(57)【要約】【課題】焼成時に成形体が吊り下げ支持されるとき、吊り下げ支持点で破損を生じにくくさせることが可能な成形体上部支持構造、成形体上部支持方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】円筒状の基体管１０の端部にて、基体管１０の荷重を吊り下げ支持する把持部３と、把持部３が設けられ、基体管１０の軸線に沿って基体管１０の荷重を支持する支持部９とを備え、把持部３は、基体管１０の円筒外周面に当接されるカバー部５と、基体管１０の円筒内周面に当接される保持部６と、軸線方向に、カバー部５を基体管１０の一端部側へ押圧する圧縮ばね１６とを有し、保持部６は、基体管１０の円筒内部に位置し、カバー部５と当接して設けられ、圧縮ばね１６の軸線方向の押圧力によって、軸線上にある支点１２を中心にして回動し、一部が基体管１０の円筒内周面へ接触する回動部材１３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の成形体の長手方向の端部にて、前記成形体の荷重を吊り下げ支持する把持部と、
前記把持部が設けられ、前記成形体の長手方向に延びる軸線に沿って前記成形体の荷重を支持する支持部と、
を備え、
前記把持部は、
前記成形体の円筒外周面に当接されるカバー部と、
前記成形体の円筒内周面に当接される保持部と、
前記軸線方向に、前記カバー部を前記成形体の一端部側へ押圧する弾性部材と、
を有し、
前記保持部は、前記成形体の円筒内部に位置し、前記カバー部と当接して設けられ、前記弾性部材の前記軸線方向の押圧力によって、前記軸線上にある支点を中心にして回動し、一部が前記成形体の前記円筒内周面へ接触する回動部材を有する成形体上部支持構造。
【請求項２】
前記保持部の前記回動部材は、楕円状部材であり、前記楕円状部材の外周面に凹凸が形成されている請求項１に記載の成形体上部支持構造。
【請求項３】
前記保持部の前記回動部材は、一端部が前記カバー部に設けられた所定の角度を有する傾斜面と当接して前記軸線方向へ押圧されることによって、前記一端部が前記支点を中心にして前記軸線に対して離れるように回動し、他端部が前記成形体の円筒内周面へ接触する請求項１に記載の成形体上部支持構造。
【請求項４】
前記保持部の前記回動部材は、一端部が前記カバー部から前記保持部に向けて突出する端面と当接して前記軸線方向へ押圧されることによって、前記一端部が前記支点を中心にして前記軸線に対して離れるように回動し、前記一端部が前記成形体の円筒内周面へ接触する請求項１に記載の成形体上部支持構造。
【請求項５】
前記支持部に貫通して設けられ、前記支持部の軸方向に対して垂直方向に配置されるピン部材と、
前記ピン部材が貫通する貫通孔を有するバランス部と、
を備え、
前記バランス部は、支持台に載置され、前記ピン部材の軸方向を含む水平面に対して平行な面内において、前記ピン部材の軸方向に対して垂直方向の仮想面上に設けられる、鉛直方向下向きに突出した二つの突出部を有する請求項１に記載の成形体上部支持構造。
【請求項６】
円筒状の成形体の長手方向の端部側に貫通して設けられ、前記成形体の長手方向に延びる軸線に対して垂直方向に配置されるピン部材と、
前記ピン部材が貫通する貫通孔を有するバランス部と、
を備え、
前記バランス部は、支持台に載置され、前記ピン部材の軸方向を含む水平面に対して平行な面内において、前記ピン部材の軸方向に対して垂直方向の仮想面上に設けられる、鉛直方向下向きに突出した二つの突出部を有する成形体上部支持構造。
【請求項７】
カバー部が、円筒状の成形体の長手方向の端部にて、前記成形体の円筒外周面に当接するステップと、
前記成形体の長手方向に延びる軸線方向に、弾性部材が、前記カバー部を前記成形体の一端部側へ押圧するステップと、
前記成形体の内部に位置し、前記カバー部と当接して設けられる回動部材が、前記弾性部材の前記軸線方向の押圧力によって、前記軸線上にある支点を中心にして回動し、前記回動部材の一部が前記成形体の前記円筒内周面へ接触するステップと、
前記回動部材と前記カバー部とを備える把持部が、前記成形体の前記円筒外周面と前記円筒内周面へ接触することで、前記成形体が前記把持部によって把持されるステップと、
前記把持部が設けられた支持部が、前記成形体の長手方向に延びる軸線に沿って前記成形体の荷重を支持するステップと、
を有する成形体上部支持方法。
【請求項８】
円筒状の成形体の長手方向の端部側に貫通して設けられ、前記成形体の長手方向に延びる軸線に対して垂直方向に配置されるピン部材と、前記ピン部材が貫通する貫通孔を有するバランス部とを備え、前記バランス部は、支持台に載置され、前記ピン部材の軸方向を含む水平面に対して平行な面内において、前記ピン部材の軸方向に対して垂直方向の仮想面上に設けられる、鉛直方向下向きに突出した二つの突出部を有する成形体支持構造を用いた成形体上部支持方法であって、
前記ピン部材の軸方向を中心にして、前記成形体が前記バランス部に対して回動するステップと、
前記突出部を通過する鉛直線に対して左側と右側それぞれの荷重に基づいて、前記バランス部が釣り合いをとり、前記成形体の前記軸線が鉛直方向に対して平行に維持されるステップと、
