(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃料電池セルと、
この第１の燃料電池セルに隣接して配置された第２の燃料電池セルと、
これらの第１の燃料電池セルと第２の燃料電池セルを電気的に接続する集電体と、を備え、
上記第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルは、ぞれぞれ、上下方向に延びる管状構造体であり、且つ、内部に第１ガスが上下方向に流れる第１電極と、外部に第２ガスが上下方向に流れ第１電極と異なる極性の第２電極と、これらの第１電極と第２電極の間に配置された電解質と、により発電を行なう発電部を備え、
上記第２の燃料電池セルは、その上端側に設けられ第１電極と電気的に接続された第１電極端子と、その下端側に設けられ第１電極と電気的に接続された第２電極端子と、を備え、
上記集電体は、上記第１の燃料電池セルの発電部において発生した電流を上記第１の燃料電池セルの第２電極から上記第２の燃料電池セルの上記第１電極端子へ分配して流す第１集電体と、上記第１の燃料電池セルの発電部において発生した電流を上記第１の燃料電池セルの第２電極から上記第２の燃料電池セルの上記第２電極端子へ分配して流す第２集電体とにより構成され、
これらの第１集電体及び第２集電体は電気的に独立していることを特徴とする燃料電池セル集合体。
【請求項２】
上記第１集電体及び第２集電体は、上記第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルを支持するために必要な所定の剛性を有する機械的集電体である請求項１に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項３】
上記第１集電体及び第２集電体は、上記第１の燃料電池セルの外部において上下方向に離間して配置されている請求項２に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項４】
上記第１集電体及び第２集電体は、上記第１の燃料電池セルの外部の長手方向の中心から互いに離れるように配置されている請求項３に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項５】
上記第１集電体及び第２集電体は、上記第１の燃料電池セルの外部の長手方向の中心から最も離れた両端部にそれぞれ配置されている請求項３に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項６】
上記第１集電体は、上記第１の燃料電池セルの第２電極の上端部から上記第２の燃料電池セルの第１電極端子にかけて上方に傾斜する傾斜部を備え、上記第２集電体は、上記第１の燃料電池セルの第２電極の下端部から上記第２の燃料電池セルの第２電極端子にかけて下方に傾斜する傾斜部を備えている請求項５に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項７】
上記第１集電体及び第２集電体の傾斜部は、それぞれ、弾性変形し易い段部を備えている請求項６に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項８】
上記第１集電体及び第２集電体の傾斜部は、それぞれ、上記第１の燃料電池セルの長手方向の中心に向けて凸形状のＲ形状部を備えている請求項６に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項９】
上記第１集電体及び第２集電体の傾斜部は、それぞれ、上記第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルの上面視において、第１の燃料電池セルの中心と第２の燃料電池セルの中心とを結ぶ線と平行な線に沿った最短距離で接続するように構成されている請求項６に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１０】
上記第１集電体及び第２集電体は、それぞれ、第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子の少なくとも一部と接触するキャップ部を備えている請求項５に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１１】
上記第１集電体及び第２集電体は、それぞれ、上記第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子を上下方向から挟む挟み面部を備えている請求項５に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１２】
上記第１集電体及び第２集電体の挟み面部は、それぞれ、上記第２の燃料電池セルの長手方向のばらつきを吸収する導電性のクッション材であるばらつき吸収部を備えている請求項１１に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１３】
上記第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子は、それぞれ、筒状部分を備え、上記第１集電体及び第２集電体の挟み面部が、その一部を開放して上記筒状部分を収納する長孔を有する係止部を備えている請求項１１に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１４】
上記第１集電体及び第２集電体は、第１の燃料電池セルの長手方向に沿った中央外周部において電気的に接続されている請求項５に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１５】
更に、上記第１の燃料電池セルの第２電極の外側に設けられた多孔質の導電性の集電膜を有し、この集電膜に上記第１集電体及び第２集電体が電気的に接続されている請求項５に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１６】
上記第１集電体及び第２集電体の第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルへのそれぞれの取付部に、隣接する他の燃料電池セルの長手方向に沿った同じ位置に配置された他の集電体の取付部と互いに接触せず且つ他の集電体から所定の距離だけ離れるように、切欠部が形成されている請求項５に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１７】
上記第１集電体及び第２集電体の第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルへのそれぞれの取付部は、燃料電池セルの長手方向に直交する方向に延びる第１の把持部とこの第１把持部と対向する第２把持部を備え、第１把持部に上記切欠部を形成する２つの突出部が形成され、第２把持部に第１把持部の上記切欠部の燃料電池セルの長手方向位置に対応した位置に１つの突出部が形成されている請求項１６に記載の燃料電池セル集合体。
【請求項１８】
請求項１乃至１７に記載された燃料電池セル集合体を備えた燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル集合体、及び、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体電解質型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付け、一方の側に燃料ガスを供給し、他方の側に空気を供給して、比較的高温で発電反応を生じさせて発電を行う燃料電池である。【０００３】
この種の燃料電池では、単一の燃料電池セル（単セル）では、得られる電力が少ないので、特許文献１〜３に示すように、複数の燃料電池セルを平行に並べて、集電部材により電気的に直列に接続して必要な電力を得るようにしている。【０００４】
特許文献１には、円筒状に形成された固体電解質の内周面に空気電極（＋極）が、また外周面には燃料電極（−極）が形成され、内周側の空気電極が端部において固体電解質から筒状に延出されている燃料電池セル（単セル）が開示されている。この特許文献１の燃料電池では、複数の燃料電池セル（単セル）をハウジング内に平行に並べ、ハウジング内部に供給する燃料ガスが外部に漏れないように、ハウジングの開放された部分をガスで機密にシールしている。各単セルの外周面には集電体が取り付けられ、この集電体の端部が、一方の空気電極側でガラスから機密に延出して、接続用集電部材を介して隣接する単セルの空気電極に接続されている。特許文献１の燃料電池では、このようにして複数の単セルを直列に接続してスタック化して固体電解質型燃料電池を構成している。【０００５】
