(57)【要約】【課題】集電体の取り付け作業が容易で、且つ、集電体の取り付けの不具合が生じ難い固体酸化物型燃料電池装置を提供する。【解決手段】同方向に沿うように並列された状態で配置された複数の燃料電池セル１６と、複数の集電体８２とを備えた固体酸化物型燃料電池装置１であって、集電体８２は、燃料電池セル１６の端部を挿入するための複数の取付孔８４，８４Ａが形成された金属板であり、各取付孔には複数の所定数の弾性片８４ａが設けられており、各集電体の各取付孔に、対応する燃料電池セル１６の端部が挿入されることにより、集電体が燃料電池セル１６に対して取り付けられており、集電体８３ａ−８３ｇの縁部近傍に形成された取付孔８４Ａは、所定数の弾性片のうち、一部の弾性片が取り除かれて開口部８４ｄが形成されており、残された弾性片が導電性接着剤１５３によって燃料電池セル１６の電極に固定されている。【選択図】図７
2015195146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容空間を有するハウジングと、
前記ハウジングの収容空間内において同方向に沿うように並列された状態で配置された複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの端部に形成された電極を電気的に接続する複数の集電体と、を備えた固体酸化物型燃料電池装置であって、
前記集電体は、前記燃料電池セルの端部を挿入するための複数の取付孔が形成された金属板であり、各取付孔には複数の所定数の弾性片が設けられており、
各集電体の各取付孔に、対応する燃料電池セルの端部が挿入されることにより、前記複数の集電体が前記弾性片の弾性力によって前記複数の燃料電池セルに対して取り付けられており、
前記集電体の縁部近傍に形成された取付孔は、前記所定数の弾性片のうち、一部の弾性片が取り除かれて開口部が形成されており、残された弾性片が導電性接着剤によって前記燃料電池セルの電極に固定されていることを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項２】
前記集電体の縁部近傍に形成された取付孔において、前記開口部は、前記集電体の縁部側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項３】
前記集電体の縁部近傍に形成された取付孔において、前記開口部は略半円形を有し、隣接する複数の取付孔の前記開口部は、前記開口部の直線部分の仮想延長線が直線上に整列しないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項４】
前記複数の集電体の各々は略扇形の形状を有しており、前記複数の集電体は、前記複数の燃料電池セルの端部において、略円形の形状を形成するように並列して配置されており、
前記集電体の縁部近傍に形成された取付孔において、前記開口部は略半円形を有し、前記開口部は、前記開口部の直線部分が、前記複数の集電体の並列配置によって形成される前記略円形の形状の中心を向かないように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【請求項５】
前記集電体の連結部に連結される外部への電力取出し用導体を更に備え、
前記集電体の連結部は、前記開口部が形成された取付孔の近傍であって、前記取付孔の周方向において前記開口部が形成された方向に位置することを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物型燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物型燃料電池装置に関し、特に、燃料電池モジュールに収容された複数の燃料電池セルを電気的に接続する集電体を備えた固体酸化物型燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（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、他方の側に酸化剤ガス（空気、酸素等）を供給して、比較的高温で動作する燃料電池である。
【０００３】
固体酸化物型燃料電池装置は、燃料電池モジュール内に複数の燃料電池セル（セルチューブ）からなるセル配列を収容している。このセル配列では、複数の燃料電池セルが集電体により互いに電気的に接続される。例えば、特開２００８−２１８００５号公報（特許文献１）に記載の燃料電池装置では、多数の燃料電池セルの上端部間及び下端部間が、３枚の集電体を用いて電気的に接続されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１の燃料電池装置では、複数の燃料電池セルからなるセル配列は、上面視で横長の略矩形状に配列されている。セル配列の上端側には２枚の集電体が配置され、２枚の集電体の各々に、セル配列の半数の燃料電池セルからなる燃料電池セル群が接続されている。上端側の２つの集電体の各々は、対応する燃料電池セル群の燃料電池セルを並列接続している。一方、セル配列の下端側には１枚の集電体（上側集電体の略２倍の大きさ）が配置され、１枚の集電体に２つの燃料電池セル群（即ち、セル配列の全数の燃料電池セル）が接続されている。下端側の集電体は、燃料電池セル群の燃料電池セルを並列接続すると共に、２つの燃料電池セル群を直列接続している。また、上端側の２枚の集電体には、外部への電力取出し用導体がそれぞれ接続されている。このような構成により、２つの電力取出し用導体間には、各燃料電池セル群の並列接続回路を直列接続した電気回路が形成されている。
【０００５】
特許文献１の燃料電池装置では、３枚の集電体のみで多数の燃料電池セルの端部を電気的に接続するため、燃料電池セルの電気的接続作業が容易となる。具体的には、各集電体には、対応する複数の燃料電池セルを取り付けるための取付孔が形成されており、各取付孔には、孔の縁部から孔の中心へ向けて放射状に延びる複数の弾性片が形成されている。このため、複数の燃料電池セルからなるセル配列に対して各集電体を押し付けることにより、各集電体の複数の取付孔に、それぞれ対応する燃料電池セルの端部を挿入することができる。そして、各取付孔の複数の弾性片を、対応する燃料電池セルの端部の外周面に弾性的に接触させることができる。これにより、多数の燃料電池セルに対して集電体を取り付ける作業についての作業効率が大幅に改善され、燃料電池セルの電気的接続作業が簡単化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１８００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃料電池セルは、セラミック材料で形成されるため、個々の燃料電池セルの形状（径、長さ、曲がり等）にばらつきがある。このため、複数の燃料電池セルにより形成されたセル配列において、各燃料電池セルの端部は、理想的な位置からずれてしまう。
【０００８】
したがって、集電体をセル配列に対して位置合わせしても、一部の燃料電池セルの軸中心位置が集電体の対応する取付孔に対してずれるので、集電体のセル配列への取付動作において、集電体をセル配列に対して押し付けるために必要な押圧力が大きくなる。そして、無理に集電体をセル配列に対して押し付けると、燃料電池セルの端部の外表面に設けられた電極を弾性片によって剥がしてしまうおそれがある。特に集電体が厚い板材で形成され、取付孔の弾性片の弾性力が大きい場合には、電極剥がれが生じ易い。
【０００９】
また、セル配列内で発電用空気を均等に分配させる等の理由により、セル配列では複数の燃料電池セルが規則的に配置される。引用文献１の燃料電池装置では、複数の燃料電池セルからなるセル配列が２つの燃料電池セル群に分割されているが、セル配列内において、すべての燃料電池セルは規則的に配置される。したがって、２つの燃料電池セル群が隣接する部位において、異なる燃料電池セル群に属する燃料電池セル同士も同じ燃料電池セル群内の燃料電池セルと同様に、同じ間隔で配置される。このため、多数の燃料電池セルが密集して配置されたセル配列においては、隣接する２つの集電体の縁部の間隔は非常に狭くなる。
【００１０】
そして、燃料電池セルの形状のばらつきにより、組み付けの際に、集電体内に引張り力や撓みが生じ、集電体の一部の取付孔に部分的な応力が加わって集電体が変形又は破損したり、集電体が意図された位置から僅かに平行移動や回転移動した位置に取り付けられたりする場合が生じ得る。このような集電体の変形及び破損、位置ずれが起こると、上述のように隣接する集電体間の離間距離が非常に小さいため、隣接する集電体同士が接触して電気的短絡が生じるおそれがある。
【００１１】
したがって、このような不具合の発生を防止するために、集電体を取り付ける際に、各燃料電池セルで取付位置を微調整しながら集電体の取付孔に燃料電池セルを挿入していく必要がある。このとき、各取付孔において、対応する燃料電池セルを取付孔内の中心位置から僅かにずれて位置させることにより、位置ずれを少しずつ吸収することができる。
【００１２】
しかしながら、それにもかかわらず、集電体の周縁部の取付孔に位置ずれが集中してしまう場合がある。このような場合、集電体をセル配列に対して大きな組付力で無理に組み付けると、集電体の周縁部の取付孔が変形又は破損し、隣接する集電体同士が電気的短絡を起こしたり、燃料電池セルの電極損傷が生じたりするという問題があった。また、燃料電池セルの位置ずれを集電体の周縁部の取付孔で吸収し切れずに、集電体が許容範囲を超えて位置ずれし、隣接する集電体同士が電気的短絡を起こすおそれがあるという問題があった。
【００１３】
従って、本発明は、集電体により複数の燃料電池セルを電気的に接続する構造を有する固体酸化物型燃料電池装置において、集電体の取り付け作業が容易で、且つ、集電体の取り付けの不具合が生じ難い固体酸化物型燃料電池装置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】
【００１４】
上述した課題を解決するために、本発明は、収容空間を有するハウジングと、ハウジングの収容空間内において同方向に沿うように並列された状態で配置された複数の燃料電池セルと、複数の燃料電池セルの端部に形成された電極を電気的に接続する複数の集電体と、を備えた固体酸化物型燃料電池装置であって、集電体は、燃料電池セルの端部を挿入するための複数の取付孔が形成された金属板であり、各取付孔には複数の所定数の弾性片が設けられており、各集電体の各取付孔に、対応する燃料電池セルの端部が挿入されることにより、複数の集電体が弾性片の弾性力によって複数の燃料電池セルに対して取り付けられており、集電体の縁部近傍に形成された取付孔は、所定数の弾性片のうち、一部の弾性片が取り除かれて開口部が形成されており、残された弾性片が導電性接着剤によって燃料電池セルの電極に固定されていることを特徴としている。
【００１５】
