(57)【要約】【課題】組み付けが容易で、良好なガスシール性を確保して、信頼性の高いスタックを提供する。【解決手段】複数の燃料電池セル４０の下側のキャップ４８と燃料ガスマニホールド３４の支持板３６との間にガラスシール材５０をそれぞれ配置し、複数の燃料電池セル４０の上側のキャップ４８と支持治具６０の天板６６との間にそれぞれコイルバネ６８を配置し、コイルバネ６８の付勢力によって各燃料電池セル４０を下方に付勢した状態でガラスシール材５０を焼成する。これにより、ガラスシール材５０に圧縮荷重がかかった状態でガラスシール材５０を焼成できるため、ガラスシール材５０を濡れ広がらせることができ、ガラスシール材５０のシール面積を増やして、良好なガスシール性を確保することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され燃料ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルが立設される支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
を備える燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にガラスシール材をそれぞれ配置し、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材を配置し、
前記複数の燃料電池セルが付勢された状態で前記ガラスシール材を焼成する、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するようにバネ支持部材を設け、
前記複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に前記バネ部材を配置する、
燃料電池スタックの組付け方法。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記燃料電池セルのセル長さに応じて該燃料電池セルの前記端部と前記バネ支持部材との間に、スペーサを配置する、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記バネ部材として、セラミック製のバネを用いる、
燃料電池スタックの組み付け方法。
【請求項５】
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され燃料ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルを付勢するバネ部材と、
を備える燃料電池スタック。
【請求項６】
原燃料ガスを水蒸気改質により改質して改質ガスを生成する改質器と、
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され前記改質ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記改質ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有し、前記改質ガスと前記酸化剤ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの反応に利用されなかった余剰の改質ガスおよび酸化剤ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するよう設けられたバネ支持部材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるよう該複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に配置されたバネ部材と、
を備える発電モジュールであって、
前記バネ支持部材は、金属製の部材であり、
前記改質器は、前記バネ支持部材の前記バネ部材を支持する面とは反対側の面に設置される、
発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックの組み付け方法および燃料電池スタック並びに発電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池スタックとしては、筒状の電解質層と電解質層の内面側に積層され燃料ガスが供給される内側電極層と電解質層の外面側に積層され酸化剤ガスが供給される外側電極層とを有する燃料電池セルと、複数の燃料電池セルを立設状態で支持する絶縁性支持部を上面に有し各燃料電池セルの内側電極層に燃料ガスを分配するマニホールドと、各燃料電池セルの被支持部とマニホールドの絶縁性支持部との間をシールする結晶化ガラスシール材（ガラスシール材）と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。