JP2011129491A - 固体酸化物燃料電池及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｃｒが配合された金属部材を用いるＳＯＦＣにおいて、金属部材から揮発したＣｒが電極反応部に蓄積するのを抑制することのできるＳＯＦＣを提供することを目的とする。
【解決手段】固体酸化物燃料電池は、燃料及び酸化剤を含む流体の供給を受けて発電する発電セルと、発電セルを収容する発電室１と、発電室１に酸化剤を含む流体を供給する酸化剤供給経路３と、発電室１から酸化剤を含む流体を排出する酸化剤排出経路１２と、酸化剤供給経路３に設けられ、酸化剤を含む流体にＮａ含有物質７を混入させるＮａ供給手段６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体酸化物燃料電池（ＳＯＦＣ）及びその運転方法に関するものである。

ＳＯＦＣは、高温で高いイオン導電性を示す電解質を備えるため、高温に保たれた状態で動作することによって高い発電効率を発揮する。従って、ＳＯＦＣのモジュールは、その内部に熱を封じ込め、高温に維持する必要がある。このＳＯＦＣにおいては、モジュール内部に熱を封じ込め、高温に維持する必要がある。これに伴いモジュールを構成する金属材料では、高温に曝される部位が必ず発生する。このような部位は、金属が酸化されやすいため、耐酸化性を高めるようにＣｒを配合した鋼種が構成材に選定されている。

上記構成材に配合されたＣｒは、高温酸化雰囲気に曝されると、金属材料表面にＣｒ_２Ｏ_３皮膜が生成されて金属材料表面を覆い、耐酸化性を発揮する。しかしながら、同時に、生成されたＣｒ_２Ｏ_３皮膜の表面からＣｒ成分が揮発して、ＳＯＦＣの電極反応部に堆積し、セル性能を低下させるという問題が生じる。

上記問題を解決する方法として、アルミニウム含有表面上に５００〜８００℃の温度で、準安定のＡｌ_２Ｏ_３を含有する気密クロム保持層を形成させて、基材からクロムの揮発を効果的に阻止する方法が、特許文献１に開示されている。

特表２００８−５４７１７７号公報（請求項１、段落［０００８］）

特許文献１では、金属表面層に含有されるアルミニウムの量を増加させる、もしくは、Ａｌ_２Ｏ_３膜を形成させることで、Ｃｒの揮発を防止している。しかしながら、特許文献１に開示されている方法では、特殊な表面処理を施すため、製造コストが高くなる。また、非常に薄い金属部材を使用している両端支持構造を有するＳＯＦＣモジュールなどでは、Ａｌ_２Ｏ_３皮膜処理時に、下側支持部が歪む、あるいは、部材が硬くなり、後工程のモジュールの組み立てが難しくなる等の問題が生じる。

金属部材からのＣｒの揮発を防止する別の方法として、Ｃｒ_２Ｏ_３皮膜以外のＣｒが配合された耐酸化皮膜を採用するという対策が考えられる。しかしながら、上記のような耐酸化皮膜を用いた場合であっても、ＳＯＦＣの使用条件（温度、時間等）によって電池性能が低下したり、熱サイクルにより表面皮膜が剥離したりすることによって、耐酸化皮膜の表面におけるＣｒ濃度が高くなり、Ｃｒの揮発量が経時的に、もしくは段階的に増加すると推定される。

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、Ｃｒが配合された金属部材を用いるＳＯＦＣにおいて、金属部材から揮発するＣｒ成分が電極反応部に蓄積するのを抑制することのできるＳＯＦＣを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、燃料及び酸化剤を含む流体の供給を受けて発電する発電セルと、該発電セルを収容する発電室と、該発電室に前記酸化剤を含む流体を供給する酸化剤供給経路と、前記発電室から前記酸化剤を含む流体を排出する酸化剤排出経路と、前記酸化剤供給経路に設けられ、前記酸化剤を含む流体にＮａ含有物質を混入させるＮａ供給手段とを有する固体酸化物燃料電池を提供する。

