(57)【要約】【課題】製品歩留まりの良好な燃料電池の円筒型燃料電池の製造方法及び円筒型燃料電池を提供する。【解決手段】電池素子を円筒横縞形状としてなる円筒型の燃料電池の製造方法であって、可燃性軸芯２０に円筒状の基体管１１を押出す基体管押出し工程と、前記押出された円筒状の基体管１１の表面に燃料極１３、電解質１４、インターコネクタ１７、空気極１５からなる電池素子を形成する素子形成工程と、表面に電池素子を形成した円筒状の基体管１１を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有する。【選択図】        図１
2008130286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池素子を横縞形状としてなる筒型燃料電池の製造方法であって、
可燃性軸芯に基体管を形成する基体管形成工程と、
前記形成された基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、
表面に電池素子を形成した基体管を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型燃料電池の製造方法。
【請求項２】
電池素子を横縞形状としてなる筒型燃料電池の製造方法であって、
可燃性軸芯に円筒状の基体管と燃料極とを横縞状に交互に形成する基体管・燃料極押出し工程と、
前記横縞状に交互に形成された基体管・燃料極の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、
表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された基体管・燃料極を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型燃料電池の製造方法。
【請求項３】
電池素子を横縞形状としてなる筒型燃料電池の製造方法であって、
可燃性軸芯に燃料極と電解質とを横縞状に交互に形成する燃料極・電解質押出し工程と、
前記横縞状に交互に形成された燃料極・電解質の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、
表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された燃料極・電解質を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型燃料電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記基体管形成工程は、
前記可燃性軸芯に前記基体管の原料を押出して形成する基体管押出し工程、
又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料を塗布して形成する基体管塗布工程、
又は前記基体管の原料を押出し、筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管押出−軸芯挿入工程のうちのいずれか一つであることを特徴とする筒型燃料電池の製造方法。
【請求項５】
請求項２において、
前記基体管・燃料極形成工程は、
前記可燃性軸芯に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互に押出して形成する基体管・燃料極押出し工程、
又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する基体管・燃料極塗布工程、
又は前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管・燃料極押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型燃料電池の製造方法。
【請求項６】
請求項３において、
前記燃料極・電解質形成工程は、
前記可燃性軸芯に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互に押出して形成する燃料極・電解質押出し工程、
又は前記可燃性軸心に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する燃料極・電解質塗布工程、
又は前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する燃料極・電解質押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型燃料電池の製造方法。
【請求項７】
軸方向に基体管と燃料極とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、
前記基体管と燃料極とからなる筒体の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型燃料電池。
【請求項８】
軸方向に燃料極と電解質とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、
前記燃料極と電解質とからなる筒体の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型燃料電池。
【請求項９】
請求項１乃至６の何れか一つの筒型燃料電池の製造方法により製造してなることを特徴とする筒型燃料電池。
【請求項１０】
電池素子を横縞形状としてなる筒型水電界装置の製造方法であって、
