(57)【要約】固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイに関する。このスタックアレイは、支持体（５）と、スタックグループ（２）とを備え、支持体（５）は層状構造であり、１層又は２層以上の支持ユニット（６）を有し、各層の支持ユニット（６）には、複数のシングルスタック（４）が順次に配列されてスタックグループ（２）を形成しており、且つ各シングルスタック（４）は横置き状態となっている。このスタックアレイは、簡単でコンパクト、強固なものであり、システムの統合に有利である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体（５）と、スタックグループ（２）とを備えている固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイであって、
前記支持体（５）が層状構造であり、１層又は２層以上の支持ユニット（６）を有し、
各層の前記支持ユニット（６）が、少なくとも１つのスタックグループ（２）を支持しており、
各前記スタックグループ（２）が、複数のシングルスタック（４）からなり、各前記シングルスタック（４）が横置き状態となっている、
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項２】
前記シングルスタック（４）同士の間には、締付具（７）が設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項３】
前記締付具（７）の内部には、改質器（３）が設けられている、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項４】
前記改質器（３）とシングルスタック（４）との間を結ぶガス通路（８）が、締付具（７）の内部に設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項５】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が順次に配列され閉ループ構造を形成している、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項６】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が円周方向に沿って配列され閉ループ構造を形成している、
ことを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項７】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が直線に配列されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項８】
前記締付具（７）が、セラミック製又はステンレス製である、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項９】
前記改質器（３）が、単管式の改質器、多管式の改質器、又はチップ式の改質器である、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１０】
前記スタックグループ（２）におけるシングルスタック（４）の数が、３〜１２個である、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１１】
前記支持体（５）が、２〜１０層の支持ユニット（６）を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１２】
請求項１から４のいずれか１項に記載のスタックアレイを備えた、
ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）発電システムに関し、特に、固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）発電システムは、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置であり、一般的には、天然ガスなどの軽質炭化水素を燃料として、燃料に含まれている化学エネルギーを効率かつ清潔的に電気エネルギーに変換する。ＳＯＦＣ発電システムに基づく分散型発電所は、既存の天然ガスネットワークにより提供される天然ガスを便利に利用して発電することができ、国の送電網に送電することができるため、ＳＯＦＣ発電システムは極めて前途有望な発電方式である。
【０００３】
ＳＯＦＣ発電システムのコア部品はスタックアレイである。スタックアレイは、複数のスタックからなり、一定な分布パターンを有しており、発電用の反応がスタックアレイの内部で行われる。天然ガスなどの軽質炭化水素原料がＳＯＦＣ発電システムに供給されると、まず改質器に入って改質反応し、そして改質反応した後の排出ガス燃料がスタックアレイに供給されて発電する。よって、ＳＯＦＣ発電システムのスタックアレイは発電する場所である。
スタックアレイの設計は、ＳＯＦＣ発電システム設計の重要な技術の一つである。従来のＳＯＦＣ発電システムの設計案、例えば、特許文献１及び２では、スタックアレイ１′の構造は、図１に示すように、複数列のスタックグループ２′が円周方向に沿って配列されて形成された環状アレイであり、各列のスタックグループ２′は、複数のシングルスタック４′が上下に積層されたものであり、図２に示すように、各シングルスタック４′は縦置き状態となり、すなわち、各シングルスタック４′の吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略平行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７６５９０２２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０１７８００３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＳＯＦＣ発電システムにおける新型スタックアレイを提供する。このスタックアレイは、支持体と、スタックグループと、を備え、前記支持体は層状構造であり、１層又は２層以上の支持ユニットを有し、前記スタックアレイは１つ又は２つ以上のスタックグループにより構成され、各層の支持ユニットは少なくとも１つのスタックグループを支持しており、各スタックグループは複数のシングルスタックからなり、図３に示すように各シングルスタックは横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