燃料電池セルは製造寸法精度が集電体のような金属機械部品ほどは高くないため、セル配列内において各燃料電池セルは理想的な位置から僅かにずれる場合があるが、集電体をセル配列に組み付ける際には、各取付孔において少しずつ燃料電池セルの位置ずれを吸収することができる。しかしながら、集電体の縁部において位置ずれが蓄積され、縁部の取付孔で位置ずれを吸収し切れない場合が生じ得る。このような場合に、集電体の縁部の取付孔に燃料電池セルを大きな組付力によって無理に挿入すると、集電体の縁部に応力が集中し、縁部の変形又は破損や、弾性片による燃料電池セルの電極剥がれや、集電体自体の許容範囲を超えた位置ずれ等の不具合が生じるおそれがある。このような不具合が生じると、隣接する集電体の縁部同士が接触し、短絡を生じるおそれがある。
【００１６】
そこで、本発明では、集電体の縁部近傍に形成された取付孔において、一部の弾性片を取り除くことにより開口部を形成している。開口部を形成することにより、縁部の取付孔において、燃料電池セルの位置ずれを吸収し易くなり、集電体自体の平行移動や回転移動による位置ずれを小さくすることができる。更に、縁部の取付孔において、燃料電池セルの挿入を小さな力で行うことができるので、全体的な組付力を小さくすることが可能となり、集電体の縁部における変形又は破損、及び、弾性片による電極剥がれを防止することができる。
【００１７】
また、開口部が形成された取付孔では、残された一部の弾性片を導電性接着剤によって燃料電池セルの電極に確実に固定することができる。一般的には、導電性接着剤による弾性片の固定を行う場合、隣接する集電体に対して、導電性接着剤が弾性片を伝って垂れて、隣接する集電体同士が短絡するおそれがある。このような導電性接着剤による短絡を防止するには、隣接する燃料電池セル群の間に隙間を設けて、隣接する集電体の離間間隔を大きくすればよいが、燃料電池セル群の間に隙間を設けると、その隙間により多くの酸化剤ガスが流れるようになるので、セル配列内を流れる酸化剤ガスの分散性が低下してしまう。しかしながら、本発明では、集電体の縁部近傍に形成された取付孔では、弾性片が一部取り除かれているため、導電性接着剤が垂れて隣接する集電体が短絡することを抑制することができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、集電体の縁部近傍に形成された取付孔において、開口部は、集電体の縁部側に形成されている。
このように構成された本発明によれば、開口部が集電体の縁部側に形成されることにより、縁部近傍の取付孔において、燃料電池セルの位置ずれを更に吸収し易くなり、当該取付部の変形や破損の発生を低減することができる。
【００１９】
本発明において、好ましくは、集電体の縁部近傍に形成された取付孔において、開口部は略半円形を有し、隣接する複数の取付孔の開口部は、開口部の直線部分の仮想延長線が直線上に整列しないように形成されている。
このように構成された本発明によれば、隣接する略半円形状の開口部の直線部分が、直線上に揃わなくすることにより、薄い板材によって形成された集電体であっても、組付時における縁部の折れや曲がり等の変形が生じ難くなり、組み付けが容易となる。縁部に変形が生じると、取付孔において弾性片と燃料電池セルの電極との電気的接触が不良になり易いが、本発明では、このような縁部の変形が抑制されるので、電気的接触不良を生じ難くすることができる。
【００２０】
本発明において、好ましくは、複数の集電体の各々は略扇形の形状を有しており、複数の集電体は、複数の燃料電池セルの端部において、略円形の形状を形成するように並列して配置されており、集電体の縁部近傍に形成された取付孔において、開口部は略半円形を有し、開口部は、開口部の直線部分が、複数の集電体の並列配置によって形成される略円形の形状の中心を向かないように形成されている。
このように構成された本発明によれば、集電体が略扇形の形状を有しており、取付孔の略半円形の開口部の直線部分が、略扇形の中心を指向しないように構成されているので、薄い板材によって形成された集電体であっても、板厚を大きくすることなく、集電体の組付時における縁部の変形が抑制され、また、燃料電池装置の運転時における熱等の影響による縁部の変形も抑制することができる。
【００２１】
本発明において、好ましくは、集電体の連結部に連結される外部への電力取出し用導体を更に備え、集電体の連結部は、開口部が形成された取付孔の近傍であって、取付孔の周方向において開口部が形成された方向に位置する。
このように構成された本発明によれば、製造時において、電力取出し用導体を集電体に連結したときに、連結部に荷重が掛っても、連結部から取付孔の開口部までの部位が撓み易くなり、当該取付孔の弾性片に及ぶ影響を小さくすることができる。よって、当該取付孔における電気的接触不良の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の固体酸化物型燃料電池装置によれば、集電体の取り付け作業が容易で、且つ、集電体の取り付けの不具合を生じ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に内蔵されている排気集約室の部分を拡大して示す断面図である。
【図５】図２におけるV−V断面である。
【図６】（ａ）下端がカソードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）下端がアノードにされている燃料電池セルの下端部を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に用いられる集電体の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に用いられる集電体の取付孔の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置に用いられる一部の集電体の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における一工程の説明図である。
【図１１】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における一工程の説明図である。
【図１２】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置の製造工程における集電体の固定方法の説明図である。
【図１３】本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置において、集電体が燃料電池セルに固定された状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を説明する。
図１は、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）を示す全体構成図である。この図１に示すように、本発明の一実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（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。
【００２５】
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７を介して燃料電池セル収容容器８が配置されている。この燃料電池セル収容容器８内の内部には発電室１０が構成され、この発電室１０の中には複数の燃料電池セル１６が同心円状に配置されており、これらの燃料電池セル１６により、燃料ガスと酸化剤ガスである空気の発電反応が行われる。
【００２６】
各燃料電池セル１６の上端部には、排気集約室１８が取り付けられている。各燃料電池セル１６において発電反応に使用されずに残った残余の燃料（オフガス）は、上端部に取り付けられた排気集約室１８に集められ、この排気集約室１８の天井面に設けられた複数の噴出口から流出される。流出した燃料は、発電室１０内で発電に使用されずに残った空気により燃焼され、排気ガスが生成されるようになっている。
【００２７】
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、この純水タンクから供給される水の流量を調整する水供給装置であ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から供給された炭化水素系の原燃料ガスの流量を調整する燃料供給装置である燃料ブロア３８（モータで駆動される「燃料ポンプ」等）を備えている。
【００２８】
なお、燃料ブロア３８を通過した原燃料ガスは、燃料電池モジュール２内に配置された脱硫器３６と、熱交換器３４、電磁弁３５を介して燃料電池セル収容容器８の内部に導入される。脱硫器３６は、燃料電池セル収容容器８の周囲に環状に配置されており、原燃料ガスから硫黄を除去するようになっている。また、熱交換器３４は、脱硫器３６において温度上昇した高温の原燃料ガスが直接電磁弁３５に流入し、電磁弁３５が劣化されるのを防止するために設けられている。電磁弁３５は、燃料電池セル収容容器８内への原燃料ガスの供給を停止するために設けられている。
【００２９】
補機ユニット４は、空気供給源４０から供給される空気の流量を調整する酸化剤ガス供給装置である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）を備えている。
【００３０】
さらに、補機ユニット４には、燃料電池モジュール２からの排気ガスの熱を回収するための温水製造装置５０が備えられている。この温水製造装置５０には、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。
さらに、燃料電池モジュール２には、燃料電池モジュール２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。
【００３１】
次に、図２及び図３により、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置（ＳＯＦＣ）の燃料電池モジュールに内蔵された燃料電池セル収容容器の内部構造を説明する。
図２は燃料電池セル収容容器の断面図であり、図３は燃料電池セル収容容器の主な部材を分解して示した断面図である。
図２に示すように、燃料電池セル収容容器８内の空間には、複数の燃料電池セル１６が同心円状に配列され、その周囲を取り囲むように燃料流路である燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、酸化剤ガス供給流路２２が順に同心円状に形成されている。ここで、排ガス排出流路２１及び酸化剤ガス供給流路２２は、酸化剤ガスを供給／排出する酸化剤ガス流路として機能する。
【００３２】
