JP7231519B2 - Ｓｏｆｃスタック評価用ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、平板型セルを用いた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ、以下、ＳＯＦＣとも言う）からなる複数の単セルがセパレータを介して積層されたＳＯＦＣスタックの性能特性を評価するためのＳＯＦＣスタック評価用ホルダに関するものである。

ＳＯＦＣは、電解質として酸素イオン導電性固体電解質を使用した燃料電池として従来から知られており、燃料と酸化剤の２種類のガスをそれぞれ酸素イオン導電性固体電解質によって隔てられた燃料極と空気極に供給して、それぞれの電極で電気化学反応を進行させることで外部に電力を取り出している。

本件出願人は、この種のＳＯＦＣの研究開発に伴う燃料電池の性能を評価するためのホルダとして、下記特許文献１に開示される電気化学セル評価用ホルダを出願している。

特許文献１に開示される電気化学セル評価用ホルダでは、挟持部品である燃料ガス拡散板、燃料極用集電体、セル部、一対のセラミックス製のガスケット、空気極用集電体、空気ガス拡散板を積層し、燃料極側収容凹部と空気極側収容凹部とが対向するようにアルミナ製の燃料極側筐体と空気極側筐体とを突き合わせ挟持させた状態で、空気極側挿通孔にセラミックバネを挿入し、燃料極側挿通孔から挿入したボルトをナットで締結固定して組立を行っている。

特開２０１３－１０５６６２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示される電気化学セル評価用ホルダは、単セル専用のホルダであり、複数の単セルがセパレータを介して積層されたＳＯＦＣスタックに対応していなかった。しかも、ＳＯＦＣスタックは、その容量に応じてサイズも異なり、用途に応じた異なる容量（例えば７００Ｗ～２ｋＷ）のＳＯＦＣスタックごとに評価を行う必要がある。

ところが、上述した特許文献１に開示されるホルダを採用した場合、評価対象のＳＯＦＣスタックを上下から挟み込んで所望の荷重をかけるには、ＳＯＦＣスタックのサイズに合わせた固定式の結合ボルトを用いるのが好ましいが、重量や高さがあるＳＯＦＣスタックを持ち上げてホルダにセットする際に結合ボルトが邪魔になり、セットアップに手間と時間を要するという問題がある。

このため、組立・分解が容易で、異なる容量のＳＯＦＣスタックの評価に対応できるＳＯＦＣスタック評価用ホルダの提供が望まれていた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、組立・分解が容易で、異なる容量のＳＯＦＣスタックの評価に対応できるＳＯＦＣスタック評価用ホルダを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載されたＳＯＦＣスタック評価用ホルダは、固体酸化物形燃料電池からなる複数の単セルがセパレータを介して積層されたＳＯＦＣスタックと、
集電体が収容されたシール部材を介して前記ＳＯＦＣスタックの上下面にそれぞれ配置される下集電板と上集電板からなる一対の集電板と、
前記一対の集電板の上下面にそれぞれ配置される下絶縁部材と上絶縁部材からなる一対の絶縁部材と、
前記ＳＯＦＣスタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管と、供給された燃料ガスを排出するための燃料ガス排出管と、前記ＳＯＦＣスタックに空気ガスを供給するための空気ガス供給管と、供給された空気ガスを排出するための空気ガス排出管とが設けられ、外周部分に複数の欠切部を有し、前記下絶縁部材の下面に配置される第１のマニホールドと、
前記上絶縁部材の上面に配置される第２のマニホールドと、
ボルトと、セラミックバネと、前記第１のマニホールドの前記欠切部に着脱可能で前記ボルトが螺合するネジ穴部が形成された棒状の支持部材とからなる複数組の固定部材と、を備え、
前記第１のマニホールドと前記第２のマニホールドとは、前記支持部材を前記第１のマニホールドの前記欠切部に係止し、前記セラミックバネを前記ボルトの軸部に挿入した状態で、前記ボルトを前記支持部材のネジ穴部に螺合して前記ＳＯＦＣスタックを前記一対の集電板と前記一対の絶縁部材で挟むように前記複数組の固定部材により締付固定されることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載されたＳＯＦＣスタック評価用ホルダは、請求項１のＳＯＦＣスタック評価用ホルダにおいて、
前記一対の集電板は、前記ＳＯＦＣスタックのサイズに合わせて着脱交換可能であり、
前記下集電板には、前記ＳＯＦＣスタックのガス通過穴に対応して貫通孔が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載されたＳＯＦＣスタック評価用ホルダは、請求項１のＳＯＦＣスタック評価用ホルダにおいて、
前記下絶縁部材の上面に配置される前記下集電板の下面には、導入される燃料ガスおよび空気ガスを予熱して前記ＳＯＦＣスタックに導くための予熱流路が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載されたＳＯＦＣスタック評価用ホルダは、請求項１のＳＯＦＣスタック評価用ホルダにおいて、
前記第１のマニホールドと前記下集電板との間には、導入される燃料ガスおよび空気ガスを予熱して前記ＳＯＦＣスタックに導くための予熱流路が形成された予熱流路板が絶縁部材を介して設けられることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載されたＳＯＦＣスタック評価用ホルダは、請求項３または４のＳＯＦＣスタック評価用ホルダにおいて、
前記予熱流路の燃料極側には、粒状や粉末状の改質用触媒が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、組立・分解が容易で、異なる容量のＳＯＦＣスタックの評価にも対応できる。しかも、ホルダ外部からの荷重をかけないため、評価装置全体の小型化や簡易化が図れ、ＳＯＦＣスタックのセットアップも容易に行うことができる。