可燃性軸芯に基体管を形成する基体管形成工程と、
前記形成された基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、
表面に電池素子を形成した基体管を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型水電界装置の製造方法。
【請求項１１】
電池素子を横縞形状としてなる筒型水電界装置の製造方法であって、
可燃性軸芯に円筒状の基体管と燃料極とを横縞状に交互に形成する基体管・燃料極押出し工程と、
前記横縞状に交互に形成された基体管・燃料極の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、
表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された基体管・燃料極を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型水電界装置の製造方法。
【請求項１２】
電池素子を横縞形状としてなる筒型水電界装置の製造方法であって、
可燃性軸芯に燃料極と電解質とを横縞状に交互に形成する燃料極・電解質押出し工程と、
前記横縞状に交互に形成された燃料極・電解質の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、
表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された燃料極・電解質を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型水電界装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記基体管形成工程は、
前記可燃性軸芯に前記基体管の原料を押出して形成する基体管押出し工程、
又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料を塗布して形成する基体管塗布工程、
又は前記基体管の原料を押出し、筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管押出−軸芯挿入工程のうちのいずれか一つつであることを特徴とする筒型水電界装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記基体管・燃料極形成工程は、
前記可燃性軸芯に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互に押出して形成する基体管・燃料極押出し工程、
又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する基体管・燃料極塗布工程、
又は前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管・燃料極押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型水電界装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２において、
前記燃料極・電解質形成工程は、
前記可燃性軸芯に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互に押出して形成する燃料極・電解質押出し工程、
又は前記可燃性軸心に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する燃料極・電解質塗布工程、
又は前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する燃料極・電解質押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型水電界装置の製造方法。
【請求項１６】
軸方向に基体管と燃料極とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、
前記基体管と燃料極とからなる筒体の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型水電界装置。
【請求項１７】
軸方向に燃料極と電解質とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、
前記燃料極と電解質とからなる筒体の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型水電界装置。
【請求項１８】
請求項１０乃至１５の何れか一つの筒型水電界装置の製造方法により製造してなることを特徴とする筒型水電界装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物からなる筒型燃料電池の製造方法及び筒型燃料電池、筒型水電界装置の製造方法及び筒型水電界装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、炭化水素や含酸素炭化水素を水蒸気と反応させて改質した燃料ガスと酸素とが電気化学的反応をすることによって発電する燃料電池である。そのとき、水が生成される。燃料電池で逆反応を行うと、水から水素と酸素とが生成する。このように用いる燃料電池を水電解装置又は水電解セルという。
【０００３】