本発明によれば、Ｎａ供給手段が酸化剤供給経路に設けられることで、酸化剤を含む流体にＮａ含有物質を混合させ、且つ、酸化剤を含む流体の流れを利用してＮａ含有物質を発電室内の発電セルに供給することができる。固体酸化物燃料電池の運転中に金属材料から揮発するＣｒ成分は、発電室内に供給されたＮａ含有物質と反応して、安定で蒸気圧の高い化合物などに変換される。このような化合物は、高温部では気化されて酸化剤排出口から発電室外へ排出され、低温部では、凝縮し析出する。これによって、固体酸化物燃料電池中の電極反応部である３相（空気極／電解質／空気）界面への吸着を抑制させることができる。

上記発明において、前記発電室と、前記酸化剤供給経路の一部を構成する酸化剤供給室と、前記酸化剤排出経路の一部を構成する酸化剤排出室とを内部に備える固体酸化物燃料電池のモジュールを有し、前記Ｎａ供給手段が、前記モジュールの外部に配置される前記酸化剤供給経路に接続されてもよい。
このようにすることで、Ｎａ含有物質の供給タイミングや供給時間の制御、Ｎａ供給手段へのＮａ含有物質の補充、あるいはＮａ供給手段の整備等の実施が容易となる。また、既存のＳＯＦＣへの適用も可能となる。

上記発明において、前記発電室と、前記酸化剤供給経路の一部を構成する酸化剤供給室と、前記酸化剤排出経路の一部を構成する酸化剤排出室とを内部に備える固体酸化物燃料電池のモジュールを有し、前記Ｎａ供給手段が、前記酸化剤供給室に配置されても良い。
このようにすることで、Ｎａ含有物質を、発電室内に、より確実に且つ効率よく供給することができる。また、Ｎａ含有物質が１００℃以上の高温部となる酸化剤供給室に供給されるため、Ｎａ含有物質の揮発効率を促進させる効果が得られる。

上記発明において、前記酸化剤供給室に、前記Ｎａ供給手段から前記Ｎａ含有物質が供給されるＮａ被供給部が設けられても良い。
Ｎａ含有物質が水溶液などである場合、酸化剤供給経路内の高温部に直接Ｎａ含有物質を供給すると、他の構成部材に熱衝撃を与えてしまう可能性がある。Ｎａ被供給部が設けられることで、高温部の他の構成部材を急冷することなく、酸化剤供給経路内に直接Ｎａ含有物質を供給することができる。

上記発明において、前記Ｎａ被供給部が、多孔質構造を有することが好ましい。
このようにすることで、比表面積が大きくなるため、Ｎａ含有物質との接触面積が増えて、効率良くＮａ含有物質を揮発させることができるようになる。

上記発明において、前記Ｎａ供給手段が、酸化剤供給室に配置されるガラスであっても良い。これによって、特別な装置を用いることなく、容易にＮａ含有物質を発電室内に供給することができる。

なお、Ｎａ成分は、空気の供給ラインに流れる空気と混入させることで固体酸化物燃料電池の発電部に供給されるものであるが、固体酸化物燃料電池外部で酸化剤を含む流体（空気）の供給配管に導入されても良く、また、固体酸化物燃料電池の内部であって、空気が発電部に導入される直近で噴霧することで空気に混入し供給されてもよい。

本発明によれば、酸化剤を含む流体にＮａ含有物質を混入する工程と、前記Ｎａ含有物質が混入された前記酸化剤を含む流体を発電セルに到達させる工程と、前記Ｎａ含有物質を前記発電部でＣｒ成分に吸着させる工程とを有する固体酸化物燃料電池の運転方法を提供する。

