特許 6184864 ガス焼成炉及びセラミックス成形体の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6184864

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】ガス焼成炉及びセラミックス成形体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 35/64 20060101AFI20170814BHJP

   F27B 17/00 20060101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   C04B35/64

   F27B17/00 C

【請求項の数】9

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-273207(P2013-273207)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-127275(P2015-127275A)

(43)【公開日】2015年7月9日

【審査請求日】2015年11月12日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２４〜平成２５年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「固体酸化物形燃料電池を用いた事業用発電システム要素技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】川水 努

(72)【発明者】

【氏名】後藤 征司

(72)【発明者】

【氏名】四方 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】樋渡 研一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 慎

(72)【発明者】

【氏名】松田 直彦

【審査官】 小川 武

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−００３０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３０００６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４６−０１１５５５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２０１３−１７３５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５１２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１１５５４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ３５／００−３５／８４

Ｆ２７Ｂ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックス成形体を収容する焼成室と、
前記焼成室に焼成ガスを供給する焼成ガス流通路と、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させるバーナと、
前記バーナで発生した前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス流通路と、
前記焼成ガス流通路と前記燃焼ガス流通路との間に、前記燃焼ガスが蓄熱体を加熱し、加熱された前記蓄熱体が前記焼成ガスに熱を放出して前記焼成ガスを加熱する蓄熱式熱交換器とを備え、
加熱された前記焼成ガスが前記焼成室に搬送されて、前記セラミックス成形体が焼成されるガス焼成炉。

【請求項2】

前記蓄熱式熱交換器のガス上流側の前記焼成ガス流通路に熱交換器を更に備え、
前記熱交換器において、前記焼成室から排出された前記焼成ガスと前記焼成ガス流通路を流通する前記焼成ガスとが熱交換して、前記焼成ガス流通路を流通する前記焼成ガスが加熱された後、前記蓄熱式熱交換器に搬送される請求項１に記載のガス焼成炉。

【請求項3】

セラミックス成形体を収容する焼成室と、
前記焼成室に焼成ガスを供給する焼成ガス流通路と、
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させるバーナと、
前記焼成室の外側周囲に位置し、前記バーナの先端部が収容され、内部を前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス流通部と、
前記燃焼ガス流通部の外壁に設けられる複数の燃焼ガス排出口とを備え、
前記焼成ガス流通路の壁及び前記焼成室の壁を介して前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換が行われて前記焼成ガスが加熱されて、加熱された前記焼成ガスが前記焼成室に搬送されて、前記セラミックス成形体が焼成されるガス焼成炉。

【請求項4】

前記燃焼ガス流通部から排出された前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換を行う熱交換器を備え、前記熱交換器で加熱された前記焼成ガスが、前記焼成ガス流通路を通じて前記焼成室に搬送される請求項３に記載のガス焼成炉。

【請求項5】

前記焼成室が、前記セラミックス成形体のガス上流側及びガス下流側に整流板を備える請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガス焼成炉。

【請求項6】

バーナで燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させ、前記燃焼ガスを燃焼ガス流通路に流通させる工程と、
蓄熱式熱交換器を用いて、前記燃焼ガス流通路を流通する前記燃焼ガスと焼成ガス流通路を流通する焼成ガスとの間で熱交換させて前記焼成ガスを加熱する工程と、
加熱された前記焼成ガスを、前記焼成ガス流通路を介してセラミックス成形体が収容された焼成室に搬送する工程と、
前記焼成室内に加熱された前記焼成ガスを流通させて、前記セラミックス成形体を焼成させる工程とを含むセラミックス成形体の製造方法。

【請求項7】

前記燃焼ガスとの熱交換により前記焼成ガスを加熱する前に、前記焼成室から排出した前記焼成ガスと前記焼成ガス流通路を流通する焼成ガスとの間で熱交換させて前記焼成ガスを加熱する工程を更に含む請求項６に記載のセラミックス成形体の製造方法。

