(57)【要約】【課題】成形体の品質のばらつきを抑制しつつ、成形体の乾燥工程にかかる時間を短縮することが可能な成形体の製造装置、その制御方法、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】成形体の製造装置は、円筒状の基体管１０を載置でき、載置された基体管１０を軸線周りに回転させる、互いに軸線と平行に配置された複数のローラ３と、ローラ３を収容する乾燥容器２と、乾燥容器２内の乾燥環境を変化させるように乾燥容器２内を流れるガス流量、又は、乾燥容器２内のガスの温度若しくは圧力を調整して、乾燥容器２内の成形体を乾燥させる乾燥部７と、基体管１０の質量を測定する荷重計６と、測定された質量に基づいて、乾燥容器２内の乾燥環境を変化させるように乾燥部７が調整する乾燥容器２内を流れるガス流量、又は、乾燥容器２内のガスの温度若しくは圧力を制御する制御部８とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸方向に軸線のある円筒状の成形体を載置でき、載置された前記成形体を前記軸線周りに回転させる、互いに前記軸線と平行に配置された複数のローラと、
前記ローラを収容する容器と、
前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記容器内を流れるガス流量、又は、前記容器内のガスの温度若しくは圧力を調整して、前記容器内の前記成形体を乾燥させる乾燥部と、
前記成形体の質量を測定する質量測定部と、
測定された前記質量に基づいて、前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記乾燥部が調整する前記容器内を流れる前記ガス流量、又は、前記容器内のガスの前記温度若しくは前記圧力を制御する制御部と、
を備える成形体の製造装置。
【請求項２】
前記乾燥部は、
前記容器内に前記ガスを供給する空気供給部と、
前記容器に供給される前記ガスを加熱する加熱部と、
を有し、
前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第１の閾値に到達したとき、前記加熱部による加熱を開始させる請求項１に記載の成形体の製造装置。
【請求項３】
前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第２の閾値に到達したとき、前記成形体が前記第１の閾値に基づいて開始した前記加熱部による加熱よりも高い所定温度となるように加熱を行う請求項２に記載の成形体の製造装置。
【請求項４】
前記乾燥部は、前記所定温度の飽和蒸気圧に基づいて決定される前記容器内の圧力に基づいて、前記容器内の圧力を減少させる減圧部を備え、
前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第１の閾値に到達したとき、前記減圧部による減圧を開始させる請求項１に記載の成形体の製造装置。
【請求項５】
前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第２の閾値に到達したとき、前記成形体が前記第１の閾値に基づいて開始した前記減圧部による圧力よりも低い所定圧力となるように減圧を行う請求項４に記載の成形体の製造装置。
【請求項６】
前記乾燥部は、前記容器に供給される前記ガスを加熱する加熱部を更に有し、
前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第２の閾値に到達したとき、前記成形体が前記所定温度よりも高い温度となるように加熱を行う請求項５に記載の成形体の製造装置。
【請求項７】
前記成形体の前記軸線方向に形成された中空部に貫通し、前記軸線に沿って前記成形体よりも長尺な棒状部材の両端を支持する支持部材を更に備え、
前記棒状部材の両端が前記支持部材によって支持され、前記成形体が前記ローラから鉛直上方向へ離隔した状態で、前記質量測定部が前記成形体の質量を測定する請求項１から６のいずれか１項に記載の成形体の製造装置。
【請求項８】
長手軸方向に軸線のある円筒状の成形体を載置でき、載置された前記成形体を前記軸線周りに回転させる、互いに前記軸線と平行に配置された複数のローラと、前記ローラを収容する容器と、前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記容器内を流れるガス流量、又は、前記容器内のガスの温度若しくは圧力を調整して、前記容器内の前記成形体を乾燥させる乾燥部と、を備える成形体の製造装置の制御方法であって、
前記成形体の質量を測定するステップと、
測定された前記質量による算出値に基づいて、前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記乾燥部が調整する前記容器内を流れる前記ガス流量、又は、前記容器内のガスの前記温度若しくは前記圧力を制御するステップと、
を有する成形体の製造装置の制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載された成形体の製造装置の制御方法を用いて前記成形体を乾燥させるステップと、
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、