前記固体酸化物型燃料電池は、空気極、固体酸化物の電解質膜、燃料極からなるセルで構成される。空気極には酸素が、燃料極には燃料ガスがそれぞれ供給される。空気極に供給された酸素は、イオン化されて電解質膜中を透過し、燃料極に達する。燃料極に達した酸素と燃料ガスとの電気化学的反応によって燃料極と空気極との間に生じる電位差が外部に取り出されることにより発電が行われる。
【０００４】
図８は、従来の円筒型燃料電池の一部断面概略図である。公知のこの円筒型燃料電池１００は、基体管１０１の外表面１０２に設けられた複数のセル１０６と、隣接するセル１０６同士を電気的に直列に接続するインターコネクタ１０７とを備えている。
なお、符号１０８は中心軸を図示する。
それぞれのセル１０６は、燃料極１０３、固体酸化物である電解質膜１０４、空気極１０５を備える。燃料極１０３、電解質膜１０４及び空気極１０５は、層をなすように接合されている。一つのセル１０６の燃料極１０３とそれに隣接する他のセル１０６の空気極１０５とは、インターコネクタ１０７によって電気的に接続されている。基体管１０１、燃料極１０３、空気極１０５は多孔質である。基体管１０１は一定の肉厚を有する円筒で、外表面１０２は円柱面をなしている。
【０００５】
固体酸化物型燃料電池１００は下記の動作によって電池反応をする。電池反応の燃料となる燃料ガスは、基体管１０１の内側を流れ、基体管１０１の細孔を通過して燃料極１０３に達する。燃料ガスは、燃料極１０３に含まれる活性金属により水蒸気改質される。水蒸気改質により生成された水素は、燃料極１０３の細孔を通過して電解質膜１０４まで達する。一方、空気は、基体管１０１の外側を流れる。空気中の酸素は、空気極１０５の細孔を通過する途中又は電解質膜１０４まで達してイオン化する。イオン化した酸素は電解質膜１０４を通過し、燃料極１０３に達する。電解質膜１０４を通過した酸素イオンは燃料ガスと反応する。このような電池反応によって生じる電位差は、燃料極１０３及び空気極１０５から外部に取り出される（特許文献１）。
【０００６】
前記の固体酸化物型燃料電池１００は、図９に示すような手順で製造される。まず、基体管１０１を金属軸芯に押出し成形により筒状に成形する（Ｓ１１）。
次に、基体管１０１の外表面１０２に電池素子（燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極）を形成する（Ｓ１２）。具体的には基体管１０１の外表面１０２に燃料極材料のスラリーを塗布する。前記燃料極材料は、隣り合うセル１０６を分離するために所定の間隔をおいて塗布される。その後、電解質材料のスラリー、インターコネクタ材料のスラリーを重ねて塗布する。次に空気極材料のスラリーを電解質膜１０４上に塗布する。
その後、金属軸芯を引抜く（Ｓ１３）。
次に、表面に電池素子を形成した基体管を一体に焼成する（Ｓ１４）。
なお、空気極１０５を形成する前に一度焼成した後に、空気極を成膜するようにする場合もある。
【特許文献１】特開２００５−１７４７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術の円筒型燃料電池の製造には、その製造過程において基体管を保持する金属軸芯が必須であり、この金属軸芯は焼成前に引抜く必要があったが、その引抜きの際に、端部での欠けや割れが発生し、製品歩留まりが悪い、という問題がある。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、製品歩留まりの良好な筒型燃料電池の製造方法及び筒型燃料電池、筒型水電界装置の製造方法及び筒型水電界装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、電池素子を横縞形状としてなる筒型燃料電池の製造方法であって、可燃性軸芯に基体管を形成する基体管形成工程と、
前記形成された基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、表面に電池素子を形成した基体管を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型燃料電池の製造方法にある。
【００１０】
第２の発明は、電池素子を横縞形状としてなる筒型燃料電池の製造方法であって、可燃性軸芯に円筒状の基体管と燃料極とを横縞状に交互に形成する基体管・燃料極押出し工程と、前記横縞状に交互に形成された基体管・燃料極の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された基体管・燃料極を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型燃料電池の製造方法にある。
【００１１】
第３の発明は、電池素子を横縞形状としてなる筒型燃料電池の製造方法であって、可燃性軸芯に燃料極と電解質とを横縞状に交互に形成する燃料極・電解質押出し工程と、前記横縞状に交互に形成された燃料極・電解質の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された燃料極・電解質を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型燃料電池の製造方法にある。
【００１２】
第４の発明は、第１の発明において、前記基体管形成工程は、前記可燃性軸芯に前記基体管の原料を押出して形成する基体管押出し工程、又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料を塗布して形成する基体管塗布工程、又は前記基体管の原料を押出し、筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管押出−軸芯挿入工程のうちのいずれか一つであることを特徴とする筒型燃料電池の製造方法にある。
