(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のチューブ型固体酸化物燃料電池セルの直列接続構造を備える固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュールが提供されること。【解決手段】固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュール１００は、長手方向に互いに結合されるチューブ型の第１及び第２サブセル１００ａ〜１００ｄと、第１サブセルと第２サブセルとの間に配置されるコネクタ１３０ａ〜１３０ｄとを備え、各サブセルは、第１電極１１２、第２電極１１６、並びに第１電極と第２電極との間に配置される電解質層１１４を備えたチューブ型セルと、セルの中空部に挿入される支持部材１２０ａ〜１２０ｄと、セルと支持部材の熱膨張率の差を緩和するバッファ部とを備え、第１及び第２サブセルの支持部材は、第１及び第２サブセルの接続構造を長手方向に貫通するように互いに噛み合って結合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、第２電極、並びに前記第１電極と前記第２電極との間に配置される電解質層をそれぞれ備え、長手方向に沿って中空部を有する第１サブセル及び第２サブセルと、
前記第１サブセル及び第２サブセルの中空部に沿って延長する支持部材と、
前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間に配置され、前記第１サブセル及び第２サブセルの支持部材を接続するコネクタとを備えてなり、
前記第１サブセルの第１電極または第２電極の少なくともいずれか１つは、前記第２サブセルの第１電極または第２電極のいずれか１つとコネクタを介して接続されることを特徴とする固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項２】
前記第１サブセルの第２電極は、前記第２サブセルの第１電極と前記コネクタを介して電気的に直列接続されることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項３】
前記コネクタと前記第１サブセルとの間には、絶縁部材がさらに備えられ、前記第２サブセルの第１電極と前記第１サブセルの第１電極とが電気的に絶縁されることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項４】
前記第１サブセル及び第２サブセルの支持部材は、セルの中心軸においてコネクタを介して互いに接続されることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項５】
前記コネクタは、前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間に流体の流動のための少なくとも１つの開口部を有する本体を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項６】
前記少なくとも１つの開口部は、前記接続型セル構造の中心軸の周りに沿って形成される複数の開口部からなることを特徴とする請求項５に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項７】
前記コネクタは、本体と、本体から突出したカップリング部とを備え、前記カップリング部は、前記第１サブセルまたは前記第２サブセルの少なくともいずれか１つの支持部材と前記コネクタとを接続することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項８】
前記カップリング部は、ねじ部を備え、前記第１サブセルまたは前記第２サブセルの少なくとも１つの支持部材は、端部において前記カップリング部に対応するねじ部を備え、前記カップリング部のねじ部と互いに締結されるように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項９】
前記支持部材は、雄ねじ部を備え、前記カップリング部は、雌ねじ部を備えることを特徴とする請求項８に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１０】
前記支持部材は、各端部にねじ部を備え、一側のコネクタと他側のコネクタとの間に接続され、前記コネクタのカップリング部は、端部にねじ部を備え、前記第１サブセル及び前記第２サブセルの支持部材の間に前記コネクタが接続されることを特徴とする請求項７に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１１】
前記コネクタは、前記第２サブセルの支持部材と一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１２】
前記支持部材は、第１ねじ部を備え、前記コネクタは、第２ねじ部を備え、前記第１サブセルの支持部材の第１ねじ部が前記コネクタの第２ねじ部と螺合することを特徴とする請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１３】
前記第１サブセルの支持部材を前記コネクタに接続させるカップリング部をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１４】
前記カップリング部は、二重の雄ねじ部を備え、前記コネクタの雌ねじ部及び前記第１サブセルの支持部材の雌ねじ部内に挿入締結されることを特徴とする請求項１３に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１５】
前記第２電極、電解質層、及びコネクタに集電体をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１６】
前記中空部内において導電性の多孔性部材をさらに備え、前記多孔性部材は、前記第１電極と前記支持部材との間に配置され、
前記第１サブセルの集電体は、前記第２サブセルの第１電極と前記支持部材との間で前記第２サブセルの導電性の多孔性部材と接触することを特徴とする請求項１５に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１７】
前記コネクタは、主本体と支持部材の本体とを備えるが、前記主本体に接続される弾性部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１８】
前記弾性部は、熱膨張による差を緩和させるために、前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間で膨脹し収縮可能に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項１９】
前記第２電極上に集電体が備えられ、前記集電体は、前記弾性部を横切って前記コネクタに接続され、前記第１サブセルと前記第２サブセルとが互いに電気的に接続されることを特徴とする請求項１８に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【請求項２０】