【０００６】
上記した技術案では、前記各スタックグループにおける複数のシングルスタックがなした形状は限定されず、開ループ構造（すなわち一端と他端が繋がない）、例えば複数のシングルスタックは直線に配列されるように形成していてもよく、閉ループ構造（すなわち無端形状）、例えば複数のシングルスタックが円周方向に沿って配列されるように形成していてもよい。好ましくは、前記スタックグループは、複数のシングルスタックが順次に配列されて閉ループ構造を形成している。さらに好ましくは、前記スタックグループは、複数のシングルスタックが順次に配列されて円周構造に形成されている。
上記した技術案では、必要に応じて、シングルスタック同士の間には、シングルスタックを支持ユニット上に安定して配置するように、締付具が設けられていてもよい。締付具の構成及び位置は、特に限定されない。
【０００７】
上記した技術案では、スタックアレイにガスを供給するための改質器の構成及び位置は、特に限定されない。改質器は、単管式の改質器、多管式の改質器、チップ式の改質器のうちの１種類又は複数の種類を含んでもよいが、好ましくはチップ式の改質器である。改質器の位置は、特に限定されないが、改質器、及び改質器とスタックとの間を結ぶガス通路を締付具の内部に設けることで、改質器から発生した排出ガスをガス通路を通してスタックに供給することが好ましい。このような好適なスタックアレイ構造では、各締付具の内部に改質器とガス通路が設けられていてもよく、好適には下記の（ａ）と（ｂ）に従って改質器とガス通路を設けてもよく、これにより改質器の数を削減して、コストの低減を図る。
【０００８】
（ａ）スタックグループが閉ループ構造であり、かつ締付具の数が２Ｎ（Ｎは自然数）である場合、そのうちのいずれかの締付具を始点として、少なくとも２ｎ番目（ｎはＮ以下の全ての自然数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設ける。
【０００９】
（ｂ）スタックグループが閉ループ構造であり、かつ環状配列された締付具の数が２Ｎ＋１（Ｎは自然数）である場合、そのうちのいずれかの締付具を始点として、少なくとも２ｎ番目（ｎはＮ以下の全ての整数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設けるとともに、１番目又は２Ｎ＋１番目の締付具の内部に改質器とガス通路を埋め込む。
【００１０】
（ｃ）スタックグループが開ループ構造であり、かつ締付具の数が２Ｎ（Ｎは自然数）である場合、そのうちの一端に設けられている先頭の締付具を始点として、少なくとも２ｎ−１番目及び２ｎ番目（ｎはＮ以下の全ての自然数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設ける。
【００１１】
（ｄ）スタックグループが開ループ構造であり、かつ締付具の数が２Ｎ＋１（Ｎは自然数）である場合、そのうちの一端に設けられている先頭の締付具を始点として、少なくとも２ｎ−１番目（ｎはＮ以下の全ての整数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設ける。
【００１２】
上記した技術案では、前記スタックグループにおけるシングルスタックの数は限定されず、必要に応じて決めてもよいが、好ましくは、スタックグループ毎に３〜１２個である。
【００１３】
上記した技術案では、前記支持体における支持ユニットの層数は限定されず、必要に応じて決めてもよいが、好ましくは、２〜１０層である。
【００１４】
上記した技術案では、前記締付具の材質は限定されないが、好ましくは、セラミック製又はステンレス製である。一実施形態としては、締付ねじ孔で締付具と支持ユニットを締め付けて結合する。
前記ガス通路を締付具の内部に設けることによって、改質器とスタックとの間のガスの流れを実現して、外部に露出した外部接続パイプラインを削減することにより、スタックアレイがより簡単でコンパクトになる。
【００１５】
以上によって、本発明は、ＳＯＦＣ発電システムにおける新型スタックアレイを提供する。この構成では、シングルスタックが層状構造の支持体に横置き状態で配置され、各層の支持ユニット上に、複数の横置き状態で配置されたシングルスタックが順次に配列されてスタックグループを構成し、支持ユニット上に安定して配置するようになる。この構成は以下のような利点がある。
【００１６】
（１）シングルスタックの配置を改善するとともに、層状構造の支持体を用いて支持することで、スタックアレイをより簡単で強固にすることができ、かつ、層状構造の支持体での支持により、支持ユニットの数及び各層の支持ユニット上に配置されるシングルスタックの数を必要に応じて調整することができるため、より柔軟に制御することができる。
【００１７】
（２）スタックアレイの安定性、強固性をさらに向上させるために、必要に応じてシングルスタック同士の間に締付具を設けてもよい。
この好適な構造では、ホットゾーン構造体の改質器及びガス通路を締付具の内部に配置することにより、改質器とガス通路をスタックアレイに内蔵することで、空間を有効かつ適切に利用でき、ホットゾーンにおいての数多くの外部接続パイプラインの配置を回避でき、ホットゾーンにおいて各機能部品への接続構造がよりコンパクトになり、従来の技術のような、改質器が環状のスタックアレイの中央に設置されたため改質器と各スタックの吸排気孔との間を結ぶガス通路が中心から放射状に接続され、ガス通路の接続が複雑で且つ外部に露出して、システムの統合に不利となっていた課題を効果的に解決することができる。また、この好適な構造では、改質器を各層の支持ユニットに柔軟に配置可能であり、改質器を各締付具の内部に設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して各シングルスタックに供給して発電することができる。
また、環状配列された締付具の内部に間隔で改質器を設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して隣接する二つのシングルスタックに供給して発電することができ、改質器の数を減少し、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、既存のＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイの模式図である。
【図２】図２は、図１に示す縦置きのシングルスタックの模式図である。