まず、図２に示すように、燃料電池セル収容容器８は、概ね円筒状の密閉容器であり、その側面には、発電用の空気を供給する酸化剤ガス流入口である酸化剤ガス導入パイプ５６、及び排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８が接続されている。さらに、燃料電池セル収容容器８の上端面からは、排気集約室１８から流出した残余燃料に点火するための点火ヒーター６２が突出している。
【００３３】
図２及び図３に示すように、燃料電池セル収容容器８の内部には、燃料電池セル１６の周囲を取り囲むように、内側から順に、発電室構成部材である内側円筒部材６４、外側円筒部材６６、内側円筒容器６８、外側円筒容器７０が配置されている。上述した燃料ガス供給流路２０、排ガス排出流路２１、及び酸化剤ガス供給流路２２は、これらの円筒部材及び円筒容器の間に夫々構成される流路であり、隣り合う流路の間で熱交換が行われる。
即ち、排ガス排出流路２１は燃料ガス供給流路２０を取り囲むように配置され、酸化剤ガス供給流路２２は排ガス排出流路２１を取り囲むように配置されている。また、燃料電池セル収容容器８の下端側の開放空間は、燃料を各燃料電池セル１６に分散させる燃料ガス分散室７６の底面を構成する概ね円形の分散室底部材７２により塞がれている。
【００３４】
内側円筒部材６４は、概ね円筒状の中空体であり、その上端及び下端は開放されている。また、内側円筒部材６４の内壁面には、分散室形成板である円形の第１固定部材６３が気密的に溶接されている。この第１固定部材６３の下面と、内側円筒部材６４の内壁面と、分散室底部材７２の上面により、燃料ガス分散室７６が画定される。また、第１固定部材６３には、各々燃料電池セル１６を挿通させる複数の挿通穴６３ａが形成されており、各燃料電池セル１６は、各挿通穴６３ａに挿通された状態で、セラミック接着剤により第１固定部材６３に接着されている。このように、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、燃料電池モジュール２を構成する部材間相互の接合部には、セラミック接着剤が充填され、硬化されることにより、各部材が相互に気密的に接合されている。
【００３５】
外側円筒部材６６は、内側円筒部材６４の周囲に配置される円筒状の管であり、内側円筒部材６４との間に円環状の流路が形成されるように、内側円筒部材６４と概ね相似形に形成されている。さらに、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間には中間円筒部材６５が配置されている。中間円筒部材６５は、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間に配置された円筒状の管であり、内側円筒部材６４の外周面と中間円筒部材６５の内周面の間には改質部９４が構成されている。また、中間円筒部材６５の外周面と、外側円筒部材６６の内周面の間の円環状の空間は、燃料ガス供給流路２０として機能する。このため、改質部９４及び燃料ガス供給流路２０は、燃料電池セル１６における発熱及び排気集約室１８上端における残余燃料の燃焼により熱を受ける。また、内側円筒部材６４の上端部と外側円筒部材６６の上端部は溶接により気密的に接合されており、燃料ガス供給流路２０の上端は閉鎖されている。さらに、中間円筒部材６５の下端と、内側円筒部材６４の外周面は、溶接により気密的に接合されている。
【００３６】
内側円筒容器６８は、外側円筒部材６６の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、外側円筒部材６６との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が外側円筒部材６６と概ね相似形に形成されている。この内側円筒容器６８は、内側円筒部材６４の上端の開放部を覆うように配置される。外側円筒部材６６の外周面と、内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間は、排ガス排出流路２１（図２）として機能する。この排ガス排出流路２１は、内側円筒部材６４の上端部に設けられた複数の小穴６４ａを介して内側円筒部材６４の内側の空間と連通している。また、内側円筒容器６８の下部側面には、排ガス流出口である排ガス排出パイプ５８が接続されており、排ガス排出流路２１が排ガス排出パイプ５８に連通される。
【００３７】
排ガス排出流路２１の下部には、燃焼触媒６０及びこれを加熱するためのシースヒーター６１が配置されている。
燃焼触媒６０は、排ガス排出パイプ５８よりも上方に、外側円筒部材６６の外周面と内側円筒容器６８の内周面の間の円環状の空間に充填された触媒である。排ガス排出流路２１を下降した排気ガスは、燃焼触媒６０を通過することにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ５８から排出される。
シースヒーター６１は、燃焼触媒６０の下方の、外側円筒部材６６の外周面を取り囲むように取り付けられた電気ヒーターである。固体酸化物型燃料電池装置１の起動時において、シースヒーター６１に通電することにより、燃焼触媒６０が活性温度まで加熱される。
【００３８】
外側円筒容器７０は、内側円筒容器６８の周囲に配置される円形断面のカップ状の部材であり、内側円筒容器６８との間にほぼ一定幅の円環状の流路が形成されるように、側面が内側円筒容器６８と概ね相似形に形成されている。内側円筒容器６８の外周面と、外側円筒容器７０の内周面の間の円環状の空間は、酸化剤ガス供給流路２２として機能する。
また、外側円筒容器７０の下部側面には、酸化剤ガス導入パイプ５６が接続されており、酸化剤ガス供給流路２２が酸化剤ガス導入パイプ５６に連通される。
【００３９】
分散室底部材７２は、概ね円形の皿状の部材であり、内側円筒部材６４の内壁面にセラミック接着剤により気密的に固定される。これにより、第１固定部材６３と分散室底部材７２の間に、燃料ガス分散室７６が構成される。また、分散室底部材７２の中央には、バスバー８０（図２）を挿通させるための挿通管７２ａが設けられている。各燃料電池セル１６に電気的に接続されたバスバー８０は、この挿通管７２ａを通して燃料電池セル収容容器８の外部に引き出される。また、挿通管７２ａには、セラミック接着剤が充填され、燃料ガス分散室７８の気密性が確保されている。さらに、挿通管７２ａの周囲には、断熱材７２ｂ（図２）が配置されている。
【００４０】
内側円筒容器６８の天井面から垂下するように、発電用の空気を噴射するための、円形断面の酸化剤ガス噴射用パイプ７４が取り付けられている。この酸化剤ガス噴射用パイプ７４は、内側円筒容器６８の中心軸線上を鉛直方向に延び、その周囲の同心円上に各燃料電池セル１６が配置される。酸化剤ガス噴射用パイプ７４の上端が内側円筒容器６８の天井面に取り付けられることにより、内側円筒容器６８と外側円筒容器７０の間に形成されている酸化剤ガス供給流路２２と酸化剤ガス噴射用パイプ７４が連通される。酸化剤ガス供給流路２２を介して供給された空気は、酸化剤ガス噴射用パイプ７４の先端から下方に噴射され、第１固定部材６３の上面に当たって、発電室１０内全体に広がる。
【００４１】
燃料ガス分散室７６は、第１固定部材６３と分散室底部材７２の間に構成される円筒形の気密性のあるチャンバーであり、その上面に各燃料電池セル１６が林立されている。第１固定部材６３の上面に取り付けられた各燃料電池セル１６は、その内側の燃料極が、燃料ガス分散室７６の内部と連通されている。各燃料電池セル１６の下端部は、第１固定部材６３の挿通穴６３ａを貫通して燃料ガス分散室７６の内部に突出し、各燃料電池セル１６は第１固定部材６３に、接着により固定されている。
【００４２】
図２に示すように、内側円筒部材６４には、第１固定部材６３よりも下方に複数の小穴６４ｂが設けられている。内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間は、複数の小穴６４ｂを介して燃料ガス分散室７６内に連通されている。供給された燃料は、外側円筒部材６６の内周と中間円筒部材６５の外周の間の空間を一旦上昇した後、内側円筒部材６４の外周と中間円筒部材６５の内周の間の空間を下降し、複数の小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６内に流入する。燃料ガス分散室７６に流入した燃料は、燃料ガス分散室７６の天井面（第１固定部材６３）に取り付けられた各燃料電池セル１６の燃料極に分配される。
【００４３】
さらに、燃料ガス分散室７６内に突出している各燃料電池セル１６の下端部は、燃料ガス分散室７６内でバスバー８０に電気的に接続され、挿通管７２ａを通して電力が外部に引き出される。バスバー８０は、各燃料電池セル１６により生成された電力を、燃料電池セル収容容器８の外部へ取り出すための細長い金属導体であり、碍子７８を介して分散室底部材７２の挿通管７２ａに固定されている。バスバー８０は、燃料ガス分散室７６の内部において、各燃料電池セル１６に取り付けられた集電体８２と電気的に接続されている。また、バスバー８０は、燃料電池セル収容容器８の外部において、インバータ５４（図１）に接続される。なお、集電体８２は、排気集約室１８内に突出している各燃料電池セル１６の上端部にも取り付けられている（図４）。これら上端部及び下端部の集電体８２により、複数の燃料電池セル１６が電気的に並列に接続されると共に、並列に接続された複数組の燃料電池セル１６が電気的に直列に接続され、この直列接続の両端が夫々バスバー８０に接続される。
【００４４】
次に、図４及び図５を参照して、排気集約室の構成を説明する。
図４は排気集約室の部分を拡大して示す断面図であり、図５は、図２におけるV−V断面である。
図４に示すように、排気集約室１８は、各燃料電池セル１６の上端部に取り付けられたドーナツ型断面のチャンバーであり、この排気集約室１８の中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４が貫通して延びている。
【００４５】
図５に示すように、内側円筒部材６４の内壁面には、排気集約室１８支持用の３つのステー６４ｃが等間隔に取り付けられている。図４に示すように、各ステー６４ｃは金属製の薄板を折り曲げた小片であり、排気集約室１８を各ステー６４ｃの上に載置することにより、排気集約室１８は内側円筒部材６４と同心円上に位置決めされる。これにより、排気集約室１８の外周面と内側円筒部材６４の内周面の間の隙間、及び排気集約室１８の内周面と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面との間の隙間は、全周で均一になる（図５）。
【００４６】
排気集約室１８は、集約室上部材１８ａ及び集約室下部材１８ｂが気密的に接合されることにより構成されている。
集約室下部材１８ｂは、上方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための円筒部が設けられている。
集約室上部材１８ａは、下方が開放された円形皿状の部材であり、その中央には、酸化剤ガス噴射用パイプ７４を貫通させるための開口部が設けられている。集約室上部材１８ａは、集約室下部材１８ｂの上方に開口したドーナツ型断面の領域に嵌め込まれる形状に構成されている。