特許文献２には、円筒状に形成された固体電解質の内周面に燃料電極（−極）が、また外周面には空気電極（＋極）が形成され、一端には燃料電極と接続された内側電極（−極）と、他端には空気電極と接続された外側電極（＋極）が形成された燃料電池セル（単セル）が開示されている。この特許文献１の固体電解質型燃料電池では、５×４列からなる２０本の単セルの全てが直列に接続されるように配置されている。具体的には、複数の単セルが交互に逆方向に並べられ、複数の単セルの両端部が支持板により位置決めされ、それぞれの支持板側で、内側電極（−極）と外側電極（＋極）が直列に接続されている。【０００６】
特許文献３にも、特許文献２とほぼ同様な燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２７４９２７号公報
【特許文献２】特開２００８−７１７１２号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、単セルを隣接する他の単セルに電気的に直列に接続するために集電体が使用されているが、これらの集電体には種々の問題点があり改良の必要性がある。例えば、特許文献１のものでは、各単セルの外周面に取り付けられた集電体がハウジングをシールするガラスから機密に延出して接続用集電部材を介して隣接する単セルの空気電極に接続されているので、構造が複雑となり、複数の単セルを電気的に接続して組み立てる際の安定性等が良くない。また、特許文献２及び特許文献３のものでは、単セルの一方の端部に燃料電極（−極）の電極が形成され、他方の端部には空気電極（＋極）の電極が形成されているため、電極内の電子が端部から端部まで移動するため電子の移動距離が長くなり、それにより、電気抵抗が増大し、燃料電池セルの発電効率の低下の一因となっている。【０００９】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、発電効率を向上させることができる燃料電池セル集合体及び燃料電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明は、第１の燃料電池セルと、この第１の燃料電池セルに隣接して配置された第２の燃料電池セルと、これらの第１の燃料電池セルと第２の燃料電池セルを電気的に接続する集電体と、を備え、第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルは、ぞれぞれ、上下方向に延びる管状構造体であり、且つ、内部に第１ガスが上下方向に流れる第１電極と、外部に第２ガスが上下方向に流れ第１電極と異なる極性の第２電極と、これらの第１電極と第２電極の間に配置された電解質と、により発電を行なう発電部を備え、第２の燃料電池セルは、その上端側に設けられ第１電極と電気的に接続された第１電極端子と、その下端側に設けられ第１電極と電気的に接続された第２電極端子と、を備え、集電体は、第１の燃料電池セルの発電部において発生した電流を第１の燃料電池セルの第２電極から上記第２の燃料電池セルの上記第１電極端子へ分配して流す第１集電体と、第１の燃料電池セルの発電部において発生した電流を第１の燃料電池セルの第２電極から第２の燃料電池セルの第２電極端子へ分配して流す第２集電体とにより構成され、これらの第１集電体及び第２集電体は電気的に独立していることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、第１の燃料電池セルとこれに隣接する第２の燃料電池セルを電気的に接続する集電体が第１集電体と第２集電体とにより構成され、この第１集電体により第１の燃料電池セルの発電部において発生した電流を第１の燃料電池セルの第２電極から第２の燃料電池セルの第１電極端子へ分配して流し、且つ、第２集電体により第１の燃料電池セルの発電部において発生した電流を第１の燃料電池セルの第２電極から第２の燃料電池セルの第２電極端子へ分配して流すようにしているので、第１集電体及び第２集電体に流れる電流の値が小さくなり、それにより、電気抵抗が減少する。さらに、第１の燃料電池セルの発電部において発生した電流を、電気的に独立した第１集電体及び第２集電体により第２の燃料電池セルへ分配して流すようにしているので、一方の電流経路（一方の集電体）に不具合が生じて電流が流れなくても、他方の電流経路（他方の集電体）に電流が流れるので、電流経路を容易に確保することができる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体は、第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルを支持するために必要な所定の剛性を有する機械的集電体である。
このように構成された本発明においては、機械的集電体は、第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルを支持するために必要な所定の剛性を有し、且つ、複数個所で第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルを支持するようにしているので、第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルの支持剛性及び安定性が向上し、それにより、燃料電池セル集合体の剛性も大きくなり安定構造となる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体は、第１の燃料電池セルの外部において上下方向に離間して配置されている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体が第１の燃料電池セルの外部において上下方向に離間して配置されているので、第１ガス及び第２ガスの何れか一方の燃料ガスの上流側で発生した大きな電流の第１の燃料電池セルの外部の第１電極内における移動距離を短くすることができ、それにより、電気抵抗を低減することができる。
【００１４】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体は、第１の燃料電池セルの外部の長手方向の中心から互いに離れるように配置されている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体が、第１の燃料電池セルの外部の長手方向の中心から互いに離れるように配置されているので、第１の燃料電池セルの外部の第１電極内の長手方向の中心から離れた領域で発生した電流が近い方の集電体へ流れるため、電流の第１の燃料電池セルの外部の第１電極内における移動距離を短くすることができ、それにより、電気抵抗を低減することができる。【００１５】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体は、第１の燃料電池セルの外部の長手方向の中心から最も離れた両端部にそれぞれ配置されている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体が、第１の燃料電池セルの外部の長手方向の中心から最も離れた両端部にそれぞれ配置されているので、第１集電体及び第２集電体の第１の燃料電池セルの第１電極との接続部と第２の燃料電池セルの両端の第２電極との接続部との距離が短くなるので、集電体における電流移動経路が短くなり、それにより、第１集電体及び第２集電体における電気抵抗が低減する。【００１６】
本発明において、好ましくは、第１集電体は、第１の燃料電池セルの第２電極の上端部から第２の燃料電池セルの第１電極端子にかけて上方に傾斜する傾斜部を備え、第２集電体は、第１の燃料電池セルの第２電極の下端部から第２の燃料電池セルの第２電極端子にかけて下方に傾斜する傾斜部を備えている。
このように構成された本発明においては、第１集電体が第１の燃料電池セルの第２電極の上端部から第２の燃料電池セルの第１電極端子にかけて上方に傾斜する傾斜部を備え、第２集電体が、第１の燃料電池セルの第２電極の下端部から第２の燃料電池セルの第２電極端子にかけて下方に傾斜する傾斜部を備えているので、短い距離で、第１の燃料電池セルと第２の燃料電池セルを接続することができ、電気抵抗を低減させることができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体の傾斜部は、それぞれ、弾性変形し易い段部を備えている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体の傾斜部が、それぞれ、弾性変形し易い段部を備えているので、この段部が弾性変形することにより、第１及び第２の燃料電池セルの長さ方向及び横方向のばらつきを吸収することができる。【００１８】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体の傾斜部は、それぞれ、第１の燃料電池セルの長手方向の中心に向けて凸形状のＲ形状部を備えている。