【請求項8】

バーナで燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させ、前記燃焼ガスを燃焼ガス流通部に流通させる工程と、
セラミックス成形体が収容された焼成室内に焼成ガスを流通させる工程と、
前記焼成ガスの流通路の壁及び前記焼成室の壁を介して前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換させて前記焼成ガスを加熱し、加熱された前記焼成ガスを前記焼成室に搬送することにより、前記セラミックス成形体を焼成する工程とを含むセラミックス成形体の製造方法。

【請求項9】

前記燃焼ガス流通部から排出された前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換させて、加熱された前記焼成ガスが前記焼成室に搬送される請求項８に記載のセラミックス成形体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミックスからなる成形体の焼成に用いるガス焼成炉、及び、当該ガス焼成炉を用いたセラミックス成形体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

セラミックス成形体は、焼結温度での焼成を経て製造される。セラミックス成形体の焼成方法には、電気炉が一般的であるが、外部加熱方式であるガス焼成炉等や、被焼成物の誘電損失を利用して自己発熱させるマイクロ波焼成法なども用いられる場合がある。

【0003】

燃料電池の一種として、円筒型の固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、ＳＯＦＣ）がある。円筒型の燃料電池は、発電室の内部に複数のセルスタックを収容し、１つのセルスタックは長尺の基体管の円周方向に、燃料極、固体電解質膜、空気極を積層させたセルを複数配列された構成されている。セル間はインターコネクタで接続される。基体管、固体電解質膜、空気極及びインターコネクタは、セラミックス材料からなる。また、燃料極は、セラミックス材料と金属との複合材からなる。

【0004】

円筒型の燃料電池の作製では、まず燃料極、固体電解質膜及び隣接するセル間を電気的に接続するインターコネクタが基体管上に形成される。その後、燃料極、固体電解質膜及びインターコネクタは、基体管とともに共焼結される。共焼結後の固体電解質膜上に空気極が形成され、更に焼結が行われる。

【0005】

円筒型のセルスタックのように長尺のセラミックス成形体を焼成する方法として、成形体を略鉛直に吊持して焼成を行う方法（特許文献１〜５）や、成形体を寝かせた状態で焼成を行う方法（特許文献５〜６）が検討されている。

【0006】

特許文献７は、固体酸化物燃料電池の燃料極の製造において、電気炉内の雰囲気を還元雰囲気として焼成を行うことを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−１６１５９６号公報

【特許文献2】特開平６−２６５２７７号公報

【特許文献3】特開２０００−２２６２６５号公報

【特許文献4】特開平１１−２５５５６５号公報

【特許文献5】特開２００４−１３１３１９号公報

【特許文献6】特開２００６−１５１７４９号公報

【特許文献7】特開平９−１１５５４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

電気炉を用いて長尺のセラミックス成形体などの大型のセラミックス成形体を焼成する場合、均質な焼結を可能にするには炉容積に限界があり量産性に劣る。また、焼成に大電力を要し、経済性に問題がある。

【0009】

ガス焼成炉を用いた焼成では、燃料を燃焼させて昇温用の燃焼ガスを生成し、燃焼ガスを炉内に供給してセラミックス成形体を加熱する。ガス焼成炉は大容量の炉を確保することができ、電気炉を用いた場合に比べて運転コストを大幅に低減することができるので有利である。しかしながら、ガス焼成炉を用いた場合、昇温用の高温の燃焼ガス成分（水蒸気等）がセラミックス内の成分と反応し、焼結不良やセラミックス成分の変質を引き起こす可能性がある。上記特許文献のように電気炉を用いて焼成を行うことが一般的であるために、ガス焼成炉を用いた場合のセラミックス変質と言った問題点については検討されてこなかった。

【0010】

本発明は、セラミックス成分の変質や劣化の発生を防止することができるガス焼成炉、及び、当該ガス焼成炉を用いたセラミックス成形体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】

本発明の第１の態様は、セラミックス成形体を収容する焼成室と、前記焼成室に焼成ガスを供給する焼成ガス流通路と、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させるバーナと、前記バーナで発生した前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス流通路と、前記焼成ガス流通路と前記燃焼ガス流通路との間に、前記燃焼ガスが蓄熱体を加熱し、加熱された前記蓄熱体が前記焼成ガスに熱を放出して前記焼成ガスを加熱する蓄熱式熱交換器とを備え、加熱された前記焼成ガスが前記焼成室に搬送されて、前記セラミックス成形体が焼成されるガス焼成炉である。