【００１３】
第５の発明は、第２の発明において、前記基体管・燃料極形成工程は、前記可燃性軸芯に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互に押出して形成する基体管・燃料極押出し工程、又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する基体管・燃料極塗布工程、又は前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管・燃料極押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型燃料電池の製造方法にある。
【００１４】
第６の発明は、第３の発明において、前記燃料極・電解質形成工程は、前記可燃性軸芯に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互に押出して形成する燃料極・電解質押出し工程、又は前記可燃性軸心に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する燃料極・電解質塗布工程、又は前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する燃料極・電解質押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型燃料電池の製造方法にある。
【００１５】
第７の発明は、軸方向に基体管と燃料極とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、前記基体管と燃料極とからなる筒体の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型燃料電池にある。
【００１６】
第８の発明は、軸方向に燃料極と電解質とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、前記燃料極と電解質とからなる筒体の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型燃料電池にある。
【００１７】
第９の発明は、第１乃至６の何れか一つの筒型燃料電池の製造方法により製造してなることを特徴とする筒型燃料電池にある。
【００１８】
第１０の発明は、電池素子を横縞形状としてなる筒型水電界装置の製造方法であって、可燃性軸芯に基体管を形成する基体管形成工程と、前記形成された基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、表面に電池素子を形成した基体管を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型水電界装置の製造方法にある。
【００１９】
第１１の発明は、電池素子を横縞形状としてなる筒型水電界装置の製造方法であって、可燃性軸芯に円筒状の基体管と燃料極とを横縞状に交互に形成する基体管・燃料極押出し工程と、前記横縞状に交互に形成された基体管・燃料極の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された基体管・燃料極を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型水電界装置の製造方法にある。
【００２０】
第１２の発明は、電池素子を横縞形状としてなる筒型水電界装置の製造方法であって、可燃性軸芯に燃料極と電解質とを横縞状に交互に形成する燃料極・電解質押出し工程と、前記横縞状に交互に形成された燃料極・電解質の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成する素子形成工程と、表面に電池素子を形成した横縞状に交互に形成された燃料極・電解質を焼成しつつ前記可燃性軸芯を消失させる焼成工程とを有することを特徴とする筒型水電界装置の製造方法にある。
【００２１】
第１３の発明は、第１０の発明において、前記基体管形成工程は、前記可燃性軸芯に前記基体管の原料を押出して形成する基体管押出し工程、又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料を塗布して形成する基体管塗布工程、又は前記基体管の原料を押出し、筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管押出−軸芯挿入工程のうちのいずれか一つであることを特徴とする筒型水電界装置の製造方法にある。
【００２２】
第１４の発明は、第１１の発明において、前記基体管・燃料極形成工程は、前記可燃性軸芯に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互に押出して形成する基体管・燃料極押出し工程、又は前記可燃性軸心に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する基体管・燃料極塗布工程、又は前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管・燃料極押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型水電界装置の製造方法にある。