燃料電池セルの下端部には内側電極層と電気的に接続される内側電極端子（被支持部）が設けられ、内側電極端子の底面（押さえ部）と絶縁性支持部の上面との間にガラスシール材が配置される。これにより、ガラスシール材には押さえ部からの荷重がかかるため、濡れ性の悪い結晶化ガラスであっても、接着面積を広げて、マニホールドの内外のガスを確実に遮断することができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１６２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した燃料電池スタックでは、押さえ部の自重のみによってガラスシール材に荷重をかける構造であるため、組み付け時において押さえ部が片当たり等すると、十分なシール性能を確保できない場合がある。また、構成部品の寸法のバラツキによってガラスシール材にかかる荷重が変化するため、品質にバラツキが生じ易い。
【０００５】
本発明の燃料電池スタックの組み付け方法および燃料電池スタック並びに発電モジュールは、組み付けが容易で、良好なガスシール性を確保して、信頼性の高いスタックを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料電池スタックの組み付け方法および燃料電池スタック並びに発電モジュールは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の燃料電池スタックの組み付け方法は、
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され燃料ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルが立設される支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
を備える燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にガラスシール材をそれぞれ配置し、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材を配置し、
前記複数の燃料電池セルが付勢された状態で前記ガラスシール材を焼成する、
ことを要旨とする。
【０００８】
この本発明の燃料電池スタックの組み付け方法では、マニホールドの支持部とこれに支持される複数の燃料電池セルの被支持部との間にガラスシール材をそれぞれ配置し、ガラスシール材が圧縮される方向に複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材を配置し、複数の燃料電池セルが付勢された状態でガラスシール材を焼成する。これにより、バネ部材を用いてガラスシール材に圧縮荷重をかけた状態でガラスシール材を焼成できるため、ガラスシール材を濡れ広がらせることができ、接着面積を増やして、良好なガスシール性を確保することができる。この結果、組み付けが容易で、良好なガスシール性を確保して、信頼性の高いスタックを提供することができる。
【０００９】
こうした本発明の燃料電池スタックの組み付け方法において、前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するようにバネ支持部材を設け、前記複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に前記バネ部材を配置するものとしてもよい。こうすれば、ガラスシール材の端面に概ね均一に圧縮荷重をかけることができる。この場合、前記燃料電池セルのセル長さに応じて該燃料電池セルの前記端部と前記バネ支持部材との間に、スペーサを配置するものとしてもよい。こうすれば、燃料電池セルのセル長さのバラツキに拘わらず、ガラスシール材に適切な圧縮荷重をかけることができる。
【００１０】
また、本発明の燃料電池スタックの組み付け方法において、前記バネ部材として、セラミック製のバネを用いるものとしてもよい。こうすれば、焼成時にバネ部材が高温に曝されても、ガラスシール材に適切な圧縮荷重をかけることができる。
【００１１】
本発明の燃料電池スタックは、
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され燃料ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルを付勢するバネ部材と、
を備えることを要旨とする。
【００１２】