このようにすることで、発電セルにＮａ含有物質を到達させ、発電セルでＣｒ成分とＮａ含有物質とを反応させることができるため、Ｃｒの被毒を抑制することが可能となる。

本発明によれば、発電室内のＣｒ及びＮａの量を検知する工程を備え、前記検知したＣｒ及びＮａの量に応じて、Ｎａの供給量及び供給時間を制御する固体酸化物燃料電池の運転方法を提供する。

例えば、Ｃｒの量が少ない場合は、Ｎａの供給量を減少させる、または、Ｎａの供給を停止すれば良い。例えば、Ｃｒの量が増加した場合は、Ｎａの供給量を増加する、あるいは、Ｎａの供給を再開すれば良い。そうすることで、必要量のＮａを適切に供給することができる。

本発明によれば、固体酸化物燃料電池の反応質にＮａ成分を供給することでＣｒ成分を吸着し、Ｃｒ成分が固体酸化物燃料電池セルの内部に取り込まれることを抑制することができる。すなわち、固体酸化物燃料電池の構成部材から揮発するＣｒによる固体酸化物燃料電池セルの被毒を抑制できる固体酸化物燃料電池とすることができる。

第１実施形態に係る固体酸化物燃料電池の概略図である。 第２実施形態に係る固体酸化物燃料電池の概略図である。 第３実施形態に係る固体酸化物燃料電池の概略図である。 固体酸化物燃料電池の電解質と空気極との界面近傍のＣｒ量と、運転時間との関係を示すグラフである。

本発明は、固体酸化物燃料電池の発電部に揮発するＣｒ成分を吸着する為にＮａ成分を供給するＮａ成分供給手段において、固体酸化物燃料電池に供給される空気中にＮａ成分を混入させることで、固体酸化物燃料電池の内部にＮａ成分を拡散させ、固体酸化物燃料電池内部に揮発するＣｒ成分を吸着する構成を備えることを特徴とする。

固体酸化物燃料電池に用いられる金属部材として、耐酸化性を高めるためにＣｒ成分を含有する鋼種が用いられる。このＣｒ成分を含有する鋼種は燃料電池の発電時に高温酸化雰囲気に曝されることで、部材の表面に酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）皮膜を生成する。特にＣｒ成分が揮発する金属材料としては、固体酸化物燃料電池モジュールの管板、セルと管板の間の支持部、セパレータまたは集電板等などが挙げられる。

〔第１実施形態〕
本実施形態に係る固体酸化物燃料電池について、図１を参照して説明する。
本実施形態に係る固体酸化物燃料電池は、固体酸化物燃料電池のモジュール８、発電室１、燃料供給経路２、酸化剤供給経路３、燃料排出口４、酸化剤排出口５、及びＮａ供給手段６を備える。
固体酸化物燃料電池のモジュール（以下、ＳＯＦＣモジュール）８には、少なくともその内部に、発電室１が備えられている。この発電室１には、例えば、外面に発電セルが複数形成されたセルチューブが複数備えられている。ＳＯＦＣモジュール８のその他の構成要素としては、複数のセルチューブの両端部を支持する一対の管板、燃料供給経路２の一部を構成する燃料供給室、及び、酸化剤供給経路３の一部を構成する酸化剤供給室などが挙げられる。管板や酸化剤供給室などのＳＯＦＣモジュール８を構成する金属材料には、Ｃｒが配合された鋼種が用いられている。

上述したとおり、発電セルは、発電室１に収容されている。
発電室１には、燃料供給経路２から、燃料入口９を介して燃料が供給される。また、発電室１には、酸化剤供給経路３から、酸化剤供給口１０を介して空気（酸化剤を含む流体）が供給される。
さらに、発電室１内に供給された燃料及び空気を、発電室１の外部へ排出できるよう燃料排出口４及び酸化剤排出口５が別に設けられている。発電室１の内部から流出した燃料は、燃料排出口４を介して燃料排出経路１１に流入する。また、発電室１の内部から流出した空気（酸化剤を含む流体）は、酸化剤排出口５を介して酸化剤排出経路１２に流入する。
燃料入口９は、燃料供給経路２の一部を構成する。また、酸化剤供給口１０は、酸化剤供給経路３の一部を構成する。さらに、燃料排出口４は燃料排出経路１１の一部を構成し、酸化剤排出口５は酸化剤排出経路１２の一部を構成する。