【００２３】
第１５の発明は、第１２の発明において、前記燃料極・電解質形成工程は、前記可燃性軸芯に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互に押出して形成する燃料極・電解質押出し工程、又は前記可燃性軸心に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する燃料極・電解質塗布工程、又は前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する燃料極・電解質押出−軸芯挿入工程のいずれか一つであることを特徴とする筒型水電界装置の製造方法にある。
【００２４】
第１６の発明は、軸方向に基体管と燃料極とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、前記基体管と燃料極とからなる筒体の表面に電解質、インターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型水電界装置にある。
【００２５】
第１７の発明は、軸方向に燃料極と電解質とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、前記燃料極と電解質とからなる筒体の表面にインターコネクタ、空気極からなる電池素子を形成してなることを特徴とする筒型水電界装置にある。
【００２６】
第１８の発明は、第１０乃至１５の何れか一つの筒型水電界装置の製造方法により製造してなることを特徴とする筒型水電界装置にある。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、可燃性軸芯を用いて基体管を形成し、焼成の際に前記可燃性軸芯を消失させることにより、基体管の厚さを従来よりも薄くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２９】
本発明による実施例１に係る円筒型燃料電池について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施例に係る円筒型燃料電池の概略断面図である。なお、中心軸を中心として半分側のみを示しており、全体を省略している。
図１に示すように、本実施例に係る円筒型燃料電池１０Ａは、従来と同様の構造であり、基体管１１の外表面に設けられた燃料極１３、電解質１４及び空気極１５からなるセル１６と、隣接するセル１６同士を電気的に直列に接続するインターコネクタ１７とを備えており、可燃性軸芯２０を用いて製造するものである。図１中、符号２１は中心軸、２２は燃料、２３は空気を各々図示する。
【００３０】
ここで、前記可燃性軸芯２０の材料としては、例えば有機バインダ（メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂等の燃焼時に無機成分が残存しないもの）又は紙類を挙げることができるが、後述するように焼成により消失する材料であれば特に限定されるものではない。
【００３１】
この可燃性軸芯２０は、基体管１１をその外表面に形成してなり、前記基体管形成後に電池素子（燃料極１３、電解質１４及び空気極１５及びインターコネクタ１７）を形成する際においてもその支持体として機能するものとなる。
そして、焼成の際には、有機バインダ又は紙類であるので容易に消失すこととなる。
【００３２】
すなわち、電池素子を成膜した基体管１１を一体焼成法により、焼成すると、この焼成の際、可燃性物質により構成された基体管の軸芯の部分は完全に焼き飛んだ状態になり、電池素子を形成した薄肉の基体管１１が残ることとなる。
【００３３】
この可燃性軸芯２０に基体管１１を形成するには、図４に示すような押出し装置を用いることができる。
そして、既に乾燥している可燃性軸芯を用い、押出装置３０の内側に可燃性軸芯２０を移動させながら、その外表面に基体管原料を押出す。
また、可燃性軸芯原料３１と基体管原料３２と二層で押出し、中心に可燃性軸芯を配しその外側に基体管を形成するようにすることもできる。
【００３４】
また二層押出し以外の基体管の形成方法としては、例えばスクリーン印刷、スプレー印刷、インクジェット印刷方法、又は直接塗布する方法等の種々の方法により可燃性軸芯２０の表面に基体管１１を形成するようにすればよい。
【００３５】
すなわち、前記基体管１１は、各電極素子の保持と、燃料ガスの拡散が目的であるので、薄いほうが好ましいが、従来では一定の強度を保持する観点から肉厚であったが、本発明のように焼成により消失する可燃性軸芯２０を用いることで、肉厚を極めて薄くすることができるものとなる。
【００３６】
また、電池セルの成膜の際には、焼成前の段階でスクリーン印刷を行うため、成膜段階で発生する応力によって、セルの破壊を防止するため、基体管１１に強度を持たせる必要があるが、可燃性軸芯２０自身が軸芯としての強度をもたせることができるので、基体管１１の肉厚を薄くするような場合であっても成膜に影響を与えることがなく、良好な電池素子（燃料極１３、電解質１４及び空気極１５及びインターコネクタ１７）の成膜が可能となる。
【００３７】
よって、基体管１１としては、可燃性軸芯２０を用いることで薄くすることができ、燃料２２のガス拡散の観点から、良好となる。
この結果、前記基体管１１の薄肉化によって、燃料２２の拡散性が肉厚に比例して向上し、セル性能向上に寄与することとなる。
【００３８】
また、基体管１１は円筒型燃料電池のセル構成部材(原料)の約９０％程度を占めているので、その肉厚を薄くすることで原料費用の削減を図ることができる。