前記コネクタと前記支持部材とは、互いに異なる熱膨張係数を有する物質からなり、前記カップリング部と前記支持部材との相対的な長さの差により熱膨張の差を緩和させることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物燃料電池の接続型セル構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のチューブ型固体酸化物燃料電池セルの直列接続構造を備える固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：ＳＯＦＣ）は、無公害、高効率発電などの利点があり、静止型発電システム、小型独立電源、及び自動車動力源として応用されている。ＳＯＦＣセルは、平板型やチューブ型で作製可能であり、チューブ型の場合、カソード支持体型セル（cathode supported cell）、直列分割式セル（segmented inseries cell）、アノード支持体型セル（anode supported cell）などの構造で作製可能である。
【０００３】
現在、１ｋＷから１０ｋＷ級の小型ＳＯＦＣシステムには、主に、アノード支持体型ＳＯＦＣセルが用いられている。また、１００ｋＷ級以上の大型ＳＯＦＣシステムには、主に、カソード支持体型ＳＯＦＣセルや直列分割式セルが用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、複数のアノード支持体型ＳＯＦＣセルの直列接続構造において、機械的安定性及び信頼性を向上させることができる固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュールを提供することを目的とする。
【０００５】
また、本発明は、複数のアノード支持体型ＳＯＦＣセルを用いることにより、大型ＳＯＦＣシステムを効率的に設計及び製造することができる固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュール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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、第１電極、第２電極、並びに前記第１電極と前記第２電極との間に配置される電解質層をそれぞれ備え、長手方向に沿って中空部を有する第１サブセル及び第２サブセルと、前記第１サブセル及び第２サブセルの中空部に沿って延長する支持部材と、前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間に配置され、前記第１サブセル及び第２サブセルの支持部材を接続するコネクタとを備えてなり、前記第１サブセルの第１電極または第２電極の少なくともいずれか１つは、前記第２サブセルの第１電極または第２電極のいずれか１つとコネクタを介して接続される固体酸化物燃料電池の接続型セル構造を提供する。
【０００７】
また、本発明において、前記第１サブセルの第２電極は、第２サブセルの第１電極とコネクタを介して電気的に直列接続される。
【０００８】
また、前記コネクタと前記第１サブセルとの間には、絶縁部材がさらに備えられ、前記第２サブセルの第１電極と前記第１サブセルの第１電極とが電気的に絶縁されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明において、前記第１サブセル及び第２サブセルの支持部材は、セルの中心軸においてコネクタを介して互いに接続され得る。
【００１０】
また、本発明において、前記コネクタは、前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間に流体の流動のための少なくとも１つの開口部を有する本体を備え、前記開口部は、前記接続型セル構造の中心軸の周りに沿って形成される複数の開口部からなる。
【００１１】
また、本発明において、前記コネクタは、本体と、本体から突出したカップリング部とを備え、前記カップリング部は、前記第１サブセルまたは前記第２サブセルの少なくともいずれか１つの支持部材と前記コネクタとを接続する。
【００１２】
また、本発明において、前記カップリング部は、ねじ部を備え、前記第１サブセルまたは前記第２サブセルの少なくとも１つの支持部材は、端部において前記カップリング部に対応するねじ部を備え、前記カップリング部のねじ部と互いに締結されるようにする。このとき、前記支持部材は、雄ねじ部を備え、前記カップリング部は、雌ねじ部を備えることができる。
【００１３】
また、本発明において、前記支持部材は、各端部にねじ部を備え、一側のコネクタと他側のコネクタとの間に接続され、前記コネクタのカップリング部は、端部にねじ部を備え、前記第１サブセル及び第２サブセルの支持部材の間に前記コネクタが接続され得る。
【００１４】
また、本発明において、前記コネクタは、前記第２サブセルの支持部材と一体に形成され得る。
【００１５】
また、本発明において、前記支持部材は、第１ねじ部を備え、前記コネクタは、第２ねじ部を備え、前記第１サブセルの支持部材の第１ねじ部が前記コネクタの第２ねじ部と螺合する。
【００１６】
また、本発明において、前記第１サブセルの支持部材を前記コネクタと接続させるカップリング部をさらに備えることができる。
【００１７】
また、本発明において、前記カップリング部は、二重の雄ねじ部を備え、前記コネクタの雌ねじ部及び前記第１サブセルの支持部材の雌ねじ部内に挿入締結される。
【００１８】
また、本発明において、接続型セル構造は、第２電極、電解質層、及びコネクタに集電体をさらに備えることができる。
【００１９】
また、本発明において、前記中空部内において導電性の多孔性部材をさらに備え、前記多孔性部材は、前記第１電極と前記支持部材との間に配置され、前記第１サブセルの集電体は、前記第２サブセルの第１電極と前記支持部材との間で前記第２サブセルの導電性の多孔性部材と接触可能である。
【００２０】
また、本発明において、前記コネクタは、主本体と支持部材の本体とを備えるが、前記主本体に接続される弾性部をさらに備えることが好ましい。
【００２１】
また、本発明において、前記弾性部は、熱膨張による差を緩和させるために、前記第１サブセルと前記第２サブセルとの間で膨脹し収縮可能に形成される。
【００２２】
また、本発明において、前記第２電極上に集電体が備えられ、前記集電体は、前記弾性部を横切って前記コネクタに接続され、前記第１サブセルと前記第２サブセルとが互いに電気的に接続され得る。
【００２３】
また、本発明において、前記コネクタと前記支持部材とは、互いに異なる熱膨張係数を有する物質からなり、前記カップリング部と前記支持部材との相対的な長さの差により熱膨張の差を緩和させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、複数のチューブ型アノード支持体型ＳＯＦＣセルを強固な支持部材を用いて長手方向に一列に接続することにより、所望の長さ、すなわち、少なくとも約１２００ｍｍの固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュールを容易に製造することができる。
【００２５】
また、複数のチューブ型アノード支持体型ＳＯＦＣセルの直列接続構造において、支持部材を用いてＳＯＦＣセルの直列接続構造を機械的に安定して支持するだけでなく、バッファ部を用いて構成要素間の熱膨張率の差により発生する熱応力によって装置が損傷することを防止することができる。
【００２６】
さらに、支持部材により接続型セルモジュールとマニホールドとの接続を強化できるため、固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュールとマニホールドとの接続部で発生する機械的応力によって装置が破損することを防止することができる。
【００２７】
また、複数のアノード支持体型ＳＯＦＣセルを備えた単一の接続型セルモジュールにおいて、ＳＯＦＣセル同士の電気的直列接続構造と集電構造を容易に形成することができる。
【００２８】