このように構成された本発明においては、それぞれ、第１集電体及び第２集電体の傾斜部が、第１の燃料電池セルの長手方向の中心に向けて凸形状のＲ形状部を備えているので、第１の燃料電池セル自身の両端の第２電極と接触してショートすることを回避しながら、短い距離で、第１の燃料電極セルの第１電極と第２の燃料電池セルの両端の第２電極とを接続することができる。その結果、燃料電池セルの配列ピッチを狭めることができる。【００１９】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体の傾斜部は、それぞれ、第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルの上面視において、第１の燃料電池セルの中心と第２の燃料電池セルの中心とを結ぶ線と平行な線に沿った最短距離で接続するように構成されている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体の傾斜部が、それぞれ、第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルの上面視において、第１の燃料電池セルの中心と第２の燃料電池セルの中心とを結ぶ線と平行な線に沿った最短距離で接続するように構成されているで、電気抵抗が小さくなる。
【００２０】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体は、それぞれ、第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子の少なくとも一部と接触するキャップ部を備えている
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体が、それぞれ、第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子の少なくとも一部と接触するキャップ部を備えているので、第１集電体及び第２集電体を第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子に安定して取り付けることができる。
【００２１】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体は、それぞれ、第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子を上下方向から挟む挟み面部を備えている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体が、それぞれ、第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子を上下方向から挟む挟み面部を備えているので、燃料電池セル集合体の組立て上の安定性が図れ、また、第１集電体及び第２集電体が第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子と面接触し、それにより、接触面積が増大するので、第１集電体及び第２集電体の第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子との接触抵抗を低減することができる。
【００２２】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体の挟み面部は、それぞれ、第２の燃料電池セルの長手方向のばらつきを吸収する導電性のクッション材であるばらつき吸収部を備えている。
このように構成された本発明においては、第２の燃料電池セルの長手方向のばらつきを吸収する導電性のクッション材であるばらつき吸収部により、第２の燃料電池セルの長さ方向のばらつきを吸収することができる。
【００２３】
本発明において、好ましくは、第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子は、それぞれ、筒状部分を備え、第１集電体及び第２集電体の挟み面部が、その一部を開放して上記筒状部分を収納する長孔を有する係止部を備えている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体の挟み面部を第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子に取り付ける際に、挟み面部を第２の燃料電池セルの第１電極端子及び第２電極端子に接触させると共に筒状部分を収納してスライドさせるだけで、第１集電体及び第２集電体を第２の燃料電池セルに組み付けることができる。
【００２５】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体は、第１の燃料電池セルの長手方向に沿った中央外周部において電気的に接続されている。
このように構成された本発明においては、第１の燃料電池セルの長手方向に沿った中央部において電気的に接続されているので、第１の燃料電池セルの中央外周部と第１の燃料電池セルに隣接する第２の燃料電池セルの両端部との間で電流が流れるので、電流が流れる距離が短くなり、電気抵抗が小さくなる。さらに、第１の燃料電池セルの中央外周部では、電流が電気抵抗の比較的小さな集電体を通るので電気抵抗による集電ロスが少なくなる。【００２６】
本発明は、好ましくは、更に、第１の燃料電池セルの第２電極の外側に設けられた多孔質の導電性の集電膜を有し、この集電膜に第１集電体及び第２集電体が電気的に接続されている。
このように構成された本発明においては、第１の燃料電池セルの第２電極の外側に設けられた多孔質の集電膜を有し、この集電膜に第１集電体及び第２集電体が電気的に接続されているので、第１の燃料電池セルの第２電極に緻密な例えば金属製の集電体を広範囲に接続する必要がなく、第１の燃料電池セルの第２電極から第２ガスを取り込む面積が増大し、さらに、第２ガスが集電膜に沿って流れるので第２ガスの乱れを低減でき、これにより、第１の燃料電池セルが取り込む第２ガスの不足を防止することができる。
【００２７】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体の第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルへのそれぞれの取付部に、隣接する他の燃料電池セルの長手方向に沿った同じ位置に配置された他の集電体の取付部と互いに接触せず且つ他の集電体から所定の距離だけ離れるように、切欠部が形成されている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体の第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルへのそれぞれの取付部に、隣接する他の燃料電池セルの長手方向に沿った同じ位置に配置された他の集電体の取付部と互いに接触せず且つ他の集電体から所定の距離だけ離れるように、切欠部が形成されているので、隣接する集電体どうしの接触及び放電を防止することができる。この結果、隣接する燃料電池セル間の距離を短くすることができるので、燃料電池セル集合体の小型化を図ることができる。【００２８】
本発明において、好ましくは、第１集電体及び第２集電体の第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルへのそれぞれの取付部は、燃料電池セルの長手方向に直交する方向に延びる第１の把持部とこの第１把持部と対向する第２把持部を備え、第１把持部に切欠部を形成する２つの突出部が形成され、第２把持部に第１把持部の切欠部の燃料電池セルの長手方向位置に対応した位置に１つの突出部が形成されている。
このように構成された本発明においては、第１集電体及び第２集電体のそれぞれの取付部が２つの突出部が形成された第１把持部と１つの突出部が形成された第２把持部を備え、さらに、第１把持部の切欠部の燃料電池セルの長手方句位置に対応した位置に第２把持部の１つの突出部が形成されているので、隣接する集電体どうしの接触及び放電を防止るつと共に、第１集電体及び第２集電体を燃料電池セルに対して安定して取り付けることができる。【００２９】
本発明は、上述した燃料電池セル集合体を備えた燃料電池である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の燃料電池セル集合体によれば、発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す正面断面図である。
【図３】図２のIII-III線に沿って断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セル集合体を示す斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体を示す斜視図である。
