(57)【要約】【課題】発電効率を十分に確保しつつ電気取り出し部の取付け作業性を格段に向上させた燃料電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】燃料電池は、燃料電池容器２００と、セル集合体１００と、陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部３１０，３２０と、を備え、セル集合体は、複数の燃料電池セルを電気的かつ構造的に接続して構成され、燃料電池容器は、セル集合体が収容配置されるセル集合体挿入側部分を一部に有し、各電極取り出し部は、セル集合体で発電した電気を燃料電池容器外部に取り出すようになっており、各電気取り出し部がそれぞれ一端にセル側取り出し部３１１，３２１を備えかつ他端に外部側取り出し部３１３，３２３を備えると共に各電気取り出し部の外部側取り出し部との接続部３２６，３２６を備え、各接続部が燃料電池容器のセル集合体挿入側部分に位置するようになっている。【選択図】図３
2010135183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に発電室が形成された燃料電池容器を備えた燃料電池において、
前記燃料電池は、燃料電池容器と、セル集合体と、陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部と、を備え、
前記セル集合体は、複数の燃料電池セルを電気的かつ構造的に接続して構成され、前記燃料電池容器は、前記セル集合体が収容配置されるセル集合体挿入側部分を一部に有し、前記陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部は、前記セル集合体によって発電した電気を当該セル集合体から前記燃料電池容器の外部に取り出すようになっており、
前記陽極側電気取り出し部と前記陰極側電気取り出し部が、それぞれ一方の端部にセル側取り出し部を備えかつ他方の端部に外部側取り出し部を備えると共に、前記各電気取り出し部の外部側取り出し部との接続部を備え、前記各接続部が前記燃料電池容器のセル集合体挿入側部分に位置するようになったことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記各セル側取り出し部のそれぞれが前記セル集合体の長手方向中央部に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記セル集合体挿入側部分にはセル集合体挿入口が備わり、前記各接続部はそれぞれ、前記セル集合体挿入口の同一側に位置することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記接続部において前記外部側取り出し部を前記電気取り出し部に対して着脱自在とすることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記外部側取り出し部は、ねじを介して前記電気取り出し部に対して着脱自在となっていることを特徴とする、請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
内部に発電室が形成された燃料電池容器と、セル集合体と、電気取り出し部と、を備えた燃料電池の製造方法において、
前記セル集合体は、複数の燃料電池セルを電気的かつ構造的に接続して構成され、前記燃料電池容器は、前記セル集合体が収容配置されるセル集合体挿入側部分を一部に有し、前記電気取り出し部は、前記セル集合体によって発電した電気を当該セル集合体から前記燃料電池容器の外部に取り出すようになっており、
セル集合体が収容配置されセル集合体挿入側部分を一部に有した燃料電池容器、前記燃料電池容器に収容されるセル集合体、及び前記セル集合体によって発電した電気を当該セル集合体から前記燃料電池容器の外部に取り出す電気取り出し部の前記セル集合体に沿って配置される一部を用意する第１の工程と、
前記電気取り出し部の一部を前記セル集合体に取り付ける第２の工程と、
前記電気取り出し部の一部が取り付けられたセル集合体を前記燃料電池容器に挿入して収容する第３の工程と、
前記電気取り出し部の一部と外部取り出し部とを前記燃料電池容器の前記セル集合体挿入側部分において接続する第４の工程と、を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば家庭で消費される電力を供給するために都市ガス等を利用して発電する燃料電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球温暖化対策の一環として発電効率に優れ環境に与える負荷の低減を図ることができる燃料電池の開発が進められている（例えば、特許文献１乃至３参照）。係る燃料電池は、都市ガスやプロパンガス等を改質し、水素リッチのガスとして酸素と反応させて発電する一種の発電装置である。このような燃料電池は、分散設置型の発電装置で、家屋や店舗、工場ごとに設置でき、電力供給ロスが少ないのでその開発ニーズが高まっている。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載の燃料電池は、同文献の段落（００１９）及び図１に示すように、電池容器５の高さ方向ほぼ中央の側壁からアノード電極２２が外部に導出され、電池容器５の側壁のアノード電極２２よりも高い位置からカソード電極２３が外部に導出されている。
【０００４】
一方、特許文献２に記載の燃料電池は、同文献の段落（００１３）、（００１４）及び図１に示すように、電池容器１３の高さ方向ほぼ中央の対向する側壁から陽極の電極と陰極の電極がそれぞれ外部に導出されている。
【０００５】
発電素子として細長い棒状の燃料電池セルを利用した一般的な燃料電池においては、燃料電池の設置状態で高さ方向を長手方向とする複数の燃料電池セルを互いに電気的に接続するように束ねて形成されたセル集合体が燃料電池容器内に収容されている。そして、燃料電池セルの編流の影響をなるべく受けずに安定した発電を効率良く行うために、燃料電池セルの長手方向ほぼ中央部から電気を取り出すのが好ましいとされている。
【０００６】
