(57)【要約】【課題】筒状型燃料電池スタックにおいて、発電出力を安定性良くかつ高効率にて行う。【解決手段】支持部材３２は、各セル配置エリア３２ａと重なる範囲を有する範囲であってシール部材３９が配置される範囲である複数のシール部材配置エリア３２ｂと、各シール部材配置エリア３２ｂの周囲にそれぞれ設けられる範囲である拡張抑制エリア３２ｃであって、液状であるシール部材３９が、拡張抑制エリア３２ｃに隣接する隣接エリア３２ｄと比べて、支持部材３２の一面に沿って拡がるのを抑制する範囲である複数の拡張抑制エリア３２ｃと、を備えている。支持部材３２の一面に設けられている各拡張抑制エリア３２ｃには、薄膜層３２ｅが形成され、薄膜層３２ｅは、拡張抑制エリア３２ｃの隣接エリア３２ｄと比べて、液状であるシール部材３９が拡がりにくい部材である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された複数の筒状セルと、
前記筒状セルの端部に設けられ金属材で形成されたキャップと、
前記キャップ付きの前記複数の筒状セルを立設状態で支持する支持部材と、
前記支持部材の一面に設けられかつ前記各キャップが配置される範囲である複数のセル配置エリアと、前記各キャップと、の間をそれぞれシールする複数のシール部材と、
を備えた筒状型燃料電池スタックであって、
前記支持部材は、前記各セル配置エリアと重なる範囲を有する範囲であって前記シール部材が配置される範囲である複数のシール部材配置エリアと、
前記各シール部材配置エリアの周囲にそれぞれ設けられる範囲である拡張抑制エリアであって、液状である前記シール部材が、前記拡張抑制エリアに隣接する隣接エリアと比べて、前記支持部材の前記一面に沿って拡がるのを抑制する範囲である複数の拡張抑制エリアと、
を備え、
前記支持部材の前記一面に設けられている前記各拡張抑制エリアには、薄膜層が形成され、
前記薄膜層は、前記薄膜層を形成しない前記支持部材の表面と比べて、液状である前記シール部材が拡がりにくい部材である筒状型燃料電池スタック。
【請求項２】
前記支持部材の前記一面に設けられている前記各拡張抑制エリアにのみ、前記薄膜層が形成されている請求項１記載の筒状型燃料電池スタック。
【請求項３】
前記薄膜層は、塗布膜または圧延接合膜である請求項１または請求項２記載の筒状型燃料電池スタック。
【請求項４】
前記拡張抑制エリアまたは前記シール部材配置エリアのうち前記拡張抑制エリアに近傍する範囲に形成された前記各シール部材の接触角は、前記シール部材配置エリアに形成された場合または前記隣接エリアに形成された場合の前記シール部材の接触角である基準接触角に対して１５度以上である請求項１−請求項３の何れか一項記載の筒状型燃料電池スタック。
【請求項５】
前記支持部材は、アルミナで形成されており、
前記薄膜層は、亜鉛酸化物から構成されている請求項１−請求項４の何れか一項記載の筒状型燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の筒状型燃料電池スタックと、
前記筒状型燃料電池スタックの燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部と、
前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用燃料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する改質部と、
を備えている筒状型燃料電池モジュール。
【請求項７】
発電ユニットと、
貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
を備えている筒状型燃料電池システムであって、
前記発電ユニットは、
請求項６に記載の筒状型燃料電池モジュールと、
前記筒状型燃料電池モジュールから排気される燃焼排ガスと前記貯湯槽から供給される前記貯湯水との間で熱交換を行い、前記燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器と、
前記熱交換器から排出される前記凝縮水を貯水する水タンクと、
補機を駆動して前記筒状型燃料電池システムの運転を制御する制御装置と、
少なくとも前記筒状型燃料電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換して交流の系統電源に接続されている電源ラインに出力する電力変換装置と、
を備えている筒状型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の筒状セルが直列接続された筒状型燃料電池スタック、筒状型燃料電池モジュールおよび筒状型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