【図８】図７に示す集電体の正面図である。
【図９】図７に示す集電体の平面図である。
【図１０】図７に示す集電体を燃料電池セルユニットに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを組立工程を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す集電体の正面図である。
【図１４】図１２に示す集電体の平面図である。
【図１５】図１２に示す集電体を燃料電池セルユニットに取り付けた状態を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第２実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを組立工程を示す斜視図である。
【図１７】本発明の第３実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体の上半分を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第４実施形態の第１例による集電体を含む燃料電池セルスタックの下半分の一部を示す概略図である。
【図１９】本発明の第４実施形態の第２例による集電体を含む燃料電池セルスタックの下半分の一部を示す概略図である。
【図２０】本発明の第５実施形態による集電体を含む燃料電池セルスタックの下半分の一部を示す概略図である。
【図２１】本発明の第６実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体の上半分を示す斜視図である。
【図２２】本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図２３】本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図である。
【図２４】本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す正面図である。
【図２５】本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体を示す斜視図である。
【図２６】図２５に示す集電体の正面図である。
【図２７】図２５に示す集電体の平面図である。
【図２８】図２５に示す集電体の隣接配置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）及びこのＳＯＦＣに使用される燃料電池セル集合体を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）１は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット４を備えている。
【００３３】
燃料電池モジュール２は、ハウジング６を備え、このハウジング６内部には、断熱材（図示せず）を介して密封空間８が形成されている。なお、断熱材は設けないようにしても良い。この密閉空間８の下方部分である発電室１０には、燃料ガスと酸化剤（空気）とにより発電反応を行う燃料電池セル集合体１２が配置されている。この燃料電池セル集合体１２は、１０個の燃料電池セルスタック１４（図５参照）を備え、この燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６（図４参照）から構成されている。このように、燃料電池セル集合体１２は、１６０本の燃料電池セルユニット１６を有し、これらの燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されている。
【００３４】
燃料電池モジュール２の密封空間８の上述した発電室１０の上方には、燃焼室１８が形成され、この燃焼室１８で、発電反応に使用されなかった残余の燃料ガスと残余の酸化剤（空気）とが燃焼し、排気ガスを生成するようになっている。
また、この燃焼室１８の上方には、燃料ガスを改質する改質器２０が配置され、残余の燃料ガスの燃焼熱によって改質器２０を改質反応が可能な温度となるように加熱している。さらに、この改質器２０の上方には、燃焼熱を受けて発電用空気を加熱するための空気用熱交換器２２が配置されている。
【００３５】
次に、補機ユニット４は、水道等の水供給源２４からの水を貯水してフィルターにより純水とする純水タンク２６と、この貯水タンクから供給される水の流量を調整する水流量調整ユニット２８（モータで駆動される「水ポンプ」等）を備えている。また、補機ユニット４は、都市ガス等の燃料供給源３０から供給された燃料ガスを遮断するガス遮断弁３２と、燃料ガスから硫黄を除去するための脱硫器３６と、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整ユニット３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。さらに、補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される酸化剤である空気を遮断する電磁弁４２と、空気の流量を調整する改質用空気流量調整ユニット４４（モータで駆動される「空気ブロア」等）及び発電用空気流量調整ユニット４５（モータで駆動される「空気ブロア」等）と、改質器２０に供給される改質用空気を加熱する第１ヒータ４６と、発電室に供給される第発電用空気を加熱する第２ヒータ４８とを備えている。これらの第１ヒータ４６と第２ヒータ４８は、起動時の昇温を効率よく行うために設けられているが、省略しても良い。
【００３６】
次に、燃料電池モジュール２には、排気ガスが供給される温水製造装置５０が接続されている。この温水製造装置５０には、水供給源２４から水道水が供給され、この水道水が排気ガスの熱により温水となり、図示しない外部の給湯器の貯湯タンクへ供給されるようになっている。
また、燃料電池モジュール２には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス５２が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部（電力変換部）であるインバータ５４が接続されている。
【００３７】
次に、図２及び図３により、本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールの内部構造を説明する。図２は、本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールを示す側面断面図であり、図３は、図２のIII-III線に沿って断面図である。
図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール２のハウジング６内の密閉空間８には、上述したように、下方から順に、燃料電池セル集合体１２、改質器２０、空気用熱交換器２２が配置されている。
【００３８】
改質器２０は、その上流端側に純水を導入するための純水導入管６０と改質される燃料ガスと改質用空気を導入するための被改質ガス導入管６２が取り付けられ、また、改質器２０の内部には、上流側から順に、蒸発部２０ａと改質部２０ｂを形成され、改質部２０ｂには改質触媒が充填されている。この改質器２０に導入された水蒸気（純水）が混合された燃料ガス及び空気は、改質器２０内に充填された改質触媒により改質される。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。
【００３９】
この改質器２０の下流端側には、燃料ガス供給管６４が接続され、この燃料ガス供給管６４は、下方に延び、さらに、燃料電池セル集合体１２の下方に形成されたマニホールド６６内で水平に延びている。燃料ガス供給管６４の水平部６４ａの下方面には、複数の燃料供給孔６４ｂが形成されており、この燃料供給孔６４ｂから、改質された燃料ガスがマニホールド６６内に供給される。
【００４０】
このマニホールド６６の上方には、上述した燃料電池セルスタック１４を支持するための貫通孔を備えた下支持板６８が取り付けられており、マニホールド６６内の燃料ガスが、燃料電池セルユニット１６内に供給される。
【００４１】
次に、改質器２０の上方には、空気用熱交換器２２が設けられている。この空気用熱交換器２２は、上流側に空気集約室７０、下流側に２つの空気分配室７２を備え、これらの空気集約室７０と空気分配室７２は、６個の空気流路管７４により接続されている。ここで、図３に示すように、３個の空気流路管７４が一組（７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ）となっており、空気集約室７０内の空気が各組の空気流路管７４からそれぞれの空気分配室７２へ流入する。