その結果、このような燃料電池は、一般的に電気取り出し部を容器の側壁の高さ方向ほぼ中央部から電気取り出し部取り出し孔を介して外部に導出する構成を有している。
【０００７】
また、特許文献３に記載の燃料電池は、 セルの電流密度を平準化でき、ヒートスポットに起因するクラック等を防止してセルの耐久性及び信頼性を向上するための構造を有している。
【特許文献１】特開平２００６−２６１０２５号公報
【特許文献２】特開２００７−１４１７６５号公報
【特許文献３】特開平１０−２４７５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
続いて、上述した特許文献１及び特許文献２に記載されたような、２つの電気取り出し部の少なくとも一方がセル集合体を収容する容器の側壁高さ方向ほぼ中央から取り出す構造を有する燃料電池の製造方法について説明する。
【０００９】
最初にこの燃料電池セルを互いに電気的に接続し構造的に束ねてセル集合体を形成する。この際の燃料電池の製造工程は、例えばステンレス鋼の板材からなる４枚の側板でセル集合体を囲む。この際、ロッド状の電気取り出し部をセル集合体に予め取付けておいて、このロッド状の電気取り出し部の外径よりも僅かに大きいロッド貫通孔を有する側板を、ロッド貫通孔にロッド状の電気取り出し部を挿通させながらセル集合体の電極取り出し部が形成された側面にあてる。そして、セル集合体の他の３つの側面にもそれぞれ側板をあてるとともに、側板のセル集合体底部側の縁部に底板をあて、これらの側板と底板との接触部を溶接して箱状の燃料電池容器とする。また、ロッド状の電気取り出し部とロッド貫通孔との間に形成された僅かな隙間を溶接によりシールする。
【００１０】
側板や底板を上述したようにセル集合体に取付けるので、側板の長手方向ほぼ中央部に設ける電気取り出し部のロッド貫通孔の直径は小さくて済む。従って、燃料電池完成後のこの部分のシール性は比較的良好となる。
【００１１】
このような工程を経て製造された燃料電池は、セル集合体の周りを側板や底板で囲った後にこれら側板や底板の接続部分を溶接することで作られた燃料電池容器を用いている。そのため、燃料電池の筐体を構成する燃料電池容器のシール性に関する試験は、燃料電池容器内にセル集合体が収容された状態で行われる。その結果、燃料電池のシール不良が一旦発見されると、燃料電池自体を全て分解してシール不良の箇所を調べ、シール不良の箇所が燃料電池容器にあることが判明した場合は、新たな側板や底板を用意し、セル集合体をこれらの側板や底板で再び囲み、各板同士の接続部を再度溶接して燃料電池容器を新たに作る必要がある。
【００１２】
即ち、この場合、セル集合体を収容する燃料電池容器を燃料電池製造工程における後工程で製造するようにしているために、燃料電池完成後のシール性の検査でシール不良とみなされると、燃料電池を再度製造しなければならなくなり、時間と労力をかなり必要とし、作業工数の無駄が大きくなる。
【００１３】
一方、上述のような工法でセル集合体を作る代わりに、上部が開口してセル集合体挿入側部分を有する予め箱体形状を備えた燃料電池容器にセル集合体挿入側部分からセル集合体を挿入収容する製造方法も考えられている。
【００１４】
この場合、燃料電池容器に収容される上述のセル集合体を予め箱体形状をなした燃料電池容器に挿入収容して、この燃料電池容器内にセル集合体が収容された状態において、燃料電池容器の所定の側面に予め形成したロッド貫通孔を介してセル集合体の電極にロッド状の電気取り出し部を取り付ける。この際、この取り付け作業においては両者を溶接やねじ締めにより接続固定するため、この接続固定作業に必要な溶接機器やねじ締め工具の先端部がロッド貫通孔と電極取り出し部との間の隙間に入り込んで電極取り出し部の基端部とセル集合体の電極との接続部まで達する程度の十分な隔間、即ちロッド貫通孔の内径を予め或る程度大きく形成しておかなければならない。
【００１５】
しかしながら、このような比較的大きな取付け孔を燃料電池容器の側板に設けたのでは、シールを必要とする沿面距離が長くなり、燃料電池を製造した後にこの部分のシール性低下の問題が新たに生じる。
【００１６】
本発明の目的は、燃料電池を製造するにあたって燃料電池容器のシール性をそれ自身単体で予め確認することができると共に、発電効率を十分に確保しつつ電気取り出し部の取付け作業性を格段に向上させた燃料電池及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明に係る燃料電池は、
内部に発電室が形成された燃料電池容器を備えた燃料電池において、
前記燃料電池は、燃料電池容器と、セル集合体と、陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部と、を備え、
前記セル集合体は、複数の燃料電池セルを電気的かつ構造的に接続して構成され、前記燃料電池容器は、前記セル集合体が収容配置されるセル集合体挿入側部分を一部に有し、前記陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部は、前記セル集合体によって発電した電気を当該セル集合体から前記燃料電池容器の外部に取り出すようになっており、
前記陽極側電気取り出し部と前記陰極側電気取り出し部が、それぞれ一方の端部にセル側取り出し部を備えかつ他方の端部に外部側取り出し部を備えると共に、前記各電気取り出し部の外部側取り出し部との接続部を備え、前記各接続部が前記燃料電池容器のセル集合体挿入側部分に位置するようになったことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、燃料電池を製造するにあたって燃料電池容器のシール性をそれ自身単体で予め確認することができると共に、発電効率を十分に確保しつつ電気取り出し部の取付け作業性を格段に向上させた燃料電池及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用及び効果について説明する。
【００２０】