本発明に係るＳＯＦＣスタック評価用ホルダの概略構成を示す分解斜視図である。 （ａ），（ｂ）ＳＯＦＣスタックのサイズに合わせて着脱交換される集電板を含むＳＯＦＣスタック評価用ホルダのガスの流れを示す図である。 （ａ）本発明に係るＳＯＦＣスタック評価用ホルダの固定部材の取付前の状態を示す図、（ｂ）固定部材の取付後の状態を示す図である。 集電板の一例を示す概略斜視図である。 集電板の他の例を示す概略斜視図である。 （ａ）集電板に形成される予熱流路の一例を示す図、（ｂ）（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。 予熱流路板の一例を示す図であって、ＳＯＦＣスタックより上部の構成を省略した概略図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。なお、添付する各図を参照した以下の説明において、方向乃至位置を示すために上、下、左、右の語を使用した場合、これはユーザが各図を図示の通りに見た場合の上、下、左、右に一致する。さらに、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺、縦横の寸法比、形状などについて、実物から変更し模式的に表現される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

本発明に係るＳＯＦＣスタック評価用ホルダは、平板型セルを用いた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ：ＳＯＦＣ）からなる複数の単セルがセパレータを介して積層されたＳＯＦＣスタックの性能特性を評価する際に用いられるものである。

図１に示すように、本実施の形態のＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１は、評価対象となる立方体形状のＳＯＦＣスタック２を固定保持するもので、上下一対のシール部材３（３Ａ，３Ｂ）、上下一対の集電体４（４Ａ，４Ｂ）、上下一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）、上下一対の絶縁部材６（６Ａ，６Ｂ）、第１のマニホールド７、第２のマニホールド８、複数組の固定部材９を備えて概略構成される。以下、各構成について説明する。

［ＳＯＦＣスタック］
評価対象となるＳＯＦＣスタック２は、固体酸化物形燃料電池からなる板状の複数の単セルがセパレータを介して積層され、例えばボルトにより固定して一体化されたものである。

ＳＯＦＣスタック２の各単セルは、例えばＹＳＺ／Ｎｉサーメットなどの燃料極と、例えば（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ₃ などの空気極との間に、例えばＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）やＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）などの電解質を一体化して板状に構成される。

ＳＯＦＣスタック２の各セルには、図４に示すように、燃料ガスを導入するための燃料ガス導入口２ａと、燃料ガスを排出するための燃料ガス排出口２ｂと、空気ガスを導入するための空気ガス導入口２ｃと、空気ガスを排出するための空気ガス排出口２ｄとが設けられる。なお、図４では、最上部の単セルに形成される燃料ガス導入口２ａ、燃料ガス排出口２ｂ、空気ガス導入口２ｃ、空気ガス排出口２ｄのみを図示している。

なお、特に図示はしないが、各単セル間に設けられるセパレータには、隣接する単セル間で燃料ガスの導入／排出および空気ガスの導入／排出を行うための流路が形成されている。また、後述する燃料改質として、予熱流路５ｃ，３１ａに改質用触媒を設けて水蒸気改質を行う場合には、燃料ガスとして都市ガスなどの炭素水素系の燃料に水蒸気を混ぜて導入される。さらに、部分酸化改質を行う場合には、燃料ガスに少量の酸素を添加して導入される。