【図３】図３は、本発明に係るスタックアレイにおける横置きのシングルスタックの模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係るスタックアレイ構造の模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係るスタックアレイ構造における各支持ユニット上のスタックグループの配置を模式的に示す図の一つである。
【図６】図６は、本発明の実施例１に係るスタックアレイ構造における各支持ユニット上のスタックグループの他の配置を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係るスタックアレイ構造における各支持ユニット上のスタックグループの他の配置を模式的に示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例３に係るスタックアレイ構造の模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施例３に係るスタックアレイ構造における各支持ユニット上のスタックグループの配置を模式的に示す図の一つである。
【図１０】図１０は、本発明の実施例４に係るスタックアレイの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら実施例を説明することにより、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明を容易に理解するためのものであり、発明の内容を限定するものではない。
【実施例】
【００２０】
図１から図７において、１′はスタックアレイ、２′はスタックグループ、３′は改質器、４′はシングルの縦置きのスタック、１はスタックアレイ、２はスタックグループ、３は改質器、４はシングルの横置きのスタック、５は支持体、６は支持ユニット、７は締付具、８はガス通路を示す。
【００２１】
（実施例１）
本実施例では、ＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイは、図４と図５に示すように、支持体５とスタックグループ２とを備えている。支持体５は層状構造であり、６層の支持ユニット６を有する。支持ユニット６の材質はステンレスである。
図５に示すように、各層の支持ユニット６には、８つのシングルスタック４が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ２を形成しており、６層の支持ユニット６上に配置されたスタックグループ２である４８個のシングルスタック４は、スタックアレイを構成している。
図３に示すように、各シングルスタック４は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図５に示すように、隣接する二つのシングルスタック４同士の間には、締付具７が設けられている。締付具７は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの１種類又は２種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。
図５に示すように、当該スタックアレイにガスを供給する改質器３は各締付具７の内部に設けられ、改質器３とシングルスタック４との間を結ぶガス通路８も締付具７の内部に設けられており、これにより各改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通してシングルスタック４に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は４０ｋＷに達する。
別の実施形態として、図６に示すように、この場合、各層の支持ユニット６に環状配列された締付具７の数は８つであり、１つの改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通して隣接する二つのシングルスタック４に供給して発電するように、いずれかの締付具７を始点の１として、改質器３が２番目、４番目、６番目、８番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路８も２番目、４番目、６番目、８番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
【００２２】
（実施例２）
本実施例では、ＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイは、図４と図５に似たように、支持体５とスタックグループ２とを備えている。支持体５は層状構造であり、５層の支持ユニット６を有する。支持ユニット６の材質はステンレスである。
図５に似たように、各層の支持ユニット６には、７つのシングルスタック４が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ２を形成している。６層の支持ユニット６上に配置されたスタックグループ２である３５個のシングルスタック４は、スタックアレイを構成している。
図３に示すように、各シングルスタック４は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図５に似たように、隣接する二つのシングルスタック４同士の間には、締付具７が設けられている。締付具７は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの１種類又は２種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。
図５に似たように、改質器３は各締付具７の内部に設けられ、改質器３とシングルスタック４との間を結ぶガス通路８も締付具７の内部に設けられており、これにより各改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通してシングルスタック４に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は３０ｋＷに達する。
別の実施形態として、図７に示すように、この場合、各層の支持ユニット６に環状配列された締付具７の数は７つであり、１つの改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通して隣接する二つのシングルスタック４に供給して発電するように、いずれかの締付具７を始点の１として、改質器３が１番目、２番目、４番目、６番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは２番目、４番目、６番目、７番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路８も１番目、２番目、４番目、６番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは２番目、４番目、６番目、７番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