本発明に係る燃料電池は、内部に発電室が形成された燃料電池容器を備えた燃料電池において、燃料電池は、燃料電池容器と、セル集合体と、陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部と、を備え、セル集合体は、複数の燃料電池セルを電気的かつ構造的に接続して構成され、燃料電池容器は、セル集合体が収容配置されるセル集合体挿入側部分を一部に有し、陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部は、セル集合体によって発電した電気を当該セル集合体から燃料電池容器の外部に取り出すようになっており、陽極側電気取り出し部と陰極側電気取り出し部が、それぞれ一方の端部にセル側取り出し部を備えかつ他方の端部に外部側取り出し部を備えると共に、各電気取り出し部の外部側取り出し部との接続部を備え、各接続部が燃料電池容器のセル集合体挿入側部分に位置するようになっている。
【００２１】
本発明に係る燃料電池によれば、従来の燃料電池とその製造時に生じる問題点を全て解決することができる。具体的には以下の通りとなる。
【００２２】
例えばセル集合体を用意し、その後の工程でこのセル集合体の周囲を４枚の側板で囲むと共に、これら側板の底辺に底板を当て、各板の連結部を溶接して上部が開口した箱状のセル集合体収容用の燃料電池容器を製造するタイプの燃料電池の場合、燃料電池完成後にシール検査を行うに際して、燃料電池のシール不良が一旦発見されると、燃料電池自体を全て分解してシール不良の箇所を調べる。そして、シール不良の箇所が燃料電池容器にあることが分かった場合、新たな側板や底板を用意し、セル集合体をこれらの側板や底板で囲み、各板同士の接続部を再度溶接して燃料電池容器を新たに作る必要がある。即ち、この場合、燃料電池を再度製造することになり、時間と労力をかなり必要とし、結果的に作業工数の無駄が大きくなる。
【００２３】
しかしながら、本発明に係る燃料電池の場合、燃料電池容器のみを予め製造してシール不良有無の検査を行い、その後にこの燃料電池容器のセル集合体挿入側部分からセル集合体を燃料電池容器内に挿入配置するようになっているので、上述のような作業工程上の無駄な工程を省くことができる。
【００２４】
一方、本発明に係る燃料電池の場合、上述のような工法でセル集合体を作る代わりに、上部が開口してセル集合体挿入側部分を有する予め箱体形状を備えた燃料電池容器にセル集合体挿入側部分からセル集合体を挿入収容する製造方法において生じる問題点も解決することができる。
【００２５】
具体的には、このような製造方法においては、燃料電池容器に収容される上述のセル集合体を予め箱体形状をなした燃料電池容器に挿入収容して、この燃料電池容器内にセル集合体が収容された状態において、燃料電池容器の所定の側面に予め形成したロッド貫通孔を介してセル集合体の電極にロッド状の電気取り出し部を取り付ける。この際、この取り付け作業においては両者を溶接やねじ締めにより接続固定するため、この接続固定作業に必要な溶接機器やねじ締め工具の先端部がロッド貫通孔と電極取り出し部との間の隙間に入り込んで電極取り出し部の基端部とセル集合体の電極との接続部まで達する程度の十分な隔間、即ちロッド貫通孔の内径を予め或る程度大きく形成しておかなければならない。この際、このような比較的大きな取付け孔を燃料電池容器の側板に設けたのでは、シールを必要とする沿面距離が長くなり、燃料電池を製造した後にこの部分のシール性低下の問題が新たに生じる。
【００２６】
しかしながら、本発明に係る燃料電池の場合、燃料電池容器は、セル集合体が収容配置されるセル集合体挿入側部分を一部に有し、陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部は、セル集合体によって発電した電気を当該セル集合体から燃料電池容器の外部に取り出すようになっている。そして、陽極側電気取り出し部と陰極側電気取り出し部が、それぞれ一方の端部にセル側取り出し部を備えかつ他方の端部に外部側取り出し部を備えると共に、各電気取り出し部の外部側取り出し部との接続部を備え、各接続部が燃料電池容器のセル集合体挿入側部分に位置するようになっている。このような構造を有することで、電気取り出し部の一部と外部取り出し部とを燃料電池容器のセル集合体挿入側部分において接続するようになっている。
【００２７】
これによって、予め製造しシール試験等を済ませた燃料電池容器に電気取り出し部の一部を備えたセル集合体を燃料電池容器のセル集合体挿入側部分から挿入収容した後、燃料電池に電気取り出し部の外部側取り出し部を各電気取り出し部の接続部に取り付ける際に、燃料電池容器のセル集合体挿入側部分から接続部まで作業者が手を入れてねじ等で両者を固定するだけで良い。その結果、上述の従来例のような比較的大きな取付け孔を燃料電池容器の側板に設ける必要がなく、燃料電池を製造した後にこのような部分のシール性低下の問題が生じることもない。
【００２８】
なお、本発明に係る燃料電池は、好ましくは各セル側取り出し部のそれぞれがセル集合体の長手方向中央部に接続されているのが良い。
【００２９】
各セル側取り出し部をセル集合体の中央部に接続することで、電流の偏流が生じ難い部分から電気を取り出すことができ、燃料電池の発電効率を高めることができる。
【００３０】
また、本発明に係る燃料電池は、好ましくはセル集合体挿入側部分にはセル集合体挿入口が備わり、各接続部がそれぞれ、セル集合体挿入口の同一側に位置するのが良い。
【００３１】
各接続部がそれぞれ、セル集合体挿入口の同一側に位置することで、作業者が同一の場所で各電気取り出し部の外部側取り出し部の接続作業を行うことができるようになり、作業効率が向上する。
【００３２】
また、本発明に係る燃料電池は、好ましくは接続部において外部側取り出し部を電気取り出し部に対して着脱自在となっているのが良い。特に、外部側取り出し部は、ねじを介して電気取り出し部に対して着脱自在となっているのが良い。
【００３３】
作業者がセル集合体を予め箱状に形成された燃料電池容器に作業者がそのセル集合体挿入側部分のセル集合体挿入口から挿入して電気取り出し部を取付ける際に、セル集合体挿入側部分のセル集合体挿入口から燃料電池内に手を少しだけ入れ、セル集合体挿入側部分に位置した接続部において例えばねじを締める簡単な作業を介して外部側取り出し部を電気取り出し部に取付けることができるので、燃料電池の組み付けを容易に行えるようにする。