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８に記載された成形体の製造装置の制御方法を用いて前記成形体を乾燥させるステップと、
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、成形体の製造装置、その制御方法、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スラリーを生成する。そして、スラリーが押出成形されることによって、軟体状の基体管が形成される。そして、基体管を運搬可能な硬さとするため、軟体状の基体管が乾燥される。乾燥した基体管に対して燃料極、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、成膜された基体管が一体焼成される。また、燃料極等が一体焼成された基体管に対して、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基体管が焼成される。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。
【０００５】
下記の特許文献１には、成形体を所定の焼成温度まで昇温して焼成する際、水平かつ並列に近接して設置されたローラ間の窪み部分に、円筒状の未焼成の成形体を載置することが記載されている。そして、成形体は、ローラによって回転されながら、ローラとともに昇温して、焼成される。これにより、荷重分布が全体的に均一になるため、真円度、真直度を維持しつつ、かつ気孔率が均一な電極支持管を製造できるとの記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−５０３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１では、乾燥成形体を得るため、押出成形で得られた柔軟な成形体を乾燥炉に入れて６０℃程度に昇温することだけが記載され、成形体がローラによって回転されるのは焼成工程である。一方、押出成形後の成形体を乾燥する工程においても、ローラ間の窪み部分に円筒状の成形体を載置し、成形体を回転させる場合がある。
【０００８】
乾燥工程では、成形体の真直度及び真円度を高めるため、長時間（例えば１２時間以上）、空気を供給しながら、成形体をゆっくり回転させつつ乾燥させる。その後、高温の空気を供給して、成形体の表面温度を上昇させた状態で、例えば２時間から１０時間の間、成形体を乾燥させる。
【０００９】
このとき、成形体の乾燥時間は、運用によって得られる値から決定されている。しかし、成形体に供給される空気流量、成形体の材料であるセラミックスの粒度分布や原料配合等によって、乾燥速度が異なるため、成形体の品質にばらつきが生じるおそれがあった。
【００１０】
また、成形体を乾燥する乾燥工程は、１本（１バッチ）につき半日から約１日かかっている。そのため、基体管を製造する際、乾燥工程にかかる時間がボトルネックとなって生産性が向上しないという問題があった。
【００１１】
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、成形体の品質のばらつきを抑制しつつ、成形体の乾燥工程にかかる時間を短縮することが可能な成形体の製造装置、その制御方法、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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の成形体の製造装置、その制御方法、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の製造装置は、長手軸方向に軸線のある円筒状の成形体を載置でき、載置された前記成形体を前記軸線周りに回転させる、互いに前記軸線と平行に配置された複数のローラと、前記ローラを収容する容器と、前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記容器内を流れるガス流量、又は、前記容器内のガスの温度若しくは圧力を調整して、前記容器内の前記成形体を乾燥させる乾燥部と、前記成形体の質量を測定する質量測定部と、測定された前記質量に基づいて、前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記乾燥部が調整する前記容器内を流れる前記ガス流量、又は、前記容器内のガスの前記温度若しくは前記圧力を制御する制御部とを備える。
【００１３】
この構成によれば、複数のローラ間に載置された成形体が軸線周りに回転しながら、成形体が除去される。このとき、必要とされるタイミングで成形体の質量が測定されて成形体の乾燥状態を把握しながら、乾燥部による乾燥条件、すなわち、容器内を流れるガス流量、又は、容器内のガスの温度若しくは圧力が変更される。これにより、成形体の乾燥工程を原因とする成形体の品質のばらつきを抑制できる。
本発明は、特に、成形体は、円筒型固体電解質燃料電池の支持体としての基体管に用いるものに注目したものである。
【００１４】
上記発明において、前記乾燥部は、前記容器内に前記ガスを供給する空気供給部と、前記容器に供給される前記ガスを加熱する加熱部とを有し、前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第１の閾値に到達したとき、前記加熱部による加熱を開始させる。