（実施例３）
本実施例では、ＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイは、図８に示すように、支持体５とスタックグループ２とを備えている。支持体５は層状構造であり、４層の支持ユニット６を有する。支持ユニット６の材質はステンレスである。
図９に示すように、各層の支持ユニット６には、８つのシングルスタック４が直線に配列され、直線配列されたスタックグループ２を形成している。４層の支持ユニット６上に配置されたスタックグループ２である３２個のシングルスタック４は、スタックアレイを構成している。
図３に示すように、各シングルスタック４は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。
図９に示すように、スタックグループ同士の間には、締付具７が設けられている。締付具７は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの１種類又は２種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁に用いられている。
図９に示すように、改質器３は各締付具７の内部に設けられ、改質器３とシングルスタック４との間を結ぶガス通路８も締付具７の内部に設けられており、これにより各改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通してシングルスタック４に供給して発電する。
上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は２６ｋＷに達する。
（実施例４）
本実施例では、ＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイ１は、基本的に実施例３と同様である。異なる点は、図１０に示すように、改質器３が各締付具７の内部に設けられず、スタックグループの横に設けられ、改質器３とシングルスタック４との間を結ぶガス通路８も締付具７の内部に設けられず、スタックグループの横に設けられていることである。
【００２３】
以上の実施例により、本発明の技術案を詳しく説明したが、上記の内容は本発明の具体的な実施例であり、本発明を限定することは意図していない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で行われた変更、補足、置き換えなどは、本発明の範囲に含まれる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年12月16日(2015.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  ｏｘｉｄｅ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）発電システムに関し、特に、固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】  固体酸化物形燃料電池発電システムは、化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換する装置であり、一般的には、天然ガスなどの軽質炭化水素を燃料として、燃料に含まれている化学エネルギーを効率かつ清潔的に電気エネルギーに変換する。ＳＯＦＣ発電システムに基づく分散型発電所は、既存の天然ガスネットワークにより提供される天然ガスを便利に利用して発電することができ、送電網に送電することができるため、ＳＯＦＣ発電システムは極めて前途有望な発電方式である。【０００３】  ＳＯＦＣ発電システムのコア部品はスタックアレイである。スタックアレイは、複数のスタックからなり、一定な分布パターンを有しており、発電用の反応がスタックアレイの内部で行われる。天然ガスなどの軽質炭化水素原料がＳＯＦＣ発電システムに供給されると、まず改質器に入って改質反応し、そして改質反応した後の排出ガス燃料がスタックアレイに供給されて発電する。よって、ＳＯＦＣ発電システムのスタックアレイは発電する場所である。  スタックアレイの設計は、ＳＯＦＣ発電システム設計の重要な技術の一つである。従来のＳＯＦＣ発電システムの設計案、例えば、特許文献１及び２では、スタックアレイ１′の構造は、図１に示すように、複数列のスタックグループ２′が円周方向に沿って配列されて形成された環状アレイであり、各列のスタックグループ２′は、複数のシングルスタック４′が上下に積層されたものである。図２に示すように、各シングルスタック４′は縦置き状態となり、すなわち、各シングルスタック４′の吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略平行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７６５９０２２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０１７８００３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は、ＳＯＦＣ発電システムにおける新型スタックアレイを提供する。このスタックアレイは、支持体と、スタックグループと、を備え、前記支持体は層状構造であり、１層又は２層以上の支持ユニットを有し、前記スタックアレイは１つ又は２つ以上のスタックグループにより構成され、各層の支持ユニットは少なくとも１つのスタックグループを支持しており、各スタックグループは複数のシングルスタックからなり、図３に示すように各シングルスタックは横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交しており、シングルスタック同士の間には締付具が設けられている。【０００６】  上記した技術案では、前記各スタックグループにおける複数のシングルスタックがなした形状は限定されず、開ループ構造（すなわち一端と他端が繋がない）、例えば複数のシングルスタックは直線に配列されるように形成していてもよく、閉ループ構造（すなわち無端形状）、例えば複数のシングルスタックが円周方向に沿って配列されるように形成していてもよい。好ましくは、前記スタックグループは、複数のシングルスタックが順次に配列されて閉ループ構造を形成している。