【００３４】
また、作業者が、セル集合体挿入側部分のセル集合体挿入口から燃料電池内に手を少しだけ入れ、セル集合体挿入側部分に位置した接続部において例えばねじを緩めて各電気取り出し部から外部側取り出し部を外す作業を介してセル集合体の燃料電池容器からの取り出しを容易に行えるようにする。
【００３５】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池について図面に基づき説明する。なお、以下の説明にあたって、上下方向や高さ方向、幅方向等の用語については、燃料電池を実際に設置した状態を基準とした方向として示すものとする。
【００３６】
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した燃料電池の平面図である。また、図３は、図１に示した燃料電池の設置部分を示すと共に、燃料電池容器の一部側壁及びその周囲の断熱材を取り去って示した斜視図である。
【００３７】
本発明の一実施形態に係る燃料電池１０は、図１乃至図３に示すように、複数の燃料電池セル１１０（図４参照）を電気的かつ構造的に接続したセルユニット（セル集合体）１００と、セルユニット１００が収容配置されセルユニット挿入側部分を一部に有した燃料電池容器２００と、セルユニット１００によって発電した電気をセルユニット１００から燃料電池容器２００の外部に電気を取り出す陽極側電気取り出し部３１０及び陰極側電気取り出し部３２０とを備えている。
【００３８】
また、本発明の特徴点として陽極側電気取り出し部３１０と陰極側電気取り出し部３２０とが、陽極側電気取り出し延在部３１５及び陰極側電気取り出し延在部３２５のそれぞれ一方の端部にセル側取り出し部３１１，３２１を備えると共に、他方の端部に外部側取り出し部３１３，３２３を備えている。そして、各電気取り出し部３１０，３２０と外部側取り出し部３１３，３２３との間には両者を着脱可能に接続する接続部３１６，３２６を備え、燃料電池容器２００のセルユニット挿入側部分２１０に各接続部３１６，３２６が位置するようになっている（図３参照）。
【００３９】
以下、これらの各構成要素について詳細に説明する。図１乃至図３に示す燃料電池容器２００は、フェライト系ステンレス鋼でできた４枚の側板と、同じくフェライト系ステンレス鋼でできた１枚の底板の各縁部を溶接接合して作られており、上部が開口した箱体形状を有している。なお、各側板に形成されたリブ２０１は燃料電池作動時に発生する熱応力により燃料電池容器２００の変形を防ぐ役目を果たしている。
【００４０】
燃料電池容器２００の上部は後述するセルユニット挿入側部分２１０をなし、セルユニット挿入側部分２１０の上端がセルユニット挿入口２１１として開口している。
【００４１】
図１における手前側の側板のセルユニット挿入口２１１から約５０ｍｍ程度下方に後述する陽極側電気取り出し部３１０と陰極側電気取り出し部３２０のそれぞれの外部側取り出し部３１３，３２３を挿通収容するロッド挿通部２５２，２６２が所定間隔隔てて平行に突出形成されている。
【００４２】
４枚の側板の周囲は、図１に一部を示すシリカ系の断熱材２５５で覆われている。また、底板の四隅からはＬ字鋼をなす４本の支持脚２２１が下方に突出形成され（図３参照）、その下端部は平面部２２２をなし、それぞれ２つの燃料電池取付け孔２２２ａが形成されている。そして、底板の下部にも底板下面の大部分を覆うシリカ系の断熱材２５６が取付けられている。
【００４３】
燃料電池容器２００のセルユニット下端部と底板との間には、ここでは詳細には示さないが、燃料ガスを充填させる燃料ガス室が形成され、図２においてＴ字型をなすガス供給部２６１から燃料ガスが供給されるようになっている。なお、この燃料ガスは、都市ガス等を改質して得られる水素リッチの改質ガスである。
【００４４】
燃料ガス室の上面は、ここでは詳細には図示しない分散板が載せられている。分散板には、燃料電池容器２００に挿入収容される後述するセルユニット１００の隣接するセル間の隙間に対応する位置に大きめの燃料ガス供給孔が形成されると共に、それ以外の部分に小さめの燃料ガス供給孔が形成されている。そして、これらの燃料ガス供給孔を介してセルユニット１００の隣接するセル同士の隙間に燃料ガスを効率良く供給するようになっている。
【００４５】
図４は、図１に示した燃料電池のセルユニット１００を示す斜視図である。本実施形態では、一つのセルユニット１００に細長い燃料電池セル１１０（以下、単に「セル１１０」とする）が３本×６本の合計１８本、端面視マトリックス状に配置され、フレーム１２０で保持されることで各セル同士が電気的に接続されると共に、構造的に１つのセルユニット１００を構成している。
【００４６】
なお、これらのセル１１０は互いに電気的に直列接続され、一方の極がセルユニット１００の所定箇所から後述する一方のユニット集電板上の接続板（例えば図４における上側のユニット集電板１２８上の接続板１２７）に電気的に接続され、他方の極がセルユニット１００の所定箇所から後述する他方のユニット集電板上の接続板（例えば図４における下側のユニット集電板上の接続板）に電気的に接続されようになっている。
【００４７】
フレーム１２０は、図４に示すように各セルの両端を端面視マトリックス状に束ねて固定する保持板（保持板の一部をなす手前側の側板１２５，１２６のみ図示）と、保持板の図４中上下長手方向に延在する部分の外側に備わったユニット集電板（図４においては上側のユニット集電板１２８のみ図示）を備えている。ユニット集電板は、保持板のセル長手方向に延在する部分の外側であって保持板との間に絶縁材を介在させた状態で配置されているので、電気的に直列接続されたセル１１０の両端部のセルは、接続板を介してユニット集電板に電気的に接続されている。ユニット集電板と保持板は絶縁材を介してこれらと電気的に絶線された状態になっている。なお、導電部材からなる接続板１２７は、ユニット集電板の幅方向一方の端部において長手方向に延在形成され、接続板１２７（図２参照）を介して各セルユニット同士を電気的に直列に接続するようになっている。なお、このより詳細な具体的構成については後述する。
【００４８】