【0012】

本発明の第２の態様は、バーナで燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させ、前記燃焼ガスを燃焼ガス流通路に流通させる工程と、蓄熱式熱交換器を用いて、前記燃焼ガス流通路を流通する前記燃焼ガスと焼成ガス流通路を流通する焼成ガスとの間で熱交換させて前記焼成ガスを加熱する工程と、加熱された前記焼成ガスを、前記焼成ガス流通路を介してセラミックス成形体が収容された焼成室に搬送する工程と、前記焼成室内に加熱された前記焼成ガスを流通させて、前記セラミックス成形体を焼成させる工程とを含むセラミックス成形体の製造方法である。

【0013】

上記態様では、燃焼ガスと焼成ガスとが蓄熱式熱交換器を介して熱交換することによって焼成ガスが加熱され、この焼成ガスを用いてセラミックス成形体を加熱している。すなわち、セラミックス成形体が燃焼ガスに曝されることなく焼成を行うことができ、セラミックス成分の変質を防止することが可能である。

【0014】

第１の態様において、前記蓄熱式熱交換器のガス上流側の前記焼成ガス流通路に熱交換器を更に備え、前記熱交換器において、前記焼成室から排出された前記焼成ガスと前記焼成ガス流通路を流通する前記焼成ガスとが熱交換して、前記焼成ガス流通路を流通する前記焼成ガスが加熱された後、前記蓄熱式熱交換器に搬送されることが好ましい。

【0015】

第２の態様において、前記燃焼ガスとの熱交換により前記焼成ガスを加熱する前に、前記焼成室から排出した前記焼成ガスと前記焼成ガス流通路を流通する焼成ガスとの間で熱交換させて前記焼成ガスを加熱する工程を更に含むことが好ましい。

【0016】

焼成室から排出されたガスの廃熱を利用して焼成ガスを予熱しているため、所定温度まで焼成ガスを加熱するのに必要な燃焼ガス量が低減して、バーナに供給する燃料を削減できる。この結果、熱効率を向上させることができる。

【0017】

本発明の第３の態様は、セラミックス成形体を収容する焼成室と、前記焼成室に焼成ガスを供給する焼成ガス流通路と、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させるバーナと、前記焼成室の外側周囲に位置し、前記バーナの先端部が収容され、内部を前記燃焼ガスが流通する燃焼ガス流通部と、前記燃焼ガス流通部の外壁に設けられる複数の燃焼ガス排出口とを備え、前記焼成ガス流通路の壁及び前記焼成室の壁を介して前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換が行われて前記焼成ガスが加熱されて、加熱された前記焼成ガスが前記焼成室に搬送されて、前記セラミックス成形体が焼成されるガス焼成炉である。

【0018】

本発明の第４の態様は、バーナで燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成させ、前記燃焼ガスを燃焼ガス流通部に流通させる工程と、セラミックス成形体が収容された焼成室内に焼成ガスを流通させる工程と、前記焼成ガスの流通路の壁及び前記焼成室の壁を介して前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換させて前記焼成ガスを加熱し、加熱された前記焼成ガスを前記焼成室に搬送することにより、前記セラミックス成形体を焼成する工程とを含むセラミックス成形体の製造方法である。

【0019】

上記態様では、燃焼ガスと焼成ガスとが焼成室の壁を介して熱交換することによって焼成ガスが加熱され、この焼成ガスを用いてセラミックス成形体を加熱している。すなわち、セラミックス成形体が燃焼ガスに曝されることなく焼成を行うことができ、セラミックス成分の変質を防止することが可能である。

【0020】

第３の態様において、前記燃焼ガス流通部から排出された前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換を行う熱交換器を備え、前記熱交換器で加熱された前記焼成ガスが、前記焼成ガス流通路を通じて前記焼成室に搬送されることが好ましい。