さらに好ましくは、前記スタックグループは、複数のシングルスタックが順次に配列されて円周構造に形成されている。【０００７】  上記した技術案では、スタックアレイにガスを供給するための改質器の構成及び位置は、特に限定されない。改質器は、単管式の改質器、多管式の改質器、チップ式の改質器のうちの１種類又は複数の種類を含んでもよいが、好ましくはチップ式の改質器である。改質器の位置は、特に限定されないが、改質器、及び改質器とスタックとの間を結ぶガス通路を締付具の内部に設けることで、改質器から発生した排出ガスをガス通路を通してスタックに供給することが好ましい。このような好適なスタックアレイ構造では、各締付具の内部に改質器とガス通路が設けられていてもよく、好適には下記の（ａ）〜（ｄ）に従って改質器とガス通路を設けてもよく、これにより改質器の数を削減して、コストの低減を図る。【０００８】（ａ）スタックグループが閉ループ構造であり、かつ締付具の数が２Ｎ（Ｎは自然数）である場合、そのうちのいずれかの締付具を始点として、少なくとも２ｎ番目（ｎはＮ以下の全ての自然数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設ける。【０００９】（ｂ）スタックグループが閉ループ構造であり、かつ環状配列された締付具の数が２Ｎ＋１（Ｎは自然数）である場合、そのうちのいずれかの締付具を始点として、少なくとも２ｎ番目（ｎはＮ以下の全ての整数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設けるとともに、１番目又は２Ｎ＋１番目の締付具の内部に改質器とガス通路を埋め込む。【００１０】（ｃ）スタックグループが開ループ構造であり、かつ締付具の数が２Ｎ（Ｎは自然数）である場合、そのうちの一端に設けられている先頭の締付具を始点として、少なくとも２ｎ−１番目及び２ｎ番目（ｎはＮ以下の全ての自然数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設ける。【００１１】（ｄ）スタックグループが開ループ構造であり、かつ締付具の数が２Ｎ＋１（Ｎは自然数）である場合、そのうちの一端に設けられている先頭の締付具を始点として、少なくとも２ｎ−１番目（ｎはＮ以下の全ての整数）の締付具の内部に改質器とガス通路を設ける。【００１２】  上記した技術案では、前記スタックグループにおけるシングルスタックの数は限定されず、必要に応じて決めてもよいが、好ましくは、スタックグループ毎に３〜１２個である。【００１３】  上記した技術案では、前記支持体における支持ユニットの層数は限定されず、必要に応じて決めてもよいが、好ましくは、２〜１０層である。【００１４】  上記した技術案では、前記締付具の材質は限定されないが、好ましくは、セラミック製又はステンレス製である。一実施形態としては、締付ねじ孔で締付具と支持ユニットを締め付けて結合する。  前記ガス通路を締付具の内部に設けることによって、改質器とスタックとの間のガスの流れを実現して、外部に露出した外部接続パイプラインを削減することにより、スタックアレイがより簡単でコンパクトになる。
【発明の効果】
【００１５】  以上によって、本発明は、ＳＯＦＣ発電システムにおける新型スタックアレイを提供する。この構成では、シングルスタックが層状構造の支持体に横置き状態で配置され、各層の支持ユニット上に、複数の横置き状態で配置されたシングルスタックが順次に配列されてスタックグループを構成し、シングルスタック同士の間に締付具を設けることで、支持ユニット上に安定して配置するようになる。この構成は以下のような利点がある。【００１６】（１）シングルスタックの配置を改善するとともに、層状構造の支持体を用いて支持することで、スタックアレイをより簡単で強固にすることができ、かつ、層状構造の支持体での支持により、支持ユニットの数及び各層の支持ユニット上に配置されるシングルスタックの数を必要に応じて調整することができるため、より柔軟に制御することができる。【００１７】（２）スタックアレイの安定性、強固性をさらに向上させるために、必要に応じてシングルスタック同士の間に締付具を設けてもよい。（３）この好適な構造では、ホットゾーン構造体の改質器及びガス通路を締付具の内部に配置することにより、改質器とガス通路をスタックアレイに内蔵することで、空間を有効かつ適切に利用でき、ホットゾーンにおいての数多くの外部接続パイプラインの配置を回避でき、ホットゾーンにおいて各機能部品への接続構造がよりコンパクトになり、従来の技術のような、改質器が環状のスタックアレイの中央に設置されたため改質器と各スタックの吸排気孔との間を結ぶガス通路が中心から放射状に接続され、ガス通路の接続が複雑で且つ外部に露出して、システムの統合に不利となっていた課題を効果的に解決することができる。また、この好適な構造では、改質器を各層の支持ユニットに柔軟に配置可能であり、改質器を各締付具の内部に設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して各シングルスタックに供給して発電することができる。  また、環状配列された締付具の内部に間隔で改質器を設けてもよく、これによりシングルの改質器から発生した排出ガスをガス通路を通して隣接する二つのシングルスタックに供給して発電することができ、改質器の数を減少し、コストの低減と作業効率の向上に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、既存のＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイの模式図である。
【図２】図２は、図１に示す縦置きのシングルスタックの模式図である。
【図３】図３は、本発明に係るスタックアレイにおける横置きのシングルスタックの模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係るスタックアレイ構造の模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係るスタックアレイ構造における各支持ユニット上のスタックグループの配置を模式的に示す図の一つである。
【図６】図６は、本発明の実施例１に係るスタックアレイ構造における各支持ユニット上のスタックグループの他の配置を模式的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施例２に係るスタックアレイ構造における各支持ユニット上のスタックグループの他の配置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  以下、図面を参照しながら実施例を説明することにより、本発明を詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明を容易に理解するためのものであり、発明の内容を限定するものではない。