続いて、セルユニット１００を構成する個々のセル１１０の構造について説明する。セル１１０は、ここでは詳細には図示しないが、支持体を兼ねた細長い有底円筒体形状の空気極と、空気極の表面を覆う電解質と、電解質の表面を覆う燃料極とから構成されている。空気極は、ランタン（Ｌａ）とマンガン（Ｍｎ）の酸化物にストロンチウム（Ｓｒ）を含有した材質でできており、押出成形で作られている。また、空気極は、支持体を兼ねるために厚さ約２ｍｍ程度の細長い有底円筒体形状をなし、その下端部が徐々に縮径し、端面略Ｕ字状をなす底部が備わっている。
【００４９】
なお、空気極の上端開口部からは空気極の外径よりもかなり小さい外径を有する空気供給パイプが空気極の底部近傍まで挿通されるようになっている。これによって、空気極の内部に空気（酸素）を十分供給することができるようにしている。
【００５０】
電解質は、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）でできており、空気極の外側面をディッピングする（浸漬する）ことで形成されている。
【００５１】
燃料極は、金属のニッケル（Ｎｉ）にイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を混ぜてできており、電解質の形成後にテープ状の燃料極素材を巻き付けて焼成することで形成されている。
【００５２】
また、セル１１０の長手方向ほぼ中央部には、インターコネクタ（図５及び図８におけるインターコネクタ１１０ａ参照）が突出形成されている。インターコネクタは、ランタン（Ｌａ）とクロム（Ｃｒ）の酸化物にカルシウム（Ｃａ）を混ぜた材質でできており、空気極と導通し電解質及び燃料極とは非導通の状態でセル周方向外側に突出形成され、その先端面が隣接するセル１１０の燃料極にニッケルフォーム（図５及び図８におけるニッケルフォーム１１１ｂ参照）を介して電気的に接続されるようになっている。これによって、セルユニット内の全てのセル１１０を電気的に直列接続し、個々のセル１１０の発電量を総和した発電量がセルユニット単体の発電量となるようにしている。
【００５３】
係るセルユニット１００は上述した燃料電池容器２００のセルユニット挿入側部分２１０の上部に形成されたセルユニット挿入口２１１から挿入される。
【００５４】
本実施形態では、３つのセルユニット１００を並列に並べて１つのセルユニットブロック１００Ａとし、このセルユニットブロック１００Ａを合計４つ、セルユニット挿入口２１１から燃料電池容器内に挿入収容している。ここで、各セルユニット同士は上述した隣接するセルユニット１００のユニット集電板同士を幅が狭く細長の金属導体からなるユニット接続板１２９で電気的に接続することで、セルユニット同士が電気的に直列接続されており、４つのセルユニットブロック同士も上述のユニット接続板１２９よりも幅広でユニット接続板と同等の長さを有する金属導体からなる図示しないブロック接続板で電気的に接続することで、セルユニットブロック同士が電気的に直列接続されている。
【００５５】
この点についてより詳細に説明する。図５は、セルユニットの電気的な接続状態を概略的に説明する平面図である。図５から分かるように、セルユニット１００を構成する３×６個のセル１１０は、６個ずつ３列に並んで配置されている。そして、各列の６個のセル１１０は、インターコネクタ１１０ａ及び導電部材であるニッケルフォーム１１０ｂを介して直列接続されている。
【００５６】
図５における左側の２列のセル列は、同図面上の下端部においてフレーム内面の絶縁材１３１上に配置された導電部材からなる第１セル接続板１４１によって電気的に接続されている。また、図５における右側の２列のセル列は、同図面上の上端部においてフレーム内面の絶縁材１３２上に配置された導電部材からなる第２セル接続板１４２によって電気的に接続されている。また、図５における最も左側のセル列の上端は、電気取り出し用の２つの断面角型Ｃ字状の切起こし部を長手方向所定間隔で設けた２つの接続板１２７によってフレーム１２０の外側に配置されるユニット集電板１２８に電気的に接続している。
【００５７】
フレーム１２０は、ここでは図示しない絶縁材を介してユニット集電板１２８及び接続板１２７と電気的に独立している。そして、接続板１２７のユニット集電板側端面は、図５では接続板１５１としてその一部を示す導電板を介して、図中左側の側方に隣接するここでは図示しない別のセルユニット１００の接続板のユニット集電板側端面に電気的に接続している。
【００５８】
また、図５における最も右側のセル列の下端も、電気取り出し用の２つの断面角型Ｃ字状の切起こし部を長手方向所定間隔で設けた接続板１３７によってフレーム１２０の外側に配置されるユニット集電板１３８に電気的に接続している。
【００５９】
フレーム１２０は、ここでは図示しないを絶縁材を介してユニット集電板１３８及び接続板１３７と電気的に独立している。そして、接続板１３７のユニット集電板側端面は、図５に一部を示す接続板１５２としてその一部を示す導電板を介して、図中右側の側方に隣接するここでは図示しない別のセルユニットの電気取り出し接続板のユニット集電板側端面に電気的に接続している。
【００６０】
本実施形態に係るセルユニット１００がこのような構成を有することによって、セルユニット１００に含まれる３×６個のセルが直列接続され、かつ本実施形態において接続板（１５１，１５２他）を介して３つのセルユニット１００が直列接続され、更にはより幅広の接続板を介して隣接する３つのセルユニット１００を構成する４つのセルユニットブロック１００Ａを互いに電気的に直列接続するようになっている。
【００６１】
その結果、全てのセル１１０が電気的に全て直列接続されている。また、セルユニット側の電気取り出し部は、図２における下側に示す２つのセルユニットブロック１００Ａの長手方向中央部において燃料電池容器２００の内周面とそれぞれ対向するように形成された燃料電池１０の陰極側電極となるユニット集電板及び陽極側電極となるユニット集電板に電気的に接続されている。
【００６２】
なお、セルユニットブロック同士の間には厚さが厚く長さが各セルユニットに対応した長さを有する絶縁材４１１，４１２が介装され、ブロック接続板を除いて各セルユニットブロック同士を絶縁している。