筒状型燃料電池スタックの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図６に示されているように、筒状型燃料電池スタックは、複数の燃料電池セル８４と、複数の燃料電池セル８４が立設されるガスマニホールドの支持部６８と、を備えている。燃料電池セル８４の上下方向端部には、各々接続された被支持部である内側電極端子８６が設けられている。内側電極端子８６は耐酸化性の金属または合金を材料（一般的に、集電効率を高めるために導電性のよい銀（Ａｇ）が用いられる。）としている。支持部６８と、内側電極端子８６と、の間には、結晶化ガラスシール材３０１が設けられ、燃料電池セルユニット１６と支持部６８をシールしている。
【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】
上述した特許文献１に記載されている筒状型燃料電池スタックにおいては、例えば長期発電などによって高温となり、結晶化ガラスシール材３０１が液状となり、隣接する結晶化ガラスシール材３０１に到達して互いに接続するおそれがある。また、内側電極端子８６から銀（Ａｇ）が結晶化ガラスシール材３０１に拡散して、結晶化ガラスシール材３０１の導電率が高くなる。この場合、互いに隣接する内側電極端子８６は、導電率が高くなった結晶化ガラスシール材３０１を介してショートするおそれがある。その結果、筒状型燃料電池スタックの発電出力が低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、筒状型燃料電池スタックにおいて、発電出力を安定性良くかつ高効率にて行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池スタックの発明は、筒状に形成された複数の筒状セルと、筒状セルの端部に設けられ金属材で形成されたキャップと、キャップ付きの複数の筒状セルを立設状態で支持する支持部材と、支持部材の一面に設けられかつ各キャップが配置される範囲である複数のセル配置エリアと、各キャップと、の間をそれぞれシールする複数のシール部材と、を備えた筒状型燃料電池スタックであって、支持部材は、各セル配置エリアと重なる範囲を有する範囲であってシール部材が配置される範囲である複数のシール部材配置エリアと、各シール部材配置エリアの周囲にそれぞれ設けられる範囲である拡張抑制エリアであって、液状であるシール部材が、拡張抑制エリアに隣接する隣接エリアと比べて、支持部材の一面に沿って拡がるのを抑制する範囲である複数の拡張抑制エリアと、を備え、支持部材の一面に設けられている各拡張抑制エリアには、薄膜層が形成され、薄膜層は、薄膜層を形成しない支持部材の表面と比べて、液状であるシール部材が拡がりにくい部材である。
【０００７】
これによれば、シール部材配置エリアの周囲にそれぞれ設けられる拡張抑制エリアに形成された薄膜層は、薄膜層を形成しない支持部材の表面と比べて、液状であるシール部材が拡がりにくい部材である。よって、例えば長期発電などによって高温となり、シール部材が液状となった場合であっても、液状となったシール部材は、拡張抑制エリアに形成された薄膜層によって拡張抑制エリアより拡張するのを抑制することができる。したがって、互いに隣接する一方のシール部材が他方のシール部材に到達することを抑制し、互いに隣接するシール部材が接続することを抑制することができる。その結果、筒状型燃料電池スタックの発電出力が低下するのを抑制し、発電出力を安定性良くかつ高効率にて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明による筒状型燃料電池システムの一実施形態の概要を示す概要図である。
【図２】図１に示す筒状型燃料電池モジュールを円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。
【図３】図２に示す支持部材を示す部分上面図である。
【図４】図２に示す筒状セルを示す側面図である。
【図５】図２に示す円筒セルの組付状態を示す円筒セルの長手方向に沿った部分拡大断面図である。
【図６】図２に示す接続部材を示す上面図である。
【図７】図２に示す支持部材の他の一例を示す部分上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明による筒状型燃料電池システム（固体酸化物形燃料電池システム）の一実施形態について説明する。図１はこの筒状型燃料電池システムの概要を示す概要図である。この筒状型燃料電池システムは、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。
発電ユニット１０は、筒状型燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。
【００１０】
筒状型燃料電池モジュール１１は、後述するように筒状型燃料電池スタック３０を少なくとも含んで構成されるものである。筒状型燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、筒状型燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、筒状型燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、筒状型燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。