【0021】

第４の態様において、前記燃焼ガス流通部から排出された前記燃焼ガスと前記焼成ガスとの間で熱交換させて、加熱された前記焼成ガスが前記焼成室に搬送されることが好ましい。

【0022】

このように、焼成室の壁を介した熱交換に使用された後の燃焼ガスの廃熱を利用して焼成ガスを予熱することにより、燃焼ガス量が低減し、バーナに供給する燃料を削減できる。この結果、熱効率を向上させることができる。

【0023】

第１の態様及び第３の態様において、前記焼成室が、前記セラミックス成形体のガス上流側及びガス下流側に整流板を備えることが好ましい。

【0024】

整流板を設けることにより、焼成室内のセラミックス成形体が収容される空間を流通する焼成ガス流の乱れを防止することができる。

【発明の効果】

【0025】

本発明のガス焼成炉は燃焼ガスとセラミックス成形体とが直接接触することなく焼成を行うことにより、燃焼ガスとセラミックスとの反応で成分の変質が発生することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。

【図2】図１のガス焼成炉における各ガスの流れを説明する概略図である。

【図3】第１実施形態に係るガス焼成炉の変形例である。

【図4】第２実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。

【図5】第３実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。

【図6】図５のガス焼成炉における各ガスの流れを説明する概略図である。

【図7】第４実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。

【図8】図７のガス焼成炉における各ガスの流れを説明する概略図である。

【図9】第５実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。

【図10】第６実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。

【図11】図１０のガス焼成炉における各ガスの流れを説明する概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明に係るガス焼成炉の実施形態を、図面を参照して説明する。以下では、セラミックス成形体として円筒型の燃料電池のセルスタック（長尺のセラミックス成形体）を焼成する場合を例に挙げて説明する。但し、本発明はセラミックス成形体の具体的形状に限定されない。例えば、平板状のセラミックス成形体の焼成にも本発明は適用可能である。

【0028】

円筒型の燃料電池のセルスタックは、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の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膜と空気極とが積層して形成されている。また、セルスタックは、基体管の外周面に形成された複数の燃料電池セルの内、基体管の軸方向において最も端に形成された燃料電池セルの空気極に、インターコネクタを介して電気的に接続されたリード膜を有する。

【0029】

基体管は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ_２（ＣＳＺ）、又はＹ_２Ｏ_３安定化ＺｒＯ₂（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ_２Ｏ_４である。この基体管は、燃料電池セルとインターコネクタとリード膜とを支持すると共に、基体管の内周面に供給される燃料ガスを基体管の細孔を介して基体管の外周面に形成される燃料極に拡散させるものである。

【0030】

燃料極は、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。

【0031】

固体電解質膜は、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。

【0032】

空気極は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ_３系酸化物、又はＬａＣｏＯ_３系酸化物で構成される。

【0033】

インターコネクタは、ＳｒＴｉＯ_３系などのＭ_１−ｘＬ_ｘＴｉＯ_３（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。

【0034】

上記セルスタックの製造は、まず、押出し成形法により形成された基体管上に、燃料極、固体電解質膜及びインターコネクタの各層が所定位置に形成され、共焼結される。共焼結後、基体管上の所定位置に空気極が形成され、更に焼結が行われる。すなわち、本発明のガス焼成炉は、基体管〜インターコネクタの共焼結時、及び、空気極の焼結時に用いられる。

【0035】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。ガス焼成炉１は、焼成室２と、焼成ガス流通路３と、燃焼ガス流通路５と、蓄熱式熱交換器６と、バーナ１０とを備える。

【0036】

ガス焼成炉１は複数のセラミックス成形体１１を内部に収容する焼成室２を備える。図１では長尺のセラミックス成形体１１が略垂直に吊下げられて保持される例が示されている。この場合、セラミックス成形体１１の上部には、セラミックス成形体１１を吊持する支持部（不図示）が設置される。支持部はガスが通過可能な間隙を有している。
なお、セラミックス成形体１１の収容方法は図１に限定されず、例えば略水平に寝かせて保持されていても良い。