［シール部材］
一対のシール部材３は、ガス漏洩防止用として設けられるものであり、矩形枠状のガスケットで構成され、図１に示すように、矩形枠板状の下シール部材３Ａと上シール部材３Ｂとからなる。

下シール部材３Ａは、ＳＯＦＣスタック２の底面の電極面の外側に対面して配置される。具体的には、ＳＯＦＣスタック２をセットしてＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１を組み立てる際に、ＳＯＦＣスタック２の最下部に位置する単セルの燃料極の下に対面して下シール部材３Ａが配置される。

下シール部材３Ａの中央には、後述する下集電板４Ａが収容される矩形状の開口孔３ａが形成されている。

下シール部材３Ａには、燃料ガスの導入／排出および空気ガスの導入／排出を行うための貫通孔３ｂが形成されている。貫通孔３ｂは、ＳＯＦＣスタック２の燃料ガス導入口２ａ、燃料ガス排出口２ｂ、空気ガス導入口２ｃ、空気ガス排出口２ｄそれぞれに対応して形成される。

上シール部材３Ｂは、ＳＯＦＣスタック２の表面の電極面の外側に対面して配置される。具体的には、ＳＯＦＣスタック２をセットしてＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１を組み立てる際に、ＳＯＦＣスタック２の最上部に位置する単セルの空気極の上に対面して配置される。

上シール部材３Ｂの中央には、後述する上集電板４Ｂが収容される矩形状の開口孔３ｃが形成されている。

［集電体］
一対の集電体４は、高温で酸化しにくい貴金属である例えば金（Ａｕ）や白金（Ｐｔ）製の網などで構成され、図１に示すように、矩形板状の下集電体４Ａと上集電体４Ｂとからなる。

下集電体４Ａは、下シール部材３Ａと高さが等しくなるように、下シール部材３Ａの開口孔３ａ内に配置される。また、上集電体４Ｂは、上シール部材３Ｂと高さが等しくなるように、上シール部材３Ｂの開口孔３ｃ内に配置される。

［集電板］
一対の集電板５は、ＳＯＦＣスタック２が発生する電流を収集するものであり、図１に示すように、矩形板状の下集電板５Ａと上集電板５Ｂとからなる。

下集電板５Ａは、下シール部材３Ａの開口孔３ａ内に配置された下集電体４Ａと接触導通するように、下シール部材３Ａに対面して配置される。

下集電板５Ａには、燃料ガスの導入／排出および空気ガスの導入／排出を行うための貫通孔５ａが形成されている。貫通孔５ａは、下シール部材３Ａのそれぞれの貫通孔３ｂに対応して形成される。

下集電板５Ａには、例えばボルト締めや溶接により棒板状の電流バー（ブスバー）を取り付けるための取付板１１が設けられている。電流バー（ブスバー）は、ＳＯＦＣスタック２から下集電体４Ａ、下集電板５Ａを介して電流を取り出すものである。

なお、図示はしないが、下集電板５Ａにおいて、ＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１の組立時に下シール部材３Ａと対面する位置には、下集電体４Ａと接触導通する電圧線１２を取り付けるための細長溝が形成されている。

上集電板５Ｂは、上シール部材３Ｂの開口孔３ｃ内に配置された上集電体４Ｂと接触導通するように、上シール部材３Ｂに対面して配置される。

上集電板５Ｂには、下集電板５Ａと同様に、例えばボルト締めや溶接により棒板状の電流バー（ブスバー）を取り付けるための取付板１３が設けられている。電流バー（ブスバー）は、ＳＯＦＣスタック２から上集電体４Ｂ、上集電板５Ｂを介して電流を取り出すものである。

なお、図示はしないが、上集電板５Ｂにおいて、ＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１の組立時に上シール部材３Ｂと対面する位置には、下集電板５Ａと同様に、上集電体４Ｂと接触導通する電圧線１４を取り付けるための細長溝が形成されている。