この本発明の燃料電池スタックでは、マニホールドの支持部とこれに支持される複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれガラスシール材が配置され、ガラスシール材が圧縮される方向に複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材が設けられる。ガラスシール材には、バネ部材によって燃料電池セルが付勢されることにより、常時圧縮荷重がかけられた状態となる。これにより、燃料電池スタックの運転状態の変化によってガラスシール材に大きな熱応力が作用しても、ガラスシール材の剥離を抑制することができ、信頼性の高いスタックを提供することができる。
【００１３】
本発明の発電モジュールは、
原燃料ガスを水蒸気改質により改質して改質ガスを生成する改質器と、
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され前記改質ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記改質ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有し、前記改質ガスと前記酸化剤ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの反応に利用されなかった余剰の改質ガスおよび酸化剤ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するよう設けられたバネ支持部材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるよう該複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に配置されたバネ部材と、
を備える発電モジュールであって、
前記バネ支持部材は、金属製の部材であり、
前記改質器は、前記バネ支持部材の前記バネ部材を支持する面とは反対側の面に設置される、
ことを要旨とする。
【００１４】
この本発明の発電モジュールでは、上述の燃料電池スタックに加えて、改質器と、燃焼部と、バネ支持部材とを備え、改質器は、金属製の部材として構成されたバネ支持部材のバネ部材を支持する面とは反対側の面に設置される。これにより、改質器を支持するための支持部材を別途必要としないため、上述の燃料電池スタックが奏する効果に加えて、発電モジュールをコンパクトにすることができる効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池スタック３０を有する発電モジュール１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】燃料電池セル４０の構成の概略を示す構成図である。
【図３】セル組み付け工程を示す説明図である。
【図４】支持治具６０とコイルバネ６８との配置の様子を示す説明図である。
【図５】スペーサ６９の配置の様子を示す説明図である。
【図６】変形例の燃料電池スタック１３０を有する発電モジュール１１０の構成の概略を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は本発明の一実施例としての燃料電池スタック３０を有する発電モジュール１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は燃料電池セル４０の構成の概略を示す構成図である。
【００１８】
発電モジュール１０は、図１に示すように、水蒸気を生成する気化器２２と、天然ガスやＬＰガスなどの原燃料ガスを水蒸気改質反応により改質して水素を含む燃料ガス（改質ガス）を生成する改質器２４と、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを反応させて発電する複数の燃料電池セル４０がスタッキングされた燃料電池スタック３０と、燃料ガス供給管２６を介して改質器２４と接続され改質器２４からの燃料ガスを各燃料電池セル４０に分配する燃料ガスマニホールド３４と、酸化剤ガスを各燃料電池セル４０に分配する酸化剤ガスマニホールド３８と、を備え、これらは、モジュールケース１１に収容されている。なお、発電モジュール１０は、その発電に伴って発生した熱を回収して給湯する図示しない給湯ユニット（貯湯タンク）と組み合わされることにより、燃料電池システムを構成する。
【００１９】
モジュールケース１１は、断熱性材料により箱形に形成され、原燃料ガス供給管１２と改質水供給管１４と空気供給管１６とが接続されている。原燃料ガス供給管１２は、供給源からの原燃料ガスを気化器２２へ供給する配管であり、その配管には開閉弁やポンプ、流量計、圧力計、脱硫器などが設けられている。改質水供給管１４は、改質水を気化器２２へ供給する配管であり、その配管には改質水タンクやポンプなどが設けられている。空気供給管１６は、酸化剤ガスとしてのエアを酸化剤ガスマニホールド３８へ供給する配管であり、その配管にはエアブロワや流量計などが設けられている。