【0037】

焼成室２の底部に焼成ガス流通路３が接続する。また、焼成室２の頂部に焼成ガス排出口４が設置される。

【0038】

図１のガス焼成炉１では、燃焼ガス流通路５が焼成ガス流通路３と平行に設けられ、燃焼ガス流通路５と焼成ガス流通路３との間に蓄熱式熱交換器６が設置される。
本実施形態において蓄熱式熱交換器６は回転型である。蓄熱式熱交換器６は、回転用シャフト７と、回転用シャフト７の周囲に設置される蓄熱体８とを有する。回転用シャフト７は燃焼ガス流通路５と焼成ガス流通路３とを隔離する隔壁９内に収容されている。回転用シャフト７には不図示のロータが取り付けられる。隔壁９により燃焼ガス流通路５及び焼成ガス流通路はそれぞれ気密に保持されている。蓄熱体８はムライト、コランダム等のセラミックス製である。回転用シャフト７の回転により、蓄熱体８が回転しながら燃焼ガス流通路５と焼成ガス流通路３とを通過する。

【0039】

燃焼ガス流通路５のガス上流側に、バーナ１０が設置される。バーナ１０に、燃料供給管（不図示）及び酸化剤供給管（不図示）が接続される。

【0040】

図１のガス焼成炉１を用いてセラミックス成形体を焼成して製造する方法を以下で説明する。図２は、図１のガス焼成炉１における各ガスの流れを説明する概略図である。

【0041】

バーナ１０に燃料及び酸化剤が供給される。燃料は例えば都市ガスであり、酸化剤は例えば酸素または空気である。バーナ１０が燃料を燃焼させて、燃焼ガスを生成させる。この燃焼ガスは水蒸気、二酸化炭素などを含む。燃焼ガスは、蓄熱式熱交換器６に向かって燃焼ガス流通路５内を流通する。

【0042】

ガス焼成炉１の系外から焼成ガス流通路３に焼成ガスが供給される。焼成ガスは、焼成温度においてセラミックス成形体の成分と反応性を有さないガスである。具体的に、焼成ガスは、窒素、空気などである。焼成時の焼成室内温度とセラミック成形体との反応性を考慮し、温度に応じて供給する焼成ガスの種類を変更しても良い。焼成ガスは、蓄熱式熱交換器６に向かって焼成ガス流通路３内を流通する。

【0043】

燃焼ガス及び焼成ガスはそれぞれ、蓄熱式熱交換器６の蓄熱体８を通過する。このとき、蓄熱体８の燃焼ガスが通過する部分は、燃焼ガスが保有する熱を受け取り加熱される。一方、蓄熱体８の焼成ガスが通過する部分は、蓄熱体８が保有する熱を焼成ガスに放出する。これにより、焼成ガスが加熱される。
ロータの作動により回転用シャフト７が軸中心に回転して蓄熱体８が回転する。蓄熱体８が回転することにより１つの蓄熱体８内で蓄熱及び放熱が交互に行われ、燃焼ガスが連続的に加熱される。焼成ガスが所望の温度に加熱されるように、燃焼ガスの温度、燃焼ガス及び焼成ガスの流量、蓄熱体８の回転速度などの諸条件が適宜設定される。

【0044】

図１では回転型の蓄熱式熱交換器を例に挙げて説明したが、別の蓄熱方式の熱交換器に置換されていても良い。

【0045】

加熱された焼成ガスは、焼成ガス流通路３を通って焼成室２に流入する。焼成ガスは焼成室２を上方に向かって流通しながら、セラミックス成形体１１を加熱する。セラミックス成形体１１が円筒型の燃料電池スタックセルである場合、セラミックス成形体１１は基体管〜インターコネクタの共焼結時に約１３５０℃〜１４５０℃に加熱される。また、空気極焼結時にはセラミックス成形体１１は約１１００℃〜１２５０℃に加熱される。焼成ガスは、焼成ガス排出口４から排出される。