また、一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ＳＯＦＣスタック２のサイズ（容量）に合わせて着脱交換可能である。ＳＯＦＣスタック２は、サイズ（容量）が異なると、燃料ガス導入口２ａ、燃料ガス排出口２ｂ、空気ガス導入口２ｃ、空気ガス排出口２ｄの位置も異なる場合がある。この対策として、ＳＯＦＣスタック２のサイズ（容量）を変えて評価を行う場合には、ＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１のセット時にＳＯＦＣスタック２のガス導入口２ａ，２ｃおよびガス排出口２ｂ，２ｄの位置と一致する位置に貫通孔５ａが形成された下集電板５Ａに交換するとともに、この下集電板５Ａと同サイズの上集電板５Ｂに交換する。

なお、図２（ａ），（ｂ）では、ＳＯＦＣスタック２を挟み込むようにして設けられる一対のシール部材３（３Ａ，３Ｂ）、一対の集電体４（４Ａ，４Ｂ）、一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）、一対の絶縁部材６（６Ａ，６Ｂ）を省略している。

［絶縁部材］
一対の絶縁部材６は、一対の集電板５とマニホールド７，８との間（下集電板５Ａと第１のマニホールド７との間、上集電板５Ｂと第２のマニホールド８との間）の絶縁を図るものであり、図１に示すように、矩形板状の下絶縁部材６Ａと上絶縁部材６Ｂとからなる。

下絶縁部材６Ａは、下集電板５Ａと第１のマニホールド７Ａとの間の絶縁を図るとともにガスシールの機能を兼用しており、下集電板５Ａの下に対面して配置される。下絶縁部材６Ａには、燃料ガスの導入／排出および空気ガスの導入／排出を行うための貫通孔６ａが形成されている。貫通孔６ａは、下集電板５Ａのそれぞれの貫通孔５ａと対応して形成される。

上絶縁部材６Ｂは、上集電板５Ｂと第２のマニホールド７Ｂとの間の絶縁を図るものであり、上集電板５Ｂの上に対面して配置される。

［第１のマニホールド］
第１のマニホールド（以下、下マニホールドと言う）７は、図１に示すように、下絶縁部材６Ａの下に対面して配置され、ＳＯＦＣスタック２に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管２１と、供給された燃料ガスを排出するための燃料ガス排出管２２と、ＳＯＦＣスタック２に空気ガスを供給するための空気ガス供給管２３と、供給された空気ガスを排出するための不図示の空気ガス排出管とが設けられる。

下マニホールド７には、図２（ａ）や図２（ｂ）に示すように、燃料ガス供給管２１から供給される燃料ガスを下絶縁部材６Ａへ通過させるためのガス通過孔７ａが形成されている。

下マニホールド７には、図２（ａ）や図２（ｂ）に示すように、下絶縁部材６Ａからの燃料ガスを燃料ガス排出管２２へ通過させるためのガス通過孔７ｂが形成されている。

下マニホールド７には、図１に示すように、空気ガス供給管２３から供給される空気ガスを下絶縁部材６Ａへ通過させるためのガス通過孔７ｃが形成されている。

なお、図示はしないが、下マニホールド７には、下絶縁部材６Ａからの空気ガスを不図示の空気ガス排出管へ通過させるためのガス通過孔が形成されている。また、ＳＯＦＣスタック２での反応後の空気ガスをＳＯＦＣスタック２の側面から排出する場合には、空気ガスの排出に関係する構成を省略することもできる。

下マニホールド７の外周部分には、固定部材９の後述する支持部材９ｃの小径部が係止するＵ字状の欠切部２５ａを有する複数の係止部２５が所定間隔で一体に形成されている。図１の例では、下マニホールド７の外周部分の前後左右対称に２箇所ずつ合計８箇所にＵ字状の欠切部２５ａを有する係止部２５が突出形成されている。

［第２のマニホールド］
第２のマニホールド（以下、上マニホールドと言う）８は、上絶縁部材６Ｂの上に対面して配置される。上マニホールド８の外周部分には、下マニホールド７の複数の取付部２５に対応して、固定部材９の後述するセラミックバネ９ｂが装着されてボルト９ａが挿通される凹部付きの挿通孔２６ａを有する複数の取付部２６が所定間隔で一体に形成されている。図１の例では、上マニホールド８の外周部分の前後左右対称に２箇所ずつ合計８箇所に凹部付きの挿通孔２６ａを有する取付部２６が突出形成されている。