【００４７】
集約室下部材１８ｂの周囲の壁の内周面と集約室上部材１８ａの外周面の間の隙間にはセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。
また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、大径シールリング１９ａが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。大径シールリング１９ａは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００４８】
一方、集約室下部材１８ｂ中央の円筒部の外周面と、集約室上部材１８ａ中央の開口部の縁の間にもセラミック接着剤が充填され、硬化されており、この接合部の気密性が確保されている。また、この接合部に充填されたセラミック接着剤により形成されたセラミック接着剤層の上には、小径シールリング１９ｂが配置され、セラミック接着剤層を覆っている。小径シールリング１９ｂは円環状の薄板であり、セラミック接着剤の充填後、充填されたセラミック接着剤を覆うように配置され、接着剤の硬化により排気集約室１８に固定される。
【００４９】
集約室下部材１８ｂの底面には複数の円形の挿通穴１８ｃが設けられている。各挿通穴１８ｃには燃料電池セル１６の上端部が夫々挿通され、各燃料電池セル１６は各挿通穴１８ｃを貫通して延びている。各燃料電池セル１６が貫通している集約室下部材１８ｂの底面上にはセラミック接着剤が流し込まれ、これが硬化されることにより、各燃料電池セル１６の外周と各挿通穴１８ｃの間の隙間が気密的に充填されると共に、各燃料電池セル１６が集約室下部材１８ｂに固定されている。
【００５０】
さらに、集約室下部材１８ｂの底面上に流し込まれたセラミック接着剤の上には、円形薄板状のカバー部材１９ｃが配置され、セラミック接着剤の硬化により集約室下部材１８ｂに固定されている。カバー部材１９ｃには、集約室下部材１８ｂの各挿通穴１８ｃと同様の位置に複数の挿通穴が設けられており、各燃料電池セル１６の上端部はセラミック接着剤の層及びカバー部材１９ｃを貫通して延びている。
【００５１】
一方、排気集約室１８の天井面には、集約された燃料ガスを噴出させるための複数の噴出口１８ｄが設けられている（図５）。各噴出口１８ｄは、集約室上部材１８ａに、円周上に配置されている。発電に使用されずに残った燃料は、各燃料電池セル１６の上端から排気集約室１８内に流出し、排気集約室１８内で集約された燃料は各噴出口１８ｄから流出し、そこで燃焼される。
【００５２】
次に、図２を参照して、燃料供給源３０から供給される原燃料ガスを改質するための構成について説明する。
まず、内側円筒部材６４と外側円筒部材６６の間の空間で構成されている燃料ガス供給流路２０の下部には、水蒸気改質用の水を蒸発させるための蒸発部８６が設けられている。蒸発部８６は、外側円筒部材６６の下部内周に取り付けられたリング状の傾斜板８６ａ及び水供給パイプ８８から構成されている。また、蒸発部８６は、発電用の空気を導入するための酸化剤ガス導入パイプ５６よりも下方で、排気ガスを排出する排ガス排出パイプ５８よりも上方に配置されている。傾斜板８６ａは、リング状に形成された金属の薄板であり、その外周縁が外側円筒部材６６の内壁面に取り付けられる。一方、傾斜板８６ａの内周縁は外周縁よりも上方に位置し、傾斜板８６ａの内周縁と、内側円筒部材６４の外壁面との間には隙間が設けられている。
【００５３】
水供給パイプ８８は内側円筒部材６４の下端から燃料ガス供給流路２０内に鉛直方向に延びるパイプであり、水流量調整ユニット２８から供給された水蒸気改質用の水が、水供給パイプ８８を介して蒸発部８６に供給される。水供給パイプ８８の上端は、傾斜板８６ａを貫通して傾斜板８６ａの上面側まで延び、傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、傾斜板８６ａの上面と外側円筒部材６６の内壁面の間に留まる。傾斜板８６ａの上面側に供給された水は、そこで蒸発され水蒸気が生成される。
【００５４】
また、蒸発部８６の下方には、原燃料ガスを燃料ガス供給流路２０内に導入するための燃料ガス導入部が設けられている。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、燃料ガス供給パイプ９０を介して燃料ガス供給流路２０に導入される。燃料ガス供給パイプ９０は内側円筒部材６４の下端から燃料ガス供給流路２０内に鉛直方向に延びるパイプである。
また、燃料ガス供給パイプ９０の上端は、傾斜板８６ａよりも下方に位置している。燃料ブロア３８から送られた原燃料ガスは、傾斜板８６ａの下側に導入され、傾斜板８６ａの傾斜により流路を絞られながら傾斜板８６ａの上側へ上昇する。傾斜板８６ａの上側へ上昇した原燃料ガスは、蒸発部８６で生成された水蒸気と共に上昇する。
【００５５】
燃料ガス供給流路２０内の蒸発部８６上方には、燃料ガス供給流路隔壁９２が設けられている。燃料ガス供給流路隔壁９２は、外側円筒部材６６の内周と中間円筒部材６５の外周の間の円環状の空間を上下に隔てるように設けられた円環状の金属板である。この燃料ガス供給流路隔壁９２の円周上には等間隔に複数の噴射口９２ａが設けられており、これらの噴射口９２ａにより燃料ガス供給流路隔壁９２の上側の空間と下側の空間が連通されている。燃料ガス供給パイプ９０から導入された原燃料ガス及び蒸発部８６で生成された水蒸気は、一旦、燃料ガス供給流路隔壁９２の下側の空間に滞留した後、各噴射口９２ａを通って燃料ガス供給流路隔壁９２の上側の空間に噴射される。各噴射口９２ａから燃料ガス供給流路隔壁９２の上側の広い空間に噴射されると、原燃料ガス及び水蒸気は急激に減速され、ここで十分に混合される。
【００５６】
さらに、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の、円環状の空間の上部には、改質部９４が設けられている。改質部９４は、各燃料電池セル１６の上部と、その上方の排気集約室１８の周囲を取り囲むように配置されている。改質部９４は、内側円筒部材６４の外壁面に取り付けられた触媒保持板（図示せず）と、これにより保持された改質触媒９６によって構成されている。
【００５７】
このように、改質部９４内に充填された改質触媒９６に、燃料ガス供給流路隔壁９２の上側の空間で混合された原燃料ガス及び水蒸気が接触すると、改質部９４内においては、式（１）に示す水蒸気改質反応ＳＲが進行する。
ＣmＨn＋ｘＨ2Ｏ  →  aＣＯ2＋ｂＣＯ＋ｃＨ2              （１）
【００５８】
改質部９４において改質された燃料ガスは、中間円筒部材６５の内周と内側円筒部材６４の外周の間の空間を下方に流れ、燃料ガス分散室７６に流入して、各燃料電池セル１６に供給される。水蒸気改質反応ＳＲは吸熱反応であるが、反応に要する熱は、排気集約室１８から流出するオフガスの燃焼熱、及び各燃料電池セル１６において発生する発熱により供給される。
【００５９】
次に、図６を参照して、燃料電池セル１６について説明する。
本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置１においては、燃料電池セル１６として、固体酸化物を用いた円筒横縞型セルが採用されている。各燃料電池セル１６上には、複数の単セル１６ａが横縞状に形成されており、これらが電気的に直列に接続されることにより１本の燃料電池セル１６が構成されている。各燃料電池セル１６は、その一端がアノード（陽極）、他端がカソード（陰極）となるように構成され、複数の燃料電池セル１６のうちの半数は上端がアノード、下端がカソードとなるように配置され、残りの半数は上端がカソード、下端がアノードとなるように配置されている。
【００６０】
図６（ａ）は、下端がカソードにされている燃料電池セル１６の下端部を拡大して示す断面図であり、図６（ｂ）は、下端がアノードにされている燃料電池セル１６の下端部を拡大して示す断面図である。
【００６１】
図６に示すように、燃料電池セル１６は、細長い円筒状の多孔質支持体９７と、この多孔質支持体９７の外側に横縞状に形成された複数の層から形成されている。多孔質支持体９７の周囲には、内側から順に、燃料極層９８、反応抑制層９９、固体電解質層１００、空気極層１０１が夫々横縞状に形成されている。このため、燃料ガス分散室７６を介して供給された燃料ガスは、各燃料電池セル１６の多孔質支持体９７の内部を流れ、酸化剤ガス噴射用パイプ７４から噴射された空気は、空気極層１０１の外側を流れる。燃料電池セル１６上に形成された各単セル１６ａは、一組の燃料極層９８、反応抑制層９９、固体電解質層１００、及び空気極層１０１から構成されている。１つの単セル１６ａの燃料極層９８は、インターコネクタ層１０２を介して、隣接する単セル１６ａの空気極層１０１に電気的に接続されている。これにより、１本の燃料電池セル１６上に形成された複数の単セル１６ａが、電気的に直列に接続される。
【００６２】
図６（ａ）に示すように、燃料電池セル１６のカソード側端部には、多孔質支持体９７の外周に電極層１０３ａが形成され、この電極層１０３ａの外側にリード膜層１０４ａが形成されている。カソード側端部においては、端部に位置する単セル１６ａの空気極層１０１と電極層１０３ａが、インターコネクタ層１０２により電気的に接続されている。これらの電極層１０３ａ及びリード膜層１０４ａは、燃料電池セル１６端部において第１固定部材６３を貫通し、第１固定部材６３よりも下方に突出するように形成されている。電極層１０３ａは、リード膜層１０４ａよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層１０３ａに集電体８２が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル１６ａの空気極層１０１がインターコネクタ層１０２、電極層１０３ａを介して集電体８２に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第１固定部材６３の挿通穴６３ａの縁とリード膜層１０４ａの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル１６は、リード膜層１０４ａの外周で第１固定部材６３に固定される。
【００６３】
図６（ｂ）に示すように、燃料電池セル１６のアノード側端部においては、端部に位置する単セル１６ａの燃料極層９８が延長されており、燃料極層９８の延長部が電極層１０３ｂとして機能する。電極層１０３ｂの外側にはリード膜層１０４ｂが形成されている。
これらの電極層１０３ｂ及びリード膜層１０４ｂは、燃料電池セル１６端部において第１固定部材６３を貫通し、第１固定部材６３よりも下方に突出するように形成されている。