【００１５】
上記発明において、前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第２の閾値に到達したとき、前記成形体が前記第１の閾値に基づいて開始した前記加熱部による加熱よりも高い所定温度となるように加熱を行う。
【００１６】
上記発明において、前記乾燥部は、前記所定温度の飽和蒸気圧に基づいて決定される前記容器内の圧力に基づいて、前記容器内の圧力を減少させる減圧部を備え、前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第１の閾値に到達したとき、前記減圧部による減圧を開始させる。
【００１７】
上記発明において、前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第２の閾値に到達したとき、前記成形体が前記第１の閾値に基づいて開始した前記減圧部による圧力よりも低い所定圧力となるように減圧を行う。
【００１８】
上記発明において、前記乾燥部は、前記容器に供給される前記ガスを加熱する加熱部を更に有し、前記制御部は、測定された前記質量による算出値が、第２の閾値に到達したとき、前記成形体が前記所定温度よりも高い温度となるように加熱を行う。
【００１９】
上記発明において、前記成形体の前記軸線方向に形成された中空部に貫通し、前記軸線に沿って前記成形体よりも長尺な棒状部材の両端を支持する支持部材を更に備え、前記棒状部材の両端が前記支持部材によって支持され、前記成形体が前記ローラから鉛直上方向へ離隔した状態で、前記質量測定部が前記成形体の質量を測定する。
【００２０】
本発明に係る燃料電池用基体管の製造装置の制御方法は、長手軸方向に軸線のある円筒状の成形体を載置でき、載置された前記成形体を前記軸線周りに回転させる、互いに前記軸線と平行に配置された複数のローラと、前記ローラを収容する容器と、前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記容器内を流れるガス流量、又は、前記容器内のガスの温度若しくは圧力を調整して、前記容器内の前記成形体を乾燥させる乾燥部と、を備える成形体の製造装置の制御方法であって、前記成形体の質量を測定するステップと、測定された前記質量による算出値に基づいて、前記容器内の乾燥環境を変化させるように前記乾燥部が調整する前記容器内を流れる前記ガス流量、又は、前記容器内のガスの前記温度若しくは前記圧力を制御するステップとを有する。
【００２１】
本発明に係る燃料電池セルスタックの製造方法は、上記の成形体の製造装置の制御方法を用いて前記成形体を乾燥させるステップと、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を有する。
【００２２】
本発明に係る燃料電池カートリッジの製造方法は、上記の成形体の製造装置の制御方法を用いて前記成形体を乾燥させるステップと、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】
【００２３】
本発明によれば、基体管として形成される前の成形体の乾燥工程に起因する品質のばらつきを抑制することができ、かつ、成形体の乾燥工程にかかる時間を短縮して生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る乾燥装置を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る乾燥装置の乾燥容器及び乾燥部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る乾燥装置の制御部を示すブロック図である。
【図４】基体管質量、基体管温度又は乾燥容器の空気温度と時間の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る乾燥装置の乾燥容器及び乾燥部を示す構成図である。
【図６】基体管質量又は乾燥容器内圧と時間の関係を示すグラフである。
【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。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の一実施形態に係る燃料電池の基体管の乾燥装置１の構成について説明する。乾燥装置１は、燃料電池用基体管の製造装置に適用される。
なお、本実施形態に係る乾燥装置１によって乾燥される基体管（成形体）１０は、後述する固体酸化物形燃料電池（以下「ＳＯＦＣ」という。）の円筒形セルスタックに用いられる基体管に適用される。基体管１０は、セラミックス製である。
【００２６】
乾燥装置１は、図１に示すように、乾燥容器２と、ローラ３と、ローラ駆動部４と、中子棒支持部材５と、荷重計６と、乾燥部７と、制御部８などを備える。
【００２７】
ローラ３は、基体管１０をその長手軸方向を中心に回転させる。その結果、基体管１０の真円度と真直度が確保される。乾燥部７は、基体管１０を乾燥させる手段を有する。荷重計６は、基体管１０の荷重を計測する。その結果、基体管１０の乾燥の進展を監視できる。
【００２８】