【００４２】
空気用熱交換器２２の６個の空気流路管７４内を流れる空気は、燃焼室１８で燃焼して上昇する排気ガスにより予熱される。
空気分配室７２のそれぞれには、空気導入管７６が接続され、この空気導入管７６は、下方に延び、その下端側が、発電室１０の下方空間に連通し、発電室１０に余熱された空気を導入する。
【００４３】
次に、マニホールド６６の下方には、排気ガス室７８が形成されている。また、図３に示すように、ハウジング６の長手方向に沿った面である前面６ａと後面６ｂの内側には、上下方向に延びる排気ガス通路８０が形成され、この排気ガス室通路８０の上端側は、空気用熱交換器２２が配置された空間と連通し、下端側は、排気ガス室７８と連通している。また、排気ガス室７８の下面のほぼ中央には、排気ガス排出管８２が接続され、この排気ガス排出管８２の下流端は、図１に示す上述した温水製造装置５０に接続されている。
図３に示すように、燃料ガスと空気との燃焼を開始するための点火装置８３が、燃焼室１８に設けられている。
【００４４】
次に図４により燃料電池セルユニット１６について説明する。図４は、本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
図４に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００４５】
燃料電池セル１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。また、内側電極端子８６は、突出した筒状部分８６ａと平坦面８６ｂを備え、筒状部分８６ａの内部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。
【００４６】
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００４７】
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００４８】
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
【００４９】
次に図５及び図６により燃料電池セルスタック１４及び燃料電池セル集合体１２について説明する。図５は、本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図であり、図６は、本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セル集合体を示す斜視図である。
【００５０】
図５に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板６８及び上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴６８ａ及び１００ａがそれぞれ形成されている。
【００５１】
燃料電池セルユニット１６には、金属製の集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、詳細は後述するが、燃料電池セルユニット１６の両端部にある内側電極端子８６と外側電極層９２を電気的に接続するためのものである。
【００５２】
さらに、図６に示すように、燃料電池セルスタック１４の端（図５では左端の奥側及び手前側）に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４（図示せず）に接続され、最終的には、１０個の燃料電池セルスタック１４がそれぞれ接続され、その結果、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続され、燃料電池セル集合体１２となる。この燃料電池セルユニット１２において、電流は、上面視した際には、破線Ａで示したように流れる。この発電された電力は、燃料電池セルユニット１２の両側に接続された出力端子１０６から取り出される。
【００５３】
次に、図５及び図７乃至図１１により、集電体１０２について詳細に説明する。図７は本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタック（燃料電池セル集合体）に使用される集電体を示す斜視図であり、図８は図７に示す集電体の正面図であり、図９は図７に示す集電体の平面図であり、図１０は図７に示す集電体を燃料電池セルユニットに取り付けた状態を示す斜視図であり、図１１は本発明の第１実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを組立工程を示す斜視図である。
【００５４】
先ず、集電体１０２は、燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル８４）の空気極である外側電極層９２の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続用の中央部１０８と、この中央部１０８から隣接する燃料電池セルユニット１６の両端部に向けて斜め上方及び下方にそれぞれ延びて燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される接続部１１０とを備えている。
【００５５】
さらに、集電体１０２の中央部１０８は、燃料電池セルユニット１６に沿って長手方向に延びる鉛直部１０８ａと、この鉛直部１０８ａから外側電極層９２の表面に沿って水平方向に半円弧状に湾曲して延びる多数の櫛歯部１０８ｂとから形成されている。この櫛歯部１０８ｂの曲率半径は、外側電極層９２の外周面の曲率半径よりも少しだけ小さく設定され、これにより、取り付ける際に付勢力が生じ、取り付け易くなっている。
【００５６】
また、集電体１０２の接続部１１０は、隣接する燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル８４）の両端部に向けて斜め上方及び下方にそれぞれ延びる傾斜部１１０ａと、この傾斜部１１０から内側電極端子８６の方向に延び内側電極端子８６の平坦面８６ｂを燃料電池セルユニット１６の両端側から挟むように面接触する挟み面部１１０ｂとから形成されている。さらに、この集電体１０２の接続部１１０の挟み面部１１０ｂには、上述した内側電極端子８６の筒状部分８６を収納するその一部が開放された長孔１１０ｃが形成され、また、この長孔１１０ｃが内側電極端子８６の筒状部分８６と係止する係止部１１０ｄとして機能するようになっている。
【００５７】
次に、複数の燃料電池セルユニット１６を組み立てて燃料電池セルスタック１４を製作する工程を説明する。また、燃料電池セル集合体１２の組立て工程も併せて説明する。
先ず、図１０に示すように、燃料電池セルユニット１６に集電体１０２を取り付け、両者を電気的に接続し、サブアセンブリする。このとき、集電体１０２の中央部１０８の櫛歯部１０８ｂには付勢力が生じ、集電体１０２を安定して取り付けることが可能である。
【００５８】
次に、図１１に示すように、サブアセンブリされた即ち集電体１０２が取り付けられた燃料電池セルユニット１６（ここでは、便宜上、この燃料電池セルユニット１６を第１燃料電池セルユニット１２０と呼ぶ）を下支持板６８の貫通孔６８ａに差し込む。次に、燃料電池セルユニット１６（１２０）を左側に隣接する燃料電池セルユニット１６（ここでは、便宜上、この燃料電池セルユニット１６を第２燃料電池セルユニット１２２と呼ぶ）に向けて回転させ、集電体１０２を燃料電池セルユニット１６（１２２）に近づける。このとき、集電体の長孔１１２ｃ内に第２の燃料電池セルユニット１６（１２２）の内側電極端子８６の筒状部分８６ａが収納されて長孔１１２ｃ（係止部１１０ｄ）により係止され、同時に、挟み面部１１０ｂが、第２燃料電池セルユニット１６（１２２）の両側から挟むようにして、安定的な電気接続を達成している。このようにして、１６本の燃料電池セルユニット１６を下支持板６８上に取り付ける。
【００５９】
この後、図５に示すように、上支持板１００を取り付け、燃料電池セルユニット１４の組立てが完了する。
この後、図６に示したように、１０個の燃料電池セルユニット１４が電気的に直列に接続され、燃料電池セル集合体１２の組立てが完了する。
【００６０】
次に、上述した本発明の第１実施形態による燃料電池セル集合体における作用、特に、集電体１０２との関係を詳細に説明する。