【００２０】
また、モジュールケース１１には、気化器２２による水蒸気の生成や改質器２４による水蒸気改質反応などに必要な熱を供給するための燃焼部２８が設けられている。燃焼部２８は、燃料電池セル４０の発電反応に利用されなかった余剰の燃料ガス（アノードオフガス）および酸化剤ガス（カソードオフガス）を点火して燃焼させることにより、燃焼熱を用いて気化器２２や改質器２４を加熱する。燃焼部２８の燃焼により生成される燃焼排ガスは、モジュールケース１１の上部に設けられた燃焼排ガス排出管１８を介してケース外へ排出される。なお、燃焼排ガス排出管１８には図示しない熱交換器が接続され、熱交換器は、循環配管を介して貯湯タンクから供給される貯湯水を燃焼排ガスとの熱交換によって加温する。また、熱交換器を通過した燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換によって凝縮され、その水蒸気成分が改質水タンクへ回収される。
【００２１】
燃料電池セル４０は、図２に示すように、酸素イオン伝導体からなる緻密構造の円筒状の電解質層４２と、電解質層４２の内側に積層されたアノードとしての多孔質構造の燃料電極層（内側電極層）４４と、電解質層４２の外側に積層されたカソードとしての多孔質構造の酸化剤極層（外側電極層）４６と、長手方向における両端部に取り付けられた集電用のキャップ４８と、を備える円筒型の固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）セルとして構成されている。燃料電極層４４の内部には燃料ガスが流れる燃料ガス流路４４ａが形成されており、燃料電池セル４０は、燃料ガス流路４４と燃料ガスマニホールド３４とが連通するように燃料ガスマニホールド３４の支持板３６に立設されている。
【００２２】
電解質層４２は、例えば、Ｙ，Ｓｃ，Ｃｅなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープした安定化ジルコニア、Ｇｄ，Ｙ，Ｓｍなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープしたセリア、Ｎｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンガレート、などを用いることができる。
【００２３】
燃料電極層４４は、例えば、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＹ，Ｓｃ，Ｃｅなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープした安定化ジルコニアとの混合体、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＧｄ，Ｙ，Ｓｍなどの希土類元素から選ばれる１種または２種以上をドープしたセリアとの混合体、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＳｒ，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンガレートとの混合体、などを用いることができる。
【００２４】
酸化剤極層４６は、例えば、Ｓｒ，Ｃａから選ばれる１種または２種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕから選ばれる１種または２種以上をドープしたランタンコバルタイト、Ｓｒ，Ｆｅから選ばれる１種または２種をドープしたバリウムコバルタイト、銀、銀−パラジウム合金、白金、などを用いることができる。
【００２５】
なお、電解質層４２と酸化剤極層４６との間には、ガドリニウムをドープしたセリア（ＧＤＣ）、イットリアをドープしたセリア（ＹＤＣ）、サマリウムをドープしたセリア（ＳＤＣ）などの希土類をドープしたセリア混合体を用いた反応防止層を設けることができる。
【００２６】
キャップ４８は、例えば、フェライト系ステンレスなどの金属材料やランタンクロマイトなどのセラミック材料により形成された中空の筒状体であり、有底の大径筒状部４８ａと、大径筒状部４８ａの底壁から大径筒状部４８ａの開口とは反対側に突設される小径筒状部４８ｂとを有する。燃料電極層４４の長手方向の両端部には電解質層４２および酸化剤極層４６が被覆されていない露出部４４ｂが形成されており、キャップ４８は、大径筒状部４８ａが露出部４４ｂを覆うように設けられている。そして、大径筒状部４８ａの内壁面と露出部４４ｂとの間は、導電性接着剤４９によって、電気的に接続されると共に燃料ガス流路４４ａ内の燃料ガスが外側（酸化剤極層４６側）へリークしないようシールされる。なお、導電性接着剤４９は、例えば、白金、銀、銅、銀−パラジウム合金などの導電性ペーストやランタンクロマイトなどの導電性セラミックスを用いることができる。