発電セルに供給される空気は、事前に４００〜６００℃に予熱された空気であって、酸化剤供給経路３から固体酸化物燃料電池の発電室１に供給される。供給された空気は、発電室１の一端から他端に向けて流れ、固体酸化物燃料電池の外部に排出される。

本実施形態において、Ｎａ供給手段６は、内部にＮａ含有物質７を収容し、ＳＯＦＣモジュール８の外部に配置される酸化剤供給経路３に接続されている。Ｎａ供給手段６は、取り外し可能に酸化剤供給経路３に接続されていても良い。Ｎａ供給手段６は、Ｎａ含有物質を補充する手段（不図示）を備えていても良い。
本実施形態において、Ｎａ含有物質７は、５質量％Ｎａ_２ＳＯ_３水溶液を用いるが、酸化ナトリウム成分を有するものであれば良く、ＮａＯＨ水溶液、Ｎａ_２ＣＯ_３水溶液などの他のナトリウム化合物の水溶液を用いても良い。
水溶液の濃度は、ＳＯＦＣモジュールを構成する金属材料の種類や、ＳＯＦＣの使用環境などを考慮して、適宜設定する。

上記構成の固体酸化物燃料電池において、燃料及び空気は、発電室１の外部から燃料供給経路２及び酸化剤供給経路３を介して発電セルに供給され、発電に利用される。その後、燃料及び空気は、燃料排出口４及び酸化剤排出口５から発電室１の外へ排出される。

酸化剤供給経路３は、ＳＯＦＣモジュール８の外部に配置された任意の箇所で、第１経路３ａと第２経路３ｂに分岐されている。第１経路３ａは、空気を発電室１内に供給できるよう発電室１に接続されている。第２経路３ｂは、その一端がＮａ供給手段６内の５質量％Ｎａ_２ＳＯ_３水溶液中に配置され、この水溶液中に空気を供給する。このようにすることで、空気中にＮａ_２ＳＯ_４が持ち込まれる。

第２経路３ｂは、開閉可能な構造としても良い。そのようにすることで、発電室１内へのＮａ含有物質の供給タイミングや、供給時間を制御することが可能となる。例えば、酸化剤排出口５付近の流体成分を計測し、流体成分中にＮａ_２ＳＯ_４が検出された時点で、Ｎａ含有物質の供給を停止することもできる。例えば、ＳＯＦＣセル性能の基準値を定めておき、基準値を下回った場合に、Ｎａ含有物質の供給を再開することもできる。

Ｎａ供給手段６は、バブリング装置であり、第２経路３ｂから５質量％Ｎａ_２ＳＯ_３水溶液中に供給された空気を排出するための排出経路６ａを有する。排出経路６ａは、酸化剤供給経路３の分岐点Ａより流体進行方向側であって、且つ、発電室１の外に位置する第１経路３ａに接続さる。排出経路６ａより排出された空気は、第１経路３ａを通る空気と合流して、発電室１内へと供給される。すなわち、上記Ｎａ含有物質は、発電セルに供給するための空気の流れを利用することで、酸化剤供給経路３を介して発電室１内に供給される。

なお、本実施形態においてＮａ供給手段６は、バブリング装置として説明したが、発電セルに供給するための空気の流れを利用して、発電室内にＮａ含有物質７を供給できる、外付け可能な装置であれば良い。例えば、超音波ミスト装置などであっても良い。

発電室１内に供給されたＮａ_２ＳＯ_４は、固体酸化物燃料電池モジュールを構成する金属部材から揮発したＣｒ成分と反応し、Ｎａ_４（ＣｒＯ_４）（ＳＯ_４）などの安定な化合物となる。