【００６３】
また、図２に示す上下のユニット接続板１２９と後述する押圧部材４２０との間には、幅が狭く長さが各セルユニット１００に対応した長さを有する絶縁材４１３が介装され、ユニット接続板１２９と押圧部材４２０との間の絶縁を確保している。
【００６４】
また、図２に示すセルユニット両側面と燃料電池容器２００の左右内壁面との間には、以下に説明する押圧部材４２０と共に、燃料電池容器内に挿入収容される絶縁板４１４が介装されている。絶縁板４１４は、セルユニット側がフェルト状のアルミナからなる絶縁部材で押圧部材側が金属板から構成されている。
【００６５】
セルユニットブロック１００Ａの周囲に介装された絶縁材４１３及び絶縁板４１４と燃料電池容器内壁面との間には複数の押圧部材４２０が介装されている。この押圧部材４２０は、弾力性を有するフェルト状のアルミナ等の絶縁材を金属板で挟み込んだサンドイッチ構造を有し、燃料電池容器内に押圧部材４２０を抜き差しするための取っ手が上部に備わっている。そして、押圧部材４２０をこのように燃料電池容器内に介装することで、各押圧部材４２０の弾性反発力が各セルユニット周囲に作用し、その結果、各セルユニット内に直列接続されたセル間の電気的導通を確実なものとするようになっている。
【００６６】
続いて、本発明の特徴的部分である電気取り出し部３１０（３２０）について説明する。図６は、セルユニット１００を３つ電気的に直列接続したセルユニットブロック１００Ａと、このセルユニットブロック１００Ａに取付けられる電気取り出し部３１０（３２０）及び端部集電板３３２（３４２）を互いに離した状態で示す斜視図である。また、図７は、図６に示したセルユニットブロック１００Ａに電気取り出し部３１０（３２０）及び端部集電板３３２（３４２）を固定した状態を示す斜視図である。また、図８は、図７の電気取り出し部３１０（３２０）及び端部集電板３３２（３４２）をセルユニット１００に固定した部分に対応する構成を拡大して示す平面図である。また、図９は、図８におけるＢ−Ｂ’断面図である。また、図１０は、図３に示した燃料電池１０を図３の左側から平面視幅方向に沿って示した断面図である。また、図１１は、燃料電池の電気取り出し部３１０（３２０）の取り出し側端部を組み付けた状態で示す斜視図（図１１（ａ））、及びこれを分解して示す斜視図（図１１（ｂ））である。
【００６７】
電気取り出し部３１０（３２０）は、上述したように陽極側電気取り出し部３１０と陰極側電気取り出し部３２０の２つから構成され、陽極側電気取り出し部３１０は、後述する支持板３３１（３４１）で支持された端部集電板３３２（３４２）を介してセルユニットブロック１００Ａの陽極側電極をなすユニット集電板１２８に電気的に接続され、陰極側電気取り出し部３２０は、上述したセルユニットブロック１００Ａと隣接するセルユニットブロック１００Ａの陰極側電極（ここでは図示せず）に下端部が電気的に接続されるようになっている（図７参照）。
【００６８】
なお、陽極側電気取り出し部３１０と陰極側電気取り出し部３２０の形状は同一であるので、構造上共通する電気取り出し部３１０（３２０）として以下にその構造を説明する。
【００６９】
電気取り出し部３１０（３２０）は、一方の端部（燃料電池設置状態における下端部）にセル側取り出し部３１１（３２１）を備えると共に（図９参照）、他方の端部（燃料電池設置状態における上端部）にロッド状をなす外部側取り出し部３１３（３２３）を備えている（図６及び図７参照）。また、電気取り出し部３１０（３２０）のセル側取り出し部３１１（３２１）と外部側取出し部３１３（３２３）との間は電気取り出し延在部３１５（３２５）となっている（図９参照）。
【００７０】
そして、電気取り出し部３１０（３２０）の一部でありロッド状をなす外部側取り出し部３１３（３２３）と電気取り出し延在部３１５（３２５）との間には外部側取り出し部３１３（３２３）を電気取り出し延在部３１５（３２５）に対して着脱可能に接続する接続部３１６（３２６）が備わっている（図１１参照）。この接続部３１６（３２６）は、燃料電池容器２００のセルユニット挿入側部分２１０の上部に形成されたセルユニット挿入口２１１から下方に約５０ｍｍ下がった燃料電池容器内に位置するようになっている。即ち、電気取り出し部３１０（３２０）はセルユニット１００の長手方向中央部に接続されたセル側取り出し部３１１（３２１）から電気取り出し延在部３１５（３２５）が端部集電板３３２（３４２）、即ちセルユニット１００のユニット集電板１２８に沿って上方に延在し、その上端に備わった接続部３１６（３２６）がセルユニット挿入口２１１から下方に約５０ｍｍ下がった所に位置するようになっている。
【００７１】
また、電気取り出し延在部３１５（３２５）の下端に備わったセル側取り出し部３１１（３２１）は、端部集電板３３２（３４２）の長手方向略中央部にそれぞれ位置する図６では陽極側電極をなすユニット集電板１２８に端部集電板３３２を介して接続されている。これによって、電流の偏流が生じ難い部分から電気を取り出すことができ、燃料電池１０の発電効率を高めている。
【００７２】
この点についてより詳細に説明する。なお、図６及び図７においてはロッド状の外部取り出し部３１３（３２３）は燃料電池組み立て工程の最終工程で電気取り出し部３１０（３２０）との接続部３１６（３２６）に取付けられるので、二点鎖線で示している。
【００７３】
図６及び図７から分かるように、電気取り出し部３１０（３２０）は、図中裏側面に支持板３３１（３４１）で支持された端部集電板３３２（３４２）にネジ止めされている。
【００７４】
端部集電板３３２（３４２）は、図６及び図７に示すように、支持板３３１（３４１）よりも長手方向の長さが短く、かつ電気取り出し部取付け側と反対側の長手方向側縁部から多数のスリット３３２ａ（３４２ａ）が延在形成されている。このスリット３３２ａ（３４２ａ）は端部集電板３３２（３４２）の図７、図８中左側側縁部の板幅が電気取り出し部３１５（３２５）の下端部から離れるに従って広くなり、電気取り出し部３１５（３２５）の下端部に向かうに従って板幅が徐々に狭まるように形成され、偏流防止の役目を果たしている。
【００７５】