さらに、複数のアノード支持体型ＳＯＦＣセルを備えた接続型セルモジュールを用いることにより、大型ＳＯＦＣシステムを効率的に設計及び製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施例による固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュール（以下、「ＳＯＦＣの接続型セルモジュール」という。）の概略正面図である。
【図２】第１実施例によるＳＯＦＣの接続型セルモジュール（以下、「接続型セルモジュール」という。）の断面図である。
【図３ａ】図２の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。
【図３ｂ】図３ａのサブセルに関する分解断面図である。
【図４ａ】図３ｂのＡ型支持部材の正面図である。
【図４ｂ】図４ａのＡ型支持部材の右側面図である。
【図５ａ】図３ｂのＡ型コネクタの正面図である。
【図５ｂ】図５ａのＡ型コネクタの左側面図である。
【図５ｃ】図５ａのＡ型コネクタの右側面図である。
【図６】第２実施例による接続型セルモジュールの概略正面図である。
【図７】第２実施例による接続型セルモジュールの断面図である。
【図８】図７の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。
【図９ａ】図７の接続型セルモジュールに用いられたコネクタ一体型支持部材（以下、「Ｂ型支持部材」という。）の正面図である。
【図９ｂ】図９ａのＢ型支持部材の縦断面図である。
【図９ｃ】図９ａのＢ型支持部材の左側面図である。
【図９ｄ】図９ａのＢ型支持部材の右側面図である。
【図１０】図７の接続型セルモジュールに用いられるＢ型カップリング部の正面図である。
【図１１】第３実施例による接続型セルモジュールの概略正面図である。
【図１２】第３実施例による接続型セルモジュールの断面図である。
【図１３】図１２の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。
【図１４ａ】図１２の接続型セルモジュールに用いられるコネクタ及び弾性部一体型支持部材（以下、「Ｃ型支持部材」という。）の正面図である。
【図１４ｂ】図１４ａのＣ型支持部材の縦断面図である。
【図１４ｃ】図１４ａのＣ型支持部材の左側面図である。
【図１４ｄ】図１４ａのＣ型支持部材の右側面図である。
【図１５】図１２の接続型セルモジュールに採用可能なＣ型カップリング部の正面図である。
【図１６】第４実施例による接続型セルモジュールの概略正面図である。
【図１７】第４実施例による接続型セルモジュールの断面図である。
【図１８】図１７の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。
【図１９ａ】図１７の接続型セルモジュールに用いられるコネクタ及び弾性部一体型支持部材（以下、「Ｄ型支持部材」という。）の正面図である。
【図１９ｂ】図１９ａのＤ型支持部材の縦断面図である。
【図１９ｃ】図１９ａのＤ型支持部材の左側面図である。
【図１９ｄ】図１９ａのＤ型支持部材の右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付した図面を参照して実施例及びその他、当業者が本実施例の内容を容易に理解するために必要な事項について詳細に説明する。
【００３１】
実施例を説明するにあたり、かかる公知の機能あるいは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にする可能性があると判断された場合、その詳細な説明は省略する。また、図面において、同一の構成要素については、他の図面上に表示された場合でもできるだけ同一の参照番号及び符号で表していることに留意すべきである。さらに、図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張され得、実際の層の厚さや大きさとは異なり得る。
【００３２】
参考として、以下の説明において、マニホールドは、流体の円滑な供給、分配または排出のための流路を備えた構造を表し、添付した図面に関する説明では、図示の便宜上、マニホールドを形成するハウジングまたは境界壁の部分に参照符号を付し、これをマニホールドと称する。
【００３３】
図１は、第１実施例による固体酸化物燃料電池の接続型セルモジュール（以下、「接続型セルモジュール」という。）の概略正面図である。図２は、第１実施例による接続型セルモジュールの断面図である。
【００３４】
図１及び図２に示すように、接続型セルモジュール１００は、同じ構造を有する複数のＳＯＦＣサブセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄを燃料が流れる方向に互いに直列接続することによって製造される。ここで、各ＳＯＦＣサブセルは、接続型セルモジュール１００を製造するための単位セル構造となる。隣接するＳＯＦＣサブセル同士の間には、コネクタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ（以下、「Ａ型コネクタ」という。）を備えることができる。
【００３５】
各サブセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは、複数のチューブ型ＳＯＦＣセルと、各ＳＯＦＣセルの中空部に挿入されるＡ型支持部材１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄとを備える。以下、ＳＯＦＣセルは「セル」という。各セルは、電解質層の両側に積層されたアノード及びカソード構造を有し、アノードに供給される燃料と、カソードに供給される酸化剤との電気化学的反応により、電気を発生させる単位ユニットになる。
【００３６】
各Ａ型コネクタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄは、セルとＡ型支持部材との熱膨張率の差を緩和するバッファ部を一体に備える。バッファ部の具体的な実現に関しては、以下に詳細に説明する。
【００３７】
一実施例において、接続型セルモジュール１００の長手方向の両端部は、第１マニホールド１４０ａ及び第２マニホールド１４０ｂにそれぞれ接続され得る。この場合、第１Ａ型コネクタ１３０ａは、第１ＳＯＦＣサブセル１１０ａが第１マニホールド１４０ａと流体疎通可能に接続されるように設けられる。第１Ａ型コネクタ１３０ａは、第１雌ねじ（図３ａの１３３参照）が省略された形態を備えるか、または第１雌ねじの穴が所定の材料で充填されるように構成され得る。また、第４ＳＯＦＣサブセル１１０ｄの一側には、末端コネクタ１３０ｅを備えることができる。末端コネクタ１３０ｅは、第４ＳＯＦＣサブセル１１０ｄが第２マニホールド１４０ｂと流体疎通可能に接続されるように設けられる。末端コネクタ１３０ｅは、Ａ型コネクタの一部（図３ｂの１３６参照）が省略された構造を備えることができる。
【００３８】
接続型セルモジュール１００は、各ＳＯＦＣサブセル１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの第２電極１１６上に配置された集電層１１７を備える。一実施例において、集電層１１７は、図２の一部分を拡大して示しているように、第１ＳＯＦＣサブセル１１０ａの第２電極１１６を覆い、第２電極１１６の一側に露出している電解質層１１４を覆い、隣接する第２ＳＯＦＣサブセル１１０ｂのＡ型コネクタ１３０ｂの一部を覆うように延長する。
【００３９】