【００１１】
熱交換器１２は、筒状型燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、筒状型燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。
【００１２】
熱交換器１２において、筒状型燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水を貯水するものであり、イオン交換樹脂によって純水化するのがより好ましい。
【００１３】
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、筒状型燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
【００１４】
さらに、インバータ装置１３（電力変換装置に相当する）、筒状型燃料電池スタック３０から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して筒状型燃料電池システムの運転を制御する。
【００１５】
筒状型燃料電池モジュール１１は、図２に示すように、筒状型燃料電池スタック３０、蒸発部４０、および改質部５０を備えている。筒状型燃料電池スタック３０は、ベース部材３１、支持部材３２、円筒セル３３（筒状セルに相当する）、接続部材３４、カバー３５、アノードガスマニホールド３６、およびカソードガスマニホールド３７を備えている。
【００１６】
ベース部材３１は、金属材（例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、クロム−鉄−イットリア合金などが用いられるが、特にフェライト系ステンレス鋼が好適である。）で方形状の板状に形成されている。ベース部材３１の上面には、支持部材３２が設けられている。支持部材３２は、ベース部材３１と、円筒セル３３および接続部材３４とを絶縁する。支持部材３２は、絶縁性を有する材料（例えば、アルミナ、マグネシア、シリカ、ジルコニア、イットリアあるいはそれらの混合材料を原料としたセラミック）で方形状の板状に形成されている。
【００１７】
支持部材３２は、後述するキャップ７１，７１付きの複数の円筒セル３３を立設状態で支持する。支持部材３２の一面（上面）には、円筒セル３３が複数立設されている。支持部材３２の上面（一面、セル設置面）には、図３に示すように、複数のセル配置エリア３２ａ、複数のシール部材配置エリア３２ｂ、および複数の拡張抑制エリア３２ｃが設けられている。支持部材３２は、複数のセル配置エリア３２ａ、複数のシール部材配置エリア３２ｂ、および複数の拡張抑制エリア３２ｃを備えている。
【００１８】
セル配置エリア３２ａは、キャップ７１，７２が配置されるべき範囲である。すなわち、セル配置エリア３２ａは、円筒セル３３が配置されるべき範囲である。セル配置エリア３２ａ内には、貫通穴３２ａ１が配置されるのが好ましい。
シール部材配置エリア３２ｂは、セル配置エリア３２ａと重なる範囲を有する範囲であってシール部材３９が配置される範囲である。
【００１９】
拡張抑制エリア３２ｃは、各シール部材配置エリア３２ｂの周囲にそれぞれ設けられる範囲である。拡張抑制エリア３２ｃは、液状であるシール部材３９が、拡張抑制エリア３２ｃに隣接する隣接エリア３２ｄと比べて、支持部材３２の上面（一面、セル設置面）に沿って拡がるのを抑制する範囲である。隣接エリア３２ｄは、例えばシール部材配置エリア３２ｂであり、シール部材配置エリア３２ｂでも拡張抑制エリア３２ｃでもない範囲である。隣接エリア３２ｄは、薄膜層３２ｅが形成されていない範囲である。
【００２０】
拡張抑制エリア３２ｃには、薄膜層３２ｅが形成されている。薄膜層３２ｅは、数μｍ〜数十μｍの厚みである。薄膜層３２ｅは、薄膜層３２ｅを形成しない支持部材３２の表面と比べて（または薄膜層３２ｅを形成しない場合の支持部材３２の表面と比べて）、液状であるシール部材３９（後述する）が拡がりにくい部材である。
【００２１】
液状であるシール部材３９は、焼成前の液状のシール部材３９の試料液（シール部材３９の原材料を含んだスラリー）を含み、焼成後であって燃料電池の発電（例えば長期発電）により筐体内温度が高温となった場合に液化したシール部材３９を含む。
【００２２】
薄膜層３２ｅは、支持部材３２の上面（一面、セル設置面）の全面ではなく、拡張抑制エリア３２ｃにのみ形成されている。なお、薄膜層３２ｅは、支持部材３２の上面（一面、セル設置面）の全面に形成するようにしてもよい。この場合の隣接エリア３２ｄは薄膜層３２ｅを有することとなる。また、薄膜層３２ｅが支持部材３２の上面の全面に形成された場合、セル配置エリア３２ａ、シール部材配置エリア３２ｂ、拡張抑制エリア３２ｃおよび隣接エリア３２ｄは、それぞれ想定された範囲であり、上述した拡張抑制エリア３２ｃのみに薄膜層３２ｅが形成されている場合と同程度の範囲に設定されている。
【００２３】