を有する成形体上部支持方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載された成形体上部支持方法を用いて支持された前記成形体を焼成し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップを有する燃料電池セルスタックの製造方法。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載された成形体上部支持方法を用いて支持された前記成形体を焼成し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップと、
前記燃料電池セルスタックを備える燃料電池カートリッジを製造するステップと、
を有する燃料電池カートリッジの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形体上部支持構造、成形体上部支持方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸素とを化学反応させることにより発電する燃料電池が知られている。このうち、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た運転される燃料電池である。ＳＯＦＣで用いられる燃料ガスは、例えば、水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）などの炭化水素系ガスからなる都市ガス、天然ガスのほか、石油、メタノール、石炭などの炭素質原料からガス化設備によって製造されたガスである。
【０００３】
ＳＯＦＣには、複数の円筒形セルスタックを備えるタイプがあり、円筒形セルスタックは、円筒形状の基体管と、基体管の外周面に複数形成された燃料電池セルと、隣り合う燃料電池セル間に形成されたインターコネクタとを有する。燃料電池セルは、燃料極と固体電解質と空気極とが積層して形成される。
【０００４】
基体管は、長尺のセラミックス製であり、基体管を製造する際、まず、セラミックス材料の組成と粉体サイズを調整し、セラミックス材料と溶剤から坏土を生成する。そして、坏土が押出成形されることによって成形体が形成される。そして、成形体を運搬可能な硬さとするため、軟体状の成形体が乾燥される。乾燥した成形体に対して燃料極、固体電解質及びインターコネクタがスクリーン印刷によって成膜され、その後、成膜された成形体が一体焼成される。また、燃料極等が一体焼成された成形体に対して、ジェットディスペンサーによって空気極が成膜され、その後、空気極が成膜された成形体が焼成される。これにより、燃料電池セル及びインターコネクタが基体管の表面に形成された円筒形セルスタックが形成される。
以降で記載する基体管は、円筒型固体電解質燃料電池の支持体としての成形体である場合、支持する成形体に燃料極、固体電解質及びインターコネクタがスクリーン印刷によって成膜された成形体である場合、さらには、その後、空気極が成膜された成形体である場合を全て含むものである。
【０００５】
下記の特許文献１では、セラミックス原材料を含む筒状体を焼成する際に、筒状体の破断や座屈を引き起こすことなく筒状体を支持するため、筒状体の一端部と係合された吊下ステージと、筒状体の他端部に対し下方から接近可能な押上ステージと、筒状体から作用する荷重を測定する荷重センサと、を備え、荷重センサの測定結果に基づいて吊下ステージ又は押上ステージの上下方向位置を調整することが記載されている。
【０００６】
また、下記の特許文献２では、長尺の円筒型固体電解質燃料電池を焼成する際、横置きや自立させるのではなく、燃料電池の端部に開孔部を設けて、管又は棒を開孔部に挿入し支持台に管又は棒を乗せることで、燃料電池を吊るして支持することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−９０２２４号公報
【特許文献２】特開平１０−９２４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、基体管の焼結工程では、複数本の基体管１０を焼成炉に収容して、基体管１０を焼結させている。焼成炉には、図１０に示すように、複数本の基体管１０を外側から囲う焼成室２１が設けられ、焼成室２１に対して高温の燃焼ガスが供給される。基体管１０は長尺であるため、焼成室２１において吊り下げられる際、基体管１０の鉛直上方向の上端部で吊り下げ支持される。
【０００９】
