(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体管の外周面に軸心方向に沿ってインタコネクタを介して接続される単電池膜が複数形成され、当該基体管の軸心方向最外端側に位置する当該単電池膜にそれぞれ接続するリード膜が当該基体管の外周面の軸心方向両端側に形成された円筒型固体電解質燃料電池のセルであって、周縁に襞を有する穴を形成した集電フェルトの当該襞が少なくとも一方の前記リード膜に当接するように当該集電フェルトの当該穴が当該基体管に差し込まれると共に、当該集電フェルトの当該襞が当該基体管に緊締されるように当該基体管にリード線を巻き付けて当該リード線を介して電力を取り出すようにしたことを特徴とする円筒型固体電解質燃料電池のセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型固体電解質燃料電池のセルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒型固体電解質燃料電池の従来のセル構造を図５に示す。
【０００３】
図５に示すように、多孔質性の円筒型の基体管１０１の外周面には、多孔質性の燃料極１０２が軸心方向に沿って所定の間隔で複数成膜されている。これら燃料極１０２上には、多孔質性の固体電解質１０３が各々成膜されている。これら固体電解質１０３上には、多孔質性の空気極１０４がそれぞれ成膜されている。隣り合う燃料極１０２と空気極１０４との間には、緻密性のインタコネクタ１０５がそれぞれ成膜されている。
【０００４】
つまり、基体管１０１上にそれぞれ積層された燃料極１０２、固体電解質１０３、空気極１０４により単電池膜が構成され、インタコネクタ１０５により上記単電池膜間の基体管１０１の内側と外側との間がシールされると共に当該単電池膜が直列に接続されるのである。
【０００５】
前記基体管１０１の一端側の外周面上には、当該基体管１０１の最も一端側に位置する空気極１０４に前記インタコネクタ１０５を介して接続するリード膜１０６が成膜されている。また、基体管１０１の他端側の外周面上には、当該基体管１０１の最も他端側に位置する燃料極１０２に直接的に接続するリード膜１０７が成膜されている。
【０００６】
前記基体管１０１の一端部の端面および内外周面には、上記リード膜１０６に接続する端部集電膜１０８が成膜されている。また、基体管１０１の一端部の端面および内外周面には、上記リード膜１０７に接続する端部集電膜１０９が成膜されている。
【０００７】
前記基体管１０１の内部一端側には、円柱型をなす集電部材１１２が集電フェルト１１０を介して上記端部集電膜１０８に接続している。基体管１０１の内部他端側には、フランジ１１３ａを有する管型の集電部材１１３が集電フェルト１１１を介して上記端部集電膜１０９に接続している。前記集電部材１１２には、基体管１０１を貫通する集電棒１１２ａが連結されており、当該集電棒１１２ａは、上記集電部材１１３と接触しないように当該集電部材１１３を貫通している。
【０００８】
このような構造をなすセルにおいては、基体管１０１の外周面上に燃料極１０２、リード膜１０７，１０８、固体電解質１０３、インタコネクタ１０５を成膜して焼成した後、端部集電膜１０８，１０９の原料スラリ中に基体管１０１の一端側を浸漬し、取り出して乾燥させたら、当該原料スラリ中に当該基体管１０１の他端側を浸漬し、取り出して乾燥させ、当該基体管１０１を焼成してから、空気極１０４を成膜して焼成した後、前記集電フェルト１１０，１１１、集電部材１１２，１１３を組み付けることにより得ることができる。
【０００９】
このような円筒型固体電解質燃料電池のセルによれば、所定の運転温度で基体管１０１の内側に水素などの燃料ガスを流通させると共に基体管１０１の外側に空気を流通させると、基体管１０１および燃料極１０２を透過した燃料ガスと空気極１０４を透過した空気（酸素）とが固体電解質膜１０３上で電気化学的に反応し、リード膜１０６，１０７、端部集電膜１０８，１０９、集電フェルト１１０，１１１を介して集電部材１１２，１１３から電力を取り出すことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来のセルでは、先に説明したように、端部集電膜１０８，１０９の原料スラリ中に基体管１０１の一端側を浸漬し、取り出して乾燥させた後に当該原料スラリ中に当該基体管１０１の他端側を浸漬し、取り出して再び乾燥させてから基体管１０１を焼成するため、端部集電膜１０８，１０９の製造工程が長く、作業効率が悪かった。
【００１１】