図１において、基体管１０の長手軸方向は紙面に垂直な前後方向となり、以降の説明では軸方向と称する。ローラ３は、円柱状又は円筒状であり、基体管１０の軸方向長さ以上の長さを有し、複数本のローラ３は、長手軸方向が平行に配置される。隣り合う２本のローラ３は、その間隔が精度よく管理されており、隣接するローラ間に形成される凹状部分に、基体管１０が載置される。
【００２９】
基体管１０は、軸方向に延びた中空の管形状を有し、乾燥工程時において、基体管１０の円筒中空部分の内部に中子棒１１が挿入される。中子棒１１は、棒状円柱であり、基体管１０の軸方向長さよりも所定分だけ長い長さを有する。中子棒１１は、酸化により表面性状が変化せず、また、基体管１０へ挿入する際に塑性変形を生じない強度を持つものが好ましく、例えば金属製であり、ＳＵＳ３０４などが好ましい。また、中子棒１１の外径は、基体管１０の円筒中空部分の内径の０．７倍〜０．８倍である。中子棒１１は、基体管１０の中空部分で、基体管１０の内面との隙間が設けられるため、基体管１０への挿入が容易になる。
【００３０】
基体管１０が回転しながら乾燥される際、基体管１０の管状の円筒中空部分の内部に中子棒１１が配置される。これにより、基体管１０の空間部分の内面に対して、中子棒１１は、鉛直下方向に中子棒１１の荷重を印加する。そして、中子棒１１が基体管１０と一緒に回転することによって、基体管１０の内面における真円度及び基体管１０の真直度を向上させることができる。
【００３１】
ローラ駆動部４は、チェーン１３、スプロケット１４やモータ１５などを有する。複数のローラ３は、図１に示すように、例えばモータ１５を駆動源として、チェーン１３によって駆動力が伝達され、同一回転数で同期して回転する。なお、駆動力の伝達機構として、チェーン１３に限定することなく、ベルトを用いてもよいし、ローラ３間の駆動力の伝達に歯車同士が噛み合う構造を用いてもよい。本実施形態では、ローラ３は、例えば２０ｒｐｍ以下の低速の回転数で回転する。
【００３２】
中子棒支持部材５は、棒状部材を有し、中子棒１１の軸方向両端付近にそれぞれ配置される。中子棒支持部材５は、下部で荷重計６に接続され、上部に湾曲面５ａが形成されて、通常は中子棒１１とは接触していない位置にある。中子棒１１は、所定分の長さが基体管１０の両端より突出しており、中子棒１１の軸方向一端側及び他端側にある中子棒支持部材５が鉛直上方向へ移動する。その結果、中子棒支持部材５は、湾曲面５ａで中子棒１１の一端及び他端を支持して、中子棒１１とともに基体管１０をローラ３から鉛直上方向へ離れた位置へと移動することが可能である。
【００３３】
荷重計６は、質量測定部の一例であり、中子棒支持部材５に載置された基体管１０及び中子棒１１の荷重を測定する。中子棒１１の質量は変化しないので、荷重計６によって、乾燥されていく基体管１０の質量を測定することによって、基体管１０の質量又は質量変化量を監視できる。荷重計６は、制御部８と接続され、荷重計６で測定された質量に関するデータを制御部８に送信する。
【００３４】
荷重計６は、例えば支持台１６に設置される。支持台１６には、複数の基体管１０の数量に対応して、複数の荷重計６が載置される。支持台１６は、昇降機構を備え、鉛直上下方向に移動される。支持台１６を上方に移動させたとき、荷重計６及び荷重計６に接続された中子棒支持部材５も上方に移動し、荷重計６は、中子棒支持部材５によってローラ３から持ち上げられ湾曲面５ａに載置された、基体管１０と中子棒１１の合計した質量を測定できる。
【００３５】
支持台１６の昇降機構は、モータ１７と、ボールねじ１８と、直進ガイド１９などを有する。支持台１６は、例えばモータ１７を駆動源として、ボールねじ１８によって駆動力が伝達されて、鉛直上下方向へ移動する。支持台１６には、荷重計６が載置された載置面に対して垂直な貫通孔１６Ａが形成され貫通孔１６Ａの内面はナット機能を有している。ボールねじ１８と貫通孔１６Ａは、互いに螺合しており、ボールねじ１８が正回転又は逆回転することによって、支持台１６が鉛直上下方向に移動し、ボールねじ１８の静止により支持台１６が停止してその位置を保持する。
【００３６】
また、支持台１６には、ガイド部１６Ｂが形成されており、ガイド部１６Ｂは直線状の棒状部材を有する直進ガイド１９との間で摺動する。直進ガイド１９は、乾燥容器２の底面において、荷重計６が載置された載置面に対して垂直に設置される。直進ガイド１９によって、支持台１６は傾斜することなく水平な状態を維持したまま上下方向に移動する。
【００３７】
基体管１０の荷重を測定しない間、支持台１６は、下方に移動しており、中子棒支持部材５の湾曲面５ａは、基体管１０及び中子棒１１よりも下方で、中子棒１１から離れて位置している。一方、基体管１０の荷重を測定する場合、支持台１６は、上方へ移動して、中子棒１１の一端側及び他端側にある中子棒支持部材５を中子棒１１の端部に対して近接するよう上方へ移動させる。そして、中子棒支持部材５の湾曲面５ａによって中子棒１１の一端及び他端を下から支持した後、更に支持台１６が更に上方へ移動することで、中子棒支持部材５の湾曲面５ａを上方へ移動させる。これにより、基体管１０及び中子棒１１が、ローラ３から離隔して、荷重計６が基体管１０と中子棒１１を加えた荷重を測定できる。
【００３８】
荷重の測定が終了したら、上記の逆工程手順により、基体管１０及び中子棒１１は隣接するローラ３間に形成される凹状部分に戻され、基体管１０及び中子棒１１は再度ローラ３とともに回転を開始させられる。
【００３９】