従来においては、例えば２ｍの円筒管（直径２８ｍｍ）の場合には、肉厚ｄが３０ｍｍであったが、本発明によれば、肉厚Ｄを１０〜２０ｍｍと薄肉化を図ることができる。
なお、本実施例では、電池素子の燃料極１３の厚さは１５０μｍ、電解質１４の厚さは８０μｍとしている。
これは、例えば１００Ｗ／本の円筒型燃料電池の場合、大規模な火力発電の大体設備として使用する場合には、１ＭＷ程度の規模となるが、その際においては、数千万程度の費用の削減を図ることができることとなる。
【００３９】
また、一旦焼成した後は円筒状セルに強度が発現することから、基体管１１が薄くても何等不具合が生じるものではない。
【００４０】
また、可燃性軸芯２０を基体管１１の内側に用いることにより、芯の部分に強度を持たせることとなり、焼成前段階でのハンドリング及び電池素子の成膜時に発生する応力による破損を防止することが可能となる。
【００４１】
本実施例に係る製造工程について図５を参照して説明する。
１）先ず、可燃性軸芯２０に基体管１１を押出す（Ｓ１０１）。
この押出しは図４に示すような押出し装置３０を用いて行なうようにすればよい。
図４では、既に乾燥している可燃性軸芯を用いており、押出し装置３０の内側に可燃性軸芯を移動させながら、その外表面に基体管原料を押出すようにしている。
２）次に、基体管１１の表面に電池素子（燃料極１３、電解質１４、インターコネクタ１７、空気極１５）を形成する（Ｓ１０２）。
３）その後、表面に電池素子を形成した基体管を焼成する。この焼成時に可燃性軸芯が消失する（Ｓ１０３）。
【００４２】
このように、従来のように金属軸芯を用いることがないので、金属軸芯を引抜く工程の省略及びその際における製品歩留まりの低下を防止することができる。
また、基体管１１が従来より薄肉化を図ることができるので、従来よりも円筒管の小径化に寄与すると共に製造コストの大幅な低減を図ることができる。
【００４３】
本実施例では、可燃性軸芯２０に基体管１１を形成する基体管形成工程として、前記可燃性軸芯２０に前記基体管の原料を押出して形成する基体管押出し工程（Ｓ１０１）を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前記可燃性軸心に前記基体管の原料を塗布して形成する基体管塗布工程、又は前記基体管の原料を押出し、筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管押出−軸芯挿入工程等を適用するようにしてもよい。
【実施例２】
【００４４】
本発明による実施例２に係る円筒型燃料電池について、図面を参照して説明する。
図２は、実施例に係る円筒型燃料電池の概略断面図である。なお、中心軸２１を中心として半分側のみを示しており、全体を省略している。
図２に示すように、本実施例に係る円筒型燃料電池１０Ｂは、従来の構造とは異なり、基体管１１と燃料極１３とを交互に押出して、従来の基体管に相当する筒状支持体を構成しているものである。
【００４５】
すなわち、本実施例に係る円筒型燃料電池１０Ｂは、この軸方向に基体管１１と燃料極１３とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、前記基体管１１と燃料極１３とからなる筒体の表面に電解質１４、インターコネクタ１７、空気極１５からなる電池素子を形成してなるものである。
【００４６】
本実施例では、燃料極１３を肉厚（１０〜２０ｍｍ）とすることができるので、導電性が良好となる。
【００４７】
本実施例の円筒型燃料電池を製造するには、従来と同様の金属製の軸芯を用いても良いが、基体管の肉厚を薄くする場合には、実施例１と同様の可燃性軸芯を用いることが好ましい。また、金属製の軸芯以外に例えば所定の軸芯に要求される強度を有するセラミックスを用いるようにしてもよい。
【００４８】
本実施例に係る製造工程について図６を参照して説明する。
１）先ず、可燃性軸芯２０に基体管１１と燃料極１３とを交互に押出す（Ｓ２０１）。
この押出しは図４に示すような押出し装置３０を用いてニ層押出しを行なうようにすればよい。
２）次に、基体管１１と燃料極１３の表面に電池素子（電解質１４、インターコネクタ１７、空気極１５）を形成する（Ｓ２０２）。
３）その後、表面に電池素子を形成した基体管を焼成する。この焼成時に可燃性軸芯が消失する（Ｓ２０３）。
【００４９】
このように、従来のように金属軸芯を用いることがないので、金属軸芯を引抜く工程の省略及びその際における製品歩留まりの低下を防止することができる。
【００５０】
本実施例では、可燃性軸芯２０に基体管１１と燃料極１３とを横縞状に交互に形成する基体管・燃料極形成工程（Ｓ２０１）を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前記可燃性軸心に前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する基体管・燃料極塗布工程、又は前記基体管の原料と前記燃料極の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する基体管・燃料極押出−軸芯挿入工程等を適用するようにしてもよい。
【実施例３】
【００５１】
本発明による実施例３に係る円筒型燃料電池について、図面を参照して説明する。
図３は、実施例に係る円筒型燃料電池の概略断面図である。なお、中心軸２１を中心として半分側のみを示しており、全体を省略している。