図８は、図７の電気取り出し部３１０（３２０）をセルユニット１００に固定した部分の構成を拡大して示す平面図である。また、図９は、図８におけるＢ-Ｂ断面図である。
【００７６】
本実施形態の電気取り出し部３１０（３２０）の電気取り出し延在部３１５（３２５）とセルユニット１００のセル１１０との電気的及び構造的接続関係については、図８及び図９において明らかになっている。具体的には、図８及び図９に示すように、電気取り出し延在部３１５（３２５）の下端には図９に明確に示すようにニッケルフォームからなるセル側電気取り出し部３１１（３２１）が備わり、セル側電気取り出し部３１１（３２１）は上述した偏流防止機能を備えた端部集電板３３２（３４２）の一方の面と電気的かつ構造的に接続している。また、端部集電板３３２（３４２）の他方の面は、ニッケルフォームからなる導電材４５１（４６１）を介してセルユニット１００のユニット集電板１２８（１３８）と電気的かつ構造的に接続している。また、図９に示すように、セル側電気取り出し部３１１（３２１）は電気取り出し延在部３１５（３２５）の下端に備わり、それ以外の電気取り出し延在部３１５（３２５）と端部集電板３３２（３４２）の一方の面との間は絶縁材４３１（４４１）を介して絶縁されている。また、端部集電板３３２（３４２）の他方の面とセルユニット１００のユニット集電板１２８（１３８）との間は導電材４５１（４６１）及び接続板１２７（１３７）を介してフレーム１２０とは電気的に独立してセルユニット１００のユニット集電板１２８（１３８）及び図８中左上のセル１１０と電気的に接続している。
【００７７】
なお、電気取り出し部３１０（３２０）の接続部３１６（３２６）は、両者ともセルユニット挿入口２１１の同一側に位置している。これによって、作業者が作業場所を変えることなく各電気取り出し部３１０（３２０）の外部側取り出し部３１３（３２３）と電気取り出し延在部３１５（３２５）の接続作業を接続部３１６（３２６）において行うことができ、接続作業が行い易くなる。
【００７８】
また、電気取り出し部３１０（３２０）の外部側取り出し部３１３（３２３）は、電気取り出し延在部３１５（３２５）の図１１に示す上端折曲部３１５ａ（３２５ａ）の上下面に固定された上側固定板３１８（３２８）と下側固定板３１９（３２９）の各一方の端部間に挟まり、ねじ（ここでは図示せず）を介して着脱自在に取付けられている。
【００７９】
電気取り出し部３１０（３２０）が以上の構成を有することによって、予め箱状に作られた燃料電池容器２００にセルユニット挿入側部分２１０のセルユニット挿入口２１１から作業者がセルユニット１００を挿入して外部側取り出し部３１３（３２３）を電気取り出し延在部３１５（３２５）に取付ける際に、セルユニット挿入側部分２１０のセルユニット挿入口２１１から手を少しだけ入れ、セルユニット挿入側部分２１０に位置した接続部３１６（３２６）において外部側取り出し部３１３（３２３）を電気取り出し延在部３１５（３２５）に取付けることができるので、燃料電池１０の組み付けが容易に行えるようになる。
【００８０】
また、セルユニット１００の燃料電池容器２００からの取り出し時にも、作業者がセルユニット挿入側部分２１０のセルユニット挿入口２１１から手を少しだけ入れ、燃料電池容器内のセルユニット挿入側部分２１０に位置した接続部３１６（３２６）において外部側取り出し部３１３（３２３）を電気取り出し延在部３１５（３２５）から外すことができるので、セルユニット１００の取り出しを容易に行えるようになる。
【００８１】
続いて、上述した燃料電池１０の製造方法を図１２及び図１３に基づいて概略的に説明する。燃料電池１０を製造するに当たって、最初にセルユニット１００を収容配置するためのセルユニット挿入側部分２１０を一部に有した燃料電池容器２００（図１２（ａ）参照）、及びセルユニット１００に沿って配置される電気取り出し部３１０（３２０）の一部をなす電気取り出し延在部３１５（３２５）を用意する（第１の工程）。この際、実際には下端部にセル側取り出し部３１１（３２１）を備えた電気取り出し延在部３１５（３２５）を支持板３３１（３４１）で支持された端部集電板３３２（３４２）にねじ締め等で固定しておく。
【００８２】
次いで、電気取り出し部３１０（３２０）の一部をセルユニット１００に取り付ける（第２の工程）。この際、実際には電気取り出し部３１０（３２０）が取付けられ、支持板３３１（３４１）で支持された端部集電板３３２（３４２）をセルユニット１００のユニット集電板１２８（１３８）の電極をなす部分にねじ締め等で取り付ける。
【００８３】
次いで、セルユニット１００及びこれに取付けられた電気取り出し部３１０（３２０）の一部である電気取り出し延在部３１５（３２５）及びその下端部に備わったセル側取り出し部３１１（３１２）と電気的に接続した上述の端部集電板３３２（３４２）をセルユニット挿入側部分２１０のセルユニット挿入口２１１から燃料電池容器内に挿入収容する（第３の工程）。
【００８４】
これによって、電気取り出し延在部３１５（３２５）の外部側取り出し部３１３（３２３）との接続部３１６（３２６）が燃料電池容器２００のセルユニット挿入側部分２１０、具体的にはセルユニット挿入側部分２１０の上部にあるセルユニット挿入口２１１から燃料電池容器２００の内側下方に約５０ｍｍｍ程度の場所に位置する。
【００８５】
なお、この際、上述したセルユニット１００を纏めたセルユニットブロック１００Ａごとに燃料電池容器内に挿入しても良い。これと同時に、セルユニット同士の間に挟まれる絶縁材４１１，４１２を燃料電池容器内に挿入収容する。
【００８６】
次いで、セルユニット１００によって発電した電気をセルユニット１００から燃料電池容器２００の外部に取り出すロッド状の外部側取り出し部３１３（３２３）を燃料電池外側壁上部に設けた電気取り出し部取付け用孔２５２ａ，２６２ａから燃料電池容器内に挿入する（第４の工程）。
【００８７】
次いで、接続部３１６（３２６）において外部側取り出し部３１３（３２３）を電気取り出し延在部３１５（３２５）にねじを介して接続すると共に、押圧部材４２０を燃料電池容器２００のセルユニット挿入口２１１から挿入して燃料電池容器内壁とセルユニット間の所定位置に押圧部材４２０を介装させる。この際、押圧部材４２０のセルユニット側にアルミナのフェルト状をなす絶縁材に金属板をあてた絶縁板４１４（図１３では図示せず）と共に押圧部材４２０を燃料電池内部に収容し、燃料電池１０の製造作業を完了する（第５の工程）。