［固定部材］
複数組の固定部材９は、図１や図３（ａ），（ｂ）に示すように、ボルト９ａと、セラミックバネ９ｂと、下マニホールド７に着脱可能な支持部材９ｃとからなる。なお、図３（ａ），（ｂ）では、ＳＯＦＣスタック２を挟み込むようにして設けられる一対のシール部材３（３Ａ，３Ｂ）、一対の集電体４（４Ａ，４Ｂ）、一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）、一対の絶縁部材６（６Ａ，６Ｂ）を省略している。

支持部材９ｃは、円柱棒状に形成され、ボルト９ａが螺合するネジ穴部９ｄが上端側に形成されている。また、支持部材９ｃの下端側には、下マニホールド７の係止部２５の欠切部２５ａに係止する小径部９ｅが形成されている。さらに、支持部材９ｃには、熱電対を挿入して固定するための固定孔９ｆが形成されている。

上記のように構成されるＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１において、下マニホールド７と上マニホールド８とは、各支持部材９ｃの小径部９ｅを下マニホールド７の係止部２５の欠切部２５ａに係止し、セラミックバネ９ｂを挿通孔２６ａの凹部に装着した状態で、ボルト９ａの軸部をセラミックバネ９ｂに挿入し、各ボルト８ａを支持部材９ｃのネジ穴部９ｄに螺合してＳＯＦＣスタック２を上下一対のシール部材３（３Ａ，３Ｂ）、上下一対の集電体４（４Ａ，４Ｂ）、上下一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）、上下一対の絶縁部材６（６Ａ，６Ｂ）で挟み込んでＳＯＦＣスタック２に所望の荷重がかかるように締付固定される。

［各部品の材料について］
なお、各部品の材料について説明すると、一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）、下マニホールド７、上マニホールド８、固定部材９のボルト９ａ、支持部材９ｃは、ＳＯＦＣ作動温度付近での安定性が必要であり、周辺治具からＳＯＦＣスタック２内への金属蒸気揮発等によりＳＯＦＣスタック２が正常に評価できなくなることを防止するため、例えばＳＵＳ系やＺＭＧ、インコネル、Ｃｒｏｆｅｒなどの耐熱性、高温での耐蝕性が高い合金で構成される。

なお、下マニホールド７、上マニホールド８、固定部材９のボルト９ａ、支持部材９ｃは、例えばアルミナ、窒化ケイ素などのセラミックで構成することもできる。

また、一対のシール部材３（３Ａ，３Ｂ）および一対の絶縁部材（６Ａ，６Ｂ）は、通常のガスケット（樹脂製Ｏリング等）をＳＯＦＣ作動温度で使用できないため、例えばバーミキュライト、マイカ、アルミナファイバーなどの弾力性を有するセラミック材で構成される。

さらに、固定部材９のセラミックバネ９ｂは、通常の金属製のバネでは高温でへたりが生じてＳＯＦＣスタック２への荷重が減少してしまうため、ＳＯＦＣ作動温度でもへたらずにＳＯＦＣスタック２に所望の荷重をかけられるセラミック製のバネが使用される。

［ＳＯＦＣスタック評価用ホルダの組立手順について］
次に、ＳＯＦＣスタック２の性能特性を評価する場合のＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１の組立手順について具体的に説明する。

なお、特に図示はしないが、電気炉内の底部中央には、ＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１を設置するための取付台が配置されている。また、取付台の周囲には、ＳＯＦＣスタック２に燃料ガスを導入するための燃料ガス導入管が電気炉の外からコイル状に引き回され、さらに燃料ガス導入管の周囲にはＳＯＦＣスタック２に空気ガスを導入するための空気ガス導入管が電気炉の外から燃料ガス導入管と同心状に引き回されている。

ＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１を電気炉内に設置するにあたっては、まず、下マニホールド７を電気炉内の取付台上に設置する。そして、下マニホールド７の燃料ガス供給管２１をコイル状の燃料ガス導入管に接続する。また、下マニホールド７の空気ガス供給管２３をコイル状の空気ガス導入管に接続する。さらに、下マニホールド７の燃料ガス排出管２２および不図示の空気ガス排出管を電気炉の外に引き出して配管する。

次に、下マニホールド７の上に下絶縁部材６Ａを位置合わせして設置し、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。続いて、下集電板５Ａを下絶縁部材６Ａの上に位置合わせして設置し、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。そして、下集電板５Ａの細長溝に電圧線１２をセットし、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。