先ず、集電体１０２において、第１燃料電池セルユニット１６（１２０）の中央外周部である外側電極層９２と第１燃料電池セルユニット１６（１２０）に隣接する第２燃料電池セル１６（１２２）の両端部である内側電極端子８６との間で電流が流れるので、電流が流れる距離が短くなり、電気抵抗が小さくなる。次に、燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル８４）において、第１の燃料電池セルユニット１６（１２０）の中央外周部である外側電極層９２と隣接する第２の燃料電池セルユニット１６（１２０）の上端及び下端の電極との間で電子が移動するので、電子の移動距離が短くなり電気抵抗が小さくなる。さらに、第１の燃料電池セルユニット１６（１２０）の中央外周部である外側電極層９２では、電流が電気抵抗の比較的小さな集電体１０２を通るので電気抵抗による集電ロスが少なくなる。この結果、本発明によれば、燃料電池セルによる発電効率が向上する。
【００６１】
次に、集電体１０２の第２燃料電池セルユニット１６（１２２）の両端部の内側電極端子８６に接続される接続部１１０が、第２燃料電池セル１６（１２２）を上下方向から挟む挟み面部１１０ｂを備えているため、燃料電池セル集合体１２の組立て上の安定性が図れる。さらに、集電体１０２が第２燃料電池セルユニット１６（１２２）の端部で内側電極端子８６と面接触し、それにより、接触面積が増大するので、集電体１０２の燃料電池セルユニットの内側電極端子８６との接触抵抗を低減することができる。
【００６２】
次に、集電体１０２の第２燃料電池セルユニット１６（１２２）の両端部の内側電極端子８６に接続される接続部１１０が第２燃料電池セル１６（１２２）の方向に傾斜する傾斜部１１０ａを備えているので、短い距離で、第１燃料電池セルユニット１６（１２０）と第２燃料電池セルユニット１６（１２２）を接続することができ、電気抵抗を低減させることができる。
【００６３】
次に、集電体１０２の接続部１１０の挟み面部１１０ｂが、その一部を開放して筒状部分８６ａを収納する長孔１１０ｃを有する係止部１１０ｄを備えているので、集電体１０２の接続部１１０の挟む面部１１０ｂを第２燃料電池セルユニット１６（１２２）に取り付ける際に、挟む面部１１０ｂを内側電極端子８６の平坦面８６ｂに接触させると共に筒状部分８６ａを収納してスライドさせるだけで、集電体102  を第の燃料電池セルユニット１６（１２２）に組み付けることができる。
【００６４】
さらに、第１実施形態においては、第１燃料電池セル１６（１２０）の外側電極層９２に予め集電体１０２を電気的に接続してサブアセンブリし、その後、このサブアセンブリした第１燃料電池セル１６（１２０）を下支持板６８の貫通孔６８ａに差し込み、次に、集電体１０２を隣接する第２燃料電池セルユニット１６（１２２）の内側電極端子８６と接続し、その後、これらの燃料電池セルユニット１６を下支持板６８上に取り付けようにしたので、簡便な方法により、燃料電池セル集合体１２を組み立てることができる。
【００６５】
次に、図１２〜図１６により、本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態においては、第１実施形態と、集電体の構造のみが異なるので、以下、第２実施形態の集電体の構造を説明する。図１２は本発明の第２実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体を示す斜視図であり、図１３は図１２に示す集電体の正面図であり、図１４は図１２に示す集電体の平面図であり、図１５は図１２に示す集電体を燃料電池セルユニットに取り付けた状態を示す斜視図であり、図１６は本発明の第２実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを組立工程を示す斜視図である。
【００６６】
先ず、第２実施形態において、集電体２０２は、燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル８４）の空気極である外側電極層９２の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続用の中央部２０８と、この中央部２０８から隣接する燃料電池セルユニット１６の両端部に向けて斜め上方及び下方にそれぞれ延びて燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と電気的に接続される接続部２１０とを備えている。
【００６７】
さらに、集電体２０２の中央部２０８は、燃料電池セルユニット１６に沿って長手方向に延びる鉛直部２０８ａと、この鉛直部２０８ａから外側電極層９２の表面に沿って水平方向に半円弧状に湾曲して延びる多数の櫛歯部２０８ｂとから形成されている。この櫛歯部２０８ｂの曲率半径は、外側電極層９２の外周面の曲率半径よりも少しだけ小さく設定され、これにより、取り付ける際に付勢力が生じ、取り付け易くなっている。
【００６８】
また、集電体２０２の接続部２１０は、隣接する燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル８４）の両端部に向けて斜め上方及び下方にそれぞれ延びる傾斜部２１０ａと、この傾斜部２１０から内側電極端子８６の方向に延びるキャップ部２１０ｂとから形成されている。さらに、この集電体２０２の接続部２１０のキャップ部２１０ｂには、その中心に中心孔２１０ｃが形成され、上述した内側電極端子８６の筒状部分８６が貫通するようになっている。また、キャップ部２１０ｂには、外周部２１０ｄが形成され、この外周部２１０ｄにより、キャップ部２１０ｂが内側電極端子８６の平坦面８６ｂの外周側に完全に被さるように取り付けられる。
【００６９】
ここで、図１４に示すように、集電体２０２の接続部２１０の傾斜部２１０ａは、上面視で、第１の燃料電池セルユニット１６（１２０）の中心１２０ａと第２の燃料電池セルユニット１６（１２２）の中心１２２ａとを結ぶ線Ｂに沿った最短距離を通るものとして形成されている。
【００７０】
次に、複数の燃料電池セルユニット１６を組み立てて燃料電池セルスタック１４を製作する工程を説明する。
先ず、図１５に示すように、第２燃料電池セルユニット１６（１２２）に両端部である内側電極端子８６に集電体２０２のキャップ部２１０ｂを被せて、外側電極層９２と内側電極端子８６とを電気的に接続し、サブアセンブリする。このとき、接続部２１０の付勢力により、両端のキャップ部２１０ｂが長手方向内側に向って引き付けられ、安定した接続状態を得ることができる。
【００７１】
次に、図１６に示すように、サブアセンブリされた即ち集電体２０２が取り付けられた第２燃料電池セルユニット１６（１２２）を下支持板６８の貫通孔６８ａに差し込む。次に、燃料電池セルユニット１６（１２２）を右側に隣接する燃料電池セルユニット１６（１２０）に向けて回転させ、集電体２０２を第１燃料電池セルユニット１６（１２０）に近づける。このとき、集電体２０２の中央部２０８の櫛歯部１０８ｂには付勢力が生じ、第１燃料電池セルユニット１６（１２０）の外側電極層９２に、集電体１０２の中央部２０８を安定して取り付けることができる。このようにして、１６本の燃料電池セルユニット１６を下支持板６８上に取り付ける。この後、上支持板１００を取り付け、燃料電池セルユニット１４の組立てが完了する。
【００７２】
第２実施形態においては、集電体２０２の接続部２１０は、第２燃料電池セルユニット１６（１２２）の両端部の内側電極端子８６と接触するキャップ部２１０ｂを備えているので、集電体２０２を第２燃料電池セルユニット１６（１２２）の両端部に安定して取り付けることができる。
【００７３】
第２実施形態においては、集電体２０２の接続部２１０の傾斜部２１０ａが、上面視で、第１の燃料電池セルユニット１６（１２０）の中心１２０ａと第２の燃料電池セルユニット１６（１２２）の中心１２２ａとを結ぶ線Ｂに沿った最短距離となるように形成されているので、集電体２０２の接続部２１０により、第１の燃料電池セルユニット１６（１２０）と第２の燃料電池セルユニット１６（１２２）とが最短距離で接続されるので、電気抵抗が小さくなる。
【００７４】
次に、図１７により、本発明の第３実施形態を説明する。この第３実施形態においては、第１実施形態と、集電体の構造のみが異なるので、以下、第３実施形態の集電体の構造を説明する。図１７は本発明の第３実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体の上半分を示す斜視図である。
図１７に示すように、第３実施形態においては、集電体３０２は、上側及び下側の両方において、第１実施形態と同様な挟み面部３０４を有し、この挟み面部３０４の内側電極端子８６の平坦面８６ｂと接触する面に、ばらつき吸収部である導電性のクッション材３０６が貼り付けられている。
このクッション材３０６は、圧縮されて長手方向に縮むようになっているので、燃料電池セルの長手方向のばらつきを吸収することができる。
【００７５】