本実施例において、集電層１１７、導電性のＡ型コネクタ、Ａ型コネクタに接触する導電性の多孔性部材１１８、絶縁性の密封部材１５０、及び絶縁性のＡ型支持部材により、隣接する２つのサブセルは互いに電気的に直列接続される。すなわち、第１ＳＯＦＣサブセル１１０ａの第２電極１１６に接触している集電層１１７が、Ａ型コネクタ１３０ｂを介して隣接する第２ＳＯＦＣサブセル１１０ｂの多孔性部材１１８及び第１電極１１２に接続されることにより、接続型セルモジュール１００は、複数のＳＯＦＣサブセルの物理的な直列接続構造のみならず、電気的な直列接続構造を安定して備えることができる。
【００４０】
第１実施例による接続型セルモジュール１００を構成するＳＯＦＣサブセルのいずれか１つのＳＯＦＣサブセル（以下、「サブセル」という。）を、図３ａ〜図５ｃを参照してより詳細に説明する。
【００４１】
図３ａは、図２の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。図３ｂは、図３ａのサブセルに関する分解断面図である。図４ａは、図３ｂのＡ型支持部材に関する正面図である。図４ｂは、図４ａのＡ型支持部材に関する右側面図である。図５ａは、図３ｂのＡ型コネクタに関する正面図である。図５ｂは、図５ａのＡ型コネクタに関する左側面図である。図５ｃは、図５ａのＡ型コネクタに関する右側面図である。
【００４２】
図３ａ及び図３ｂに示すように、サブセル１１０ｂは、チューブ型セル１０１ｂと、チューブ型セル１０１ｂの中空部１０２に挿入されるＡ型支持部材１２０ｂとを備える。サブセル１１０ｂはまた、多孔性部材１１８と、密封部材１５０とを備えることができる。図３ｂにおいて、密封部材１５０は省略されている。
【００４３】
Ａ型コネクタ１３０ｂは、基本的に、隣接する２つのチューブ型セルの間に設けられる。しかし、本実施例では、接続型セルモジュール１００に関する説明の便宜上、Ａ型コネクタ１３０ｂがサブセル１１０ｂに備えられたものとして説明する。
【００４４】
チューブ型セル１０１ｂは、第１電極１１２と、電解質層１１４と、第２電極１１６との積層構造を備える。電解質層１１４と第２電極１１６とは、第１電極１１２の外表面上に順次積層される。第２電極１１６は、第１電極１１２と電気的に短絡しないようにセルの長手方向の両端部において電解質層１１４が露出するように電解質層１１４より短い長さに形成され得る。
【００４５】
一実施例において、第１電極１１２は、中空部１０２を有するチューブ型アノード支持体として形成され得る。第１電極１１２の材料としては、多孔性ニッケル−イットリア安定化ジルコニア（Yttria Stabilized Zircornia）（以下、「ＹＳＺ」という。）サーメットが使用可能である。電解質層１１４は、酸素イオンを伝達できるイオン伝導性酸化物、例えば、ＹＳＺで形成され得る。第２電極１１６は、多孔性の混合導電性酸化物（mixed conducting oxide）で形成され得る。第１電極１１２、電解質層１１４、及び第２電極１１６で構成されたチューブ型セル１０１ｂは、第１電極１１２及び第２電極１１６にそれぞれ供給される水素と酸素との電気化学的反応により、電気と水を生成する。
【００４６】
Ａ型支持部材１２０ｂは、チューブ型セル１０１ｂの中空部１０２に挿入される。Ａ型支持部材１２０ｂは、中実の棒状の本体１２２を備える。また、Ａ型支持部材１２０ｂは、本体１２２の両端部に段差部１２３ａ、１２３ｂをおいてそれぞれ設けられた結合部１２４ａ、１２４ｂを備える（図４ａ及び図４ｂ参照）。結合部１２４ａ、１２４ｂは、本体１２２より小さい断面積を有し、その表面に凸部と凹部が螺旋状に形成されている雄ねじ形状を有することができる。一実施例において、Ａ型支持部材１２０ｂは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成され得る。アルミナの熱膨張率は、室温から１０００℃まで約８×１０−６［Ｋ−１］である。
【００４７】
一実施例において、Ａ型コネクタ１３０ｂは、ホイール状の本体１３２の一側の中央部から軸部分が突出した構造を備える。すなわち、Ａ型コネクタ１３０ｂは、本体１３２の第１面の中央部の内側に形成された第１雌ねじ１３３と、第１雌ねじ１３３の周りから本体１３２を貫通するように形成される複数の開口部１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃ、１３４ｄと、本体１３２の第１面に対向する第２面の中央部から外側へ突出したカップリング部１３６とを備える（図５ａ〜図５ｃ参照）。
【００４８】
カップリング部１３６は、Ａ型コネクタ１３０ｂに一体に備えられ、Ａ型支持部材１２０ｂの断面積及び断面形状と同一の断面積及び断面形状を備える。カップリング部１３６の末端中央部には、第２雌ねじ１３７が第１雌ねじ１３３に対向するように備えられる。Ａ型コネクタ１３０ｂの第２雌ねじ１３７は、Ａ型支持部材１２０ｂの一側の結合部１２４ａに結合される。
【００４９】
一実施例において、Ａ型コネクタ１３０ｂは、フェライト系ステンレス鋼で形成され、フェライト系ステンレス鋼の熱膨張率は、室温から１０００℃まで約１３×１０−６［Ｋ−１］である。
【００５０】
カップリング部１３６の長さＬ２（図５ａ参照）は、セル１０１ｂとＡ型支持部材１２０ｂとの熱膨張率の差によって適切に調整される。一実施例において、カップリング部の長さＬ２とＡ型支持部材の長さＬ１（図４ａ参照）との比率は、カップリング部１３６とＡ型支持部材１２０ｂとの組合せ構造の熱膨張率が、セル１０１ｂの熱膨張率の９５％以上〜１０５％以下になるように設定される。例えば、サブセル１１０ｂの長さＬ０（図３ａ参照）から略Ａ型コネクタ１３０ｂの本体の長さＬ３（図５ａ参照）を差し引いた長さに対して、Ａ型支持部材１２０ｂの長さＬ１（図４ａ参照）を約８０％にし、カップリング部１３６の長さＬ２を約２０％に設計することができる。この場合、Ａ型支持部材１２０ｂとカップリング部１３６との組合せ構造の熱膨張率は、室温から１０００℃まで約９×１０−６［Ｋ−１］になる。
【００５１】
カップリング部１３６の長さＬ２を調整すると、すなわち、Ａ型支持部材１２０ｂとカップリング部１３６との長さＬ１、Ｌ２の比率を調整すると、セルと支持部材との熱膨張率の差により、接続型セルモジュール１００で不要な熱応力が発生することを防止することができる。
【００５２】
図３ａ及び図３ｂをさらに参照すると、多孔性部材１１８は、サブセル１１０ｂの第１電極１１２とＡ型支持部材１２０ｂとの間に備えることができる。多孔性部材１１８は、柔軟な部材を適切に圧縮し、中空部１１９を有するパイプ状に形成され得る。多孔性部材１１８の材料としては、ニッケルフェルトなどの金属フェルトや、これと類似する形態の金属メッシュが使用可能である。多孔性部材１１８は、導電性を有することができる。
【００５３】
密封部材１５０は、セル１０１ｂとＡ型コネクタ１３０ｂとの境界部分に備えられる。また、密封部材１５０は、サブセル１１０ｂの長手方向の両端部に備えることができる。一実施例において、密封部材１５０は、接続型セルモジュール１００の運転時において、Ａ型支持部材１２０ｂとセル１０１ｂとに圧縮応力が発生すると、密封性能が高まる材料で形成される。密封部材１５０の材料としては、マイカ系（mica-based）材料やサーマキュライト（Ｔｈｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）（商品名）などが使用可能である。この密封部材１５０を用いると、ロウ付け（brazing）方式による密封に比べて製造工程が簡素化し、ガラスタイプの密封に比べて不純物の混合が低減できる。
【００５４】
一実施例による接続型セルモジュール１００の製造過程をより詳細に説明する。
【００５５】
まず、アノード電極材料の４０ｖｏｌ％ニッケル（Ｎｉ）を含むＹＳＺ粉末に、活性炭（activated carbon）、有機バインダー、水を添加して練り混ぜ、練り混ぜたスラリーを押出成形する。また、それを乾燥させた後、約１３００℃で焼結し、アノード支持体チューブを製造する。