次に、下シール部材３Ａを下集電板５Ａの上に位置合わせして設置し、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。そして、下シール部材３Ａの開口孔３ａ内に、電圧線１２と下集電体４Ａが触れるように下集電体４Ａを設置する。このとき、下シール部材３Ａと下集電体４Ａの高さが等しくなるように、下集電体４Ａを重ねて厚さを調整する。

次に、評価対象のＳＯＦＣスタック２を、アノード（燃料極）側を下にして下シール部材３Ａの上に位置合わせして設置する。続いて、上シール部材３ＢをＳＯＦＣスタック２の上に位置合わせして設置し、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。そして、上シール部材３Ｂの開口孔３ｃ内に、電圧線１４と上集電体４Ｂが触れるように上集電体４Ｂを設置する。

次に、上集電板５Ｂの細長溝に電圧線１４をセットし、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。そして、電圧線１４が細長溝に固定されていることを確認した後、電圧線１４側を下にして上シール部材３Ｂの上に上集電板５Ｂをセットする。

次に、上シール部材３Ｂを上集電板５Ｂの上に位置合わせして設置し、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。続いて、上マニホールド８を上シール部材３Ｂの上に位置合わせして設置し、数ヶ所を例えば瞬間接着剤で仮止めする。そして、固定部材９を用いて下マニホールド７と上マニホールド８との間を、トルクドライバを用いて固定部材９のボルト９ａを手締めする。その際、ＳＯＦＣスタック２に対して均等に荷重がかかるように、予め決められた順序（例えば図１の（１）→（２）→（３）→（４）→（５）→（６）→（７）→（８）の順序）でボルト９ａを少しずつ締める。

次に、上下一対の集電板５Ａ，５Ｂと電流バーを位置合わせし、ネジ山に焼付防止剤が塗布されたボルトで締結する。そして、ＳＯＦＣスタック２に予め取り付けられているボルトを外し、例えばテスター等を用いて導通、絶縁の確認を行う。そして、電流バーと電圧線１２，１４を電子負荷に接続してＳＯＦＣスタック評価用ホルダ１の組立が完了する。

［下集電板の他の形態について］
次に、図５および図６を参照しながら下集電板の他の形態について説明する。なお、図６（ａ）の矢印は燃料ガスおよび空気ガスの流れを示している。

図５の下集電板５Ｃのシール部材３Ａと対面する上面において、ガスが導入される貫通孔５ａには、図５の斜線で示すように、長溝５ｂが連通して形成されている。ここで言うガスが導入される貫通孔５ａとは、シール部材３Ａの開口孔３ａを介してＳＯＦＣスタック２の燃料ガス導入孔２ａに連通して流路を形成する貫通孔５ａと、シール部材３Ａの開口孔３ｃを介してＳＯＦＣスタック２の空気ガス導入孔２ｃそれぞれに接続して流路を形成する貫通孔５ａである。

また、下集電板５Ｃの下絶縁部材６Ａと対面する下面には、導入された燃料ガスおよび空気ガスを予熱するため、図６（ａ）の斜線および図６（ｂ）に示すように、長溝５ｂが形成された貫通孔５ａと図１の下絶縁部材６Ａの貫通孔６ａとの間をジグザグに蛇行して連結するように長溝による予熱流路５ｃが形成されている。

これにより、下マニホールド７の燃料ガス供給管２１から供給される燃料ガスは、下マニホールド７のガス通過孔７ａから絶縁部材６Ａの貫通孔６ａを通り、下集電板５Ｃの予熱流路５ｃにて予熱されて貫通孔５ａに導かれ、貫通孔５ａに連通する長溝５ｂからシール部材３Ａの開口孔３ａを介してＳＯＦＣスタック２の燃料ガス導入孔２ａに導入される。

また、下マニホールド７の空気ガス供給管２３から供給される空気ガスは、下マニホールド７のガス通過孔７ｃから絶縁部材６Ａの貫通孔６ａを通り、下集電板５Ｃの予熱流路５ｃにて予熱されて貫通孔５ａに導かれ、貫通孔５ａに連通する長溝５ｂからシール部材３Ａの開口孔３ｃを介してＳＯＦＣスタック２の空気ガス導入孔２ｃに導入される。