次に、図１８及び図１９により、本発明の第４実施形態を説明する。この第４実施形態においては、第１実施形態と、集電体の構造のみが異なるので、以下、第４実施形態の集電体の構造を説明する。図１８は本発明の第４実施形態の第１例による集電体を含む燃料電池セルスタックの下半分の一部を示す概略図であり、図１９は本発明の第４実施形態の第２例による集電体を含む燃料電池セルスタックの下半分の一部を示す概略図である。
【００７６】
図１８に示すように、第４実施形態の第１例においては、集電体４０２の接続部４０４がその途中部分に、ほぼＳ字形の段部４０６を備えている。この段部４０６は、Ｓ字形であるので、弾性変形し易いものとなっている。
第４実施形態の第１例においては、この段部４０６に力が作用すると、弾性変形することにより、燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル８４）の長手方向及び横方向のばらつきを吸収することができる。
【００７７】
次に、図１９に示すように、第４実施形態の第２例においては、集電体４０２の接続部４０４の中央部４０８との近接部分に、ほぼＳ字形の段部４１０を備えている。
第４実施形態の第２例においても、同様に、この段部４１０により、燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル８４）の長手方向及び横方向のばらつきを吸収することができるようになっている。
【００７８】
次に、図２０により、本発明の第５実施形態を説明する。この第５実施形態においては、第１実施形態と、集電体の構造のみが異なるので、以下、第５実施形態の集電体の構造を説明する。図２０は本発明の第５実施形態による集電体を含む燃料電池セルスタックの下半分の一部を示す概略図である。
【００７９】
図２０に示すように、第５実施形態においては、集電体５０２の接続部５０４は、集電体５０２の中央部５０６に向けて凸形状のＲ形状部５０８を備えている。第５実施形態においては、集電体５０２の接続部５０４は、中央部５０６に向けて凸形状のＲ形状部５０８を備えているので、第１の燃料電池セルユニット１６（１２０）自身の両端部の電極である内側電極端子８６と接触してショートすることを回避しながら、短い距離Ｃで、第１の燃料電極セルユニット１６（１２０）の中央外周部である外側電極層９２と第２の燃料電極セルユニット１６（１２２）の両端部である内側電極端子８６とを接続することができる。その結果、燃料電池セルユニットの配列ピッチを狭めることができる。
【００８０】
次に、図２１により、本発明の第６実施形態を説明する。この第６実施形態においては、第１実施形態と、集電体の構造のみが異なるので、以下、第６実施形態の集電体の構造を説明する。図２１は本発明の第６実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体の上半分を示す斜視図である。
図２１に示すように、第６実施形態においては、集電体６０２の中央部６０４が、接続部６０６との近接部６０４ａよりも上方向外側及び下方向外側にそれぞれ延長された応力緩和部６０８を備えている。
第６実施形態においては、集電体６０２の接続部６０６に力が作用しても、応力緩和部６０８が設けられているので、集電体６０２の中央部６０４の接続部６０６との近接部６０４ａに発生する応力集中が緩和される。
【００８１】
次に、図２２乃至図２８により、本発明の第７実施形態を説明する。図２２は本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルユニットを示す部分断面図であり、図２３は本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す斜視図であり、図２４は本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックを示す正面図であり、図２５は本発明の第７実施形態による固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料電池セルスタックに使用される集電体を示す斜視図であり、図２６は図２５に示す集電体の正面図であり、図２７は図２５に示す集電体の平面図であり、図２８は図２５に示す集電体の隣接配置を示す正面図である。
【００８２】
先ず、図２２に示すように、本実施形態による燃料電池セルユニット７００は、図４に示す第１実施形態における燃料電池セルユニット１６と、基本構造は同じである。異なるのは、本実施形態における燃料電池セルユニット７００においては、外側電極層９２の外周側に、集電膜７０２が設けられている点である。この集電膜７０２に、詳細は後述する第１集電体７１０及び第２集電体７１２が取り付られる。
この集電膜７０２は、多孔質（気孔）の導電性膜であり、ＡｇとＰｄとＬＳＣＦを備えている。集電膜７０２の厚さは、０．１〜５０μｍであることが好ましく、より好ましくは、０．５〜３０μｍである。集電膜７０２は、外側電極層９２が薄くて電気を通しにくい場合や導電率の低い材料で作られている場合に電気の通路として機能する。
【００８３】
なお、この集電膜７０２は、必要に応じて、省略することもできる。集電膜７０２を省略した場合には、第１集電体７１０及び第２集電体７１２が、外側電極層９２の外周に直接取り付けられる。
【００８４】
図２３及び図２４に示されているように、本実施形態による燃料電池セルスタック７０４も、図５に示す第１実施形態における燃料電池セルスタック１４と、基本構造は同じであり、集電体の構造のみが異なっている。以下、集電体の構造を具体的に説明する。なお、ここでは、便宜上、図２３及び図２４において、最も右側で且つ前列に位置する燃料電池セルを第１の燃料電池セル７０６とし、この第１の燃料電池セル７０６の左側に隣接して配置されている燃料電池セルを第２の燃料電池セル７０８として説明する。
【００８５】
本実施形態において、集電体として、燃料電池セルの上方側に設けられた第１集電体７１０と下方側に設けられた第２集電体７１２とを備えている。これらの第１集電体７１０と第２集電体７１２は、上下方向に対して対称構造となっている。
これらの第１集電体７１０と第２集電体７１２は、耐熱合金に銀メッキを施した金属製の集電体である。耐熱合金としては、例えば、アルミナ被膜を形成するフェライト合金が好ましい。この金属製の第１集電体７１０と第２集電体７１２は、これらを燃料電池セルに取り付けたとき必要な支持剛性を得ることができるような剛性（強度）を有している。
この集電体の金属材料は、上述した第１実施形態乃至第６実施形態における集電体も同様である。
【００８６】
図２５乃至図２７に示すように、第１集電体７１０は、下方に位置する外側電極用把持部７１４と、上方に位置する内側電極用把持部７１６と、これらの把持部７１４，７１６を接続する接続部７１８と、内側電極端子８６の平坦面８６ｂを燃料電池セルユニット７００の上端側から挟むように面接触する挟み面部７２０を備えている。
同様に、第２集電体７１２も、上方に位置する外側電極用把持部７１４と、下方に位置する内側電極用把持部７１６と、これらの把持部７１４，７１６を接続する接続部７１８と、内側電極端子８６の平坦面８６ｂを燃料電池セルユニット７００の下端側から挟むように面接触する挟み面部７２０を備えている。
【００８７】
次に、図２３及び図２４に示すように、第１集電体７１０の外側側電極用把持部７１４は、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層（第１電極）９２に集電膜７０２を介して接続されている。一方、第１集電体７１０の内側電極用把持部７１４は、第２の燃料電池セル７０８の上端にある内側電極端子（第２電極）８６に接続されている。
同様に、第２集電体７１２の外側側電極用把持部７１４も、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層（第１電極）９２に集電膜７０２を介して接続されている。一方、第２集電体７１０の内側電極用把持部７１４は、第２の燃料電池セル７０８の下端にある内側電極端子（第２電極）８６に接続されている。
【００８８】
ここで、第１集電体７１０の外側側電極用把持部７１４、及び、第２集電体７１２の外側側電極用把持部７１４は、それぞれ、第１の燃料電池セル７０６の長手方向の中心から最も離れた外側電極層９２の両端部にそれぞれ配置されている
【００８９】
次に、図２５乃至図２８により、集電体７１０，７１２の把持部７１４，７１６について詳細に説明する。
図２５及び図２８に示すように、第１集電体７１０の下方に位置する外側電極用把持部７１４は、第１の燃料電池セル７０６の外周を取り囲むよう燃料電池セルの長手方向Ｙに直交するＸ方向（円周方向）に沿って延びる第１把持部である２つの突出部７１４ａ，７１４ｂと、これら突出部７１４ａ，７１４ｂの間に形成された切欠部７１４ｃと、突出部７１４ａ，７１４ｂに対向する第２把持部である１つの突起部７１４ｄと、を備えている。第２集電体７１２も同様な構造となっている。
【００９０】