【0046】

本実施形態では燃焼ガスとセラミックス成形体１１を接触させることなくセラミックス成形体１１が加熱されるため、セラミックス成形体１１の変質や劣化を防止することが可能である。

【0047】

図３は、第１実施形態に係るガス焼成炉の変形例である。図３の例では、バーナ１０、蓄熱式熱交換器６、燃焼ガス流通路５は図１と同じである。

【0048】

図３のガス焼成炉２０は、焼成室２２が焼成ガス室２１内に収容されている。図３のガス焼成炉２０では、焼成ガス流通路２３は蓄熱式熱交換器６と焼成ガス室２１との間で２つ分岐し、それぞれ焼成ガス室２１の下方に接続されている。焼成室２２の上方に焼成ガス供給口２６が設けられ、焼成室２２の底部に焼成ガス排出口２４が設けられる。焼成ガス排出口２４は焼成ガス室２１の下方に設置された焼成ガス排出路２５に繋がる。

【0049】

図３のガス焼成炉２０を用いてセラミックス成形体を焼成して製造する方法を以下で説明する。上述のように、蓄熱式熱交換器６での熱交換により、焼成ガスが加熱される。加熱された焼成ガスは焼成ガス流通路２３を通じて焼成ガス室２１に流入する。

【0050】

焼成ガスは、下方から上方に向かって焼成ガス室２１内を流通し、焼成ガス供給口２６から焼成室２２に流入する。その後、焼成ガスは上方から下方に向かって焼成室２２内を流通し、焼成ガス排出口２４を通って焼成ガス排出路２５に排出される。焼成ガス排出路２５を通過した焼成ガスは、ガス焼成炉２０の系外に排出される。

【0051】

図３のガス焼成炉２０によっても、燃焼ガスとセラミックス成形体１１との接触を防止することが可能である。

【0052】

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。図４において、図１と同じ構成には同じ符号を付す。
第２実施形態のガス焼成炉１０１は焼成室２内に、セラミックス成形体１１の焼成ガス上流側及び下流側に整流板１１０が設置される。整流板１１０は、複数の貫通孔が設けられるセラミックス製板である。なお、図３のガス焼成炉でも、整流板を設置することができる。

【0053】

整流板１１０を設けることにより、焼成室２内のセラミックス成形体１１が収容される空間を流通する焼成ガス流の乱れを防止することができる。

【0054】

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。図５において、図１と同じ構成には同じ符号を付す。

【0055】

第３実施形態のガス焼成炉２０１は、焼成ガス排出口４に排ガス流通路２１０が設置される。排ガス流通路２１０のガス下流側であって焼成ガス流通路３のガス上流側に、熱交換器２１１が設置される。
なお、図３，４に示されるガス焼成炉についても、図５と同様の熱交換器が設置されていても良い。

【0056】

図５のガス焼成炉２０１を用いてセラミックス成形体を焼成して製造する方法を以下で説明する。図６は、図５のガス焼成炉１における各ガスの流れを説明する概略図である。

【0057】

第１実施形態と同様に、蓄熱式熱交換器６において燃焼ガスと焼成ガスとの熱交換が行われる。熱交換後の燃焼ガスは、燃焼ガス流通路５を通り燃焼ガス排出口２０５からガス焼成炉２０１の系外に排出される。加熱された焼成ガスが焼成室２に搬送される。焼成ガスはセラミックス成形体１１を加熱した後、排ガスとして焼成ガス排出口４を通じて焼成室２から排出される。

【0058】

高温の排ガスは、排ガス流通路２１０を通じて熱交換器２１１に搬送される。熱交換器２１１において排ガスと焼成ガスとの間で熱交換が行われ、焼成ガスが加熱される。熱交換器２１１で加熱された焼成ガスが、蓄熱式熱交換器６に搬送される。熱交換後の排ガスは、排ガス流通路２１０を通ってガス焼成炉２０１の系外に排出される。

【0059】

本実施形態では焼成室から排出されたガスの廃熱を利用して焼成ガスを予熱しているため、所定温度まで焼成ガスを加熱するのに必要な燃焼ガス量を低減することができる。すなわち、バーナ１０に供給する燃料を削減することが可能である。