（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態に係るＳＯＦＣの基体管の乾燥方法について説明する。
本実施形態に係る乾燥部７は、図２に示すように、ファン３１と、ヒータ３２と、温度計３３などを有する。
ファン３１は、乾燥容器２内へ所定量の空気を供給する。
ヒータ３２は、乾燥容器２内へ供給される空気を加熱する。ヒータ３２は、温度計３３によって測定された乾燥容器２内の温度に基づいて、加熱量を調整する。これにより、ヒータ３２による加熱を行う場合、所定の温度を維持しながら、常温よりも加熱された空気を基体管１０に対し供給できる。
【００４０】
本実施形態に係る乾燥部７は、図１に示すように、非接触式温度計３４を更に備える。非接触式温度計３４は、乾燥容器２の内部に設置され、基体管１０の表面温度を測定する。ヒータ３２は、非接触式温度計３４によって測定された基体管１０の表面温度に基づいて、加熱量を調整する。非接触式温度計３４は、例えば赤外線放射温度計、又は、サーモビューアなどであり、基体管１０の表面温度に関するデータを制御部８へ送信する。
【００４１】
制御部８は、図３に示すように、ローラ制御部２１と、質量判断部２２と、乾燥モード切替部２３と、乾燥運転制御部２４を備える。
ローラ制御部２１は、ローラ駆動部４の運転開始や運転停止を制御する。
質量判断部２２は、荷重計６で測定された質量から基体管１０の質量又は質量変化量を算出し、質量又は質量変化量を閾値と比較し、測定された質量又は質量変化量が閾値を超えているか否かを判断する。質量は、中子棒１１の質量を事前に計測して制御部８にインプットしておくことで、基体管１０の質量を算出してもよい。質量変化量は、基体管１０と中子棒１１の合計質量の初期質量を計測すれば、その後の質量変化は初期質量との比較で算出可能となる。乾燥時間とともに変化する基体管１０の質量や、乾燥初期からの総質量変化を算出することで、管理目標とする閾値との比較、監視が可能となる。
【００４２】
乾燥モード切替部２３は、質量判断部２２における判断結果に基づいて、後述するとおり、乾燥容器２内の乾燥環境を変化させて、乾燥モードを切り替える。
乾燥運転制御部２４は、運転モードに応じて、乾燥部の運転を制御する。乾燥運転制御部２４は、乾燥部７の温度計３３で測定された温度に基づいて、ヒータ３２の加熱量を調整する。また、さらに、乾燥運転制御部２４は、非接触式温度計３４で測定された成形体の表面温度に基づいて、ヒータ３２の加熱量を調整する。
【００４３】
次に、本実施形態に係る乾燥装置１を用いた基体管１０の乾燥方法について説明する。
中空の管形状を有する基体管１０は、押出成形によって形成される。押出成形直後の基体管１０は、軟体状であり、自重によって撓みや伸びが生じてしまう。基体管１０を適切に乾燥することによって、基体管１０の後工程への搬送時において、自重による撓みや伸びが生じにくい状態とすることができる。
【００４４】
基体管１０は、隣り合う２本のローラ３間に形成される凹状部分に載置される。基体管１０は、ローラ３によって回転されながら乾燥される。これにより、成形体が長時間吊り下げられて乾燥される場合と異なり、基体管１０は、長手方向に密度差が生じることなく、均一な密度で乾燥する。また、基体管１０はローラ３間に載置され回転されることから、基体管１０は、真円度及び真直度を維持しながら乾燥する。
【００４５】
基体管１０が回転しながら乾燥されるとき、基体管１０は所定時間ごとに質量が測定される。所定時間は、例えば１分から１０分の範囲にある時間である。基体管１０の質量を測定するとき、まず、一時的にローラ３の回転を停止させて、中子棒支持部材５を中子棒１１の端部に対して近接するよう下から上方へ移動させる。そして、中子棒１１の一端側及び他端側にある中子棒支持部材５によって中子棒１１の一端及び他端を下から支持した後、更に中子棒支持部材５を上方へ移動させる。これにより、基体管１０は、ローラ３から上方へ離れて、中子棒１１によって中子棒支持部材５に支持された状態となる。その後、荷重計６によって基体管１０と中子棒１１を加えた質量が測定される。基体管１０が乾燥するにつれて、基体管１０が含有する水分が減少するため、質量が減少していく。
【００４６】
荷重計６によって測定された質量に関するデータは、荷重計６から制御部８へ送られる。制御部８では、測定された質量を記憶するとともに基体管１０の質量又は質量変化量を算出し、基体管１０の質量又は質量変化量が所定の閾値と比較される。また、制御部８では、質量の変化率が算出されて、変化率が小さくなったこと、すなわち、質量や質量変化量が飽和する状況を、閾値を用いた判断に加えてもよい。
【００４７】
乾燥装置１において基体管１０の乾燥が開始されると、図４に示すように、基体管１０の質量又は質量変化量を監視し閾値と比較判断しながら、乾燥容器２内の乾燥環境を変化させて、常温乾燥モード、強化乾燥モード、強制乾燥モードへと順を追って進める。ここで各モードへ進める判断に用いる閾値は、基体管１０が所定の仕様を得られるよう予備試験を実施して、基体管１０が乾燥時間とともに標準的に到達する質量、又は、乾燥開始の初期値から累積し標準的に到達する総質量変化量を、各モードでの所定の閾値として設定してある。
【００４８】