なお、予熱流路５ｃは、下マニホールド７の燃料ガス供給管２１から供給される燃料ガスと空気ガス供給管２３から供給される空気ガスを個々に予熱するものであるが、導入されたガスをＳＯＦＣスタック２に導くにあたって、極力長い流路となるように下集電板５Ｃの下面に形成するのが好ましい。

また、図６（ａ），（ｂ）では予熱流路５ｃを下集電板５Ｃに形成する構成であるが、この構成に限定されるものではない。すなわち、上述した下集電板５Ｃの予熱流路５ｃと同じ機能を実現するため、図７の構成を採用することもできる。

［予熱流路の他の形態について］
図７の構成では、予熱流路３１ａが形成された予熱流路板３１を別体に構成し、燃料ガスの導入／排出および空気ガスの導入／排出を行うための貫通孔３２ａが形成された絶縁部材３２を下集電板５Ａの下面に配置し、ガスシールの機能を兼用する絶縁部材３２と下絶縁部材６Ａとの間に予熱流路板３１を配置する。そして、下マニホールド７のガス通過穴７ａ，７ｂから下絶縁部材６Ａの貫通孔６ａを介して導入された燃料ガスおよび空気ガスを、予熱流路３１ａにて予熱して絶縁部材３２の貫通孔３２ａ、下集電板５Ａの貫通孔５ａ、下シール部材３Ａの貫通孔３ａを介してＳＯＦＣスタック２の燃料ガス導入口２ａおよび空気ガス導入口２ｃに導入する。

［燃料改質について］
ところで、燃料電池における燃料改質は、都市ガスなどの燃料から水素を取り出す技術であり、その改質方法としては水蒸気改質と部分酸化改質がある。水蒸気改質では、都市ガスなどの炭化水素系の燃料に水蒸気を混ぜて、５００℃以上の高温でＲｕ（ルテニウム）などの貴金属触媒を通すと進行し、水素と二酸化炭素が生成される。なお、部分酸化改質では、燃料に少量の酸素を添加し、加熱すると一酸化炭素と水素が生成される。

例えば図５および図６の下集電板５Ｃまたは図７の予熱流路板３１において、予熱流路５ｃまたは予熱流路３１ａ内に例えば粒状や粉末状の改質用触媒（例えばＲｕ（ルテニウム）などの貴金属触媒）を詰め込む構成を採用すれば、ガスがＳＯＦＣスタック２に供給されるまでの距離を長くして上述した水蒸気改質による燃料改質を行うことができる。

［効果について］
このように、本実施の形態によれば、ＳＯＦＣスタック２を一対のマニホールド７，８（下マニホールド７、上マニホールド８）で挟み込む構造とし、固定部材９のセラミックバネ９ｂによる荷重を採用している。そして、一対のマニホールド７，８（下マニホールド７、上マニホールド８）は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、下マニホールド７に対して横から着脱可能な支持部材９ｃを下マニホールド７の欠切部２５ａに係止し、セラミックバネ９ｂをボルト９ａの軸部に挿入した状態で、ボルト９ａを支持部材９ｃのネジ穴部９ｄに螺合してＳＯＦＣスタック２を一対のシール部材３（３Ａ，３Ｂ）、一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）、一対の絶縁部材６（６Ａ，６Ｂ）で挟み込んで所望の荷重がかかるように締付固定している。これにより、組立・分解が容易で、重量のあるＳＯＦＣスタックのセットアップや用途に応じた異なる容量（例えば７００Ｗ～２ｋＷ）のＳＯＦＣスタックの評価にも対応できる。しかも、ホルダ外部からの荷重をかけないため、評価装置全体の小型化や簡易化が図れ、ＳＯＦＣスタックのセットアップも容易に行うことができる。

また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ＳＯＦＣスタック２のサイズに応じて一対の集電板５（５Ａ，５Ｂ）を交換すれば、所定範囲の容量（例えば７００Ｗ～２ｋＷ）のＳＯＦＣスタックの性能特性を標準的に評価することができる。

さらに、図６（ａ），（ｂ）に示すように、導入されるガス（燃料ガス、空気ガス）を予熱するための予熱流路５ｃを下集電板５Ａの下面に形成すれば、予熱されたガスをＳＯＦＣスタックに導入することができる。また、図７に示すように、別体に構成された予熱流路板３１を用いれば、必要に応じて導入されるガスの予熱を行うことができる。