長尺の基体管１０が上端部で吊り下げ支持されている場合、焼成室２１を移動させる運搬時等に支持点を中心にして揺れて、基体管１０の他端部が隣の基体管１０や焼成室２１の壁に接触し、支持点に応力がかかることで、基体管１０の上端部付近が損傷するおそれがあった。例えば、基体管１０の鉛直方向の上端部付近である上部において、軸線方向に対して垂直方向に貫通孔を形成して、貫通孔に吊り下げ用ピン２２を挿入する場合、貫通孔を起点に破損して基体管１０が脱落する可能性がある。なお、吊り下げ用ピン２２は、焼成室２１の上部に設置された支持台２３上に載置される。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、焼成時に成形体が長手方向の一端で吊り下げ支持されるとき、吊り下げ支持点付近で破損を生じにくくさせることが可能な成形体上部支持構造、成形体上部支持方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の成形体上部支持構造、成形体上部支持方法、燃料電池セルスタックの製造方法及び燃料電池カートリッジの製造方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る成形体上部支持構造は、円筒状の成形体の長手方向の端部にて、前記成形体の荷重を吊り下げ支持する把持部と、前記把持部が設けられ、前記成形体の長手方向に延びる軸線に沿って前記成形体の荷重を支持する支持部とを備え、前記把持部は、前記成形体の円筒外周面に当接されるカバー部と、前記成形体の円筒内周面に当接される保持部と、前記軸線方向に、前記カバー部を前記成形体の一端部側へ押圧する弾性部材とを有し、前記保持部は、前記成形体の円筒内部に位置し、前記カバー部と当接して設けられ、前記弾性部材の前記軸線方向の押圧力によって、前記軸線上にある支点を中心にして回動し、一部が前記成形体の前記円筒内周面へ接触する回動部材を有する。
【００１２】
この構成によれば、成形体は、長手方向の端部において、円筒外周面がカバー部によって当接される。また、弾性部材が成形体の一端部側へカバー部材を押圧するとき、成形体の円筒内部に位置し、カバー部と当接して設けられる回動部材が、軸線上にある支点を中心にして回動し、回動部材の一部が成形体の円筒内周面に接触する。したがって、成形体の外側に位置するカバー部と、成形体の内側に位置する回動部材とによって、成形体が挟み込まれる。これにより、成形体の壁部に貫通孔を設けることなく、成形体を吊り下げ支持できる。
【００１３】
上記発明において、前記保持部の前記回動部材は、楕円状部材であり、前記楕円状部材の外周面に凹凸が形成されている。
【００１４】
この構成によれば、成形体の内側で、楕円状部材である回動部材が成形体の円筒内周面に接触するとき、成形体の円筒内周面と回動部材との間に摩擦力が作用することから、成形体の自重で楕円状部材が回動し、回動部材は成形体の内面に対し更に押し付けられる。
【００１５】
上記発明において、前記保持部の前記回動部材は、一端部が前記カバー部に設けられた所定の角度を有する傾斜面と当接して前記軸線方向へ押圧されることによって、前記一端部が前記支点を中心にして前記軸線に対して離れるように回動し、他端部が前記成形体の円筒内周面へ接触する。
【００１６】
この構成によれば、成形体の内側で、カバー部に設けられた所定の角度を有する傾斜面が回動部材の一端部と当接して軸線方向へ押圧されるとき、回動部材が回動して、回動部材の他端部が成形体の円筒内周面へ接触する。
【００１７】
上記発明において、前記保持部の前記回動部材は、一端部が前記カバー部から前記保持部に向けて突出する端面と当接して前記軸線方向へ押圧されることによって、前記一端部が前記支点を中心にして前記軸線に対して離れるように回動し、前記一端部が前記成形体の円筒内周面へ接触する。
【００１８】
この構成によれば、成形体の内側で、カバー部から保持部に向けて突出する端面が回動部材の一端部と当接して軸線方向へ押圧されるとき、回動部材が回動して、回動部材の一端部が成形体の円筒内周面へ接触する。
【００１９】
上記発明において、前記支持部に貫通して設けられ、前記支持部の軸方向に対して垂直方向に配置されるピン部材と、前記ピン部材が貫通する貫通孔を有するバランス部とを備え、前記バランス部は、支持台に載置され、前記ピン部材の軸方向を含む水平面に対して平行な面内において、前記ピン部材の軸方向に対して垂直方向の仮想面上に設けられる、鉛直方向下向きに突出した二つの突出部を有する。
【００２０】
この構成によれば、ピン部材は、バランス部に形成された貫通孔を貫通しており、ピン部材の軸線を中心にして、支持部がバランス部に対して回動可能である。また、突出部は、バランス部において鉛直方向下向きに突出しており、支持台に載置されることで、突出部を通過する鉛直線に対して左側と右側それぞれの荷重のバランスを取りながら、バランス部が静止状態を保つ。
【００２１】
また、ピン部材の軸方向と二つの突出部が設けられる軸方向とが互いに垂直方向に交差しており、ピン部材の軸方向を含む水平面と二つの突出部が設けられる面とが平行である。これにより、バランス部が水平面に対して３６０°いずれの方向に傾斜していたとしても、成形体は自重によって常に鉛直方向に沿って吊り下げ支持される。
【００２２】
本発明に係る成形体上部支持構造は、円筒状の成形体の長手方向の端部側に貫通して設けられ、前記成形体の長手方向に延びる軸線に対して垂直方向に配置されるピン部材と、前記ピン部材が貫通する貫通孔を有するバランス部とを備え、前記バランス部は、支持台に載置され、前記ピン部材の軸方向を含む水平面に対して平行な面内において、前記ピン部材の軸方向に対して垂直方向の仮想面上に設けられる、鉛直方向下向きに突出した二つの突出部を有する。
【００２３】