まず、常温乾燥モードで、所定量の空気を乾燥容器２に供給して乾燥容器２内の環境が高湿状態にならないようにしながら、大気圧雰囲気のもとで、基体管１０を形成乾燥させる。供給される空気の温度は、例えば大気の温度であるが、湿分の少ない空気が好ましく、乾燥空気であることが更に好ましい。これにより、基体管１０は水分量が多い状態のために強度が小さく破損や変形をし易い状態にあるが、常温乾燥モードでは基体管１０を過度に加熱したり減圧したりすることなく、すなわち、基体管１０に対して急激に温度や圧力を変化させて脱水を促進させることがないので、基体管１０の乾燥むらが生じることなく基体管１０から水分を無理なく除去を開始できるので、基体管１０のソリ発生や折損発生を防止できる。
【００４９】
測定された基体管１０の質量が第１閾値を超えている、又は総質量変化量が第１’閾値を下回るときは、継続して常温の空気を大気圧雰囲気のもとで供給しながら、基体管１０の乾燥を行い、半乾燥状態とする。本実施形態では、常温乾燥モードは１時間〜２時間以内に終了するよう乾燥装置１に設置する基体管１０の数量と乾燥容器２に供給する空気流量を決定してある。
【００５０】
一方、測定された基体管１０の質量が第１閾値に到達したとき、又は、総質量変化量が第１’閾値に到達し第１’閾値を超えたとき、所定の半乾燥状態に至ったと判断して常温乾燥モードを終了し、強化乾燥モードを開始する。常温乾燥モードで、ある程度、基体管１０の水分量が減少した状態になった後、乾燥時間を短縮するため、強化乾燥モードで乾燥が行われる。強化乾燥モードは、本実施形態では例えば、加熱乾燥である。
【００５１】
本実施形態に係る乾燥部７は、図２に示すように、ファン３１と、ヒータ３２と、温度計３３などを有して、加熱乾燥では、温度がやや高い空気を供給しながら、大気圧雰囲気のもとで基体管１０を乾燥させる。これにより、常温の空気を供給しながら乾燥させる常温乾燥モードに比べて、乾燥速度を上昇させることができる。加熱乾燥では、乾燥部７にて、ヒータ３２によって外部より供給される空気が加熱される。加熱乾燥における空気の温度は、例えば大気の温度よりも高く、５０℃から８０℃の範囲にある値（以下「閾値温度」という。）で設定された所定温度以下であり、温度計３３で測定された温度に基づいて制御する。この閾値温度とすることで、基体管１０に急激な質量変化が発生して、基体管１０が破損することを防ぎながら乾燥を進めることができ、乾燥の進行によって基体管１０が保有する余分な水分が除去されることで、基体管１０の強度を向上することができる。
【００５２】
また、強化乾燥モードでは、乾燥速度を調整するため、更に乾燥容器に供給する空気流量を増減させる変化をさせてもよい。
【００５３】
測定された基体管１０の質量が第２閾値を超えているとき、又は総質量変化量が第２’閾値を下回るときは、上述の強化乾燥モードを継続して、基体管１０の乾燥を行う。一方、測定された基体管１０の質量が第２閾値に到達したとき、又は総質量変化量が第２’閾値に到達し第２’閾値を超えたとき、強制乾燥モードを開始する。第２閾値は、第１閾値よりも低い値であり、第２’閾値は、第１’閾値よりも大きい値である。
【００５４】
また、図４に示すように強化乾燥モードでは、水分の蒸発による質量変化が少ない。このため、制御部８で質量の変化率を算出して、変化率が少なくなり質量や総質量変化量が飽和する状況を第２閾値又は第２’閾値を用いた判断に加えてもよい。
【００５５】
本実施形態では、強化乾燥モードは１時間〜５時間以内に終了するよう、乾燥装置１に設置する基体管１０の数量と乾燥部７から、乾燥容器２に供給する空気温度と流量が決定されている。
【００５６】
強制乾燥モードでは、上述の加熱乾燥よりも更に高温の空気、すなわち、閾値温度よりも高温の空気を供給しながら、大気圧雰囲気で基体管１０を乾燥させる。このとき、基体管１０の表面温度が所定温度として、閾値温度（すなわち、５０℃から８０℃の範囲にある値）以上とならないように、基体管１０に供給する空気の温度を制御する。基体管１０の表面温度は、乾燥容器２の内部に設置され非接触式温度計３４により測定される。強制乾燥モードでは、基体管１０に含有され、強化乾燥モードでは除去しづらい水分を基体管１０から除去するが、基体管１０に存在するバインダーや保湿成分で必要な水分を保持できる状態へと乾燥を行い、基体管１０を後工程であるセルスタック形成工程に十分に耐えうる強度を保有させる。
【００５７】
その後、測定された基体管１０の質量が第３閾値に到達、又は総質量変化量が第３’閾値に到達したとき、乾燥を停止し乾燥工程を終了する。第３閾値は、第２閾値よりも低い値であり、第３’閾値は、第２’閾値よりも大きい値である。
【００５８】
また、図４に示すように強制乾燥モードでは、水分の除去による質量変化の後に質量が飽和する傾向にあるので、この飽和状態を確認してから強制乾燥モードを終了することが更に好ましい。このためには制御部８で質量の変化率を算出して、変化率が少なくなり質量や総質量変化量が飽和する状況を第３閾値又は第３’閾値を用いた判断に加えることで判断が可能である。
【００５９】
本実施形態では、強制乾燥モードは１時間以内に終了するように、乾燥装置１に設置する基体管１０の数量と乾燥部７から、乾燥容器２に供給する空気温度と流量が決定されている。このように、基体管１０の質量を測定して乾燥を停止できるため、過剰に乾燥を進めることで生じるバインダーや保湿成分に必要な含有水分の不足による基体管１０の脆化を防止し、品質を確保することができる。
【００６０】