なお、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構報告書（１０００１２６４５）では、以下のように報告されている。
１００００時間程度の長期発電試験に用いた円筒横縞型ＳＯＦＣは、運転時間が２５００時間を超えると平均セル電圧が低下し始める。１００００時間程度運転させると、試験開始時と比較して、平均セル電圧が６％程度低下する。

図４では、ＳＯＦＣの電解質と空気極との界面近傍のＣｒ量をＳＩＭＳにて計測した結果を示す。同図において、横軸が運転時間、縦軸が界面近傍４μｍ内のＣｒ量である。ＳＯＦＣモジュール内において、電解質と空気極との界面近傍に存在するＣｒ量は経時的に増加し、２０００時間を超えたあたりから増加速度が増すことが確認されている。

上記長期発電試験における、ＳＯＦＣの空気極中に存在するＣｒ及びＮａの量を、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）によって計測した結果を表１に示す。

空気極中のＣｒ量は経時的に増加している一方、Ｎａ量は経時的に減少していることが確認されている。特にＮａ量は、運転時間が２８００時間で約１割程度まで減少していた。

長期発電試験終了後の円筒横縞型ＳＯＦＣ内部では、ＳＯＦＣセルの低温部で、Ｎａ_４（ＣｒＯ_４）（ＳＯ_４）と推定される緑色の析出物の存在が確認されている。

上記報告からも、本実施形態に係る固体酸化物燃料電池によって、電池内のＣｒによる被毒を抑制できることが裏付けられる。

〔第２実施形態〕
本実施形態に係る固体酸化物燃料電池は、本願発明の固体酸化物燃料電池を横縞円筒型のＳＯＦＣに適用して説明する。
固体酸化物燃料電池には、図２に示すように、ＳＯＦＣモジュール８の外枠を形成するフレーム３２と、複数のセルチューブ（基体管）３３と、上側管板３４と、下側管板３５と、第１集電板３６と、第２集電板３７と、第３集電板３８と、上側断熱体４１と、下側断熱体４２と、Ｎａ供給手段１６およびＮａ被供給部１９が主に設けられ、ＳＯＦＣモジュール８が構成されている。

フレーム３２には、内部に複数のセルチューブ３３や第１集電板３６や第２集電板３７や供給側集電板３８などが設けられている。
フレーム３２には、図２に示すように、燃料供給室２１、発電室２２、燃料排出室２、酸化剤供給室３９、及び酸化剤排出室４０が設けられている。

燃料供給室２１は、フレーム３２と上側管板３４とにより囲まれた空間であって、外部から発電に用いられる燃料ガスが流入するための燃料供給経路２を備えている。
燃料供給室２１の内部には、第３集電板３８が配置されているとともに、セルチューブ３３の燃料供給室２１側の開口端が配置されている。

酸化剤供給室３９は、フレーム３２と下側管板３５と下側断熱体４２とにより囲まれた空間であって、発電室２２に酸化剤を含む流体（空気）を供給するための酸化剤供給経路３（不図示）の一部を構成している。下側断熱体４２には、酸化剤を含む流体（空気）を発電室２２の内部に供給するための酸化剤供給口４３が備えられている。なお、この酸化剤供給口４３は、下側断熱体４２においてセルチューブ３３に対応して設けられた穴と、セルチューブ３３との隙間で形成されている。

発電室２２は、フレーム３２と上側断熱体４１と下側断熱体４２とにより囲まれた空間であって、発電室２２の内部には、セルチューブ３３のうち発電セルが設けられている領域が配置されている。この発電室２２には、酸化剤供給口４３を介して酸化剤供給室３９から酸化剤が供給される。また、発電室２２から酸化剤排出口４４を介して酸化剤排出室４０に酸化剤が排出される。