電極層１０３ｂは、リード膜層１０４ｂよりも下方まで形成されており、外部に露出された電極層１０３ｂに集電体８２が電気的に接続されている。これにより、端部に位置する単セル１６ａの燃料極層９８が、一体的に形成された電極層１０３ｂを介して集電体８２に接続され、図中の矢印のように電流が流れる。また、第１固定部材６３の挿通穴６３ａの縁とリード膜層１０４ｂの間の隙間には、セラミック接着剤が充填されており、燃料電池セル１６は、リード膜層１０４ｂの外周で第１固定部材６３に固定される。
【００６４】
図６（ａ）（ｂ）においては、各燃料電池セル１６の下端部の構成を説明したが、各燃料電池セル１６の上端部における構成も同様である。なお、上端部においては、各燃料電池セル１６は、排気集約室１８の集約室下部材１８ｂに固定されているが、固定部分の構成は下端部における第１固定部材６３に対する固定と同様である。
【００６５】
次に、多孔質支持体９７及び各層の構成を説明する。
多孔質支持体９７は、本実施形態においては、フォルステライト粉末、及びバインダーの混合物を押し出し成形し、焼結することにより形成されている。
燃料極層９８は、本実施形態においては、ＮｉＯ粉末及び１０ＹＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｙ2Ｏ3−９０ｍｏｌ％ＺｒＯ2）粉末の混合物により構成された導電性の薄膜である。
【００６６】
反応抑制層９９は、本実施形態においては、セリウム系複合酸化物（ＬＤＣ４０。すなわち、４０ｍｏｌ％のＬａ2Ｏ3−６０ｍｏｌ％のＣｅＯ2）等により構成された薄膜であり、これにより、燃料極層９８と固体電解質層１００の間の化学反応を抑制している。
固体電解質層１００は、本実施形態においては、Ｌａ0.9Ｓｒ0.1Ｇａ0.8Ｍｇ0.2Ｏ3の組成のＬＳＧＭ粉末により構成された薄膜である。この固体電解質層１００を介して酸化物イオンと水素又は一酸化炭素が反応することにより電気エネルギーが生成される。
【００６７】
空気極層１０１は、本実施形態においては、Ｌａ0.6Ｓｒ0.4Ｃｏ0.8Ｆｅ0.2Ｏ3の組成の粉末により構成された導電性の薄膜である。
インターコネクタ層１０２は、本実施形態においては、ＳＬＴ（ランタンドープストロンチウムチタネート）により構成された導電性の薄膜である。燃料電池セル１６上の隣接する単セル１６ａはインターコネクタ層１０２を介して接続される。
電極層１０３ａ、１０３ｂは、本実施形態においては、燃料極層９８と同一の材料で形成されている。
リード膜層１０４ａ、１０４ｂは、本実施形態においては、固体電解質層１００と同一の材料で形成されている。
【００６８】
なお、リード膜層１０４ａ、１０４ｂは、固体電解質層１００と同じ緻密な層であり、セラミック接着剤と接着されることにより、気密性を確保することができる。
また、本実施形態では、電極層１０３ａ、１０３ｂが燃料極層９８と同一の多孔質材料で形成されているが、これに限らず、電極層１０３ａ、１０３ｂが、反応抑制層９９や空気極層１０１と同一の多孔質材料を含む他の電気導電性の多孔質材料で形成されていてもよい。例えば、燃料電池セル１６の端部に最も近い位置に形成された単セル１６ａの空気極層１０１を更に端部方向に延長し、その延長した部分を電極層としてもよい。
【００６９】
次に、図１及び図２を参照して、固体酸化物型燃料電池装置１の作用を説明する。
まず、固体酸化物型燃料電池装置１の起動工程において、燃料ブロア３８が起動され、燃料の供給が開始されると共に、シースヒーター６１への通電が開始される。シースヒーター６１への通電が開始されることにより、その上方に配置された燃焼触媒６０が加熱されると共に、内側に配置された蒸発部８６も加熱される。燃料ブロア３８により供給された燃料は、脱硫器３６、熱交換器３４、電磁弁３５を介して、燃料ガス供給パイプ９０から燃料電池セル収容容器８の内部に流入する。流入した燃料は、燃料ガス供給流路２０内を上端まで上昇した後、改質部９４内を下降し、内側円筒部材６４の下部に設けられた小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置１の起動直後においては、改質部９４内の改質触媒９６の温度が十分に上昇していないため、燃料の改質は行われない。
【００７０】
燃料ガス分散室７６に流入した燃料ガスは、燃料ガス分散室７６の第１固定部材６３に取り付けられた各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）を通って排気集約室１８に流入する。なお、固体酸化物型燃料電池装置１の起動直後においては、各燃料電池セル１６の温度が十分に上昇しておらず、また、インバータ５４への電力の取り出しも行われていないため、発電反応は発生しない。
【００７１】
排気集約室１８に流入した燃料は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出される。噴出口１８ｄから噴出された燃料は、点火ヒーター６２により点火され、そこで燃焼される。この燃焼により、排気集約室１８の周囲に配置された改質部９４が加熱される。また、燃焼により生成された排気ガスは、内側円筒部材６４の上部に設けられた小穴６４ａを通って排ガス排出流路２１に流入する。高温の排気ガスは、排ガス排出流路２１内を下降し、その内側に設けられた燃料ガス供給流路２０を流れる燃料、外側に設けられた酸化剤ガス供給流路２２内を流れる発電用の空気を加熱する。さらに、排気ガスは、排ガス排出流路２１内に配置された燃焼触媒６０を通ることにより一酸化炭素が除去され、排ガス排出パイプ５８を通って燃料電池セル収容容器８から排出される。
【００７２】
排気ガス及びシースヒーター６１により蒸発部８６が加熱されると、蒸発部８６に供給された水蒸気改質用の水が蒸発され、水蒸気が生成される。水蒸気改質用の水は、水流量調整ユニット２８により、水供給パイプ８８を介して燃料電池セル収容容器８内の蒸発部８６に供給される。蒸発部８６で生成された水蒸気と、燃料ガス供給パイプ９０を介して供給された燃料は、一旦、燃料ガス供給流路２０内の燃料ガス供給流路隔壁９２の下側の空間に滞留し、燃料ガス供給流路隔壁９２に設けられた複数の噴射口９２ａから噴射される。噴射口９２ａから勢いよく噴射された燃料及び水蒸気は、燃料ガス供給流路隔壁９２の上側の空間内で減速されることにより、十分に混合される。
【００７３】
混合された燃料及び水蒸気は、燃料ガス供給流路２０内を上昇し、改質部９４に流入する。改質部９４の改質触媒９６が改質可能な温度まで上昇している状態においては、燃料及び水蒸気の混合気が改質部９４を通過する際、水蒸気改質反応が発生し、混合気が水素を多く含む燃料に改質される。改質された燃料は、小穴６４ｂを通って燃料ガス分散室７６に流入する。小穴６４ｂは燃料ガス分散室７６の周囲に多数設けられ、燃料ガス分散室７６として十分な容積が確保されているため、改質された燃料は、燃料ガス分散室７６内に突出している各燃料電池セル１６に均等に流入する。
【００７４】
一方、空気流量調整ユニット４５により供給された酸化剤ガスである空気は、酸化剤ガス導入パイプ５６を介して酸化剤ガス供給流路２２に流入する。酸化剤ガス供給流路２２に流入した空気は、内側を流れる排気ガスにより加熱されながら酸化剤ガス供給流路２２内を上昇する。酸化剤ガス供給流路２２内を上昇した空気は、燃料電池セル収容容器８内の上端部で中央に集められ、酸化剤ガス供給流路２２に連通された酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入する。酸化剤ガス噴射用パイプ７４に流入した空気は下端から発電室１０内に噴射され、噴射された空気は第１固定部材６３の上面に当たって発電室１０内全体に広がる。発電室１０内に流入した空気は、排気集約室１８の外周壁と内側円筒部材６４の内周壁の間の隙間、及び排気集約室１８の内周壁と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外周面の間の隙間を通って上昇する。
【００７５】
この際、各燃料電池セル１６の外側（空気極側）を通って流れる空気の一部は発電反応に利用される。また、排気集約室１８の上方に上昇した空気の一部は、排気集約室１８の噴出口１８ｄから噴出する燃料の燃焼に利用される。燃焼により生成された排気ガス、及び発電、燃焼に利用されずに残った空気は、小穴６４ａを通って排ガス排出流路２１に流入する。排ガス排出流路２１に流入した排気ガス及び空気は、燃焼触媒６０により一酸化炭素が除去された後、排出される。
【００７６】
このように、各燃料電池セル１６が発電可能な温度である６５０℃程度まで上昇し、各燃料電池セル１６の内側（燃料極側）に改質された燃料が流れ、外側（空気極側）に空気が流れると、化学反応により起電力が発生する。この状態において、燃料電池セル収容容器８から引き出されているバスバー８０にインバータ５４が接続されると、各燃料電池セル１６から電力が取り出され、発電が行われる。
【００７７】
また、本実施形態の固体酸化物型燃料電池装置１においては、発電用の空気は、発電室１０の中央に配置された酸化剤ガス噴射用パイプ７４から噴射され、発電室１０内を排気集約室１８と内側円筒部材６４の間の均等な隙間及び排気集約室１８と酸化剤ガス噴射用パイプ７４の間の均等な隙間を通って上昇する。このため、発電室１０内の空気の流れは、ほぼ完全に軸対称の流れとなり、各燃料電池セル１６の周囲には、ムラなく空気が流れる。これにより、各燃料電池セル１６間の温度差が抑制され、各燃料電池セル１６で均等な起電力を発生することができる。
【００７８】
次に、図７−図９を参照して、集電体の構成について説明する。
図７は、集電体８２を上から見た図であり、図７（ａ），図７（ｂ）はそれぞれ燃料電池セル１６の上端部，下端部に取り付けられる集電体８２Ａ，８２Ｂを示している。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれ燃料電池セルを取り付けるための取付孔８４，８４Ａの拡大図である。図９は、一部の集電体の拡大図である。
【００７９】
集電体８２は、複数の集電体（集電板）８３ａ−８３ｇから構成されており、各集電体は、弾性及び導電性を有する薄い金属板材を機械加工することにより形成されている。本実施形態では、ニッケルの板材を用いて形成されている。これら集電体には、燃料電池セル１６を挿入して取り付けるための取付孔８４，８４Ａが設けられている。
【００８０】
図７（ａ）に示されているように、集電体８２Ａは、中心Ｏ（円筒形状のセル配列収容空間である発電室１０の軸中心と略一致）に対して中心角約１２０度で周方向に広がる３つの略扇形の集電体８３ａ，８３ｂ，８３ｃによって構成され、略円形の外形を有している。各集電体８３ａ−８３ｃは、中心Ｏを中心とする円弧により、中心側を切り欠いた切頂扇形の形状を有する。集電体８２Ａは、これら集電体８３ａ−８３ｃが周方向に所定の隙間を空けて隣接して並列に配置されることにより、中央部分に酸化剤ガス噴射用パイプ７４を挿入するための略円形の開口部８２ａが形成される。
【００８１】