薄膜層３２ｅは、塗布膜または圧延接合膜である。塗布膜は、スクリーン印刷法、蒸着法、ディップコート法、メッキ法などによって成膜されたものである。圧延接合膜は、１つの金属の表面に他の金属（通常は異種金属）の表面を圧力を加えて圧延して接合した膜である。例えば、圧延接合膜が形成された支持部材３２は、クラッド材(クラッドメタル)である。
【００２４】
塗布膜の材料は、一般的なガラス構成材料である、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ホウ素（Ｂ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）の酸化物、ならびに、燃料電池に関する材料である、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ランタン（Ｌａ）、およびストロンチウム（Ｓｒ）の酸化物から選定するのが好ましい。これにより、塗布膜の材料が、円筒セル３３や筒状型燃料電池スタック３０を汚染するのを抑制することができる。また、塗布膜の材料は、絶縁性材料がより好ましい。
【００２５】
薄膜層３２ｅは、塗布膜で形成されているので、切削加工など比較的高コストの製造方法と比較して、薄膜層３２ｅを支持部材３２に低コストにて形成することができる。
なお、本実施形態では、支持部材３２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成されており、薄膜層３２ｅは、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）から構成されている。また、これ以外の組み合わせでもよく、例えば、支持部材３２はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）で形成され、薄膜層３２ｅは、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）から構成されている。
【００２６】
拡張抑制エリア３２ｃ、またはシール部材配置エリア３２ｂのうち拡張抑制エリア３２ｃに近傍する範囲に形成されたシール部材３９の接触角は、シール部材配置エリア３２ｂに形成された場合、または隣接エリア３２ｄに形成された場合のシール部材３９の接触角である基準接触角に対して１５度以上（２０度以上がより好ましい。）であることが好ましい。また、シール部材３９の接触角は、シール部材配置エリア３２ｂに形成された場合、または隣接エリア３２ｄに形成された場合のシール部材３９の接触角である基準接触角に対して１５度以上であり、かつ支持部材３２の上面に対して９０度未満であることがより好ましい。
【００２７】
なお、接触角は、液滴と固体表面とで形成される角度である。本明細書、特許請求の範囲に記載されている接触角は、液状のシール部材３９と支持部材３２の上面とで形成される角度であり、固体化したシール部材３９と支持部材３２の上面とで形成される角度である。
【００２８】
これによれば、互いに隣り合うシール部材３９の一方が、液状にて流れ始めたとしても、シール部材配置エリア３２ｂを越え、拡張抑制エリア３２ｃに進入した場合、液状のシール部材３９は、薄膜層３２ｅによってはっ水（撥水）されるため、拡張抑制エリア３２ｃをさらに越えて隣りのシール部材配置エリア３２ｂに進入するのを抑制することができる。
【００２９】
支持部材３２は、ベース部材３１の中央部、すなわち円筒セル３３の立設範囲に配置されている。この立設範囲に複数の貫通穴３２ａ１が形成されている。支持部材３２は、ベース部材３１の上面に当接して設置されている。
【００３０】
円筒セル３３は、円筒状に形成されたセルである。円筒セル３３は、固体酸化物形燃料電池筒状セルである。円筒セル３３は、基本的には、径方向に内側から順番に積層された燃料極層３３ａ、電解質層３３ｂ、反応防止層（図示省略）および空気極層３３ｃから構成されている。反応防止層は、例えば、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ＹＤＣ（イットリアドープセリア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）等の希土類をドープしたセリア混合体を用いている。燃料極層３３ａは、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側（下端側）から他端側（上端側）に向けて流通する内側電極層である。空気極層３３ｃは、燃料極層３３ａの外側に積層され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか他方が一端側から他端側に向けて流通する外側電極層である。
【００３１】
燃料極層３３ａ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少なくとも１種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やＹ、Ｓｍなどの希土類元素から少なくとも１種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から選ばれる少なくとも１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１種から形成されている。