【実施例】
【００２０】  図１から図７において、１′はスタックアレイ、２′はスタックグループ、３′は改質器、４′はシングルの縦置きのスタック、１はスタックアレイ、２はスタックグループ、３は改質器、４はシングルの横置きのスタック、５は支持体、６は支持ユニット、７は締付具、８はガス通路を示す。【００２１】（実施例１）  本実施例では、ＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイは、図４と図５に示すように、支持体５とスタックグループ２とを備えている。支持体５は層状構造であり、６層の支持ユニット６を有する。支持ユニット６の材質はステンレスである。  図５に示すように、各層の支持ユニット６には、８つのシングルスタック４が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ２を形成しており、６層の支持ユニット６上に配置されたスタックグループ２である４８個のシングルスタック４は、スタックアレイを構成している。  図３に示すように、各シングルスタック４は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。  図５に示すように、隣接する二つのシングルスタック４同士の間には、締付具７が設けられている。締付具７は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの１種類又は２種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。  図５に示すように、当該スタックアレイにガスを供給する改質器３は各締付具７の内部に設けられ、改質器３とシングルスタック４との間を結ぶガス通路８も締付具７の内部に設けられており、これにより各改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通してシングルスタック４に供給して発電する。  上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は４０ｋＷに達する。  別の実施形態として、図６に示すように、この場合、各層の支持ユニット６に環状配列された締付具７の数は８つであり、１つの改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通して隣接する二つのシングルスタック４に供給して発電するように、いずれかの締付具７を始点の１として、改質器３が２番目、４番目、６番目、８番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路８も２番目、４番目、６番目、８番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。【００２２】（実施例２）  本実施例では、ＳＯＦＣ発電システムにおけるスタックアレイは、図４と図５に似たように、支持体５とスタックグループ２とを備えている。支持体５は層状構造であり、５層の支持ユニット６を有する。支持ユニット６の材質はステンレスである。  図５に似たように、各層の支持ユニット６には、７つのシングルスタック４が円周方向に沿って配列され、環状配列されたスタックグループ２を形成している。６層の支持ユニット６上に配置されたスタックグループ２である３５個のシングルスタック４は、スタックアレイを構成している。  図３に示すように、各シングルスタック４は横置き状態となり、すなわち、各シングルスタックの吸気孔と排気孔とで定められた平面は水平面と略直交している。  図５に似たように、隣接する二つのシングルスタック４同士の間には、締付具７が設けられている。締付具７は、ステンレス製のくさび形部品とセラミック製のくさび形部品のうちの１種類又は２種類からなり、セラミック製のくさび形部品は絶縁のために用いられている。  図５に似たように、改質器３は各締付具７の内部に設けられ、改質器３とシングルスタック４との間を結ぶガス通路８も締付具７の内部に設けられており、これにより各改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通してシングルスタック４に供給して発電する。  上記したスタックアレイを動作させた後、安定した運行になると、出力電力は３０ｋＷに達する。  別の実施形態として、図７に示すように、この場合、各層の支持ユニット６に環状配列された締付具７の数は７つであり、１つの改質器３から発生した排出ガスをガス通路８を通して隣接する二つのシングルスタック４に供給して発電するように、いずれかの締付具７を始点の１として、改質器３が１番目、２番目、４番目、６番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは２番目、４番目、６番目、７番目の締付具の内部にのみ設けられ、ガス通路８も１番目、２番目、４番目、６番目の締付具の内部にのみ設けられ、或いは２番目、４番目、６番目、７番目の締付具の内部にのみ設けられていてもよい。これにより、改質器の数を削減することができ、コストの低減と作業効率の向上に有利である。【００２３】  以上の実施例により、本発明の技術案を詳しく説明したが、上記の内容は本発明の具体的な実施例であり、本発明を限定することは意図していない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で行われた変更、補足、置き換えなどは、本発明の範囲に含まれる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体（５）と、スタックグループ（２）とを備えている固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイであって、  前記支持体（５）が層状構造であり、１層又は２層以上の支持ユニット（６）を有し、  各層の支持ユニット（６）が、少なくとも１つのスタックグループ（２）を支持しており、  各スタックグループ（２）が、複数のシングルスタック（４）からなり、各シングルスタック（４）が横置き状態となっており、 シングルスタック（４）同士の間には締付具（７）が設けられている、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項２】
前記締付具（７）の内部には、改質器（３）が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項３】