このようなことから、本発明は、製造工程を短く済ますことができる円筒型固体電解質燃料電池のセルを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルは、基体管の外周面に軸心方向に沿ってインタコネクタを介して接続される単電池膜が複数形成され、当該基体管の軸心方向最外端側に位置する当該単電池膜にそれぞれ接続するリード膜が当該基体管の外周面の軸心方向両端側に形成された円筒型固体電解質燃料電池のセルであって、周縁に襞を有する穴を形成した集電フェルトの当該襞が少なくとも一方の前記リード膜に当接するように当該集電フェルトの当該穴が当該基体管に差し込まれると共に、当該集電フェルトの当該襞が当該基体管に緊締されるように当該基体管にリード線を巻き付けて当該リード線を介して電力を取り出すようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第一番目の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、円筒型固体電解質燃料電池のセルの概略構造図である。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、多孔質性の円筒型の基体管１の外周面には、多孔質性の燃料極２が軸心方向に沿って所定の間隔で複数成膜されている。これら燃料極２上には、多孔質性の固体電解質３が各々成膜されている。これら固体電解質３上には、多孔質性の空気極４がそれぞれ成膜されている。隣り合う燃料極２と空気極４との間には、緻密性のインタコネクタ５がそれぞれ成膜されている。
【００１５】
つまり、基体管１上にそれぞれ積層された燃料極２、固体電解質３、空気極４により単電池膜が構成され、インタコネクタ５により上記単電池膜間の基体管１の内側と外側との間がシールされると共に当該単電池膜が直列に接続されるのである。
【００１６】
前記基体管１の一端側の外周面上には、当該基体管１の最も一端側に位置する空気極４に前記インタコネクタ５を介して接続するリード膜６が成膜されている。また、基体管１の他端側の外周面上には、当該基体管１の最も他端側に位置する燃料極２に直接的に接続するリード膜７が成膜されている。
【００１７】
前記基体管１の一端部の端面および内外周面には、上記リード膜６に接続する端部集電膜８が成膜されている。前記基体管１の内部一端側には、円柱型をなす集電部材１２が集電フェルト１０を介して上記端部集電膜８に接続している。基体管１の内部他端側には、フランジ１３ａを有する管型の集電部材１３が嵌合している。上記集電部材１２には、基体管１を貫通する集電棒１２ａが連結されており、当該集電棒１２ａは、上記集電部材１３と接触しないように当該集電部材１３を貫通している。
【００１８】
前記基体管１の他端側のリード膜７上には、ＮｉやＰｔなどからなるリード線１４（直径０．５ｍｍ程度）の一端寄りが巻き付けられている。このリード線１４の他端側は、前記集電部材１３に固着されている。集電部材１３は、図１（ｂ）に示すように、集電フェルト１５を介して他のセルの集電部材１３と接続している。
【００１９】
このような構造をなすセルにおいては、基体管１の外周面上に燃料極２、リード膜７，８、固体電解質３、インタコネクタ５を成膜して焼成した後、端部集電膜８の原料スラリ中に基体管１の一端側を浸漬し、取り出して乾燥させて当該基体管１を焼成した後、空気極４を成膜して焼成してから前記集電フェルト１０、集電部材１２を組み付ける一方、基体管１の他端側のリード膜７上にリード線１４を巻き付けると共に集電部材１３を組み付けてリード線７と連結することにより得ることができる。
【００２０】
つまり、本実施の形態のセルは、基体管１の他端側に端部集電膜を形成せずにリード線１４を巻き付けて集電部材１３と連結するようにしたのである。このため、リード線１４の巻付工程よりも手間のかかる端部集電膜形成工程を簡略化することができる。
【００２１】
したがって、本実施の形態によれば、製造工程を短く済ますことができるので、製造コストを削減することができる。
【００２２】
本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第二番目の実施の形態を図２を用いて説明する。図２は、円筒型固体電解質燃料電池のセルの概略構造図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の部材と同様な部材については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００２３】
図２に示すように、基体管１の他端側には、外周面にねじ山を有するパイプ１６ａに２個のナット１６ｂを螺合した集電部材１６が取り付けられている。この集電部材１６の一方のナット１６ｂには、前記リード線１４の他端側が連結されている。この集電部材１６のナット１６ｂの間には、集電フェルト１５が挟まれている。
【００２４】
つまり、前述した第一番目の実施の形態では、専用に加工された集電部材１３を用いたが、本実施の形態では、市販のパイプ１６ａやナット１６ｂからなる集電部材１６を用いるようにしたのである。
【００２５】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、製造工程を短く済ますことができ、製造コストを削減することができるのはもちろんのこと、集電部材の製造にかかる手間やコストを削減することができるので、前述した第一番目の実施の形態の場合よりも、製造コストをさらに削減することができる。
【００２６】