図７（ｂ）に示されているように、集電体８２Ｂは、中心Ｏに対して中心角約１２０度で周方向に広がる２つの略扇形の集電体８３ｅ，８３ｆと中心角約６０度の２つの略扇形の集電体８３ｄ，８３ｇによって構成され、略円形の外形を有している。各集電体８３ｄ−８３ｇは、中心Ｏを中心とする円弧により、中心側を切り欠いた切頂扇形の形状を有する。集電体８２Ｂは、これら集電体８３ｄ−８３ｇが周方向に所定の間隔を空けて隣接して並列に配置されることにより、中央部分に略円形の開口部８２ｂが形成される。また、集電体８３ｄ，８３ｇには、外部への電力取出し用導体であるバスバー８０を接続するための連結部８３ｈ，８３ｉが設けられている。
【００８２】
各集電体８３ａ−８３ｇは、外周縁部及び内周縁部（中心側の円弧状の縁部）がそれぞれ発電室１０の内径及び酸化剤ガス噴射用パイプ７４の外径に略一致する円弧形状を有する。一方、各集電体８３ａ−８３ｇは、中心Ｏ側から径方向外側に延びる対向する２つの辺が直線状ではなく、これらの辺の近傍に形成された取付孔８４Ａを縫うようにジグザグ状に形成されている。即ち、これらの辺は、取付孔８４Ａのある部分が周方向外側に突出し、径方向に隣接する取付孔８４Ａの間の部分が周方向内側に凹むように延びている。
【００８３】
また、図７から分かるように、複数の燃料電池セル１６からなるセル配列は、軸方向から見て、隣接する燃料電池セル１６が正三角形の頂点に位置するような正三角形配列であり、これに合わせて集電体８２Ａ，８２Ｂの取付孔８４，８４Ａも正三角形配列となっている。よって、隣接する２つの集電体の隣接する縁部（径方向に延びる辺）の近傍に形成された取付孔８４，８４Ａの間の間隔も他の部分における間隔と同じである。
【００８４】
本実施形態では、各集電体８３ａ−８３ｇが略扇形の形状を有しているため、中心Ｏ側ほど周方向の長さが小さく、外周側ほど周方向長さが大きくなる。このため、各集電体８３ａ−８３ｇにおいて、単位面積当たりの取付孔８４，８４Ａの配置個数は同じであっても、径方向の中間部分に配置される取付孔８４，８４Ａの絶対数と比較して、中心Ｏ側の絶対数は少なくなり、外周側の絶対数は多くなる。さらに、本実施形態では、取付孔８４，８４Ａは、外周側の縁部に沿う単位周方向長さ当たりの個数が、他の部位と比較して少なくなるように配置されている。
【００８５】
本実施形態では、複数（この例では１０２本）の燃料電池セル１６が、１７本毎の６つのグループ（燃料電池セル群）に分割されている。そして、図２に示すように燃料電池セル１６の上端部及び下端部に集電体８２が接続されると、集電体８２を介して、各グループの燃料電池セル１６が並列接続され、さらに６つのグループが直列接続される。即ち、例えば、一方のバスバー８０に接続された集電体８３ｄがアノード（陽極）であるとすると、集電体８３ｄに接続された第１グループの燃料電池セル１６を介して、集電体８３ａの右側半分がカソード（陰極），左側半分がアノードとなり、さらに第２グループの燃料電池セル１６を介して、集電体８３ｅの下側半分がカソードとなる。同様に、集電体８３ｅの上側半分がアノードとなり、第３グループの燃料電池セル１６を介して、集電体８３ｂの下側半分がカソード，上側半分がアノードとなり、第４グループの燃料電池セル１６を介して、集電体８３ｆの左側半分がカソード，右側半分がアノードとなり、第５グループの燃料電池セル１６を介して、集電体８３ｃの上側半分がカソード，下側半分がアノードとなり、最後に第６グループの燃料電池セル１６を介して、他方のバスバー８０に接続された集電体８３ｇがカソードとなる。
【００８６】
次に、図８（ａ）に示すように、各集電体の取付孔８４は、機械加工による放射状の切込み及び中心部の円形開口により形成されている。１つの取付孔８４は、８本の切込み線及び１つの円形開口により形成されている。切込み線の両端をつなぐ仮想線８４ｂは、燃料電池セル１６の外形寸法（仮想線８４ｃ）よりも大きな円形を形成する。この切込み線及び円形開口により、この仮想線８４ｂ（即ち、取付孔８４の内周縁）から円の中心方向（径方向内側）へ延出すると共に、先端が切り落とされたような１６個の弾性片８４ａが形成されている。
【００８７】
各弾性片８４ａは、先端側に向かうにつれて先細りとなる略扇形の形状であり、基端部（仮想線８４ｂ）に対して先端部が弾性的に撓むことが可能である。従って、取付孔８４に燃料電池セル１６が挿入されるとき、弾性片８４ａの先端部は燃料電池セル１６の外周面と当接して外周面に沿って撓み、弾性片８４ａは燃料電池セル１６に弾性的に係合する。そして、集電体に対して燃料電池セル１６が所定位置まで挿入されると、集電体は、弾性片８４ａの弾性力によって燃料電池セル１６に保持される。
【００８８】
なお、燃料電池セル１６はセラミック材料で形成されているため、高い寸法精度で形成することが難しく、個々の燃料電池セル１６の間で、長さ、径、曲がり等においてばらつきがある。このため、各取付孔８４において、仮想線８４ｂと仮想線８４ｃとの間を調整代として燃料電池セル１６の位置ずれを吸収することができ、各弾性片８４ａの撓み具合を異ならせることにより、理想的な仮想線８４ｃの位置からずれた位置に燃料電池セル１６を配置することができる。
【００８９】
また、図８（ｂ）に示すように、互いに隣接する集電体の隣接する縁部の近傍に形成された取付孔８４Ａは、約１８０度の周方向範囲に８個の弾性片８４ａが形成され、残りの約１８０度の周方向範囲は弾性片８４ａが形成されていない略半円形状の開口部８４ｄとなっている。この開口部８４ｄは、仮想線８４ｂと略一致する円弧部８４ｅと、円弧部８４ｅの両端を繋ぐ直線部８４ｆを有している。直線部８４ｆは、８つの弾性片８４ａのうち周方向の両端に位置する２つの弾性片８４ａの径方向に延びる外側の辺によって形成されており、開口部８４ｄと８つの弾性片８４ａとの境界をなしている。また、開口部８４ｄは、取付孔８４Ａの周方向のうち、径方向に延びる縁部（集電体の周方向の縁部）側に位置している（図７参照）。このような取付孔８４Ａは、開口部８４ｄを有しない取付孔８４と比べて燃料電池セル１６を開口部８４ｄ内で移動させ易いため、より位置調整がやり易くなっている。
【００９０】
また、図７（ａ）及び図７（ｂ）に図示されているように、各集電体の径方向に延びる各縁部において、径方向に沿って配置された取付孔８４Ａは、それぞれの開口部８４ｄの直線部８４ｆの仮想延長線８４ｇが一直線上に揃わないように、開口部８４ｄの向きが設定されている。
【００９１】
また、各集電体は、隣接する取付孔８４及び８４Ａを繋ぐ直線のうち中心Ｏを通る直線が２以下となるように、取付孔８４及び８４Ａの配置が中心Ｏから見て周方向に非対称に形成されている。例えば、図７（ａ）には、集電体８３ａに対して仮想直線８５ａ−８５ｄが例示されている。これら仮想直線のうち仮想直線８５ａ，８５ｃは中心Ｏを通るが、他の仮想直線８５ｂ，８５ｄ並びに集電体８３ａにおいて引くことが可能な任意の仮想直線は、中心Ｏを通らない。本実施形態では、集電体に設けられた取付孔８４，８４Ａは、等間隔で規則的に配置されているが、周方向に非対称であり、中心Ｏに対して放射状に配置されていない。
【００９２】
また、図９に示すように、集電体８３ｄ，８３ｇは、それぞれ、バスバー８０が連結される連結部８３ｈ，８３ｉを中心側の縁部に備えている。具体的には、連結部８３ｈ，８３ｉは、集電体８３ｄ，８３ｇの中心側の円弧部８３ｊ，８３ｋにおいて、周方向の中心位置から周方向（図９では反時計方向）にオフセットされた端部の位置に、中心Ｏ側へ突出するように形成されている。
【００９３】
また、図９に示すように、連結部８３ｈ，８３ｉの最も近傍に位置する取付孔８４Ａは、連結部８３ｈ，８３ｉに向くような角度で開口部８４ｄが形成されている。即ち、取付孔８４Ａの中心と近傍の連結部との間に、開口部８４ｄが設けられている。
【００９４】
次に、図２−図４，図１０及び図１１を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置１の製造工程の概略を説明する。
まず、内側円筒部材６４、中間円筒部材６５、外側円筒部材６６、及び第１固定部材６３を溶接により一体に組み立てる（図３参照）。また、内側円筒部材６４と中間円筒部材６５の間に設けられる改質部９４には、改質触媒９６を充填する。さらに、水供給パイプ８８及び燃料ガス供給パイプ９０も溶接により取り付ける。
【００９５】
次に、燃料電池セル１６の一方の端部を第１固定部材６３の挿通穴６３ａに挿通し、燃料電池セル１６を第１固定部材６３に対して治具等により位置決めする。次いで、位置決めされた燃料電池セル１６の他方の端部側に、第２固定部材である集約室下部材１８ｂを配置する。
このように、各燃料電池セル１６が位置決めされた状態で、集約室下部材１８ｂの上にセラミック接着剤を注入し、カバー部材１９ｃを配置した後、乾燥炉内で加熱することによりセラミック接着剤を硬化させる。これにより、セラミック接着剤層１１８（図２参照）が形成される。セラミック接着剤層１１８により、燃料電池セル１６と集約室下部材１８ｂとのセル接合部が気密的に接合される。
なお、各燃料電池セル１６は、そのリード膜層１０４ａ、１０４ｂの部分でセラミック接着剤により接着される（図６参照）。
【００９６】
セラミック接着剤の加熱工程においては、乾燥炉内の温度は、常温から約１２０分で約６０℃まで上昇され、次いで、約２０分で約８０℃まで上昇され、その後約６０分間約８０℃に維持される。約８０℃の温度を維持した後、乾燥炉内の温度は、約３０分で常温に戻される。
この加熱工程により、セラミック接着剤は、以後の製造工程を実施可能な状態まで硬化される。また、後の工程において、セラミック接着剤は、第２の加熱工程を行うことにより、固体酸化物型燃料電池装置１の起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで硬化される。
【００９７】
次に、組立体を上下反転し、各燃料電池セル１６の先端部が突出している第１固定部材６３の上にセラミック接着剤を注入し、カバー部材６７を配置した後、乾燥炉内で上述の加熱工程を実施することにより、セラミック接着剤を硬化させる。これにより、セラミック接着剤層１２２（図２参照）が形成される。セラミック接着剤層１２２により、燃料電池セル１６と第１固定部材６３とのセル接合部が気密的に接合される。
【００９８】
次に、図１０に示すように、第１固定部材６３から突出している各燃料電池セル１６の先端部（上下反転させていないときの下端部）に集電体８２が取り付けられ、この集電体８２がバスバー８０に接続される。集電体８２は、複数の燃料電池セル１６からなるセル配列に対して、各取付孔８４，８４Ａが対応する燃料電池セル１６の軸方向の上方に位置するように位置決めされる。そして、集電体８２は、上方からセル配列に対して所定の押圧力で押し付けられる。これにより、各取付孔８４，８４Ａに燃料電池セル１６の端部が挿入され、取付孔８４，８４Ａの弾性片８４ａによる弾性力によって、集電体８２はセル配列に取り付けられる。
【００９９】