【００３２】
電解質層３３ｂは、例えばＹ、Ｓｃ、Ｃｅなどの希土類元素から選ばれる少なくとも１種をドープした安定化ジルコニア、ＧｄやＹ、Ｓｍなどの希土類元素から少なくとも１種をドープしたセリア、ＮｉとＳｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも１種をドープしたランタンガレートの少なくとも１種から形成される。
【００３３】
空気極層３３ｃは、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも１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１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１種をドープしたランタンコバルタイト、Ｓｒ、Ｆｅから選ばれた少なくとも１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、白金などの少なくとも１種から形成される。
また、本実施形態では、円筒セル３３は円筒形に形成されているが、筒状であれば、断面方形に形成するようにしてもよい。
【００３４】
円筒セル３３（筒状セルに相当する）は、図４に示すように、燃料極層３３ａ（内側電極層に相当する）の一方の端部（図４にて上端部）は露出するとともに、燃料極層３３ａの他方の端部（図４にて下端部）は空気極層３３ｃ（外側電極層に相当する）により覆われるように形成されている。燃料極層３３ａの上端部の露出部に燃料極層被接続部３３ａ１が形成されるとともに、空気極層３３ｃの下端部に空気極層被接続部３３ｃ１が形成されている。
【００３５】
円筒セル３３は、図４に示すように、第一キャップ７１と第二キャップ７２とをさらに備えている。第一キャップ７１および第二キャップ７２は、ベース部材３１と同様に、金属材（例えば、フェライト系ステンレス鋼）で形成されている。第一キャップ７１は、第一本体部７１ａと第一連通口部７１ｂとを備えている。なお、第一キャップ７１と第二キャップ７２は集電部材（電極）として機能する場合もあり、集電部材としての機能を有さずすなわち集電部材以外の機能、例えば固定部材としての機能する場合もある。
【００３６】
図５に示すように、第一本体部７１ａは、有底筒状に形成されている。第一本体部７１ａは、第一本体部７１ａの内壁面が燃料極層３３ａの露出部（燃料極層被接続部３３ａ１を含む）を覆うように配設されている。第一本体部７１ａの内壁面（内周側面と底面を含む）と燃料極層被接続部３３ａ１とは、導電性接着剤７１ｃで接続されている。なお、第一本体部７１ａの内壁面と燃料極層被接続部３３ａ１とは直接接触している部分（例えば底面）もある。
導電性接着剤７１ｃは、例えば、白金、銀、銅あるいは銀−パラジウム合金などの導電性ペーストや導電性セラミックスを用いることができる。導電性セラミックスは、例えば、ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物を用いることができ、特にＡサイトにＬａを有する遷移金属型ペロブスカイト型酸化物を用いると良い。その中でも、導電性セラミックスは、比較的低温での電気伝導性が高いランタンコバルタイト系酸化物を用いると好適である。
【００３７】
第一連通口部７１ｂは、第一本体部７１ａに設けられて燃料極層３３ａ内に形成された流路に連通する。第一連通口部７１ｂは、筒状に形成され第一本体部７１ａの底壁から燃料極層３３ａと反対側に向けて立設されている。
【００３８】
第二キャップ７２は、図４に示すように、第二本体部７２ａと第二連通口部７２ｂとを備えている。図５に示すように、第二本体部７２ａは、有底筒状に形成されている。第二本体部７２ａは、第二本体部７２ａの内壁面が空気極層３３ｃの端部（空気極層被接続部３３ｃ１）を覆うように配設されている。第二本体部７２ａの内壁面（内周側面と底面を含む）と空気極層被接続部３３ｃ１とは、上述した導電性接着剤７１ｃと同様な導電性接着剤７２ｃで接続されている。なお、第二本体部７２ａの内壁面と空気極層被接続部３３ｃ１とは直接接触している部分（例えば底面）もある。また、燃料極層３３ａの端部および内壁面は、電解質層３３ｂと同じ材質で製膜され、絶縁部３３ｂ１が形成されている。絶縁部３３ｂ１は、燃料極層３３ａと第二キャップ７２とを絶縁する。
【００３９】
第二連通口部７２ｂは、第二本体部７２ａに設けられて燃料極層３３ａ内に形成された流路に連通する。第二連通口部７２ｂは、筒状に形成され第二本体部７２ａの底壁から燃料極層３３ａと反対側に向けて立設されている。
【００４０】
なお、第一キャップ７１および第二キャップ７２は、第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂを設けないで、第一本体部７１ａおよび第二本体部７２ａのみを備えるように構成してもよい。