【００５６】
次に、電解質材料のＹＳＺ粉末を電解質スラリーとして用意した後、電解質スラリーをスラリーコーティング法によりアノード支持体チューブ上に沈漬塗布（dip-coating）する。また、アノード支持体チューブ上に電解質スラリーが塗布されたものを室温で乾燥させた後、約１４００℃で焼結する。
【００５７】
次に、カソード材料である（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３（ＬＳＭ）粉末でカソードスラリーを作り、このスラリーをアノード支持体チューブの電解質層上に沈漬塗布する。また、それを乾燥させた後、約１２００℃で焼結する。
【００５８】
製造されたＳＯＦＣセルの外径は約２０ｍｍ、内径は約１６ｍｍ、長さは約３００ｍｍである。
【００５９】
次に、製造されたＳＯＦＣセルの内部にニッケルフェルト（nickel felt）を挿入する。また、アルミナで作られたＡ型支持部材及びステンレス鋼で作られたＡ型コネクタを用意し、Ａ型コネクタの第２雌ねじ１３７にＡ型支持部材の一側の結合部１２４ａを結合させて一体化する。
【００６０】
次に、Ａ型コネクタが一側に結合されたＡ型支持部材を、一側に対向する他側からニッケルフェルトが挿入されているセルの中空部に挿入する。他の実施例によれば、Ａ型コネクタが一側に結合されたＡ型支持部材がニッケルフェルトの中空部に先に挿入された状態で、ニッケルフェルトとともにセルの中空部に挿入可能である。
【００６１】
次に、ニッケルフェルト及びＡ型支持部材が挿入されており、Ａ型支持部材の一側にＡ型コネクタが結合されているサブセルを複数個用意し、用意した複数のサブセルを長手方向に互いに螺合させる。
【００６２】
次に、セルとＡ型支持部材との境界部分を密封部材１５０で密封する。密封部材１５０としては、サーマキュライト（Ｔｈｅｒｍｉｃｕｌｉｔｅ）＃８６６（商品名）を使用することができる。
【００６３】
次に、カソード集電材料として使用可能なＬａ０．９Ｓｒ０．１ＣｏＯ３粉末を、プラズマスプレー法により各サブセルの第２電極１１６上に塗布して集電層１１７を形成する。集電層１１７は、第１サブセル（例えば、１１０ａ）の第２電極１１６、第２電極１１６の一側に露出した電解質層１１４、及び第１サブセルとこれに隣接する第２サブセル（例えば、１１０ｂ）との間のＡ型コネクタ（例えば、１３０ｂ）の一部分を覆うように形成される。
【００６４】
以下、第１実施例の接続型セルモジュール１００の作動過程をより詳細に説明する。
【００６５】
図２において、黒矢印１４１は、燃料の流れ方向であり得、白矢印１４３は、酸化剤の流れ方向であり得る。燃料は、メタン、プロパン、ブータンなどを含むことができ、酸化剤は、空気、酸素ガスなどを含むことができる。
【００６６】
第１マニホールド１４０ａから接続型セルモジュール１００の一側の中空部に流入した燃料は、Ａ型支持部材１２０ａ〜１２０ｄの外表面に沿って流れる。このとき、燃料は、Ａ型コネクタ１３０ａ〜１３０ｄ及び末端コネクタ１３０ｅの開口部と、これらの間の多孔性部材１１８を通過して流れる。接続型セルモジュール１００に流入した燃料のほとんどは、高温雰囲気下、水素リッチな改質ガスに転換される。水素は、燃料の流れ方向に沿って移動して各サブセルの第１電極１１２に供給される。
【００６７】
接続型セルモジュール１００は、第２電極１１６に供給される空気中の酸素と、第１電極１１２に供給される水素との電気化学反応により、電気エネルギーと水を発生させる。電気エネルギーは、接続型セルモジュール１００に接続された外部回路または負荷（図示せず）に供給される。また、水などの反応副生成物と未反応燃料は、棒状のＡ型支持部材の外表面上において燃料の流れ方向に沿って移動し、接続型セルモジュール１００の他側に接続された第２マニホールド１４０ｂに流出する。
【００６８】
前述した各サブセルの第１電極（アノード）及び第２電極（カソード）における電気化学反応は、以下の式１のとおりである。
【００６９】
【数１】
2011065989.tif 000003
【００７０】
図６は、第２実施例による接続型セルモジュールの概略正面図である。図７は、第２実施例による接続型セルモジュールの断面図である。図８は、図７の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。図９ａは、図７の接続型セルモジュールに用いられたコネクタ一体型支持部材（以下、「Ｂ型支持部材」という。）の正面図である。図９ｂは、図９ａのＢ型支持部材の縦断面図である。図９ｃは、図９ａのＢ型支持部材の左側面図である。図９ｄは、図９ａのＢ型支持部材の右側面図である。図１０は、図７の接続型セルモジュールに用いられたカップリング部（以下、「Ｂ型カップリング部」という。）の正面図である。
【００７１】
図６〜図８に示すように、接続型セルモジュール２００は、複数のサブセル２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄを備える。各サブセルは、複数のセルと、各セルの中空部に長手方向に挿入される部分を備えるＢ型支持部材２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄとを備える。各Ｂ型支持部材の一側には、コネクタ２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄが一体に備えられる。また、接続型セルモジュール２００は、隣接する２つのサブセルの間と、一端に位置するサブセルと末端コネクタ２３０ｅとの間に配置されるＢ型カップリング部２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄとを備える。末端コネクタ２３０ｅは、接続型セルモジュール２００の一端とマニホールド１４０ｂとの間に備えられる。
【００７２】
各サブセル２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄは、チューブ型支持体を形成する第１電極１１２と、第１電極１１２の外表面に順次積層される電解質層１１４と、第２電極１１６とを備える。
【００７３】
Ｂ型支持部材２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄは、互いに電気的に絶縁された状態で物理的に接続され、接続型セルモジュール２００の一端から他端まで貫通するように設けられる。一実施例において、各Ｂ型支持部材は、図９ａ〜図９ｄに示すように、ホイール状の本体２３２の一側中央部に長い取っ手が付けられた構造を備える。すなわち、Ｂ型支持部材は、本体２３２の一側中央部の内側に形成された第１雌ねじ２３３と、第１雌ねじ２３３の周りから一方向に本体２３２を貫通する複数の開口部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄと、本体２３２の他側中央部から第１雌ねじ２３３に対向して外部に長く延長する支持部２２２とを備える。外部に延長する支持部２２２の末端には、第２雌ねじ２３７が形成される。また、本体２３２の両側の縁には、プランジ２３８ａ、２３８ｂが支持部２２２の延長する方向に若干突出するように形成される。
【００７４】
Ｂ型カップリング部２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄは、Ｂ型支持部材とは異なる熱膨張率を有し、Ｂ型支持部材同士の間に配置される。一実施例において、各Ｂ型カップリング部２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄは、図１０に示すように、二重の雄ねじ形状を有する。すなわち、Ｂ型カップリング部は、短い円筒状の本体２４２と、本体２４２との間に段差部２４３ａ、２４３ｂをおいて本体２４２の両端部から本体２４２より小さい断面積で外側に所定の長さ延長する第１雄ねじ２４４ａ及び第２雄ねじ２４４ｂを備える。