前記改質器（３）とシングルスタック（４）との間を結ぶガス通路（８）が、締付具（７）の内部に設けられている、ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項４】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が順次に配列され閉ループ構造を形成している、ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項５】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が順次に配列され閉ループ構造を形成している、ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項６】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が順次に配列され閉ループ構造を形成している、ことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項７】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が円周方向に沿って配列され閉ループ構造を形成している、ことを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項８】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が円周方向に沿って配列され閉ループ構造を形成している、ことを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項９】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が円周方向に沿って配列され閉ループ構造を形成している、ことを特徴とする請求項６に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１０】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が直線に配列されている、ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１１】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が直線に配列されている、ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１２】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が直線に配列されている、ことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１３】
前記スタックグループ（２）において、複数のシングルスタック（４）が直線に配列されている、ことを特徴とする請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１４】
前記締付具（７）がセラミック製又はステンレス製である、ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１５】
前記締付具（７）がセラミック製又はステンレス製である、ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１６】
前記改質器（３）が、単管式の改質器、多管式の改質器、又はチップ式の改質器である、ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１７】
前記改質器（３）が、単管式の改質器、多管式の改質器、又はチップ式の改質器である、ことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１８】
前記スタックグループ（２）におけるシングルスタック（４）の数が３〜１２個である、ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項１９】
前記スタックグループ（２）におけるシングルスタック（４）の数が３〜１２個である、ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項２０】
前記スタックグループ（２）におけるシングルスタック（４）の数が３〜１２個である、ことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項２１】
前記支持体（５）が２〜１０層の支持ユニット（６）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項２２】
前記支持体（５）が２〜１０層の支持ユニット（６）を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項２３】
前記支持体（５）が２〜１０層の支持ユニット（６）を有する、ことを特徴とする請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ。
【請求項２４】
請求項１に記載のスタックアレイを備えた、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システム。
【請求項２５】
請求項２に記載のスタックアレイを備えた、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システム。
【請求項２６】
請求項３に記載のスタックアレイを備えた、ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池発電システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2016520976.tif 000013
【図２】
2016520976.tif 000014
【図３】
2016520976.tif 000015
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016520976.tif 000019
【国際調査報告】
2016520976.tif 000020
2016520976.tif 000021
2016520976.tif 000022
2016520976.tif 000023
2016520976.tif 000024
2016520976.tif 000025