燃料排出室２３は、フレーム３２と下側管板３５とにより囲まれた空間であって、発電に用いられた後の燃料ガスがセルチューブ３３の内部から流入する空間である。
燃料排出室２３の内部には、第１集電板３６および第２集電板３７が配置されているとともに、セルチューブ３３の燃料排出室２３側の開口端が配置されている。

酸化剤排出室４０は、フレーム３２と上側管板３４と上側断熱体４１とにより囲まれた空間であって、発電室２２から酸化剤を含む流体（空気）を排出するための酸化剤排出経路の一部を構成している。上側断熱体４１には、酸化剤を含む流体（空気）を発電室２２の外部に排出するための酸化剤排出口４４が備えられている。なお、この酸化剤排出口４４は、上側断熱体４１においてセルチューブ３３に対応して設けられた穴と、セルチューブ３３との隙間で形成されている。

上側管板３４は、下側管板３５とともにセルチューブ３３を支持するものであるとともに、酸化剤排出室４０と燃料供給室２１との間に配置されたものである。言い換えると、上側管板３４は、酸化剤排出室４０と燃料供給室２１とを区画するものでもある。

下側管板３５は、上側支持部３４とともにセルチューブ３３を支持するものであるとともに、酸化剤供給室３９と燃料排出室２３との間に配置されたものである。言い換えると、下側管板３５は、酸化剤供給室３９と燃料排出室２３とを区画するものでもある。
下側管板３５は、ハステロイＸ（ヘインズ社製）などの耐熱合金で構成されており、運転中は、１００℃以上の高温領域となる。

酸化剤排出室４０を構成する上側断熱体４１は、セルチューブ３３の発電セルにおいて発生した熱の伝達を遮断して、上側管板３４等を上述の熱から保護するものである。上側断熱体４１は、発電室２２と酸化剤排出室４０との間に配置されるものである。言い換えると、発電室２２と酸化剤排出室４０とを区画するものでもある。
また、酸化剤供給室３９を構成する下側断熱体４２は、セルチューブ３３の発電セルにおいて発生した熱の伝達を遮断して、下側管板３５等を上述の熱から保護するものである。下側断熱体４２は、発電室２２と酸化剤供給室３９との間に配置されるものである。言い換えると、発電室２２と酸化剤供給室３９とを区画するものでもある。

セルチューブ３３は、燃料ガスおよび空気（酸素）の供給を受けて発電を行うものである。セルチューブ３３は円筒状の基体管の円周面上に、セルチューブ３３の長手方向に沿って発電セルが直列接続して配置されたものである。さらにセルチューブ３３は一方の開口端が燃料排出室２３に、他方の開口端が燃料供給室２１に開口するように配置されている。

複数のセルチューブ３３は概略同じ長さに形成され、平行に並んで配置されている。さらに、複数のセルチューブ３３における燃料排出室２３側の開口端は概略同一の平面上に位置し、燃料供給室２１側の開口端も概略同一の平面上に位置している。
その一方で複数のセルチューブ３３は、第１集電板３６と第３集電板３８とに電気的に接続される第１セル群３３Ａと、第２集電板３７と第３集電板３８とに電気的に接続される第２セル群３３Ｂとに分けられる。

第１集電板３６は、第１セル群３３Ａのセルチューブ３３の端部と電気的に接続されるとともに固定されるものであって、第３集電板３８とともに第１セル群３３Ａのセルチューブ３３を並列接続するものである。第１集電板３６は、図２に示すように、第２集電板３７と概略同一平面上に配置されているとともに、所定間隔をあけて並んで配置されている。
このように、第１集電板３６と第２集電板３７とが間隔をあけて配置されているため、両者は電気的に隔離されている。

Ｎａ供給手段１６は、内部にＮａ含有物質が収容され、酸化剤供給室３９内の１００℃以上となる高温部にＮａ含有物質を供給するための供給口１６ａを有する。Ｎａ供給手段１６は少なくともその一部、すなわち、供給口１６ａが酸化剤供給室３９内の高温部に位置するよう設けられている。本実施形態では、供給口１６ａは、Ｎａ含有物質がＮａ被供給部１９に直接供給できるように配置されている。