【００７５】
本実施例において、Ｂ型支持部材は、フェライト系ステンレス鋼で形成され得、Ｂ型カップリング部は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成され得る。その場合、サブセルを構成するチューブ型セルの熱膨張率を考慮して、Ｂ型カップリング部の長さとＢ型支持部材の支持部の長さとの比率を調整すると、接続型セルモジュール２００の構成要素間の熱膨張率の差を減少させることができる。例えば、サブセルまたはチューブ型セルの長さを基準として、Ｂ型支持部材の支持部２２２の長さＬ５（図９ａ参照）を約８０％にし、Ｂ型カップリング部の本体２４２の長さＬ７（図１０参照）を約２０％にすると、２つの部品の結合構造の熱膨張率は、室温から１０００℃まで約１２×１０−６［Ｋ−１］になる。
【００７６】
図７及び図８をさらに参照すると、一実施例において、ＳＯＦＣの接続型セルモジュール２００の各Ｂ型支持部材２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄの支持部２２２と第１電極１１２との間には、多孔性部材１１８が備えられる。多孔性部材１１８は、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ）で、サブセルの内部において第１電極１１２と支持部２２２との間の空間に満たされる。また、多孔性部材１１８は、導電性を有し、サブセルの第１電極１１２と支持部２２２とを電気的に接続する。
【００７７】
一実施例において、隣接するサブセル同士の間には、絶縁部材２５２が備えられる。すなわち、絶縁部材２５２は、第１サブセル２１０ａの第１電極１１２と第２サブセル２１０ｂのコネクタ２３０ｂとを電気的に分離する。絶縁部材２５２の一側は、コネクタ２３０ｂのフランジ部により支持できる。
【００７８】
一実施例において、サブセル２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ間の境界部分と、各サブセルのセルとコネクタとの境界部分とは、密封部材２５０により密封可能である。密封部材２５０は、ニッケル系ロウ付け材料であるＢＮｉ−２（Ｃｒ７％、Ｂ３％、Ｓｉ４．５％、Ｆｅ３％、Ｃ０．０５％、Ｎｉ Ｂａｌ．）を、誘導ロウ付け（induction brazing）法により溶融させて形成され得る。
【００７９】
各サブセルの第２電極１１６上には、集電層１１７ａが備えられる。一実施例において、集電層１１７ａは、第２電極１１６、第２電極１１６の一側に露出する電解質層１１４、及びこの電解質層１１４に隣接するＢ型支持部材のコネクタの一部分の上に連続的に形成され得る。
【００８０】
前述した接続型セルモジュール２００では、第１サブセル（例えば、２１０ａ）の第２電極１１６に接続された集電層１１７ａが、隣接する第２サブセル（例えば、２１０ｂ）のＢ型支持部材２２０ｂを介して第２サブセル２１０ｂの第１電極１１２に接続される。このため、複数のサブセルの機械的直列接続構造のみならず、電気的直列接続構造が安定して形成される。
【００８１】
図１１は、第３実施例による接続型セルモジュールの概略正面図である。図１２は、第３実施例による接続型セルモジュールの断面図である。図１３は、図１２の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。図１４ａは、図１２の接続型セルモジュールに用いられたコネクタ及び弾性部一体型支持部材（以下、「Ｃ型支持部材」という。）の正面図である。図１４ｂは、図１４ａのＣ型支持部材の縦断面図である。図１４ｃは、図１４ａのＣ型支持部材の左側面図である。図１４ｄは、図１４ａのＣ型支持部材の右側面図である。図１５は、図１２の接続型セルモジュールに採用可能なカップリング部（以下、「Ｃ型カップリング部」という。）の正面図である。
【００８２】
図１１〜図１３に示すように、接続型セルモジュール３００は、複数のサブセル３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄを備える。各サブセルは、複数のセルと、各セルの中空部に長手方向に挿入される部分を備えるＣ型支持部材３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄとを備える。各Ｃ型支持部材の一側には、コネクタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄが一体に備えられる。また、接続型セルモジュール３００は、隣接する２つのＣ型支持部材の間と、接続型セルモジュールの一端に位置するサブセルと末端コネクタ３３０ｅとの間に配置されるＣ型カップリング部３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄとを備える。末端コネクタ３３０ｅは、接続型セルモジュール３００の一端とマニホールド１４０ｂとを流体疎通可能に接続する。
【００８３】
各サブセル３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄは、チューブ型支持体を形成する第１電極１１２と、第１電極１１２の外表面に順次積層される電解質層１１４と、第２電極１１６とを備える。
【００８４】
Ｃ型支持部材３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄは、Ｃ型カップリング部３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄにより互いに電気的に絶縁された状態で、Ｃ型カップリング部とともに物理的に互いに接続され、接続型セルモジュール２００の一端から他端までその中空部を貫通するように設けられる。ここで、各Ｃ型カップリング部は、一種の絶縁部材としても機能することが分かる。
【００８５】
一実施例において、各Ｃ型支持部材３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄは、図１４ａ〜図１４ｄに示すように、ホイール状の本体３３２の一側中央部に長い取っ手形態の支持部３２２が付けられ、本体３３２の他側の縁に弾性部３４２が一体に結合された構造を備える。ここで、本体３３２は、コネクタ３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄに対応する。
【００８６】
Ｃ型支持部材は、本体３３２の一側中央部の内側に形成された第１雌ねじ３３３と、第１雌ねじ３３３の周りから一方向に本体３３２を貫通する複数の開口部３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄと、本体３３２の他側中央部から第１雌ねじ３３３に対向して外部へ棒状に長く延長する支持部３２２とを備える。支持部３２２の末端には、第１雌ねじ３３３に対向するように第２雌ねじ３３７が形成される。
【００８７】
弾性部３４２は、伸縮可能な構造を有し、第１雌ねじ３３３が位置するＣ型支持部材の本体３３２の一側面の縁に一体に結合される。弾性部３４２は、サブセルとＣ型支持部材との間で圧縮応力が発生すると、サブセル同士の間で弾性的に若干圧縮または膨脹する。
【００８８】