本発明に係る成形体上部支持方法は、カバー部が、円筒状の成形体の長手方向の端部にて、前記成形体の円筒外周面に当接するステップと、前記成形体の長手方向に延びる軸線方向に、弾性部材が、前記カバー部を前記成形体の一端部側へ押圧するステップと、前記成形体の内部に位置し、前記カバー部と当接して設けられる回動部材が、前記弾性部材の前記軸線方向の押圧力によって、前記軸線上にある支点を中心にして回動し、前記回動部材の一部が前記成形体の前記円筒内周面へ接触するステップと、前記回動部材と前記カバー部とを備える把持部が、前記成形体の前記円筒外周面と前記円筒内周面へ接触することで、前記成形体が前記把持部によって把持されるステップと、前記把持部が設けられた支持部が、前記成形体の長手方向に延びる軸線に沿って前記成形体の荷重を支持するステップとを有する。
【００２４】
本発明に係る成形体上部支持方法は、円筒状の成形体の長手方向の端部側に貫通して設けられ、前記成形体の長手方向に延びる軸線に対して垂直方向に配置されるピン部材と、前記ピン部材が貫通する貫通孔を有するバランス部とを備え、前記バランス部は、支持台に載置され、前記ピン部材の軸方向を含む水平面に対して平行な面内において、前記ピン部材の軸方向に対して垂直方向の仮想面上に設けられる、鉛直方向下向きに突出した二つの突出部を有する成形体支持構造を用いた成形体上部支持方法であって、前記ピン部材の軸方向を中心にして、前記成形体が前記バランス部に対して回動するステップと、前記突出部を通過する鉛直線に対して左側と右側それぞれの荷重に基づいて、前記バランス部が釣り合いをとり、前記成形体の前記軸線が鉛直方向に対して平行に維持されるステップとを有する。
【００２５】
本発明に係る燃料電池セルスタックの製造方法は、上記の成形体上部支持方法を用いて支持された前記成形体を焼成し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップを有する。
【００２６】
本発明に係る燃料電池カートリッジの製造方法は、上記の成形体上部支持方法を用いて支持された前記成形体を焼成し、前記成形体の表面に燃料電池セル及びインターコネクタが形成された燃料電池セルスタックを製造するステップと、前記燃料電池セルスタックを備える燃料電池カートリッジを製造するステップとを有する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、焼成時に成形体の長尺方向の一端で吊り下げ支持されるとき、局所的な集中荷重を低減させることによって、吊り下げ支持点付近で破損を生じにくくさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造を示す正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造を示す正面図であり、保持部の第１変形例を示す。
【図３】本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造を示す正面図であり、保持部の第２変形例を示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造のバランス部を示す正面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造のバランス部を示す平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造のバランス部を示す側面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るセルスタックを示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣモジュールを示す斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジを示す断面図である。
【図１０】従来の焼成室を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造について、図１を用いて説明する。
本発明の第１実施形態に係る基体管上部支持構造１は、長尺の基体管（成形体）１０を焼成炉内で焼結する際、基体管の一端を吊り下げ支持する場合に用いられる。基体管１０は、例えば、乾燥した成形体に対して燃料極、固体電解質及びインターコネクタがスクリーン印刷によって成膜されたものである。基体管１０の長手軸方向は軸線方向と称する。図１から図６において、基体管１０の軸線方向は鉛直上下方向に沿って配設される。また軸線方向に沿って、鉛直上側を上又は上方向とし、鉛直下側を下又は下方向とする。
【００３０】
本実施形態に係る基体管上部支持構造１は、把持部３と、バランス部４を有する。把持部３は、基体管１０の一端を把持して吊り下げ支持し、バランス部４は、焼成室の上部に設置された支持台２３上に載置される。
【００３１】
把持部３は、基体管１０の円筒外周面を囲むカバー部５と、基体管１０の中空部分に挿入され基体管１０の円筒内壁面に押し付けられる保持部６とを備える。
【００３２】
把持部３は、カバー部５と保持部６が、基体管１０の一端側の円筒管壁を外側と内側から挟むことで、基体管１０を鉛直上下方向に沿って吊り下げ支持する。これにより、基体管１０に対して一端側に貫通孔を形成することなく、すなわち、基体管１０の強度を低下させないで基体管１０を吊り下げ支持できる。