Ｎａ供給手段１６は、連続的に、または断続的にＮａ含有物質を供給するための制御弁等を備えた手段（不図示）を有していても良い。それにより、発電室内へのＮａ含有物質の供給タイミングや、供給時間を制御することが可能となる。

Ｎａ供給手段１６は、Ｎａ含有物質を補充する手段（不図示）を備えていても良い。

本実施形態において、Ｎａ含有物質は、５質量％Ｎａ_２ＳＯ_４水溶液を用いる。なお、第１実施形態と同様に、ＮａＯＨ水溶液、Ｎａ_２ＣＯ_３水溶液などの他のナトリウム化合物の水溶液を用いることもできる。

Ｎａ被供給部１９は、焼結金属やセラミックスなどからなり、多孔質構造を有する。Ｎａ被供給部１９は、酸化剤供給経路の一部を構成する酸化剤供給室３９内の下側管板３５上に配置され、Ｎａ供給手段１６から直接供給されたＮａ含有物質を下流側に放出する。

上記構成の固体酸化物燃料電池において、５質量％Ｎａ_２ＳＯ_４水溶液は、酸化剤供給室３９内に配置された供給口１６ａから、Ｎａ被供給部１９に直接供給される。供給された５質量％Ｎａ_２ＳＯ_４水溶液は、Ｎａ被供給部１９の空孔内に充填される。これによって、他の構成部材に熱衝撃を与えることなく、酸化剤供給室３９内に直接Ｎａ含有物質を供給することができる。Ｎａ被供給部１９は高温領域に配置されているため、空孔内に充填された５質量％Ｎａ_２ＳＯ_４水溶液は、効率よく揮発する。揮発したＮａ_２ＳＯ_４は、Ｎａ被供給部１９から放出され、酸化剤供給経路から供給される空気の流れによって発電室内を移動する。このＮａ_２ＳＯ_４は、固体酸化物燃料電池モジュールを構成する金属材料から揮発したＣｒ成分と反応し、例えば、Ｎａ_４（ＣｒＯ_４）（ＳＯ_４）などの安定な化合物となる。

〔第３実施形態〕
本実施形態に係る固体酸化物燃料電池について、図３を参照して説明する。
本実施形態に係る固体酸化物燃料電池において、Ｎａ供給手段１６及びＮａ被供給部１９をＮａ供給手段２６に変更した以外は、第２実施形態と同様の構成とする。

Ｎａ供給手段２６は、Ｎａを含有するガラスであり、例えば、窓ガラスなどに用いられるソーダライムガラスを用いることができる。Ｎａ供給手段２６は、酸化剤供給室３９内の下側管板３５上に配置されており、本実施形態では、０．５ｍｍ程度の大きさに砕かれ、下側管板３５の上面側に散布されている。

散布されたガラスは下側管板３５の有する熱で加温され、Ｎａ_２Ｏが揮発する。揮発したＮａ_２Ｏは、酸化剤供給経路から供給される空気の流れによって発電室２２内を移動する。このＮａ_２Ｏは、固体酸化物燃料電池モジュールを構成する金属材料から揮発したＣｒ成分と反応し、Ｎａ_２ＣｒＯ_４などとなって、発電室２２の外へ排出される。

なお、第１実施形態乃至第３実施形態において、Ｎａ含有物質の供給量は、適宜設定される。第３実施形態のように、Ｎａ供給手段がガラスである場合は、ガラスに含まれるＮａ_２Ｏ量や、ガラスからのＮａ_２Ｏの揮発速度などを考慮する必要がある。ガラスからのＮａ_２Ｏの揮発速度は、１０〜２０質量％でＮａ_２Ｏを含有するガラスを１４００℃、１気圧の条件下に置くと、数時間後にはｍｇ／ｃｍ^２のオーダーでＮａ_２Ｏが揮発することが確認されている。