【0060】

［第４実施形態］
図７は、第４実施形態に係るガス焼成炉の概略図である。図７（ａ）は縦断面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面を上から見た図である。ガス焼成炉３０１は、焼成室３０２と、燃焼ガス室３０５と、焼成ガス流通路３０３と、バーナ３１０とを備える。
焼成室３０２内にセラミックス成形体１１が収容される。図７では図１と同様に長尺のセラミックス成形体１１が略垂直に吊下げられて保持される例が示されているが、略水平に寝かされて保持されていても良い。

【0061】

焼成室３０２の外側に燃焼ガス室３０５が配置される。少なくともセラミックス成形体１１が収容される位置に対応する焼成室３０２の外側周囲が燃焼ガス室３０５に囲まれる。

【0062】

燃焼ガス室３０５側壁の下方にバーナ３１０が設置される。図７（ｂ）では、燃焼ガス室３０５の四隅にバーナ３１０が設置され、バーナ３１０の先端はバーナ３１０が設置される燃焼ガス室３０５側壁の対向する面に向けられている。但し、本実施形態においてバーナ３１０の先端の方向は図７に限定されない。

【0063】

燃焼ガス室３０５の下部に燃焼ガス排出路３１２が設置される。燃焼ガス室３０５と燃焼ガス排出路３１２とは、燃焼ガス室３０５の底部に設けられた複数の燃焼ガス排出口３１３によって連通する。

【0064】

焼成ガス流通路３０３は、燃焼ガス排出路３１２及び燃焼ガス室３０５の底部を貫通し、焼成室３０２の底部に連結する。焼成室３０２の頂部に焼成ガス排出口３０４が設けられる。焼成ガス流通路のガス上流側にはブロワ―（不図示）が設置される。

【0065】

図７のガス燃焼炉を用いてセラミックス成形体１１を焼成して製造する方法を以下で説明する。図８は、図７のガス焼成炉３０１における各ガスの流れを説明する概略図である。

【0066】

バーナ３１０に燃料及び酸化剤が供給される。バーナ３１０が燃料を燃焼させて、燃焼ガスを生成させる。燃焼ガスは、燃焼ガス室３０５の側壁を伝って燃焼ガス室３０５の上部に向かって流通する。図７（ｂ）に示すようにバーナ３１０の先端を配置した場合には、燃焼ガスは時計回りの方向に旋回しながら燃焼ガス室３０５上部に向かって移動する。

【0067】

燃焼ガス室３０５の上部に滞留しているガスは、焼成室３０２の外壁に沿って燃焼ガス室３０５の下方に向かって流通し、燃焼ガス排出口３１３を通過して燃焼ガス排出路３１２に排出される。燃焼ガスは、燃焼ガス排出路３１２を通ってガス焼成炉３０１の系外に排出される。

【0068】

焼成ガス流通路３０３に設けられたブロワ―が作動され、焼成ガスが焼成ガス流通路３０３を通過して焼成室３０２内部に供給される。焼成ガスは、下方から上方に向かって焼成室３０２内を流通する。この時、焼成ガス流通路３０３の壁及び焼成室３０２の壁を介して焼成ガスと燃焼ガスとの熱交換が行われ、焼成ガスが加熱される。加熱された焼成ガスにより、セラミックス成形体１１が加熱されて焼成される。セラミックス成形体１１が円筒型の燃料電池スタックセルである場合、セラミックス成形体１１は基体管〜インターコネクタの共焼結時に約１３５０℃〜１４５０℃に加熱される。また、空気極焼結時にはセラミックス成形体１１は約１１００℃〜１２５０℃に加熱される。
セラミックス成形体１１を加熱した後の焼成ガスは、焼成ガス排出口３０４からガス焼成炉３０１の系外に排出される。

【0069】

本実施形態では、燃焼ガスにより間接的に加熱された焼成ガスを用いてセラミックス成形体１１を加熱している。従って、燃焼ガスとセラミックス成形体１１とは接触しないため、セラミックス成形体１１の変質や劣化を防止することが可能である。