本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第三番目の実施の形態を図３を用いて説明する。図３は、円筒型固体電解質燃料電池のセルの概略構造図である。ただし、前述した第一，二番目の実施の形態の部材と同様な部材については、前述した第一，二番目の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、基体管１の他端側には、当該基体管１の外径と同径の穴１７ａを形成された集電フェルト１７が差し込まれている。この集電フェルト１７は、図３（ｂ）に示すように、上記穴１７ａの周縁に襞１７ｂを形成できるように当該穴１７ａの径方向に沿う切り込みが周方向にわたって複数形成され、図３（ｃ）に示すように、集電フェルト１７の上記穴１７ａに基体管１の他端を差し込むことにより、図３（ａ）に示すように、当該集電フェルト１７の上記襞１７ｂを立設させて基体管１の他端側のリード膜７およびリード線１４に当接させることができるようになっている。この集電フェルト１７は、その襞１７ｂがリード線１４により基体管１に緊締されている。
【００２８】
つまり、前述した第一，二番目の実施の形態では、リード線１４と集電フェルト１５とを集電部材１３，１６を介して接続するようにしたが、本実施の形態では、リード線１４と集電フェルト１７とを直接連結するようにしたのである。
【００２９】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一，二番目の実施の形態の場合と同様に、製造工程を短く済ますことができ、製造コストを削減することができるのはもちろんのこと、集電部材１３，１６にかかるコストをなくすことができるので、前述した第一，二番目の実施の形態の場合よりも、製造コストをさらに低減することができる。
【００３０】
本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第四番目の実施の形態を図４を用いて説明する。図４は、円筒型固体電解質燃料電池のセルの概略構造図である。ただし、前述した第一〜三番目の実施の形態の部材と同様な部材については、前述した第一〜三番目の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、その説明を省略する。
【００３１】
図４に示すように、リード線１４の他端側は、集電板１８に接続している。
【００３２】
つまり、前述した第一〜三番目の実施の形態では、集電フェルト１５，１７を介するようにしたが、本実施の形態では、集電フェルトを介することなくリード線１４を集電板１８に直接接続するようにしたのである。
【００３３】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第一〜三番目の実施の形態の場合と同様に、製造工程を短く済ますことができ、製造コストを削減することができるのはもちろんのこと、集電フェルト１５，１７にかかるコストをなくすことができるので、前述した第一〜三番目の実施の形態の場合よりも、製造コストをさらに低減することができる。
【００３４】
なお、前述した第三番目の実施の形態では、集電フェルト１７の襞１７ｂをリード線１４で緊締するようにしたが、非導電性のワイヤ等で緊締することも可能である。しかしながら、リード膜６，７が組み付け焼成時に体積収縮して集電フェルト１７の襞１７ｂとの間に隙間を生じる虞があるため、前述した第三番目の実施の形態の場合のように、リード膜７に巻き付けたリード線１４で集電フェルト１７の襞１７ｂを緊締した方が好ましい。
【００３５】
また、前述した各実施の形態では、基体管１側に燃料極２を設けて外側に空気極４を設けた単電池膜を備えた円筒型固体電解質燃料電池のセル構造の場合について説明したが、基体管側に空気極を設けて外側に燃料極を設けた単電池膜を備えた円筒型固体電解質燃料電池のセル構造の場合であっても、前述した各実施の形態の場合と同様にして適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の円筒型固体電解質燃料電池のセルによれば、端部集電膜形成工程を簡略化することができるので、製造工程を短く済ますことができ、製造コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第一番目の実施の形態の概略構造図である。
【図２】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第二番目の実施の形態の概略構造図である。
【図３】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第三番目の実施の形態の概略構造図である。
【図４】本発明による円筒型固体電解質燃料電池のセルの第四番目の実施の形態の概略構造図である。
【図５】円筒型固体電解質燃料電池の従来のセルの概略構造図である。
【符号の説明】
１  基体管
２  燃料極
３  固体電解質
４  空気極
５  インタコネクタ
６，７  リード膜
８  端部集電膜
１０  集電フェルト
１２  集電部材
１２ａ  集電棒
１３  集電部材
１３ａ  フランジ
１４  リード線
１５  集電フェルト
１６  集電部材
１６ａ  パイプ
１６ｂ  ナット
１７  集電フェルト
１７ａ  穴
１７ｂ  襞
１８  集電板
【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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