また、第１実施形態乃至第３実施形態は、組み合わせて実施されても良い。例えば、Ｎａ供給手段として、ガラス（第３実施形態）を採用するが、ＳＯＦＣ中に揮発しているＣｒ量が多いときのみバブリング装置（第１実施形態）を外付けして、Ｎａ含有物質を補充するとしても良い。

なお、第２実施形態及び第３実施形態では、円筒横縞型ＳＯＦＣを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、平板型燃料電池や高温水蒸気電解装置（ＳＯＳＥ）などに用いても良い。

本発明は、金属部材としてクロム成分を含有する鋼種を用いた燃料電池だけでなく、空気中に含まれるクロムや空気配管から析出するクロム成分等、クロムの発生要因に係わらず、燃料電池セルのクロム被毒抑制効果を発揮することができる。

１，２２ 発電室
２ 燃料供給経路
３ 酸化剤供給経路
４ 燃料排出口
５、４４ 酸化剤排出口
６，１６，２６ Ｎａ供給手段
７ Ｎａ含有物質
８ 固体酸化物燃料電池モジュール
９ 燃料入口
１０、４３ 酸化剤供給口
１１ 燃料排出経路
１２ 酸化剤排出経路
１９ Ｎａ被供給部
２１ 燃料供給室
２３ 燃料排出室
３２ フレーム
３３ セルチューブ
３４ 上側管板
３５ 下側管板
３６、３７、３８ 集電板
３９ 酸化剤供給室
４０ 酸化剤排出室
４１ 上側断熱体
４２ 下側断熱体

Claims (8)

1. 燃料及び酸化剤を含む流体の供給を受けて発電する発電セルと、
   該発電セルを収容する発電室と、
   該発電室に前記酸化剤を含む流体を供給する酸化剤供給経路と、
   前記発電室から前記酸化剤を含む流体を排出する酸化剤排出経路と、
   前記酸化剤供給経路に設けられ、前記流体にＮａ含有物質を混入させるＮａ供給手段と、を有する固体酸化物燃料電池。
2. 前記発電室と、前記酸化剤供給経路の一部を構成する酸化剤供給室と、前記酸化剤排出経路の一部を構成する酸化剤排出室とを内部に備える固体酸化物燃料電池のモジュールを有し、
   前記Ｎａ供給手段が、前記モジュールの外部に配置される前記酸化剤供給経路に接続される請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
3. 前記発電室と、前記酸化剤供給経路の一部を構成する酸化剤供給室と、前記酸化剤排出経路の一部を構成する酸化剤排出室とを内部に備える固体酸化物燃料電池のモジュールを有し、
   前記Ｎａ供給手段が、前記酸化剤供給室に配置される請求項１に記載の固体酸化物燃料電池。
4. 前記酸化剤供給室に、前記Ｎａ供給手段から前記Ｎａ含有物質が供給されるＮａ被供給部が設けられる請求項３に記載の固体酸化物燃料電池。
5. 前記Ｎａ被供給部が、多孔質構造を有する請求項４に記載の固体酸化物燃料電池。
6. 前記Ｎａ供給手段が、酸化剤供給室に配置されるガラスである請求項３に記載の固体酸化物燃料電池。
7. 請求項１に記載の固体酸化物燃料電池において、
   酸化剤を含む流体にＮａ含有物質を混入する工程と、
   前記Ｎａ含有物質が混入された前記流体を、発電セルに到達させる工程と、
   前記Ｎａ含有物質が発電部でＣｒ成分を吸着する工程とを有する固体酸化物燃料電池の運転方法。
8. 発電室内のＣｒ及びＮａの量を検知する手段を備え、
   前記検知したＣｒ及びＮａの量に応じて、Ｎａの供給量及び供給時間を制御する固体酸化物燃料電池の運転方法。

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