ここで、図２８に示すように、第１の燃料電池セル７０６に取り付けられた第１集電体７１０の外側電極用把持部７１４の第２把持部である１つの突起部７１４ｄの燃料電池セルの長手方向Ｙに沿った位置は、隣接する第２の燃料電池セル７０８に取り付けられた第１集電体７１０の第１把持部である２つの突出部７１４ａ，７１４ｂにより形成された切欠部７１４ｃの燃料電池セルの長手方向Ｙの位置が一致するようになっている。第２集電体７１２も同様な構造となっている。
【００９１】
同様に、図２５乃至図２８に示すように、第１集電体７１０の上方に位置する内側電極用把持部７１６は、内側電極端子８６の外周を取り囲むよう燃料電池セルの長手方向Ｙに直交するＸ方向（円周方向）に沿って延びる第１把持部である２つの突出部７１６ａ，７１６ｂと、これら突出部７１６ａ，７１６ｂの間に形成された切欠部７１６ｃと、突出部７１６ａ，７１６ｂに対向する第２把持部である１つの突起部７１６ｄとを備えている。第２集電体７１２も同様な構造となっている。
【００９２】
同様に、図２８に示すように、第２の燃料電池セル７０８に取り付けられた第１集電体７１０の内側電極用把持部７１６の第１把持部である２つの突起部７１６ａ，７１６ｂにより形成された切欠部７１６ｃの燃料電池セルの長手方向Ｙの位置と、隣接する第３の燃料電池セル７０９に取り付けられた第１集電体７１０の第２把持部である１つの突出部７１６ｄの燃料電池セルの長手方向Ｙの位置とが一致するようになっている。第２集電体７１２も同様な構造となっている。
【００９３】
次に、本発明の第７実施形態による燃料電池及び燃料電池セル組立体による作用を説明する。
【００９４】
第１に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１の燃料電池セル７０６とこれに隣接する第２の燃料電池セル７０８を電気的に接続する集電体である第１集電体７１０及び第２集電体７１２が、それぞれ、第１の燃料電池セル７０６の発電部（内側電極層９０、外側電極層９２、電解質層９４）において発生した電流を、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２の相異なる２箇所から第２の燃料電池セル７０８の内側電極端子８６へ分配して流すようにしているので、第１集電体７１０及び第２集電体７１２の各々に流れる電流の値が小さくなり、それにより、電気抵抗が減少する。さらに、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２において２箇所のうちのより近い箇所へ電流が移動するので、外側電極層９２における電流の移動経路が短くなり、それにより、電気抵抗が減少する。
【００９５】
第２に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１の燃料電池セル７０６及び第２の燃料電池セル７０８がそれぞれ両端に内側電極端子８６を備え、第１の燃料電池セル７０６の電解質層９４において発生した電流を、電気的に独立した第１集電体７１０及び第２集電体７１２により、第２の燃料電池セル７０８の両端へ分配して流すようにしているので、一方の電流経路（一方の集電体）に不具合が生じて電流が流れなくても、他方の電流経路（他方の集電体）に電流が流れるので、電流経路を容易に確保することができる。
【００９６】
第３に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１集電体７１０及び第２集電体７１２が互いに離間して配置された機械的集電体（金属製の集電体）であり、第１の燃料電池セル７０６及び第２の燃料電池セル７０８を支持するために必要な所定の剛性を有し、且つ、２カ所で第１の燃料電池セル７０６及び第２の燃料電池セル７０８を支持するようにしているので、第１の燃料電池セル７０６及び第２の燃料電池セル７０８の支持剛性及び安定性が向上し、それにより、燃料電池セル集合体の剛性も大きくなり安定構造となる。
【００９７】
第４に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１集電体７１０及び第２集電体７２０が、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２において燃料ガスの流れる方向に沿って離間して配置されているので、燃料ガスの上流側で発生した大きな電流の燃料電池セル７０６の外側電極層９２における移動距離を短くすることができ、それにより、電気抵抗を低減することができる。
【００９８】
第５に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１集電体７１０及び第２集電体７１２が、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２の長手方向の中心から互いに離れるように配置されているので、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２の長手方向の中心から離れた領域で発生した電流が近い方の集電体へ流れるため、電流の第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２における移動距離を短くすることができ、それにより、電気抵抗を低減することができる。
【００９９】
第６に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１集電体７１０及び第２集電体７１２が、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２の長手方向の中心から最も離れた両端部にそれぞれ配置されているので、第１集電体７１０及び第２集電体７１２の第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２との接続部と第２の燃料電池セル７０８の両端の内側電極端子８６との接続部との距離が短くなるので、第１集電体７１０及び第２集電体７１２における電流移動経路が短くなり、それにより、第１集電体７１０及び第２集電体７１２における電気抵抗が低減する。
【０１００】
第７に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２の外周側に設けられた多孔質の集電膜７０２を有し、この集電膜７０２に第１集電体７１０及び第２集電体７１２が電気的に接続されているので、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２に緻密な例えば金属製の集電体を広範囲に接続する必要がなく、第１の燃料電池セル７０６の外側電極層９２から空気を取り込む面積が増大し、さらに、空気が集電膜７０２に沿って流れるので空気の乱れを低減でき、これにより、第１の燃料電池セル７０６が取り込む空気の不足を防止することができる。
【０１０１】
第８に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１集電体７１０及び第２集電体７１２の第１の燃料電池セル７０６及び第２の燃料電池セル７０８へのそれぞれの取付部に、隣接する他の燃料電池セルの長手方向に沿った同じ位置に配置された他の集電体の取付部と互いに接触せず且つ他の集電体から所定の距離だけ離れるように、切欠部７１４ｃが形成されているので、隣接する集電体どうしの接触及び放電を防止することができる。この結果、隣接する燃料電池セル間の距離を短くすることができるので、燃料電池セル集合体の小型化を図ることができる。
【０１０２】
第９に、本実施形態による燃料電池セル集合体においては、第１集電体７１０及び第２集電体７１２のそれぞれの取付部が２つの突出部７１４ａ，７１４ｂが形成された第１把持部と１つの突出部７１４ｄが形成された第２把持部を備え、さらに、第１把持部の切欠部７１４ｃの燃料電池セルの長手方句位置に対応した位置に第２把持部の１つの突出部７１４ｄが形成されているので、隣接する集電体どうしの接触及び放電を防止るつと共に、第１集電体７１０及び第２集電体７１２を燃料電池セルに対して安定して取り付けることができる。
【０１０３】
上述した第１乃至第７に記載した作用は、第１実施形態乃至第６実施形態による燃料電停セル集合体においても、同様に奏される作用である。
【０１０４】
なお、上述した実施形態においては、燃料電池セルの両端部に内側電極端子を設けず、集電体が内側電極層と直接又は他の介在物を介して接続されるような燃料電池セルにも適用可能である。また、燃料電池セルは、内側電極端子を含む燃料電池セルユニットの意味で用いる場合もある。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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