【００４１】
キャップ７１，７２付きの複数の円筒セル３３は、立設状態で支持部材３２に支持されている。具体的には、第一キャップ７１および第二キャップ７２のうち支持部材３２に近い側に配置される連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）は、支持部材３２の貫通穴３２ａ１およびベース部材３１の貫通穴３１ａを貫通している。ベース部材３１の貫通穴３１ａは、第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂの外形より若干大きく形成されている。支持部材３２の貫通穴３２ａ１は、第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂの外形より若干大きく形成されている。
【００４２】
支持部材３２に近い側に配置される第一キャップ７１および第二キャップ７２と、支持部材３２の上面（支持部材３２の一面）との間には、シール部材３９が介装されている。シール部材３９は、第一キャップ７１および第二キャップ７２と、支持部材３２の上面との間をシールする。固化したシール部材３９は、第一キャップ７１および第二キャップ７２を支持部材３２に固定する機能も有する。
【００４３】
シール部材３９は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化シリコン（シリカ）、酸化ホウ素などを主成分とする非晶質性のガラスシール材を用いることができる。非晶質性のガラスシール材は、最初の昇温時に軟化し、軟化した後にさらに昇温すると、筒状型燃料電池スタック３０の作動温度までに固相になる。非晶質性のガラスシール材は、固相後の昇温に対して、結晶性のガラスシール材と比べて、再び軟化し易い性質を備えている。そのため、非晶質性のガラスシール材は、結晶性のガラスシール材と比べて、柔軟なシール部材であり、緻密なガスシールが可能である。
なお、シール部材３９は、結晶性のガラスシール材（例えば、アルミナ、シリカ等を主成分とする結晶化ガラスなど）を用いることもできる。
【００４４】
なお、第一本体部７１ａおよび第二本体部７２ａは、同一寸法で形成してもよく、第一本体部７１ａの内径寸法を燃料極層３３ａの外径寸法より若干大きくするとともに第二本体部７２ａの内径寸法を空気極層３３ｃの外径寸法より若干大きくするように形成してもよい。また、第一キャップ７１および第二キャップ７２のうちベース部材３１に近い側に配置される連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）の長手方向長さは、接続部材３４、支持部材３２およびベース部材３１の各厚みの合計より大きい値に少なくとも設定されている。
【００４５】
電気的に隣り合う円筒セル３３は、図５に示すように、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材３１に配設されている。複数の円筒セル３３は、複数の接続部材３４によって直列接続されている。
【００４６】
接続部材３４は、図６に示すように、燃料極層被接続部３３ａ１（内側電極層被接続部）すなわち第一キャップ７１と電気的に接続される第一接続部３４ａと、空気極層被接続部３３ｃ１（外側電極層被接続部）すなわち第二キャップ７２と電気的に接続される第二接続部３４ｂと、第一接続部３４ａと第二接続部３４ｂとを連結する連結部３４ｃと、を備えている。接続部材３４は、例えば、フェライト系ステンレス、ランタンクロマイトなどを用いて形成することができる。
【００４７】
第一接続部３４ａには、第一キャップ７１の第一本体部７１ａが貫通する貫通穴３４ａ１が形成されている（図５参照）。第二接続部３４ｂには、第二キャップ７２の第二本体部７２ａが貫通する貫通穴３４ｂ１が形成されている（図５参照）。貫通穴３４ａ１は、第一本体部７１ａの外径より大きく設定されている。貫通穴３４ｂ１は、第二本体部７２ａの外径より大きく設定されている。貫通穴３４ａ１および貫通穴３４ｂ１の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。
【００４８】
第一本体部７１ａと貫通穴３４ａ１の内壁面（第一接続部３４ａ）は、上述した導電性接着剤７１ｃと同様な導電性接着剤３４ｄにより接続されている。第二本体部７２ａと貫通穴３４ｂ１の内壁面（第二接続部３４ｂ）は、導電性接着剤３４ｄにより接続されている。
【００４９】
直列に接続された円筒セル３３の両端の接続部は、バスバー接続部材３８ａを介してバスバー３８ｂにそれぞれ接続されている。接続部材３４，３８ａおよびバスバー３８ｂは、例えば、フェライト系ステンレス、ランタンクロマイトなどを用いて形成することができる。
【００５０】