【００３３】
カバー部５は、筒形状を有する円筒部７と、円筒部７の一端に設けられ円板形状を有する上面部８などを有する。
【００３４】
円筒部７の内径は、基体管１０の外径よりも大きく、円筒部７の内部に基体管１０が挿入される。上面部８の中心には貫通孔８ａが形成されており、貫通孔８ａには棒状の支持部９が貫通して設けられる。貫通孔８ａの径は、支持部９の外径よりも大きく、支持部９は貫通孔８ａに沿って軸線方向にスライド可能である。
【００３５】
押圧部１１Ａは、上面部８の下面から保持部６に向けて突出した部材であり、支持部９の外面に沿って設けられる。押圧部１１Ａの上端は上面部８に接続され、下端は保持部６に当接可能である。押圧部１１Ａは、カバー部５の上面部８を介して、圧縮ばね１６の弾性力を保持部６に対して伝達することができる。
押圧部１１Ａは、上面部８と別れた別体でもよいし、上面部８と一体的な部材でもよい。
【００３６】
保持部６は、支持部９に対して支点１２を介して支持される。保持部６は、図１に示すように、例えば、複数の楕円形状の回転部材である楕円板（回動部材）１３を備える。楕円板１３は、外周端面は、歯車のように細かい凹凸が繰り返し形成されている。楕円板１３は、中間部分よりも外周寄りに支点１２が設けられる。楕円板１３の凹凸部分に押圧部１１Ａの下端が当接して楕円板１３を押圧することで、楕円板１３は支点１２を中心にして回動する。
【００３７】
支持部９は、棒状部材であって、基体管１０を支持するとき基体管１０の軸線上となる位置に設けられる。支持部９の下端側には、上述した支点１２が設けられ、保持部６が設置される。支持部９の上部には、支持部９の軸線に対して垂直方向に貫通孔９ａが形成され、貫通孔９ａに支持ピン１４が挿入される。支持ピン１４は、バランス部４に形成された貫通孔４ａにも挿入されており、支持部９は、バランス部４に対して支持ピン１４を介して吊り下げ支持される。これにより、支持部９は、支持ピン１４を中心にして回動可能であり、その結果、カバー部５と保持部６によって一端側が挟持されている基体管１０も支持ピン１４を中心にして回動する。
【００３８】
支持部９の中間部分には、支持部９の外周面から突出したストッパー１５が固定されている。ストッパー１５とカバー部５の上面の間には、圧縮ばね１６が支持部９に沿って設置される。支持部９は、圧縮ばね１６の内部に軸線を共通にして挿入される。圧縮ばね１６は、上端でストッパー１５と接触し、下端でカバー部５の上面部８と接触する。これにより、圧縮ばね１６は、ストッパー１５を基点にしてカバー部５を下方へ押圧する。
【００３９】
基体管１０を保持部６に固定する場合について説明する。
まず、作業者がカバー部５を上方向へ持ち上げて、圧縮ばね１６を収縮させる。これにより、圧縮ばね１６によるカバー部５に対する押圧力が低減し、保持部６の楕円板１３も押圧力を受けることなくいずれの方向にも自由に回動可能な状態となる。その状態で、基体管１０の一端部をカバー部５の円筒部７内部に挿入する。
【００４０】
そして、作業者が持ち上げていたカバー部５を降ろすことで、圧縮ばね１６によってカバー部５を軸線方向へ押圧させる。これにより、圧縮ばね１６は、カバー部５の上面部８を軸線方向へ押圧し、押圧部１１Ａも保持部６の楕円板１３に対して押圧力を伝達する。その結果、楕円板１３の上部は、軸線に対して外側方向に開く方向に回動し、楕円板１３は基体管１０の円筒内面に対して押し付けられる。また、楕円板１３と基体管１０の一端側の円筒内面との間に摩擦力が作用することから、基体管１０が吊り下げ支持されたとき、基体管１０の自重によって楕円板１３が回動し、更に楕円板１３は基体管１０の円筒内面に対して押し付けられる。
【００４１】
以上より、基体管１０の一端部の円筒外面と内面が、カバー部５の円筒部７の内面と保持部６の楕円板１３との間で挟持された状態となる。
【００４２】
一方、基体管１０が保持部６によって固定された状態を解除する場合は、作業者がカバー部５を上方向へ持ち上げる。これにより、楕円板１３にかかっている軸線方向の押圧力が低減するため、基体管１０を保持部６から外すことができる。
【００４３】
以下、図２を参照して、保持部６の第１変形例について説明する。
第１変形例に係る保持部６は、支持部９に対して支点１２を介して支持される。保持部６は、図２に示すように、支点１２に対して上方向から支点１２を経由して下方向に斜め方向に延在する複数の回動部材１７を備える。複数の回動部材１７は、支点１２に対して互いに軸線に対して反対の方向へ張り出すように延在する。回動部材１７の下端は、基体管１０の一端部の円筒内面に接触する接触面１７ａを有する。接触面１７ａは基体管１０の円筒内面の形状に沿った面形状を有することがさらに好ましい。回動部材１７の上端はカバー部５の上面部８の下面に形成された押圧部１１Ｂと接触する。
【００４４】
押圧部１１Ｂは、内側（支持部９側）が下方に位置し、外側（円筒部７側）が上方に位置する傾斜面１１ａを有する。回動部材１７の上端は、押圧部１１Ｂの傾斜面１１ａに沿ってスライド可能である。回動部材１７の上端の滑らかなスライドのためには、押圧部１１Ｂと基体管１０のサイズによるが、傾斜面１１ａは、軸線方向に垂直な面に対する所定の角度として、３０°〜６０°に設けられていることが好ましい。回動部材１７は、ほぼ中間部分に支点１２が設けられる。回動部材１７に押圧部１１Ｂが当接して回動部材１７を押圧することで、回動部材１７は支点１２を中心にして回動する。その結果、回動部材１７の下端は、基体管１０の一端面の円筒内面側に移動する。