Ｃ型カップリング部３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄは、絶縁性を有し、Ｃ型支持部材の支持部３２２と同一の断面積及び断面形状を有し、Ｃ型支持部材の間に配置される。各Ｃ型カップリング部３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄは、図１５に示すように、二重の雄ねじ形状を有する。すなわち、Ｃ型カップリング部は、平らな円筒状の本体３４２と、本体３４２との間に段差部３４３ａ、３４３ｂをおいて本体３４２の両側中央部から本体３４２より小さい断面積で外側へ所定の長さ延長する第１雄ねじ３４４ａ及び第２雄ねじ３４４ｂを備える。Ｃ型カップリング部の長さは、図１０のＢ型カップリング部の長さに比べて小さくてもよい。
【００８９】
本実施例において、Ｃ型支持部材は、フェライト系ステンレス鋼で形成され、Ｃ型カップリング部は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成され得る。その場合、サブセルを構成するチューブ型セルの熱膨張率を考慮して、Ｃ型カップリング部の長さＬ１２（図１５参照）は適切に調整可能である。すなわち、Ｃ型支持部材の支持部３２２の長さＬ１１（図１４ａ参照）とＣ型カップリング部の長さＬ１２との比率を調整することにより、接続型セルモジュール３００の熱膨張率の差により不要な熱応力が発生することを防止することができる。
【００９０】
例えば、サブセルの長さに対して、Ｃ型支持部材の支持部３２２の長さＬ１１を９５％にし、Ｃ型カップリング部の本体３４２の長さＬ１２を５％にすると、２つの部品の結合構造の熱膨張率は、室温から１０００℃まで約１０×１０−６［Ｋ−１］になる。すなわち、結合される２つの部品の長さＬ１１、Ｌ１２の比率を調整すると、Ｃ型支持部材とＣ型カップリング部との結合構造の熱膨張率と、チューブ型セルの熱膨張率とを実質的に同一にするか、やや小さくすることにより、熱膨張率の差により熱応力が発生することを大きく減少させることができる。
【００９１】
図１２及び図１３をさらに参照すると、接続型セルモジュール３００の一端部に位置する第１Ｃ型支持部材３２０ａは、第２Ｃ型支持部材３２０ｂとはやや異なり、弾性部が省略された構造を備えることができる。第１Ｃ型支持部材３２０ａのコネクタ３３０ａは、接続型セルモジュール３００の一端とマニホールド１４０ａとを流体疎通可能に接続する。一方、末端コネクタ３３０ｅは、Ｃ型支持部材の本体３３２と類似する形態を有することができる。末端コネクタ３３０ｅは、第４Ｃ型カップリング部３５０ｄを間に挟んで接続型セルモジュール３００の他端を他のマニホールド１４０ｂに固定結合する。
【００９２】
一実施例において、接続型セルモジュール３００の各Ｃ型支持部材３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄの支持部３２２と第１電極１１２との間には、多孔性部材１１８が備えられる。
【００９３】
一実施例において、隣接するサブセル同士の間、すなわち、特定のサブセル（例えば、３１０ａ）とこれに隣接する他のサブセル（例えば、３１０ｂ）の弾性部３４２との間には、絶縁部材３６２が備えられる。絶縁部材３６２は、第１サブセル３１０ａの第１電極１１２と第２サブセル３１０ｂのＣ型支持部材３２０ｂの弾性部３４２とを電気的に絶縁する。
【００９４】
一実施例において、サブセル３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ間の境界部分と、各サブセルのチューブ型セルとコネクタとの境界部分とは、密封部材３７０により密封可能である。一側の密封部材３７０は、隣接する２つのサブセル間の絶縁部材３６２を覆うように形成され得る。密封部材３７０としては、ガラス系、結晶化ガラス系、マイカ、マイカ−ガラス複合材料、ガラス−充填材複合材料などの密封材料が使用可能である。
【００９５】
各サブセル３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄの第２電極１１６上には、集電層１１７ｂが備えられる。集電層１１７ｂとしては、ステンレス鋼や、銀（Ａｇ）を含むニッケル系耐熱合金などが使用可能である。本実施例において、集電層１１７ｂは、導電性メッシュを使用して形成される。一方、他の実施例によれば、集電層１１７ｂは、導電性配線を第２電極１１６に巻く方式で設けられていてもよい。この場合、集電層１１７ｂは、Ｃ型支持部材の導電性本体３３２にスポット（spot）溶接により接合できる。他の側面において、集電層１１７ｂは、ＬａＣｏＯ３などの導電性酸化物をコーティングすることによって設けられていてもよい。
【００９６】
前述した接続型セルモジュール３００では、第１サブセル（例えば、３１０ａ）の第２電極１１６に接続された集電層１１７ｂが、隣接する第２サブセル（例えば、３１０ｂ）のＣ型支持部材３２０ｂを介して第２サブセルの第１電極１１２に接続される。図１２の拡大図において、集電層１１７ｂとＣ型支持部材２３０ｂのコネクタ３３０ｂとは、ワイヤまたは配線１１７ｃによって互いに接続されている。
【００９７】
前述した実施例によれば、複数のサブセルの物理的直列接続構造のみならず、電気的直列接続構造が安定して形成される。すなわち、２つ以上のアノード支持体型セルを用いて物理的及び電気的に直列接続され、かつ、耐久性に優れた接続型セルモジュールを容易に製造することができる。
【００９８】
図１６は、第４実施例による接続型セルモジュールの概略正面図である。図１７は、第４実施例による接続型セルモジュールの断面図である。図１８は、図１７の接続型セルモジュールを構成するサブセルのいずれか１つの断面図である。図１９ａは、図１７の接続型セルモジュールに用いられた他のコネクタ及び弾性部一体型支持部材（以下、「Ｄ型支持部材」という。）の正面図である。図１９ｂは、図１９ａのＤ型支持部材の縦断面図である。図１９ｃは、図１９ａのＤ型支持部材の左側面図である。図１９ｄは、図１９ａのＤ型支持部材の右側面図である。
【００９９】
図１６〜図１８に示すように、接続型セルモジュール４００は、複数のサブセル４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄを備える。各サブセルは、複数のセルと、各セルの中空部に長手方向に挿入される部分を備えるＤ型支持部材４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄとを備える。各Ｄ型支持部材の一側には、コネクタ４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄが一体に備えられる。また、接続型セルモジュール４００は、隣接する２つのＤ型支持部材の間、並びに接続型セルモジュールの一端に位置するサブセル４１０ｄと末端コネクタ４３０ｅとの間にそれぞれ配置される絶縁部材４５０を備える。末端コネクタ４３０ｅは、接続型セルモジュール４００の一端とマニホールド１４０ｂとを流体疎通可能に接続する。
【０１００】
各サブセル４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄは、チューブ型支持体を形成する第１電極１１２と、第１電極１１２の外表面に順次積層される電解質層１１４と、第２電極１１６とを備える。
【０１０１】
Ｄ型支持部材４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄは、絶縁部材４５０により互いに電気的に絶縁された状態で物理的に互いに接続され、接続型セルモジュール２００の一端から他端までその中空部を貫通するように設けられる。
【０１０２】