【0070】

本実施形態の変形例では、焼成ガスは焼成室３０２頂部から供給され、焼成室３０２内部を下方に向かって流通し、焼成室３０２底部から排出される構成としても良い。

【0071】

［第５実施形態］
図９は、第５実施形態に係るガス焼成炉の縦断面概略図である。図９において、図７と同じ構成には同じ符号を付す。第５実施形態のガス焼成炉４０１は焼成室３０２内に、セラミックス成形体１１の焼成ガス上流側及び下流側に整流板４１０が設置される。整流板４１０は、複数の貫通孔が設けられるセラミックス製板である。
なお、図９ではバーナは図示されていないが、図７（ｂ）のように燃焼ガス室３０５下方の四隅に設けられる。

【0072】

整流板４１０を設けることにより、焼成室３０２内のセラミックス成形体１１が収容される空間を流通する焼成ガス流の乱れを防止することができる。

【0073】

［第６実施形態］
図１０は、第６実施形態に係るガス焼成炉の縦断面概略図である。図１０において、図７と同じ構成には同じ符号を付す。

【0074】

第６実施形態のガス焼成炉５０１は熱交換器５１０を備える。焼成ガス流通路３０３は、熱交換器５１０を通過して焼成室３０２に連結する。また、燃焼ガス排出路３１２に燃焼ガス排出配管５１１が連結される。燃焼ガス排出配管５１１は熱交換器５１０に接続する。
なお、図１０ではバーナは図示されていないが、図７（ｂ）のように燃焼ガス室３０５下方の四隅に設けられる。

【0075】

図１０のガス焼成炉５０１を用いてセラミックス成形体を焼成して製造する方法を以下で説明する。図１１は、図１０のガス焼成炉５０１における各ガスの流れを説明する概略図である。

【0076】

第４実施形態と同様に、バーナ３１０での燃焼により生成した燃焼ガスは、燃焼ガス室３０５内を流通し、燃焼ガス室３０５底部の燃焼ガス排出口３１３から燃焼ガス排出路３１２に送給される。燃焼ガス排出路３１２内の燃焼ガスは、燃焼ガス排出配管５１１を通じて燃焼ガス排出路３１２から排出され、熱交換器５１０に送給される。

【0077】

熱交換器５１０にガス焼成炉５０１の系外から焼成ガス流通路３０３を通じて焼成ガスが供給される。熱交換器５１０において、燃焼ガスと焼成ガスとの間で熱交換が行われ、焼成ガスが加熱される。熱交換後の燃焼ガスは、熱交換器５１０からガス焼成炉５０１系外に排出される。

【0078】

加熱された焼成ガスは、焼成ガス流通路３０３を通じて焼成室３０２に供給される。その後、第４実施形態と同様にして、焼成室３０２の壁を介して燃焼ガスと焼成ガスとの間で熱交換が行われ、焼成ガスが更に加熱される。加熱された焼成ガスにより、焼成室３０２内のセラミックス成形体１１が焼成される。

【0079】

本実施形態では燃焼ガス室３０５から排出された燃焼ガスの廃熱を利用して焼成ガスを予熱している。このため、所定温度まで焼成ガスを加熱するのに必要な燃焼ガス量を低減することができ、熱効率が向上する。すなわち、バーナ３１０に供給する燃料を削減することが可能である。

【符号の説明】

【0080】

１，２０，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ ガス焼成炉
２，２２，３０２ 焼成室
３，２３，３０３ 焼成ガス流通路
４，２４，３０４ 焼成ガス排出口
５ 燃焼ガス流通路
６ 蓄熱式熱交換器
７ 回転用シャフト
８ 蓄熱体
９ 隔壁
１０，３１０ バーナ
１１ セラミックス成形体
２１ 焼成ガス室
２６ 焼成ガス供給口
１１０，４１０ 整流板
２０５，３１３ 燃焼ガス排出口
２１０ 排ガス流通路
２１１，５１０ 熱交換器
３０５ 燃焼ガス室
３１２ 燃焼ガス排出路
５１１ 燃焼ガス排出配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】