カバー３５は、図２に示すように、ベース部材３１の上面に取り付けられている。カバー３５は、下方に開口する開口部を有する箱状に形成されている。カバー３５とベース部材３１との間に形成された密閉された空間Ｒ１には、円筒セル３３の上部、蒸発部４０および改質部５０が収容されている。カバー３５の開口部には、外方に向けて形成されたフランジ３５ａが形成されており、フランジ３５ａがベース部材３１の上面に当接されて、ベース部材３１にネジ３５ｂによりねじ止め固定されている。カバー３５の天井部には排気口３５ｃが形成されており、燃焼排ガスが排気口３５ｃを通って排気される。
【００５１】
アノードガスマニホールド３６は、ベース部材３１の下面に取り付けられている。アノードガスマニホールド３６は、上方に開口する開口部を有する箱状に形成されている。アノードガスマニホールド３６とベース部材３１との間に形成された密閉された空間には、円筒セル３３の下端部が収容され、前述した空間と円筒セル３３とが連通している。
アノードガスマニホールド３６には、一端が改質部５０に接続されてアノードガスが供給されるアノードガス供給管３６ｃが接続されている。
【００５２】
カソードガスマニホールド３７は、空間Ｒ１内に設けられている。カソードガスマニホールド３７には、カソードガスが供給されるカソードガス供給管３７ａが接続されている。カソードガスマニホールド３７の上部には、上方に向けてカソードガスが流出する流出孔（図２にて矢印位置）が複数形成されている。
【００５３】
蒸発部４０は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部４０は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部５０に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
【００５４】
蒸発部４０には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部４０には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。
【００５５】
改質部５０は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部４０から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部５０内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部５０は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して筒状型燃料電池スタック３０に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。
【００５６】
燃焼部６０は、各円筒セル３３と蒸発部４０および改質部５０との間に設けられている。燃焼部６０は、円筒セル３３からのアノードオフガス（燃料オフガス）と円筒セル３３からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて改質部５０を加熱する。
【００５７】
上述した実施形態によれば、筒状型燃料電池スタック３０は、筒状に形成された複数の円筒セル３３（筒状セル）と、円筒セル３３の端部に設けられ金属材で形成されたキャップ７１，７２と、キャップ７１，７２付きの複数の円筒セル３３を立設状態で支持する支持部材３２と、支持部材３２の一面に設けられかつ各キャップ７１，７２が配置される範囲である複数のセル配置エリア３２ａと、各キャップ７１，７２と、の間をそれぞれシールする複数のシール部材３９と、を備えた筒状型燃料電池スタックである。支持部材３２は、各セル配置エリア３２ａと重なる範囲を有する範囲であってシール部材３９が配置される範囲である複数のシール部材配置エリア３２ｂと、各シール部材配置エリア３２ｂの周囲にそれぞれ設けられる範囲である拡張抑制エリア３２ｃであって、液状であるシール部材３９が、拡張抑制エリア３２ｃに隣接する隣接エリア３２ｄと比べて、支持部材３２の一面に沿って拡がるのを抑制する範囲である複数の拡張抑制エリア３２ｃと、を備えている。支持部材３２の一面に設けられている各拡張抑制エリア３２ｃには、薄膜層３２ｅが形成され、薄膜層３２ｅは、薄膜層３２ｅを形成しない支持部材３２の表面と比べて、液状であるシール部材３９が拡がりにくい部材である。
【００５８】
これによれば、シール部材配置エリア３２ｂの周囲にそれぞれ設けられる拡張抑制エリア３２ｃに形成された薄膜層３２ｅは、薄膜層３２ｅを形成しない支持部材３２の表面と比べて、液状であるシール部材３９が拡がりにくい部材である。よって、例えば長期発電などによって高温となり、シール部材３９が液状となった場合であっても、液状となったシール部材３９は、拡張抑制エリア３２ｃに形成された薄膜層３２ｅによって拡張抑制エリア３２ｃより拡張するのを抑制することができる。したがって、互いに隣接する一方のシール部材３９が他方のシール部材３９に到達することを抑制し、互いに隣接するシール部材３９が接続することを抑制することができる。その結果、筒状型燃料電池スタック３０の発電出力が低下するのを抑制し、発電出力を安定性良くかつ高効率にて行うことができる。