一実施例において、各Ｄ型支持部材４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄは、図１９ａ〜図１９ｄに示すように、ハンマー形状を有する。すなわち、各Ｄ型支持部材は、頭部に該当する本体４３２と、この本体４３２の一側中央部に棒状に長く延長する支持部４２２と、本体４３２の他側の縁に弾性部４４２とが一体に結合された構造を備える。また、Ｄ型支持部材は、本体４３２の一側中央部の内側に形成された第１雌ねじ４３３と、第１雌ねじ４３３の周りから一方向に本体４３２を貫通する複数の開口部４３４ａ、４３４ｂ、４３４ｃ、４３４ｄと、第１雌ねじ４３３に対向して支持部４２２の末端部において支持部４２２の内側に形成された雄ねじ４３７とを備える。
【０１０３】
弾性部４４２は、伸縮可能な構造を有し、第１雌ねじ４３３が位置するＤ型支持部材の本体４３２の一側面の縁に一体に結合される。弾性部４４２は、サブセルとＤ型支持部材との間で圧縮応力が発生すると、サブセル同士の間で弾性的に収縮または膨脹する。
【０１０４】
本実施例の弾性部４４２は、図１３の弾性部３４２より大きい弾性率を有するように形成される。そのため、本実施例の接続型セルモジュール４００では、図１２のＣ型カップリング部３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄが実質的に省略可能である。ただし、Ｄ型支持部材同士の電気的分離のために、Ｄ型支持部材同士の間には、絶縁部材４５０が備えられる。絶縁部材４５０は、絶縁コーティング層で形成され得る。
【０１０５】
本実施例において、Ｄ型支持部材は、フェライト系ステンレス鋼で形成され得る。その場合、サブセルを構成するチューブ型セルの熱膨張率とＤ型支持部材の熱膨張率との差を考慮して、弾性部の弾性力を適切に調整することができる。すなわち、弾性部４４２の弾性力を適切に調整すると、接続型セルモジュール４００の部品間の熱膨張率の差により発生する熱応力を緩和することができる。
【０１０６】
図１７及び図１８をさらに参照すると、接続型セルモジュール４００の一端部に位置する第１Ｄ型支持部材４２０ａは、第２Ｄ型支持部材４２０ｂとはやや異なり、弾性部が省略された構造を備えることができる。第１Ｄ型支持部材４２０ａのコネクタ４３０ａは、接続型セルモジュール４００の一端とマニホールド１４０ａとを流体疎通可能に接続する。一方、末端コネクタ４３０ｅは、弾性部が一体に備えられたＤ型支持部材の本体４３２と類似する形態を備えることができる。末端コネクタ４３０ｅは、接続型セルモジュール４００の他端をもう１つのマニホールド１４０ｂに流体疎通可能に接続する。
【０１０７】
一実施例において、接続型セルモジュール４００を構成する各サブセルのＤ型支持部材４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄの支持部４２２と第１電極１１２との間には、多孔性部材１１８を備えることができる。
【０１０８】
一実施例において、隣接するサブセルの間、すなわち、特定のサブセル（例えば、４１０ａ）とこれに隣接する他のサブセル（例えば、４１０ｂ）の弾性部４４２との間には、他の絶縁部材４６２（以下、「第２絶縁部材」という。）を備えることができる。第２絶縁部材４６２は、第１サブセル４１０ａの第１電極１１２と第２サブセル４１０ｂのＤ型支持部材４２０ｂの弾性部４４２とを電気的に絶縁する。
【０１０９】
一実施例において、サブセル４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ間の境界部分と、各サブセルのチューブ型セルとコネクタとの境界部分とは、密封部材４７０により密封可能である。一側の密封部材４７０は、隣接する２つのサブセル間の第２絶縁部材４６２を覆うように形成され得る。密封部材４７０としては、ガラス系、結晶化ガラス系、マイカ、マイカ−ガラス複合材料、ガラス−充填材複合材料などの密封材料が使用可能である。
【０１１０】
各サブセル４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄの第２電極１１６上には、集電層１１７ｂが備えられる。集電層１１７ｂの材料としては、ステンレス鋼や、銀（Ａｇ）を含むニッケル系耐熱合金などが使用可能である。本実施例において、集電層１１７ｂは、導電性メッシュを使用して形成される。集電層１１７ｂは、導電性配線１１７ｃを介してＤ型支持部材の導電性本体４３２に接続される。導電性配線１１７ｃは、導電性本体４３２にスポット溶接により接合できる。
【０１１１】
前述した接続型セルモジュール４００では、第１サブセル（例えば、４１０ａ）の第２電極１１６に接続された集電層１１７ｂが、隣接する第２サブセル（例えば、４１０ｂ）のＤ型支持部材４２０ｂを介して第２サブセルの第１電極１１２に接続される。このため、複数のサブセルの物理的直列接続構造のみならず、電気的直列接続構造が安定して形成される。
【０１１２】
前述した実施例において、複数のサブセルは、基本的に、アノード支持体型セルで構成される。しかし、本実施例のサブセルは、アノード支持体型セル、カソード支持体型セル、直列分割式セル、またはこれらの組合せを用いて構成できることは、前述した開示により自明であるはずである。
【符号の説明】
【０１１３】
１００、２００、３００、４００；接続型セルモジュール
１０１ｂ；チューブ型セル
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ、４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ；ＳＯＦＣサブセル
１１２；第１電極
１１４；電解質層
１１６；第２電極
１１７、１１７ａ、１１７ｂ；集電層
１１８；多孔性部材
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ、４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃ、４２０ｄ；支持部材
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄ、４３０ａ、４３０ｂ、４３０ｃ、４３０ｄ；コネクタ
１３３、１３７、２３３、２３７、３３３、３３７、４３３；雌ねじ
１３６、２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、２５０ｄ、３５０ａ、３５０ｂ、３５０ｃ、３５０ｄ；カップリング部
１３０ｅ、２３０ｅ、３３０ｅ、４３０ｅ；末端コネクタ
１４０ａ、１４０ｂ；マニホールド
２４４ａ、２４４ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、４３７；雄ねじ
２５２、３６２、４５０、４６２；絶縁部材
１５０、２５０、３７０、４７０；密封部材
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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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１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１４ｄ】
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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１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図１９ｄ】
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