【００８８】
このような製造工程を経ることで、燃料電池製造作業の効率を格段に向上させることができる。具体的には、燃料電池容器２００に電気取り出し部３１０（３２０）の外部側取り出し部３１３（３２３）を取り付ける際に、燃料電池容器２００のセルユニット挿入口２１１から約５０ｍｍ程度下方に位置する接続部３１６（３２６）まで作業者が手を入れてねじ等で両者を固定するだけで良い。また、セルユニット１００を燃料電池容器２００から取り外す際にも、燃料電池容器２００のセルユニット挿入口２１１から約５０ｍｍほど下に位置する接続部３１６（３２６）まで作業者が手を入れてねじ等を緩めて外部側取り出し部３１３（３２３）を電気取り出し延在部３１５（３２５）から取り外すだけで良い。
【００８９】
しかも、本発明に係る燃料電池によると、セル集合体の周囲を側板や底板で囲ってこれらを溶接する場合に従来問題となっていたシール不良に伴う燃料電池容器の分解及び再組立を行う必要がなく、予め箱体形状をなす燃料電池容器を用いた場合に電気取り出し部の取り付けに必要なシール性が低下する大きめな取付け孔を燃料電池容器の側壁に穿設する必要がない。
【００９０】
なお、上述した実施形態における各構成要素の材質、寸法、個数はあくまで一例として示したもので示したものであり、これらは本発明を逸脱しない範囲で上述した実施形態とは異なる材質、寸法、個数とすることができることは言うまでもない。
【００９１】
また、上述の実施形態ではセルを複数本電気的かつ構造的に束ねたセルユニットを燃料電池容器に挿入する場合について説明したが、従来技術で説明した複数のセルを束ねた状態で加熱して電気的かつ構造的に接続したセル集合体を本発明の燃料電池容器に収容する場合にも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。
【図２】図１に示した燃料電池の平面図である。
【図３】図１に示した燃料電池の設置部分を示すと共に、燃料電池容器の側板の一部及びその周囲の断熱材を取り去って示した斜視図である。
【図４】図１に示した燃料電池のセルユニットを示す斜視図である。
【図５】セルユニットの電気的な接続状態を概略的に説明する平面図である。
【図６】セルユニットを３つ電気的に直列接続したセルユニットブロックと、このセルユニットブロックに取付けられる電気取り出し部の一部及び端部集電板を互いに離した状態で示す斜視図である。
【図７】図６に示したセルユニットブロックに電気取り出し部の一部及び端部集電板を固定した状態を示す斜視図である。
【図８】図７の電気取り出し部をセルユニットに固定した部分に対応する構成を拡大して示す平面図である。
【図９】図８におけるＢ−Ｂ’断面図である。
【図１０】図３に示した燃料電池を図３の左側から平面視幅方向に沿って示した断面図である。
【図１１】燃料電池の電気取り出し部の取り出し側端部を組み付けた状態で示す斜視図（図１１（ａ））、及びこれを分解して示す斜視図（図１１（ｂ））である。
【図１２】燃料電池の組み付け手順を示す工程図である。
【図１３】図１２に続いて燃料電池の組み付け手順を示す工程図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０    燃料電池
１００    セルユニット（セル集合体）
１１０    （燃料電池）セル
１００Ａ    セルユニットブロック
１１０ａ    インターコネクタ
１１０ｂ    ニッケルフォーム
１２０    フレーム
１２５，１２６    側板
１２７    接続板
１２８    ユニット集電板
１２９    ユニット接続板
１３１，１３２    絶縁材
１３７    接続板
１３８    ユニット集電板
１４１    第１セル接続板
１４２    第２セル接続板
１５１，１５２    接続板
２００    燃料電池容器
２０１    リブ
２１０    セルユニット挿入側部分
２１１    セルユニット挿入口
２２１    支持脚
２２２    平面部
２２２ａ    燃料電池取付け用孔
２５２    ロッド挿通部
２５２ａ    電気取り出し部取付け用孔
２５５，２５６    断熱材
２６１    ガス供給部
２６２    ロッド挿通部
２６２ａ    電気取り出し部取付け孔
３１０    （陽極側）電気取り出し部
３１１    セル側取り出し部
３１３    外部側取り出し部
３１５    （陽極側）電気取り出し延在部
３１５ａ    上端折曲部
３１６    接続部
３１８    上側固定板
３１９    下側固定板
３２０    （陰極側）電気取り出し部
３２１    セル側取り出し部
３２３    外部側取り出し部
３２５    （陰極側）電気取り出し延在部
３２５ａ    上端折曲部
３２５ｂ    側方延在部
３２６    接続部
３２８    上側固定板
３２９    下側固定板
３３１    支持板
３３２    端部集電板
３３２ａ    スリット
３４１    支持板
３４２    端部集電板
３４２ａ    スリット
４１１，４１２，４１３    絶縁材
４１４    絶縁板
４２０    押圧部材
４３１，４４１    絶縁材
４５１（４６１）    導電材
【図１】
2010135183.tif 000003
【図２】
2010135183.tif 000004
【図３】
2010135183.tif 000005
【図４】
2010135183.tif 000006
【図５】
2010135183.tif 000007
【図６】
2010135183.tif 000008
【図７】
2010135183.tif 000009
【図８】
2010135183.tif 000010
【図９】
2010135183.tif 000011
【図１０】
2010135183.tif 000012
【図１１】
2010135183.tif 000013
【図１２】
2010135183.tif 000014
【図１３】
2010135183.tif 000015