以上により、基体管１０の質量を測定しながら乾燥が行われるため、基体管１０の品質のばらつきを抑制できる。また、基体管１０の質量を測定しながら、適切なタイミングで強化乾燥モードや強制乾燥モード、乾燥の終了を実施できるため、各基体管１０でほぼ均一で同様な乾燥状態の成形体を得ることができる。
【００６１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＳＯＦＣの基体管の乾燥方法について説明する。
上述した第１実施形態では、強化乾燥モードと強制乾燥モードとして、加熱乾燥を行う場合について説明したが、本発明は、この例に限定されない。第２実施形態では、強化乾燥モードと強制乾燥モードとして、例えば、乾燥容器２内を大気圧未満とする減圧乾燥を実施してもよい。
【００６２】
第２実施形態では、乾燥部７は、図５に示すように、真空ポンプ４１と、制御弁４２と、圧力計４３などを有する。真空ポンプ４１は、乾燥容器２内の空気を吸引して、乾燥容器２内の圧力を大気圧以下に減圧する。制御弁４２は、乾燥容器２の吸気側に設けられ、圧力計４３によって測定された乾燥容器２内の圧力に基づいて、真空ポンプ４１によって吸引される乾燥空気の空気量及び必要に応じて真空ポンプ４１の排気能力を調整する。これにより、乾燥容器２内の圧力が所定の値に維持されるように調整される。制御部８は、乾燥運転制御部を備え、乾燥運転制御部は、圧力計４３で測定された圧力に基づいて、制御弁４２の開度を調整する。
【００６３】
減圧乾燥では、常温の状態で、乾燥容器２内を大気圧よりも低い圧力に下降させて、基体管１０の水分を除去して乾燥させる。これにより、大気圧雰囲気で乾燥させる場合に比べて、基体管１０から水分をより均一に除去することができるので、乾燥むらを抑制し速い速度で水分を除去することができ乾燥速度を上昇させることができる。
【００６４】
減圧乾燥時の乾燥容器２内の圧力は、閾値温度（すなわち、５０℃から８０℃の範囲にある値）の蒸気圧（標準大気圧：1013.25hPa）を常温時の蒸気圧に換算し、換算された常温時の蒸気圧（２５℃の場合、880.02hPa）との合計が、閾値温度（すなわち、５０℃から８０℃の範囲にある値）の飽和蒸気圧（減圧時）未満とならないような値とする。
【００６５】
乾燥容器２内を減圧したときの圧力Pairが、標準大気圧における閾値温度（T）の飽和蒸気圧Psになるような値は、ボイルシャルルの法則（P1×V1/T1=P2×V2/T2）により、以下の式で算出される（常温が２５℃の場合）。
（Pair+Ps）V/(273+25)=1013.25V/(273+T)
【００６６】
第２実施形態の減圧乾燥による乾燥方法は、前記の第１実施形態である加熱乾燥で行われる手順と同様の手順で行われる。
乾燥装置１において基体管１０の乾燥が開始されると、図６に示すように、基体管１０の質量又は質量変化量を監視し閾値と比較判断しながら、乾燥容器２内の乾燥環境を変化させて、常温乾燥モード、強化乾燥モード、強制乾燥モードへと順を追って進める。ここで各モードへ進める判断に用いる閾値は、基体管１０が所定の仕様を得られるよう予備試験を実施して、基体管１０が乾燥時間とともに標準的に到達する質量、又は、乾燥開始の初期値から累積し標準的に到達する総質量変化量を、各モードでの所定の閾値として設定してある。
【００６７】
常温乾燥モード、強化乾燥モード、強制乾燥モードへと順を追って進めるにあたり、乾燥容器２内の圧力を減圧することで乾燥環境を変化させて、水分の除去能力を増加させる。
【００６８】
第２実施形態においても、基体管１０の質量を測定して乾燥を停止できるため、過剰に乾燥を進めることでバインダーや保湿成分に必要な含有水分の不足による基体管１０の脆化を防止し、品質を確保することができる。更に基体管１０から水分をより均一に速い速度で除去することができため乾燥速度が上昇し、乾燥時間を短縮することができる。
【００６９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るＳＯＦＣの基体管の乾燥方法について説明する。
本実施形態では、基体管１０の質量又は質量変化量を監視し閾値と比較判断しながら、乾燥容器２内の乾燥環境を変化させて、常温乾燥モード、強化乾燥モード、強制乾燥モードへと順を追って進めるにあたり、第２実施形態にあるように強化乾燥モードの乾燥環境は減圧雰囲気とすることに加えて、強制乾燥モードは、第１実施形態である加熱乾燥と同様に高温の空気を用いて実施する。
【００７０】
ここで各モードへ進める判断に用いる閾値は、基体管１０が所定の仕様を得られるよう予備試験を実施して、基体管１０が乾燥時間とともに標準的に到達する質量、又は、乾燥開始の初期値から累積し標準的に到達する総質量変化量を、各モードでの所定の閾値として設定してある。
【００７１】
強制乾燥モードでは高温の空気を供給しながら、大気圧雰囲気で基体管１０を乾燥させる。このとき、基体管１０の表面温度が所定温度として、閾値温度（すなわち、５０℃から８０℃の範囲にある値）以上とならないように、基体管１０に供給する空気の温度を制御する。基体管１０の表面温度は、乾燥容器２の内部に設置され非接触式温度計３４により測定される。
【００７２】
常温乾燥モード、強化乾燥モードへと順を追って進めるにあたり、乾燥容器２内の圧力を減圧することで乾燥環境を変化させて、水分の除去能力を増加させる。
【００７３】