次に、組立体に分散室底部材７２を取り付ける。さらに、分散室底部材７２の外周面と内側円筒部材６４の内周面の間の円環状の隙間に、セラミック接着剤を充填する。また、分散室底部材７２の中央に設けられた、挿通管７２ａの中に、碍子７８を配置し、セラミック接着剤を充填する。集電体８２から延びる各バスバー８０は、この碍子７８及びセラミック接着剤を貫通する。この状態で、組立体に対して上述の加熱工程を実行して、セラミック接着剤を硬化させる。
【０１００】
次に、図１１に示すように、組立体の上下を反転し、集約室下部材１８ｂから突出するように固定された各燃料電池セル１６の先端部に集電体８２を取り付ける。さらに、集約室下部材１８ｂ上に集約室上部材１８ａを配置し、集約室上部材１８ａと集約室下部材１８ｂの隙間に、セラミック接着剤を注入する。また、セラミック接着剤の上に大径シールリング１９ａ，小径シールリング１９ｂを配置する。この状態で、組立体に対して上述の加熱工程を実行して、セラミック接着剤層１２０ａ，１２０ｂ（図４参照）を形成する。
【０１０１】
次に、組立体に対して、内側円筒容器６８及び外側円筒容器７０を溶接又はセラミック接着剤により取り付ける。その後、外側円筒部材６６と内側円筒容器６８との隙間にセラミック接着剤を充填し、上述の加熱工程により硬化させる。この加熱工程の後に、さらに高い温度（例えば、約６５０℃）まで昇温する第２の加熱工程が実行され、各セラミック接着剤層を、起動工程における温度上昇に耐え得る状態まで硬化させる。
【０１０２】
以上の工程により、図２に示す組立体が製造され、最後に還元工程が行われる。この還元工程では、高温（例えば、約６５０℃）の炉内で高温の還元ガス（燃料ガス、即ち、水素ガス）を燃料ガス供給パイプ９０から供給し、還元ガスが各燃料電池セル１６の燃料極側を通過するようにする。これにより、高温の還元ガスの雰囲気内で酸化された燃料極を還元して、例えば、燃料極に含まれていた酸化ニッケルをニッケルに還元することができる。
【０１０３】
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の実施形態による固体酸化物型燃料電池装置１の製造工程のうち、集電体８２を燃料電池セル１６のセル配列に固定する方法について詳細に説明する。
図１２は集電体の固定方法の説明図であり、図１３は集電体が燃料電池セルに固定された状態を示す説明図である。
各燃料電池セル１６は、円筒形状の多孔質支持体９７を有し、その外周面に、燃料極層９８，反応抑制層９９，固体電解質層１００，空気極層１０１，電極層１０３ａ及び１０３ｂ，リード膜層１０４ａ及び１０４ｂが形成されている（図６参照）。
【０１０４】
集電体をセル配列に取り付ける際には、先ず、複数の燃料電池セル１６を、図１０のように、セル配列にモジュール化する。
次に、図１２（ａ）に示すように、集電体８２の各集電体８３ａ−８３ｇをセル配列に対して位置合わせし（図１２（ａ）の仮想線参照）、各集電体をセル配列に対して押し込む。これにより、各燃料電池セル１６が、対応する取付孔８４に挿入される。所定位置まで各集電体が押し込まれると、取付孔８４の弾性片８４ａが燃料電池セル１６の電極層１０３ａ，１０３ｂに弾性的に係合する（図１２（ａ）の実線参照）。
【０１０５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、各弾性片８４ａと電極層１０３ａ，１０３ｂとの間に導電性を有する接着剤１５３を塗布し、接着剤１５３を硬化させ、弾性片８４ａと電極層とを接着する。
図１３（ａ）に示すように、取付孔８４では、燃料電池セル１６の電極層１０３ａ，１０３ｂの全周にわたって１６個の弾性片８４ａが弾性的に係合し、導電性接着剤１５３によって物理的に固定されると共に電気的に接続される。また、仮に一部の弾性片８４ａが電極層と当接しない場合（片当たりの場合）においても、導電性接着剤１５３を介して、すべての弾性片８４ａを電極層と電気的に接続させることができる。
なお、本実施形態では、取付孔８４Ａにおいて導電性接着剤１５３を用いることが望ましいが、片当たりが生じない場合には、取付孔８４においては必ずしも導電性接着剤１５３を用いなくてもよい。
【０１０６】
一方、図１３（ｂ）に示すように、取付孔８４Ａでは、燃料電池セル１６の電極層１０３ａ，１０３ｂの約半周において８個の弾性片８４ａが弾性的に係合すると共に、電極層１０３ａ，１０３ｂの全周にわたって導電性接着剤１５３が塗布される。取付孔８４Ａでは、電極層上で弾性片８４ａが無い部分においても、帯状の導電性接着剤１５３を介して、弾性片８４ａ及び集電体８２の本体部分と電気的に接続されている。これにより、取付孔８４に挿入された燃料電池セル１６と同様に、取付孔８４Ａに挿入された燃料電池セル１６においても電極層１０３ａ，１０３ｂの全周が発電反応の際に用いられるため、燃料電池セル１６に対して局所的に大きな負荷が掛って劣化が進行することが防止される。
【０１０７】
以下に、本実施形態の燃料電池装置の作用について説明する。
燃料電池セルは集電体のような金属機械部品ほど製造寸法精度が高くないため、セル配列において、各燃料電池セルは理想的な位置から僅かずつずれて配置する。このため、集電体を理想的な位置に位置合わせして、セル配列に組付けようとしても、大きな組付力が必要になる。そして、このような大きな組付力でセル配列に集電体を無理に組み付けようとすると、取付孔の弾性片による電極剥がれや、集電体の変形による集電体同士の接触（短絡）等が生じるおそれがある。
【０１０８】
また、集電体は、セル配列に対して理想的な位置に配置できればよいが、燃料電池セルの位置ずれの程度に応じて、許容範囲内で平行移動及び／又は回転移動により僅かにずれた位置に配置される。各燃料電池セルの位置ずれを吸収しつつ集電体を組み付けていく際に、位置ずれが集電体の特定の部分（特に中央部分）に片寄ると、位置ずれを吸収し切れなくなるか、大きな組付力により無理に集電体を押し込まなければならないか、集電体が許容範囲を超えてずれてしまう場合が生じる。
【０１０９】
本実施形態では、このような問題に対処するため、多数の燃料電池セル１６を軸方向から見て略円形領域に分散して配置し、この略円形領域に適合させて、複数の略扇形の集電体８３ａ−８３ｃ及び集電体８３ｄ−８３ｇの並列配置によって略円形の集電体８２Ａ，８２Ｂを形成するように構成している（図７参照）。略扇形の集電体８３ａ−８３ｇは、中心Ｏ側が狭く、外周側が広いため、中心Ｏ側ほど取付孔８４，８４Ａの数が少なく、外周側ほど数が多くなる。また、外周側の周方向の両端部においても、端部に近づくにつれ取付孔８４，８４Ａの数が少なくなる。
【０１１０】
したがって、各燃料電池セル１６の位置ずれを各取付孔８４，８４Ａにおいて少しずつ吸収させながら集電体８３ａ−８３ｇをセル配列に対して取り付ける際に、取付孔の数が少ない領域ではその領域全体で弾性片８４ａの変形が小さな力で可能になるので、集電体８３ａ−８３ｇに大きな変形を与えることなく、特に中心Ｏ側の領域，径方向外側の外周縁部に沿った領域，及び外周側両端部の領域において位置ずれを吸収し易くなる。これにより、本実施形態では、小さな組付力で集電体８３ａ−８３ｇをセル配列に対して取り付けることが可能であり、電極剥がれが防止され、また、集電体自体の変形を抑制して隣接する集電体同士の接触による短絡を防止することが可能となる。
【０１１１】
また、本実施形態において、集電体８３ａ−８３ｇは、略扇形の形状の中心Ｏ側の縁部近傍、及び径方向外側の外周側の縁部近傍に形成された取付孔８４，８４Ａは、径方向の中間部分に形成された取付孔８４，８４Ａと比較して、周方向における個数が少ないか、単位周方向長さ当たりの個数が少なく形成されている。集電体８３ａ−８３ｇの組み付け時において、集電体８３ａ−８３ｇの周縁部分で取付孔８４，８４Ａの数又は密度が小さい領域では、比較的小さな組付力で燃料電池セル１６の位置ずれを吸収し易くなる。このため、集電体８３ａ−８３ｇが全体として過度な変形が抑制され、隣接する集電体同士の接触による短絡を防止することができる。
【０１１２】
また、本実施形態においては、発電用酸化剤ガスが発電室１０の中心部分に酸化剤ガス噴射用パイプ７４を通して軸方向に沿って導入されるように構成されている（図２参照）。導入された酸化剤ガスは、発電室１０の第１固定部材６３の上面に吹き付けられ、発電室１０内全体に広がる。導入される酸化剤ガスは運転中の発電室１０の内部温度よりも低温であるので、第１固定部材６３のうち、酸化剤ガスに吹き付けられる中央部分が発電室１０の内部温度よりも低温に保持される。一方、第１固定部材６３の下方には、下部側の集電体８２Ｂ（集電体８３ｄ−８３ｇ）が配置されている。したがって、集電体８２Ｂは、第１固定部材６３の低温の中央部分により冷却され得る。仮に、集電体８２Ｂの中央部分が冷却され径方向に温度勾配が形成されると、集電体８２Ｂには径方向において電気抵抗に差が生じるため、発電によって生じた電流のバスバー８０への流れが温度の影響を受けてしまい、発電効率が低下するおそれがある。しかしながら、本実施形態では、集電体８２Ｂは、中央部に円形の開口部８２ｂが設けられているため、第１固定部材６３の中央部分から冷熱が伝わり難くなっており、発電効率の低下を防止することができる。
【０１１３】
また、本実施形態において、各集電体８３ａ−８３ｇは、任意の隣接する取付孔８４，８４Ａを結ぶ仮想直線（図７（ａ）の８５ａ−８５ｄ等）のうち中心Ｏを通る仮想直線が２本以下となるように、取付孔８４，８４Ａの配置が周方向に非対称に設定されている。即ち、各集電体８３ａ−８３ｇにおいて、中心Ｏを指向する規則性が低くなるように、隣接する複数の取付孔８４，８４Ａの並びが設定されている。複数の取付孔８４，８４Ａの並びが中心Ｏを指向すると、集電体全体の周方向への移動が拘束され易くなり、また、その並びの両端に位置する取付孔の距離（この場合、径方向の離間距離）が最短になるため、集電体８３ａ−８３ｇの組み付け時において、燃料電池セル１６の位置ずれを吸収する際に不利となる。このため、本実施形態では、複数の取付孔８４，８４Ａの並びが中心Ｏを指向しないように構成することにより、位置ずれの吸収を制限され難くして、集電体８３ａ−８３ｇの無理な変形やそれに伴う隣接する集電体の接触及び短絡を抑制可能としている。
【０１１４】
また、本実施形態において、集電体８３ａ−８３ｇは、軸方向から見て隣接する取付孔８４，８４Ａが正三角形の頂点に位置するように配置されている（図７参照）。このように取付孔８４，８４Ａを正三角形配列とすることにより、位置ずれの吸収が容易となり、集電体８３ａ−８３ｇの変形に対しても強度を持たせることができる。
【０１１５】
また、本実施形態において、取付孔８３ａ−８３ｇの弾性片８４ａは、導電性接着剤１５３によって燃料電池セル１６の電極層１０３ａ，１０３ｂに固定されている（図１３参照）。燃料電池セル１６の位置ずれを取付孔８４，８４Ａによって吸収する場合に、一部の弾性片８４ａが片当たりするおそれがあるが、導電性接着剤１５３によって弾性片８４ａを電極層に固定することにより、位置ずれを吸収させつつ、電極層と集電体との電気的接続を確保することができる。