【００２７】
接続板３２は、例えば、フェライト系ステンレスなどの金属材料により形成され、図１に示すように、互いに隣接する２つの燃料電池セル４０のうち一方の燃料電池セル４０のキャップ４８（燃料電極層４４）と他方の燃料電池セル４０の酸化剤極層４６とを電気的に接続する。複数の燃料電池セル４０は、互いに隣接する２つの燃料電池セル４０が接続板３２を介して連結されることにより、電気的に直列に接続される。
【００２８】
燃料ガスマニホールド３４は、上部が開口した箱型の部材であり、上部の開口を塞いで密閉空間を形成するよう支持板３６が接合されている。支持板３６は、複数の貫通孔３６ａが所定間隔で形成されており、それぞれの貫通孔３６ａにキャップ４８の小径筒状部４８ｂが貫通するよう燃料電池セル４０が挿入されることにより、複数の燃料電池セル４０を立設した状態で支持する。これにより、燃料ガスマニホールド３４は、各燃料電池セル４０の燃料ガス流路４４ａと中空のキャップ４８を介して連通し、燃料ガス供給管２６から供給される燃料ガスを各燃料電池セル４０の燃料ガス流路４４ａに供給（分配）する。燃料ガス流路４４ａに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路４４ａを通過し、上側のキャップ４８から上方へ排出される。支持板３６は、例えば、フェライト系ステンレス鋼や、オーステナイト系ステンレス鋼などの金属材料により形成したり、絶縁性セラミックなど絶縁性材料により形成したりすることができる。なお、支持板３６を金属材料により形成する場合、燃料電池セル４０の下側のキャップ４８と支持板３６の貫通孔３６ａとを電気的に絶縁するため、貫通孔３６ａに絶縁性のシール部材を設けるものとしてもよい。
【００２９】
燃料電池セル４０と支持板３６との間、すなわちキャップ４８の大径筒状部４８ａの端面（環状端面）と支持板３６の上面との間には、ガラスシール材５０によってシール層が形成されている。ガラスシール材５０は、例えば、アルミナ−シリカ系結晶化ガラスなど、耐熱性およびシール性に優れた結晶化ガラスを用いることが望ましいが、非晶質ガラスや非晶質と結晶質とが混在したガラスを用いることもできる。ガラスシール材５０を用いたシール層の形成は、燃料電池セル４０の運転温度よりも低い温度でガラスシール材５０を加熱して軟化させた後、更に高温でガラスシール材５０を加熱して固化させることにより行なわれる。但し、結晶化ガラスは、非晶質のガラスに比して、濡れ性が悪いため、軟化時の濡れが不十分となり、シール不良が起こり易いという問題がある。
【００３０】
酸化剤ガスマニホールド３８は、空気供給管１６と接続されており、各燃料電池セル４０の酸化剤極層４６に酸化剤ガス（空気）を分配するための複数の供給口３８ａが形成されている。
【００３１】
次に、燃料電池セル４０の組み付け工程について説明する。図３は、セル組み付け工程を示す説明図である。セル組み付け工程は、まず。電解質層４２と燃料電極層４４と酸化剤極層４６とキャップ４８とを有する燃料電池セル４０を準備すると共に（Ｓ１００）、上部に支持板３６を有する燃料ガスマニホールド３４を準備する（Ｓ１１０）。続いて、支持板３６の貫通孔３６ａの周囲にガラスシール材５０を配置する（Ｓ１２０）。この工程は、例えば、ペースト状のガラスをディスペンサを用いて環状に塗布したり、予め環状に成形された固体状のガラス板を配置することにより行なうことができる。このとき、キャップ４８の大径円筒部４８ａの外形から若干はみ出すようガラスシール材を配置するのが望ましい。なお、ガラスシール材としては、上述したように、結晶化ガラスや非晶質ガラス、結晶質と非晶質とが混在したガラスを用いることができる。そして、支持板３６の貫通孔３６ａにキャップ４８の小径筒状部４８ｂが貫通するように燃料電池セル４０を挿入し（Ｓ１３０）、隣り合う燃料電池セル４０を電気的に接続するための接続板３２を取り付ける（Ｓ１４０）。これにより、複数の燃料電池セル４０が燃料ガスマニホールド３４の支持板３６上に立設されると共に隣り合う燃料電池セル４０同士が接続板３２を介して接続されたセル組付体を得る。
【００３２】