【００４５】
基体管１０を保持部６に固定する場合、まず、作業者がカバー部５を上方向へ持ち上げて、圧縮ばね１６を収縮させる。これにより、圧縮ばね１６によるカバー部５に対する軸線方向の押圧力が低減し、保持部６の回動部材１７も押圧力を受けることなく、支点１２を中心にしていずれの方向にも自由に回動可能な状態となる。その状態で、基体管１０の一端部をカバー部５の円筒部７内部に挿入する。
【００４６】
そして、作業者が持ち上げていたカバー部５を降ろすことで、圧縮ばね１６によってカバー部５を押圧させる。これにより、圧縮ばね１６は、カバー部５の上面部８を軸線方向へ押圧し、押圧部１１Ｂも保持部６の回動部材１７に対して押圧力を伝達する。その結果、回動部材１７の上部は、軸線方向に対して外側方向に開く方向に回動し、回動部材１７の下端が基体管１０の円筒内面に対して押し付けられる。以上より、基体管１０の一端部の円筒外面と内面が、カバー部５の円筒部７の内面と回動部材１７の下端との間で挟持された状態となる。
【００４７】
一方、基体管１０が保持部６によって固定された状態を解除する場合は、作業者がカバー部５を上方向へ持ち上げる。これにより、回動部材１７にかかっている軸線方向の押圧力が低減するため、基体管１０を保持部６から外すことができる。
【００４８】
以下、図３を参照して、保持部６の第２変形例について説明する。
第２変形例に係る保持部６は、支持部９に対して支点１２を介して支持される。保持部６は、図３に示すように、支点１２に対して上方向から支点１２を経由して下方向に斜め方向に延在する複数の回動部材１８を備える。複数の回動部材１８は、支点１２に対して互いに軸線に対して反対の方向へ張り出すように延在する。回動部材１８の上端は、基体管１０の一端部の円筒内面に接触する接触面１８ａと、カバー部５に形成された押圧部１１Ｃと接触する当接面１８ｂを有する。接触面１８ａは基体管１０の円筒内面の形状に沿った面形状を有することがさらに好ましい。
【００４９】
押圧部１１Ｃは、上面部８の下面から保持部６に向けて突出した部材であり、支持部９の外面に沿って設けられる。回動部材１８の上端の当接面１８ｂは、押圧部１１Ｃの下端と接触可能である。回動部材１８は、ほぼ中間部分に支点１２が設けられる。回動部材１８に押圧部１１Ｃが当接して回動部材１８を軸線方向へ押圧することで、回動部材１８は支点１２を中心にして回動する。その結果、回動部材１８の上端の接触面１８ａは、基体管１０の円筒内面側に移動する。
【００５０】
基体管１０を保持部６に固定する場合、まず、作業者がカバー部５を上方向へ持ち上げて、圧縮ばね１６を収縮させる。これにより、圧縮ばね１６によるカバー部５に対する押圧力が低減し、保持部６の回動部材１８も押圧力を受けることなくいずれの方向にも自由に回動可能な状態となる。その状態で、基体管１０の一端部をカバー部５の円筒部７内部に挿入する。
【００５１】
そして、作業者が持ち上げていたカバー部５を降ろすことで、圧縮ばね１６によってカバー部５を押圧させる。これにより、圧縮ばね１６は、カバー部５の上面部８を軸線方向へ押圧し、押圧部１１Ｃも保持部６の回動部材１８に対して押圧力を伝達する。その結果、回動部材１８の上部は、軸線に対して外側方向に開く方向に回動し、回動部材１８の上端が基体管１０の円筒内面に対して押し付けられる。以上より、基体管１０の一端部の円筒外面と内面が、カバー部５の円筒部７の内面と回動部材１８の上端の接触面１８ａとの間で挟持された状態となる。
【００５２】
一方、基体管１０が保持部６によって固定された状態を解除する場合は、作業者がカバー部５を上方向へ持ち上げる。これにより、回動部材１８にかかっている軸線方向の押圧力が低減するため、基体管１０を保持部６から外すことができる。
【００５３】
次に、図４から図６を参照して、本実施形態に係るバランス部４について説明する。
バランス部４は、支持部９の外径よりも大きな内径を有する円筒形状の壁部１９を有して、その中心は基体管１０の軸線上となる位置に配置される。バランス部４の壁部１９には、互いに軸線に対して対向する位置に二つの突出部２０が形成される。突出部２０は、バランス部４の下方に突起した形状を有し、図６に示す例では、鉛直方向に対して斜めの２辺が交わる角形状を有する。
【００５４】
図５に示すように、バランス部４を平面視したとき、二つの突出部２０を結ぶ方向に対して９０°回転した方向に支持ピン１４の軸線が平行になるように、支持ピン１４がバランス部４に配置される。バランス部４の壁部１９には、支持ピン１４が挿入される貫通孔４ａが形成される。貫通孔４ａはバランス部４の軸線方向に対して垂直方向に形成される。
【００５５】
二つの突出部２０の下端は、いずれも支持台２３の上面に載置される。これにより、突出部２０の下端が支持台２３上で支えられる。そして、図６に示すように、突出部２０を正面視して突出部２０を通過する鉛直線に対して左側と右側それぞれの荷重のバランスを取りながら、バランス部４が静止状態を保つ。すなわち、突出部２０を正面視して突出部２０を通過する水平線に対して支持台２３が傾斜している場合でも、基体管１０の軸線を鉛直方向に対して平行に維持できる。