第３実施形態においても、従来、乾燥時間を要していた強化乾燥モードを乾燥容器２の内部を減圧雰囲気の環境とすることで、基体管１０から水分をより均一に速い速度で除去することができるため乾燥速度が上昇する。また、強制乾燥モードでは加熱乾燥を用いるので確実に最終の乾燥を完了して、より品質を向上することができる。
【００７４】
基体管１０の質量を測定して乾燥を停止できるため、過剰に乾燥を進めることで生じるバインダーや保湿成分に必要な含有水分の不足による基体管１０の脆化を防止し、品質を確保することができる。更に基体管１０から水分を確実に除去することができるため、乾燥時間を短縮しながら、品質のばらつきをより抑制することができる。
【００７５】
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。
【００７６】
（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、前述の実施形態で製作した基体管１０を基体管１０３として使用するものの一実施形態であり、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。
【００７７】
（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とを支持するとともに、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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
（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例に係る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。
【００８３】
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。
【００８４】
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ともに、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に接続されるとともに、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。
【００８５】
燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されるとともに、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に接続されるとともに、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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
（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に示すとおり、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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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ともに、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。
【００９５】
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ともに、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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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】
【０１０３】
１        ：乾燥装置
２        ：乾燥容器
３        ：ローラ
４        ：ローラ駆動部
５        ：中子棒支持部材
５ａ      ：湾曲面
６        ：荷重計
７        ：乾燥部
８        ：制御部
１０      ：基体管（成形体）
１１      ：中子棒
１３      ：チェーン
１４      ：スプロケット
１５      ：モータ
１６      ：支持台
１６Ａ    ：貫通孔
１６Ｂ    ：ガイド部
１７      ：モータ
１８      ：ボールねじ
１９      ：直進ガイド
２１      ：ローラ制御部
２２      ：質量判断部
２３      ：乾燥モード切替部
２４      ：乾燥運転制御部
３１      ：ファン
３２      ：ヒータ
３３      ：温度計
３４      ：非接触式温度計
４１      ：真空ポンプ
４２      ：制御弁
４３      ：圧力計
１０１    ：セルスタック
１０３    ：基体管
【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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