次に、セル組付体を囲むように支持治具６０を設置し（Ｓ１５０）、燃料電池セル４０の上側のキャップ４８と支持治具６０の天板６６との間にコイルバネ６８を配置する（Ｓ１６０）。図４は支持治具６０とコイルバネ６８との配置の様子を示す説明図である。なお、図４では、接続板３２の図示は省略した。支持治具６０は、図示するように、燃料ガスマニホールド３４が固定された基台６２と、基台６２の左右に立設された側壁６４と、複数の側壁６４に支持された天板６６と、を備える。天板６６の下面と各燃料電池セル４０の上側のキャップ４８との間にはコイルバネ６８が配置され、各燃料電池セル４０は、コイルバネ６８の付勢力によって下向きに付勢される。これにより、各燃料電池セル４０の下側のキャップ４８と支持板３６との間に配置されたガラスシール材５０に圧縮荷重をかけることができる。コイルバネ６８は、例えば、セラミック製のバネを用いることができ、ガラスシール材５０のガラス種（濡れ性）に応じてバネ定数が適宜選択される。そして、図５に示すように、各ガラスシール材５０にかかる圧縮荷重を均一化するため、燃料電池セル４０の長手方向の寸法（セル長さ）を測定し、必要に応じて、セル長さに応じた厚みのスペーサ６９をコイルバネ６８と天板６６との間に挿入する（Ｓ１７０）。この工程は、例えば、厚みの異なる複数種類のスペーサを準備しておき、燃料電池セル４０のセル長さが基準長さに対して短い場合に、セル長さが短いほど厚いスペーサを選択して挿入するものとすることができる。
【００３３】
こうして支持治具６０とコイルバネ６８とスペーサ６９とを用いてガラスシール材５０に圧縮荷重をかけると、セル組付体を支持治具６０ごと焼成炉に入れ、炉内を所定温度（例えば８００℃）まで昇温させてガラスシール材５０を焼成する（Ｓ１８０）。焼成工程は、コイルバネ６８の付勢力によってガラスシール材５０に圧縮荷重がかかった状態で行なわれるため、ガラスシール材５０が加熱によって軟化する際に十分に濡れ広がり、シール面積を大きくすることができる。焼成工程が完了すると、支持治具６０とコイルバネ６８とをセル組付体から取り外して（Ｓ１９０）、燃料電池セル４０の組み付けが完成する。
【００３４】
以上説明した本実施例の燃料電池スタックの組み付け方法は、複数の燃料電池セル４０の下側のキャップ４８と燃料ガスマニホールド３４の支持板３６との間にガラスシール材５０をそれぞれ配置し、複数の燃料電池セル４０の上側のキャップ４８と支持治具６０の天板６６との間にそれぞれコイルバネ６８を配置し、コイルバネ６８の付勢力によってガラスシール材５０が圧縮する方向に燃料電池セル４０を付勢した状態でガラスシール材５０を焼成する。これにより、ガラスシール材５０に圧縮荷重をかけた状態でガラスシール材５０を焼成できるため、ガラスシール材５０を十分に濡れ広がらせることができ、ガラスシール材５０のシール面積を増やして、良好なシール性を確保することができる。
【００３５】
また、本実施例の燃料電池スタックの組み付け方法は、燃料電池セル４０の長手方向の寸法（セル長さ）に応じた厚みのスペーサ６９をコイルバネ６８と支持治具６０の天板６６との間に挿入する。これにより、各燃料電池セル４０のセル長さのバラツキに拘わらず、ガラスシール材５０に均等に圧縮荷重をかけることができる。この結果、各燃料電池セル４０ごとにシール性能がばらつくのを抑制して、高い信頼性の燃料電池スタック３０を提供することができる。
【００３６】
さらに、本実施例の燃料電池スタックの組み付け方法は、燃料電池セル４０を付勢するコイルバネ６８として、セラミック製のバネを用いるから、焼成時にコイルバネ６８が高温に曝されても、ガラスシール材５０に適切な圧縮荷重をかけることができる。
【００３７】
実施例では、ガラスシール材５０にかかる圧縮荷重を均一化するためのスペーサ６９を、コイルバネ６８と支持治具６０の天板６６との間に挿入するものとしたが、燃料電池セル４０の上側のキャップ４８とコイルバネ６８との間に挿入するものとしてもよい。また、寸法誤差の少ない燃料電池セル４０においては、こうしたスペーサ６９を省略するものとしてもよい。
【００３８】
実施例では、焼成工程を実行した後、支持治具６０とコイルバネ６８とをセル組付体から取り外すものとしたが、支持治具とコイルバネとを組み付けたままの状態で燃料電池セルをその運転中も常時付勢するものとしてもよい。図６は、変形例の燃料電池スタック１３０を有する発電モジュール１１０の構成の概略を示す構成図である。変形例の燃料電池スタック１３０は、図示するように、上述した実施例の燃料電池セル４０および燃料ガスマニホールド３４を含むセル組付体に加えて、ガラスシール材５０に常時圧縮荷重をかけるための支持具１６０およびコイルバネ１６８を備える。支持具１６０は、燃料ガスマニホールド３４と共に支持板３６に固定された平板状の固定部１６２と、固定部１６２に立設された側壁１６４と、側壁１６４に支持された天板１６６と、を備える。側壁１６４には燃焼排ガスの排出口１６４ａが設けられている。