【００５６】
また、図４に示すように、支持ピン１４の端部を正面視して、支持台２３の高さが異なり、バランス部４が傾斜している場合でも、支持ピン１４を中心にして支持部９が回動し、基体管１０を鉛直方向に対して平行に維持できる。
【００５７】
このように、二つの突出部２０を結ぶ軸と支持ピン１４の軸が直交し、それぞれの軸を中心にして、バランス部４が回動可能となっている。支持ピン１４の軸線を含む水平面と二つの突出部２０が設けられる面とが平行である。その結果、バランス部４が水平面に対して３６０°いずれの方向に傾斜していたとしても、基体管１０は自重によって常に軸線が鉛直方向に沿って吊り下げ支持される。
【００５８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る基体管上部支持構造２について説明する。
本実施形態に係る基体管上部支持構造２は、図４から図６で示した第１実施形態に係る基体管上部支持構造１のバランス部４と結合される支持部９を、基体管１０に置き換えたものである。図面については省略する。
【００５９】
上述した第１実施形態では、基体管上部支持構造１が把持部３とバランス部４の両方を備えている場合について説明したが、本実施形態に係る基体管上部支持構造２は、バランス部４のみを有する。バランス部４は、第１実施形態と同様に、焼成室の上部に設置された支持台２３上に載置される。
【００６０】
バランス部４が、壁部１９を有し、壁部１９に突出部２０が形成される点や、バランス部４によって、バランス部４が水平面に対して３６０°いずれの方向に傾斜していたとしても、基体管１０は自重によって常に軸線が鉛直方向に沿って吊り下げ支持される点は、第１実施形態に係るバランス部４と共通している。
【００６１】
バランス部４の支持部９を貫通する支持ピン１４は、基体管１０を直接支持する。基体管１０の一端部は、上部となる端部付近において、軸線方向に対して垂直方向に貫通孔が形成されて、貫通孔に支持ピン１４が挿入される。これにより、基体管１０は、バランス部４及び支持ピン１４を介して吊り下げ支持される。
【００６２】
この場合でも、基体管１０は、互いに交差する二つの軸を中心にして回動可能であるため、基体管１０は、自重により常に軸線が鉛直方向に対して平行に支持される。
【００６３】
以下、本実施形態に係るＳＯＦＣの一例について説明する。
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。
【００６４】
（円筒形セルスタックの構造）
まず、図７を参照して本実施形態に係る円筒形セルスタックについて説明する。ここで、図７は、本実施形態に係るセルスタックの一態様を示すものである。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。
【００６５】
（セルスタックの各構成要素の材料と機能の説明）
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。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。
【００７０】
（ＳＯＦＣモジュールの構造と各要素の機能の説明）
次に、図８と図９とを参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。ここで、図８は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。また、図９は、本実施形態に係るＳＯＦＣカートリッジの一態様の断面図を示すものである。
【００７１】
ＳＯＦＣモジュール２０１は、図８に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａとを有する。またＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス排出管２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）とを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを有する。
【００７２】
燃料ガス供給管２０７は、図示しない圧力容器２０５の外部に設けられ、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燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料ガス供給管２０７は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料ガスを複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。
【００７３】
燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管２０９に導くものである。また、燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器２０５の外部に導くものである。
【００７４】
圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約１ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。
【００７５】
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
【００７６】
（ＳＯＦＣカートリッジの構造と各要素の機能の説明）
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、図９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９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、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、又は酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【００７７】
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℃〜１０００℃の高温雰囲気となる。
【００７８】
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、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、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。
【００７９】
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２０９ａ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２０９ａに導くものである。
【００８０】
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。
【００８１】
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を介して図示しない第３酸化性ガス排出枝管に導くものである。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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、ヒーター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。
【００８７】
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、下部ケーシング２２９ｂ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。
【００８８】
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２２１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。
【００８９】
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、ヒーター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。
【００９０】
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及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。
【符号の説明】
【００９１】
１      ：基体管上部支持構造
２      ：基体管上部支持構造（第２実施形態）
３      ：把持部
４      ：バランス部
４ａ    ：貫通孔
５      ：カバー部
６      ：保持部
７      ：円筒部
８      ：上面部
８ａ    ：貫通孔
９      ：支持部
９ａ    ：貫通孔
１０    ：基体管（成形体）
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ    ：押圧部
１１ａ  ：傾斜面
１２    ：支点
１３    ：楕円板（回動部材）
１４    ：支持ピン
１５    ：ストッパー
１６    ：圧縮ばね
１７    ：回動部材
１７ａ  ：接触面
１８    ：回動部材
１８ａ  ：接触面
１８ｂ  ：当接面
１９    ：壁部
２０    ：突出部
２１    ：焼成室
２２    ：吊り下げ用ピン
２３    ：支持台
【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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