また、互いに隣り合う円筒セル３３を、電気的に接続させない範囲にて、できる限り接近させることができ、ひいてはセル距離間を短縮することができるため、筒状型燃料電池スタック３０を小型化することが可能となる。
【００５９】
また、筒状型燃料電池スタック３０は、支持部材３２の一面に設けられている各拡張抑制エリア３２ｃにのみ、薄膜層３２ｅが形成されている。
これによれば、薄膜層３２ｅを支持部材３２の一面の全面に形成する場合と比較して、低コストにて筒状型燃料電池スタック３０を製造することができる。また、拡張抑制エリア３２ｃ以外の範囲であるシール部材配置エリア３２ｂにおいて、シール部材３９は支持部材３２により強固に固定することができる。
【００６０】
また、筒状型燃料電池スタック３０においては、薄膜層３２ｅは、塗布膜または圧延接合膜である。
これによれば、薄膜層３２ｅを比較的低コストにて形成することができる。よって、筒状型燃料電池スタック３０を比較的低コストにて製造することができる。
【００６１】
また、筒状型燃料電池スタック３０においては、拡張抑制エリア３２ｃまたはシール部材配置エリア３２ｂのうち拡張抑制エリア３２ｃに近傍する範囲に形成された各シール部材３９の接触角は、シール部材配置エリア３２ｂに形成された場合または隣接エリア３２ｄに形成された場合のシール部材３９の接触角である基準接触角に対して１５度以上である。
これによれば、シール部材３９が液状となった場合であっても、液状となったシール部材３９は、シール部材配置エリア３２ｂより濡れ性が悪い薄膜層３２ｅ（拡張抑制エリア３２ｃ）によってより拡張するのを抑制することができる。
【００６２】
また、筒状型燃料電池スタック３０においては、支持部材３２は、アルミナで形成されており、薄膜層３２ｅは、亜鉛酸化物から構成されている。
これによれば、支持部材３２および薄膜層３２ｅを比較的低コストにて形成することができる。よって、筒状型燃料電池スタック３０を比較的低コストにて製造することができる。
【００６３】
また、筒状型燃料電池モジュール１１は、筒状型燃料電池スタック３０と、筒状型燃料電池スタック３０の燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部４０と、蒸発部４０から供給された水蒸気と改質用燃料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する改質部５０と、を備えている。これによれば、筒状型燃料電池モジュール１１は、上述した筒状型燃料電池スタック３０に係る作用・効果を得ることができる。
【００６４】
また、筒状型燃料電池システムは、発電ユニット１０と、貯湯水を貯湯する貯湯槽２１と、を備えている筒状型燃料電池システムであって、発電ユニット１０は、筒状型燃料電池モジュール１１と、筒状型燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスと貯湯槽２１から供給される貯湯水との間で熱交換を行い、燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器１２と、熱交換器１２から排出される凝縮水を貯水する水タンク１４と、補機を駆動して筒状型燃料電池システムの運転を制御する制御装置１５と、少なくとも筒状型燃料電池モジュール１１から出力される直流電力を交流電力に変換して交流の系統電源に接続されている電源ラインに出力するインバータ装置１３（電力変換装置）と、を備えている。これによれば、筒状型燃料電池システムは、上述した筒状型燃料電池スタック３０に係る作用・効果を得ることができる。
【００６５】
なお、上述した実施形態においては、内側電極層を燃料極層３３ａとし、外側電極層を空気極層３３ｃとしたが、内側電極層を空気（酸化剤ガス）が流通する空気極層３３ｃとし、外側電極層を燃料が流通する燃料極層３３ａとするようにしてもよい。
また、上述した実施形態においては、円筒セル３３は、管状に形成されるようにしたが、柱状に形成しかつ内部に燃料ガスまたはカソードガスが流れる複数の流路を形成するようにしてもよい。
【００６６】
また、上述した実施形態においては、拡張抑制エリア３２ｃおよび薄膜層３２ｅは円環状に形成するようにしたが、これに限定されず、拡張抑制エリア１３２ｃおよび薄膜層１３２ｅはシール部材配置エリア３２ｂを囲む形状であればよく、図７に示すように、拡張抑制エリア１３２ｃおよび薄膜層１３２ｅは格子状に形成するようにしてもよい。これによっても、上述した拡張抑制エリア３２ｃおよび薄膜層３２ｅと同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６７】
３０…筒状型燃料電池スタック、３２…支持部材、３２ａ…セル配置エリア、３２ｂ…シール部材配置エリア、３２ｃ…拡張抑制エリア、３２ｄ…隣接エリア、３２ｅ…薄膜層、３３…円筒セル（筒状セル）、３９…シール部材、７１，７２…キャップ。
【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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