還元処理をすることができる。還元処理後にセルスタック１０１の健全性を検査し、その結果、適切に還元処理が行われていないセルスタック１０１が存在する場合には、そのセルスタック１０１を廃棄し、適切に還元処理が行われたことが確認されたセルスタック１０１のみを用いてカートリッジを組み立てることができる。
したがって、複数のセルスタック１０１の還元処理に要する期間を短縮するとともに、複数のセルスタック１０１を集合化したカートリッジに組立てる前に還元処理の健全性を検査することが可能な還元処理装置１００を提供し、カートリッジの信頼性を向上することができる。
【００７６】
本実施形態の還元処理装置１００は、外筒部２０が、設置面Ｇ上で内筒部１０に対して近接または離間する一対の移動体（第１移動体２１，第２移動体２２）を有し、該一対の移動体が内筒部１０に近接した状態で円環状の設置空間Ｓが形成される。
このようにすることで、一対の移動体を離間させた状態で複数のセルスタック１０１を保持部５０により保持した状態に組立て、その後に一対の移動体を近接させることにより設置空間Ｓが形成される。したがって、複数のセルスタック１０１の交換が容易となり、複数のセルスタック１０１を還元処理するのに要する期間が短縮される。
【００７７】
本実施形態の還元処理装置１００は、外筒部２０の内周面から設置空間Ｓに酸化性ガスを流入させる酸化性ガス流入流路７０と、内筒部１０の外周面から内筒部１０の内側に酸化性ガスを流出させる酸化性ガス流出流路７１とを備える。
このようにすることで、外筒部２０の外周面から内筒部１０の内周面に酸化性ガスが流通する状態となる。この流通方向はセルスタック１０１が延在する軸方向に略直交する方向であり、セルスタック１０１の軸方向の異なる位置での酸素分圧が略均一の状態となる。従って、セルスタック１０１の軸方向の異なる位置での発電性能が均一化された高性能のセルスタック１０１を製造することができる。なお、本実施形態では還元性ガスと酸化性ガスの流れ方向が直交するが、これに限定されるものでなく、対向流もしくは平行流としても良い。
【００７８】
本実施形態の還元処理装置１００は、設置空間Ｓを、セルスタック１０１の燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層された空間Ｓ１（第１空間）と、空間Ｓ２および空間Ｓ３（他の第２空間）とに分離する一対の断熱部材９０を備え、内側ヒータ３０および外側ヒータ４０は、空間Ｓ２および空間Ｓ３よりも空間Ｓ１を高温に加熱する。
このようにすることで、セルスタック１０１の部位のうち、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層された部位を還元処理が適切に行われるように８００〜１０００℃の高温状態に加熱し、セルスタック１０１のその他の部位を保持部５０の耐熱温度４００〜７００℃とすることができる。また、その他の部位の温度を４００〜７００℃に保つことにより、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層された空間Ｓ１（第１空間）の温度をを均一化し、その結果、セルスタック１０１の出力特性を均一化できる。なお、以上の説明では内側ヒータ３０および外側ヒータ４０を用いて、セルスタック１０１の両側から加熱したが、本実施形態は以上のヒータ構成に限定されるものでなく、ヒータは片側だけでも良い。
【００７９】
本実施形態の還元処理装置１００は、保持部５０が、複数のセルスタック１０１のうち第１群のセルスタック１０１を内筒部１０と同軸の半径Ｒ２の円周上（第１の円周上）に配置し、複数のセルスタック１０１のうち第２群のセルスタック１０１を内筒部１０と同軸であって半径Ｒ２よりも径の大きい半径Ｒ３の円周上（第２の円周上）に配置し、第１群のセルスタック１０１の周方向における角度と、第２群のセルスタック１０１の周方向における角度とが、重ならないように配置される。
このようにすることで、各セルスタック１０１の全周を均一に内側ヒータ３０と外側ヒータ４０から加熱することが可能となり、他のセルスタック１０１から遮蔽されることを抑制できる。
【００８０】
以上の説明においては、設置空間Ｓに２４本のセルスタック１０１を設置する例であったが、本実施形態はセルスタック１０１数を限定するものではなく、より多数あるいは少数のセルスタック１０１を設置空間Ｓに設置するようにしてもよい。また、以上の説明では、第１群のセルスタックを内筒部１０の中心から半径Ｒ２の位置に配置し、第２群のセルスタックを内筒部１０の中心から半径Ｒ３の位置に配置するものであったが、より多数の群を配置するようにしてもよい。例えば、第１群，第２群，第３群のセルスタックを、それぞれ内筒部１０の中心からの半径が異なる３つの円周上に均等の間隔で配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０    内筒部
２０    外筒部
２１    第１移動体（移動体）
２２    第２移動体（移動体）
３０    内側ヒータ（ヒータ）
４０    外側ヒータ（ヒータ）
５０    保持部
６０    還元性ガス流路
７０    酸化性ガス流入流路（酸化性ガス流路）
７１    酸化性ガス流出流路（酸化性ガス流路）
９０    断熱部材
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
Ｇ      設置面
Ｓ      設置空間
【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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