図３に示すように、本実施例に係る円筒型燃料電池１０Ｃは、従来の構造とは異なり、燃料極１３と電解質１４とを交互に押出して、従来の基体管に相当する筒状支持体を構成しているものである。
【００５２】
すなわち、本実施例に係る円筒型燃料電池１０Ｃは、この軸方向に燃料極１３と電解質１４とを縞状に形成して筒体を形成してなると共に、前記燃料極１３と電解質１４とからなる筒体の表面にインターコネクタ１７、空気極１５からなる電池素子を形成してなるものである。なお、燃料極１３にオーバラップする電解質１４は押出し成形した後に、例えば従来と同様に印刷法により成膜するようにしてもよい。
【００５３】
本実施例では、燃料極１３を肉厚（１０〜２０ｍｍ）とすることができるの、導電性が良好となる。また、燃料極の強度は基体管と同程度（４０〜１００ＭＰａ）であり、電解質は基体管よりも高強度（１５０〜３００ＭＰａ）であるので、基体管を全く用いることなく、電池素子を支持することが可能となる。
本実施例の場合には基体管を全く用いないので、費用の大幅の削減となる。
【００５４】
本実施例の円筒型燃料電池を製造するには、従来と同様の金属製の軸芯を用いても良いが、基体管の肉厚を薄くする場合には、実施例１と同様の可燃性軸芯を用いることが好ましい。また、金属製の軸芯以外に例えば所定の軸芯に要求される強度を有するセラミックスを用いるようにしてもよい。
【００５５】
本実施例に係る製造工程について図７を参照して説明する。
１）先ず、可燃性軸芯２０に燃料極１３と電解質１４を交互に押出す（Ｓ３０１）。
この押出しは図４に示すような押出し装置３０を用いてニ層押出しを行なうようにすればよい。
２）次に、燃料極１３と電解質１４の表面に電池素子（インターコネクタ１７、空気極１５）を形成する（Ｓ３０２）。
３）その後、表面に電池素子を形成した基体管を焼成する。この焼成時に可燃性軸芯が消失する（Ｓ３０３）。
【００５６】
本実施例では、可燃性軸芯２０に燃料極１３と電解質１４とを横縞状に交互に形成する燃料極・電解質押出し工程（Ｓ３０１）を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前記可燃性軸心に前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう塗布して形成する燃料極・電解質塗布工程、又は前記燃料極の原料と前記電解質の原料とを横縞状に交互となるよう押出し筒体を形成した後、前記可燃性軸芯を前記筒体に挿入して形成する燃料極・電解質押出−軸芯挿入工程等を適用するようにしてもよい。
【００５７】
このように、本発明に係る固体酸化物の円筒型燃料電池１０Ａ、１０Ｂによれば、基体管を薄くすることができるので、製造コストの大幅な削減を図ることができると共に、製造段階において、従来用いている金属軸芯を用いることがないので、その引抜き作業工程が簡略化されると共に引抜きにおける割れや欠けを防止することができる。また、円筒型燃料電池１０Ｃによれば、基体管を一切用いずに燃料電池を構成することができるので、前記効果に加えて、製造コストの大幅な削減に寄与することが可能となる。
【００５８】
本発明の固体酸化物の円筒型燃料電池１０Ａ〜１０Ｃは、逆の反応を行わせることで、水を電気分解し水素を製造する水電解セルとして用いることができる。すなわち、所定の温度（例示：９００℃〜１０００℃）において、空気極側に水蒸気を供給し、燃料極と空気極との間に電力を供給することにより、空気極の水蒸気が電気分解して、空気極側に酸素が、燃料極側に水素がそれぞれ発生する。従って、本発明の固体酸化物の筒型燃料電池及びその製造方法は、本発明の水電解装置及びその製造方法として用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係る、可燃性軸芯を用いて基体管を形成し、焼成の際に前記可燃性軸芯を消失させることにより、基体管の厚さを従来よりも薄くすることが可能となり、円筒型の燃料電池又は水電界セルに用いて適している。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例１に係る円筒型燃料電池の概略断面図である。
【図２】実施例２に係る円筒型燃料電池の概略断面図である。
【図３】実施例３に係る円筒型燃料電池の概略断面図である。
【図４】押出し装置の概略断面図である。
【図５】実施例１に係る円筒型燃料電池の工程図である。
【図６】実施例２に係る円筒型燃料電池の工程図である。
【図７】実施例３に係る円筒型燃料電池の工程図である。
【図８】従来例に係る円筒型燃料電池の概略断面図である。
【図９】従来例に係る円筒型燃料電池の工程図である
【符号の説明】
【００６１】
１０Ａ〜１０Ｃ  円筒型燃料電池
１１  基体管
１３  燃料極
１４  電解質
１５  空気極
１６  セル
１７  インターコネクタ
２０  可燃性軸芯
【図１】
2008130286.tif 000003
【図２】
2008130286.tif 000004
【図３】
2008130286.tif 000005
【図４】
2008130286.tif 000006
【図５】
2008130286.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008130286.tif 000009
【図８】
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【図９】
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