【０１１６】
また、本実施形態において、集電体８３ａ−８３ｇは、隣接する集電体に隣接する縁部（径方向に延びる縁部）が、この縁部近傍に設けられた取付孔８４Ａの部分が周方向に突出するようにジグザグ状に延びている（図７参照）。この構成により、集電体８３ａ-８３ｇの径方向に延びる縁部は、単に直線状とした場合よりも捩れに対して強くなり、強度を高めることができる。このため、位置ずれを吸収するように集電体８３ａ−８３ｇを組み付ける際に破断や捩れを抑制することができる。
【０１１７】
また、本実施形態において、集電体８３ａ−８３ｇの径方向に延びる縁部近傍に形成された取付孔８４Ａは、取付孔８４と比べて、８個の弾性片８４ａが取り除かれて開口部８４ｄが形成されており、残された８個の弾性片８４ａが導電性接着剤１５３によって燃料電池セル１６の電極層に固定されている（図７，図１３参照）。このように径方向に延びる縁部の取付孔８４Ａに開口部８４ｄを形成することにより、位置ずれが蓄積され易い縁部において燃料電池セル１６の位置ずれを吸収し易くなり、更に、燃料電池セル１６の挿入を小さな力で行うことができるようになる。これにより、集電体自体の位置ずれが小さくなり、また、全体的な組付力を小さくすることが可能となるので、集電体８３ａ−８３ｇの縁部における変形又は破損、及び、弾性片８４ａによる電極剥がれを防止することができる。
また、本実施形態では、一部の弾性片８４ａが取り除かれているので、隣接する集電体に対して、導電性接着剤１５３が弾性片８４ａを伝って垂れて、隣接する集電体同士を短絡させるおそれを低減することができる。
【０１１８】
また、本実施形態において、図７に示すように、集電体８３ａ−８３ｇの縁部近傍に形成された取付孔８４Ａにおいて、開口部８４ｄは、集電体の縁部側に形成されていることにより、縁部近傍の取付孔８４Ａにおいて、燃料電池セル１６の位置ずれを吸収し易くなり、取付孔８４Ａの変形や破損の発生を低減することができる。
【０１１９】
また、本実施形態において、集電体８３ａ−８３ｇの縁部近傍に形成された取付孔８４Ａにおいて、開口部８４ｄは略半円形を有し、隣接する複数の取付孔８４Ａの開口部８４ｄは、開口部８４ｄの直線部８４ｆの仮想延長線８４ｇが直線上に整列しないように形成されている（図７参照）。各縁部において、複数の取付孔８４Ａの仮想延長線８４ｇが一直線上に整列すると、整列した仮想延長線８４ｇで集電体の縁部で折れや曲がり等の変形が発生し易くなってしまう。しかしながら、本実施形態では仮想延長線８４ｇが一直線上に揃わないように構成することにより、縁部の強度又は剛性の低下が抑制される。このため、薄い板材によって形成された集電体８３ａ−８３ｇであっても、組付時における縁部の変形が抑制され、組み付けが容易となり、また、弾性片８４ａと燃料電池セル１６の電極層との間の電気的接触不良も生じ難くすることができる。
【０１２０】
また、本実施形態において、集電体８３ａ−８３ｇの縁部近傍に形成された取付孔８４Ａにおいて、開口部８４ｄの直線部８４ｆが、中心Ｏを向かないように形成されているので（図７参照）、薄い板材によって形成された集電体であっても、板厚を大きくすることなく、集電体８３ａ−８３ｇの組付時における縁部の変形が抑制され、また、運転時における熱等の影響による縁部の変形も抑制することができる。
【０１２１】
また、本実施形態において、集電体８３ｄ，８３ｇの連結部８３ｈ，８３ｉは、開口部８４ｄが形成された取付孔８４Ａの近傍であって、取付孔８４Ａの周方向において開口部８４ｄが形成された方向に位置する（図９参照）。
薄い金属板で形成された集電体８３ｄ，８３ｇは、製造時において金属製の軸方向に延びる棒状の部材であるバスバー８０を少なくとも一時的に支持する場合があり、また、運転中において温度上昇に伴うバスバー８０の長さ変化による影響を受ける場合がある。即ち、集電体８３ｄ，８３ｇは、バスバー８０から上向き及び下向きの応力を受ける場合がある。しかしながら、このような応力が掛ったときに、開口部８４ｄが連結部８３ｈ，８３ｉに近い位置に形成されていると、連結部８３ｈ，８３ｉから取付孔８４Ａの開口部８４ｄまでの部位が撓み易くなり、開口部８４ｄの外側部分が上下の動きを吸収し、弾性片８４ａ及びこれに係合する燃料電池セル１６に対する影響を小さくすることができる。これにより、集電体８３ｄ，８３ｇの全体的な位置ずれや変形が生じる程度を低減できると共に、連結部８３ｈ，８３ｉの近傍における取付孔８４Ａでの燃料電池セル１６と弾性片８４ａとの間の電気的接触不良の発生を抑制することができる。
【０１２２】
また、本実施形態において、連結部８３ｈ，８３ｉは、略扇形の集電体８３ｄ，８３ｇにおいて、取付孔８４，８４Ａが少ない中心Ｏ側の円弧部８３ｊ，８３ｋに設けられているので、集電体８３ｄ，８３ｇは、製造時や運転時において、バスバー８０から連結部８３ｈ，８３ｉを介して受ける応力を中心Ｏ側の縁部で逃がすことができる。これにより、強度や剛性が低い薄い板材で集電体８３ｄ，８３ｇが形成されていても、集電体８３ｄ，８３ｇが全体として位置ずれや変形することが抑制され、隣接する集電体同士の接触や、取付孔８４，８４Ａにおける電気的接触不良の発生を抑制することができる。このように、本実施形態では、集電体８３ｄ，８３ｇの形状及び連結部８３ｈ，８３ｉの配置の工夫によって集電体８３ｄ，８３ｇの強度・剛性を補強して、集電体８３ｄ，８３ｇの全体としての位置ずれや変形を防止することができる。
【０１２３】
また、本実施形態において、燃料電池セル１６が中心Ｏ付近の領域には配置されず、集電体８２Ａ，８２Ｂの中心部には取付孔８４，８４Ａが設けられていない開口部８２ａ，８２ｂが形成されている（図７参照）。中心Ｏの周囲領域は、運転時に発電熱が生じないため、燃料電池セル１６が林立する領域と比較して低温領域となる。よって、集電体８２Ｂの開口部８２ｂ付近も低温領域となる。そして、連結部８３ｈ，８３ｉは、低温領域に位置するため、連結部８３ｈ，８３ｉから高温の温熱がバスバー８０に伝わり難くなる。このように、本実施形態では、冷却機構又は熱伝達遮断機構を別途設けることなく、簡単な構造の工夫により、バスバー８０を介して外部のインバータ５４へ温熱が伝達することを抑制することができる。
【０１２４】
また、本実施形態において、発電用酸化剤ガスが、集電体８２Ｂの開口部８２ｂに向くように発電室１０内に導入される（図２参照）。よって、運転時に、発電室１０の内部温度よりも低温である発電用酸化剤ガスによって、集電体８２Ｂの開口部８２ｂ付近を間接的に冷却することができる。このため、別途の冷却風用ブロア等の冷却手段を設けることなく、バスバー８０を効率的に冷却することが可能である。
【０１２５】
また、本実施形態において、集電体８３ｄ，８３ｇにおいて、連結部８３ｈ，８３ｉは、略扇形の周方向の中心から周方向にずれた位置にオフセットして設けられているため（図９参照）、運転時において熱変形又は熱膨張したバスバー８０から連結部８３ｈ，８３ｉを介して伝わる応力は、略扇形の集電体８３ｄ，８３ｇに周方向の中心位置に対する捩れ力として伝わる。このため、応力が集電体８３ｄ，８３ｇを全体として位置ずれさせるようには伝わらず、取付孔８４，８４Ａにおける電気的接触不良の発生を抑制することができる。また、製造時においてバスバー８０から連結部８３ｈ，８３ｉを介して伝わる応力も捩れ力となるので、集電体８３ｄ，８３ｇが低い剛性の薄い板材で形成されていたとしても、バスバー８０を支持することができる。
【０１２６】
また、本実施形態において、集電体８３ｄ，８３ｇは、中心Ｏ側の縁部が直線部ではなく、円弧部８３ｊ，８３ｋに形成されており、この円弧部８３ｊ，８３ｋに連結部８３ｈ，８３ｉが設けられているので（図９参照）、バスバー８０からの応力に対して、中心Ｏ側の縁部の剛性を局所的に高めることができる。
【０１２７】
また、本実施形態において、集電体８３ｄ，８３ｇにおいて、連結部８３ｈ，８３ｉの近傍に形成された取付孔８４Ａは、複数の弾性片８４ａのうち連結部８３ｈ，８３ｉの方向に位置する弾性片８４ａが取り除かれ、開口部８４ｄが形成されている（図９参照）。このため、集電体８３ｄ，８３ｇをセル配列に対して組み付ける際に、連結部８３ｈ，８３ｉ付近において、燃料電池セル１６の位置ずれを取付孔８４Ａの開口部８４ｄによって吸収し、連結部８３ｈ，８３ｉを位置ずれさせることなく所定位置に配置し易くすることができる。また、取付孔８４Ａに開口部８４ｄが形成されることにより、バスバー８０から応力を受けたときに、取付孔８４Ａ付近を撓ませて応力を局所的に吸収し易くすることができるので、集電体８３ｄ，８３ｇに全体として応力の影響が及ぶことを抑制することができる。
【０１２８】
また、本実施形態において、連結部８３ｈ，８３ｉの近傍に形成された取付孔８４Ａにおいて、弾性片８４ａが設けられていない領域と弾性片８４ａが設けられている領域との境界をなす開口部８４ｄの直線部８４ｆの仮想延長線８４ｇが、連結部８３ｈ，８３ｉを通らないように、開口部８４ｄが設けられている（図７参照）。これにより、例えば、運転時にバスバー８０から応力を受けたときに、取付孔８４Ａにおいて、開口部８４ｄ側が撓むので、弾性片８４ａに応力の影響が及び難くなる。これにより、応力を局所的に吸収して、集電体８３ｄ，８３ｇの全体に応力の影響が及ぶことを抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２９】
１    固体酸化物型燃料電池装置
２    燃料電池モジュール
６    ハウジング
８    燃料電池セル収容容器
１０    発電室
１６    燃料電池セル
６３    第１固定部材
７４    酸化剤ガス噴射用パイプ
８０    バスバー（電力取出し用導体）
８２，８２Ａ，８２Ｂ  集電体
８３ａ−８３ｇ  集電体（集電板）
８３ｈ，８３ｉ  連結部
８３ｊ，８３ｋ  円弧部
８４，８４Ａ  取付孔
８４ａ  弾性片
８４ｄ  開口部
８４ｆ  直線部
８４ｇ  仮想延長線
８５ａ−８５ｄ  仮想直線
９８    燃料極層
１００    固体電解質層
１０１    空気極層
１０３ａ，１０３ｂ  電極層
１５３    接着剤
【図１】
2015195146.tif 000003
【図２】
2015195146.tif 000004
【図３】
2015195146.tif 000005
【図４】
2015195146.tif 000006
【図５】
2015195146.tif 000007
【図６】
2015195146.tif 000008
【図７】
2015195146.tif 000009
【図８】
2015195146.tif 000010
【図９】
2015195146.tif 000011
【図１０】
2015195146.tif 000012
【図１１】
2015195146.tif 000013
【図１２】
2015195146.tif 000014
【図１３】
2015195146.tif 000015