変形例では、支持具１６０の内部に燃焼部１２８が設けられ、燃料部１２８で生成された燃料排ガスは、排出口１６４ａを通って燃焼排ガス排出管１８へと案内される。天板１６６は、金属材料により形成され、各燃料電池セル４０の上方に位置している。天板１６６と各燃料電池セル４０の上側のキャップ４８との間にはそれぞれセラミック製のコイルバネ１６８が配置され、天板１６６の上面には、気化器２２と改質器２４とが固定されている。これにより、各燃料電池セル４０は、コイルバネ１６８の付勢力により常時下向きに付勢され、各燃料電池セル４０の下側のキャップ４８と支持板３６との間に配置されたガラスシール材５０は、常時圧縮荷重がかかった状態とされる。このように、焼成工程によってガラスシール材５０を焼成した後も、支持具１６０とコイルバネ１６８とを取り外すことなく、燃料電池スタック３０の一部としてモジュールケース１１１内に収容することにより、発電モジュール１１０の運転中もガラスシール材５０に常時圧縮荷重をかけることができる。したがって、例えば、何らかの異常により発電モジュール１１０が強制的にシャットダウンするなどして、ガラスシール材５０に急激な温度分布が生じて熱応力が作用した場合であっても、ガラスシール材５０のシール面が剥離するのを防止することができ、スタックの信頼性をより高めることができる。しかも、天板１６６の上面には気化器２２と改質器２４とが固定されるため、気化器２２や改質器２４を支持するための支持部材を必要とせず、発電モジュール１１０をコンパクトにすることができる。また、天板１６６は、金属材料により形成されているため、燃焼部１２８の燃焼熱を気化器２２や改質器２４に良好に伝達することができる。なお、変形例の燃料電池スタック１３０においても、実施例の燃料電池スタック３０と同様に、各ガラスシール材５０にかかる圧縮荷重を均一化するため、燃料電池セル４０の長手方向の寸法を測定し、測定した寸法に応じた厚みのスペーサをコイルバネ１６８と天板１６６との間あるいは燃料電池セル４０の上側のキャップ４８と天板１６６との間に挿入するものとしてもよい。
【００３９】
実施例では、電解質層４２の内面側に燃料電極層４４を積層し、電解質層４２の外面側に酸化剤極層４６を積層するものとしたが、電解質層の内面側に酸化剤極層を積層し、電解質層の外面側に燃料電極層を積層してもよい。
【００４０】
実施例では、燃料電池セル４０を円筒状に形成するものとしたが、筒状であれば、例えば角筒状など如何なる形状に形成するものとしてもよい。
【００４１】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、電解質層４２が「電解質層」に相当し、燃料電極層４４が「内側電極層」に相当し、酸化剤極層４６が「外側電極層」に相当し、燃料電池セル４０が「燃料電池セル」に相当し、支持板３６が「支持部」に相当し、燃料ガスマニホールド３４が「マニホールド」に相当し、ガラスシール材５０が「ガラスシール材」に相当し、コイルバネ６８が「バネ部材」に相当する。また、支持治具６０の天板６６が「バネ支持部材」に相当する。また、スペーサ６９が「スペーサ」に相当する。また、改質器２４が「改質器」に相当し、燃焼部２８が「燃焼部」に相当する。
【００４２】
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００４３】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、燃料電池スタックや発電モジュールの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  発電モジュール、１１  モジュールケース、１２  原燃料ガス供給管、１４  改質水供給管、１６  空気供給管、１８  燃焼排ガス排出管、２２  気化器、２４  改質器、２６  燃料ガス供給管、２８，１２８  燃焼部、３０，１３０  燃料電池スタック、３２  接続板、３４  燃料ガスマニホールド、３６  支持板、３６ａ  貫通孔、３８  酸化剤ガスマニホールド、４０  燃料電池セル、４２  電解質層、４４  燃料電極層、４４ａ  燃料ガス流路、４４ｂ  露出部、４６  酸化剤極層、４８  キャップ、４８ａ  大径筒状部、４８ｂ  小径筒状部、５０  ガラスシール材、６０  支持治具、６２  基台、６４  側壁、６６  天板、６８  コイルバネ、６９  スペーサ、１６０  支持具、１６２  固定部、１６４  側壁、１６４ａ  排出口、１６６  天板、１６８  コイルバネ。
【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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