また、図６の下集電板５Ａの予熱流路５ｃや図７の予熱流路板３１の予熱流路３１ａに改質用触媒を設ける構成とすれば、燃料改質を行いながらＳＯＦＣスタックに対してガスの供給を行うことができる。

以上、本発明に係るＳＯＦＣスタック評価用ホルダの最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１ ＳＯＦＣスタック評価用ホルダ
２ ＳＯＦＣスタック
２ａ 燃料ガス導入口
２ｂ 燃料ガス排出口
２ｃ 空気ガス導入口
２ｄ 空気ガス排出口
３（３Ａ，３Ｂ） シール部材
３ａ，３ｃ 開口孔
３ｂ 貫通孔
４（４Ａ，４Ｂ） 集電体
５（５Ａ，５Ｂ，５Ｃ） 集電板
５ａ 貫通孔
５ｂ 長溝
５ｃ 予熱流路
６（６Ａ，６Ｂ） 絶縁部材
６ａ 貫通孔
７ 下マニホールド
７ａ，７ｂ，７ｃ ガス通過穴
８ 上マニホールド
９ 固定部材
９ａ ボルト
９ｂ セラミックバネ
９ｃ 支持部材
９ｄ ネジ穴部
９ｅ 小径部
９ｆ 固定孔
１１，１３ 取付板
１２，１４ 電圧線
２１ 燃料ガス供給管
２２ 燃料ガス排出管
２３ 空気ガス供給管
２５ 係止部
２５ａ 欠切部
２６ 取付部
２６ａ 挿通孔
３１ 予熱流路板
３１ａ 予熱流路
３２ 絶縁部材
３２ａ 貫通孔

Claims (5)

1. 固体酸化物形燃料電池からなる複数の単セルがセパレータを介して積層されたＳＯＦＣスタックと、
   集電体が収容されたシール部材を介して前記ＳＯＦＣスタックの上下面にそれぞれ配置される下集電板と上集電板からなる一対の集電板と、
   前記一対の集電板の上下面にそれぞれ配置される下絶縁部材と上絶縁部材からなる一対の絶縁部材と、
   前記ＳＯＦＣスタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管と、供給された燃料ガスを排出するための燃料ガス排出管と、前記ＳＯＦＣスタックに空気ガスを供給するための空気ガス供給管と、供給された空気ガスを排出するための空気ガス排出管とが設けられ、外周部分に複数の欠切部を有し、前記下絶縁部材の下面に配置される第１のマニホールドと、
   前記上絶縁部材の上面に配置される第２のマニホールドと、
   ボルトと、セラミックバネと、前記第１のマニホールドの前記欠切部に着脱可能で前記ボルトが螺合するネジ穴部が形成された棒状の支持部材とからなる複数組の固定部材と、を備え、
   前記第１のマニホールドと前記第２のマニホールドとは、前記支持部材を前記第１のマニホールドの前記欠切部に係止し、前記セラミックバネを前記ボルトの軸部に挿入した状態で、前記ボルトを前記支持部材のネジ穴部に螺合して前記ＳＯＦＣスタックを前記一対の集電板と前記一対の絶縁部材で挟むように前記複数組の固定部材により締付固定されることを特徴とするＳＯＦＣスタック評価用ホルダ。
2. 前記一対の集電板は、前記ＳＯＦＣスタックのサイズに合わせて着脱交換可能であり、
   前記下集電板には、前記ＳＯＦＣスタックのガス通過穴に対応して貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＦＣスタック評価用ホルダ。
3. 前記下絶縁部材の上面に配置される前記下集電板の下面には、導入される燃料ガスおよび空気ガスを予熱して前記ＳＯＦＣスタックに導くための予熱流路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＦＣスタック評価用ホルダ。
4. 前記第１のマニホールドと前記下集電板との間には、導入される燃料ガスおよび空気ガスを予熱して前記ＳＯＦＣスタックに導くための予熱流路が形成された予熱流路板が絶縁部材を介して設けられることを特徴とする請求項１に記載のＳＯＦＣスタック評価用ホルダ。
5. 前記予熱流路の燃料極側には、粒状や粉末状の改質用触媒が設けられることを特徴とする請求項３または４に記載のＳＯＦＣスタック評価用ホルダ。

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