(57)【要約】【課題】  本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料電池スタックの製造工程を簡略化し、燃料電池スタックを工業的な大量生産を行うことができ、燃料電池へ効果的に燃料ガスを供給して燃料電池の発電性能を向上できる、燃料電池の提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の固体酸化物形燃料電池では、複数の筒状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを電気的に接続する導電性部材と、を備えた燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを囲む保持部材とからなり、前記保持部材は、前記燃料電池スタックの電気的な直列方向に向かって押圧をかける押圧手段と、前記保持部材自身を固定する固定手段と、を備えたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池を提供する。【選択図】  図２
2008251507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の筒状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを電気的に接続する導電性部材と、を備えた燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを囲む保持部材とからなり、
前記保持部材は、前記燃料電池スタックの電気的な直列方向に向かって押圧をかける押圧手段と、前記保持部材自身を固定する固定手段と、
を備えたことを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
【請求項２】
前記保持部材が、前記燃料電池スタックの燃料極側端部に配置される燃料極側保持部材と、空気極側端部に配置される空気極側保持部材と、
前記燃料極側保持部材と前記空気極側保持部材と連結する側面保持部材と、
前記燃料極側保持部材および／または前記空気極側保持部材と前記側面保持部材を絶縁する絶縁部と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項３】
前記燃料極側保持部材または前記空気極側保持部材が、前記側面保持部材と一体よりなることを特徴とする請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項４】
前記固定手段が、電気的な直列方向と平行に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項５】
前記保持部材が、前記燃料電池セルの軸方向にほぼ全長にわたり設けられてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項６】
前記保持部材が、前記燃料電池スタックの露出部を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項７】
前記側面保持部材が、前記燃料電池セルの軸方向の両端にのみ設けられてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【請求項８】
前記燃料電池スタックと、前記燃料極側保持部材および／または前記空気極側保持部材の間に絶縁部が備えられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池に関し、さらに詳しくは、複数の固体酸化物形燃料電池セルを電気的に接続する燃料電池の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体酸化物形燃料電池は、作動温度が高く（７００〜１０００℃）、効率の良い燃料電池として期待されている。固体酸化物形燃料電池は、通常、その複数を電気的に直列および／または並列に接続して束ねたスタックと呼ばれる構造にし、さらに燃料電池スタックを電気的に直列および／または並列に接続してモジュールと呼ばれる構造にして用いられる。（以下、一つの燃料電池単位を「燃料電池セル」、燃料電池セル同士を電気的に接続する部材を「導電性部材」という）
【０００３】
燃料電池スタックは、電気的に並列な単位で断面コ字状の導電性の保持部材へ、電気的に直列となるインターコネクタと燃料極、また電気的に並列となる燃料極と燃料極、とにニッケルフェルトを形成した燃料電池セルを配置固定し、これを積み重ねて所定の温度で熱処理して燃料電池スタックが形成される。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
しかしながら、このような燃料電池スタック構造は、燃料電池スタックを形成する際、空気極側を酸化雰囲気、燃料極側を還元雰囲気にし、所定の温度で熱処理する焼成工程が必要となるため、工業的な大量生産ができないという課題があった。
【０００５】
さらに、燃料電池セルと導電性部材との接続が、燃料電池セルとニッケルフェルトのみで接続されているため、燃料電池モジュールの組み立てや輸送する際、スタック同士の接続や輸送などの衝撃により、燃料電池セルとニッケルフェルトが剥離しやすいという課題もあった。
【０００６】
また、燃料電池モジュールは、発電前後において、各燃料電池セルの温度分布等による熱応力のバラツキに許容して複数の燃料電池スタックにおける燃料電池セルと導電性部材の集電を保つため、複数の燃料電池スタックの周囲へ断熱材、内側燃料電池容器、断熱材、外側燃料電池容器を順に配置して燃料電池モジュールが形成される。（例えば、特許文献２参照。）
【０００７】
しかしながら、このような燃料電池モジュール構造は、発電前後において、複数の燃料電池スタックの周囲へ包囲する断熱材により、燃料電池近傍と、内側燃料電池容器近傍と、の間の温度差による熱歪みを内側燃料電池容器に生じ、内側燃料電池容器近傍の断熱材と内側燃料電池容器の間に隙間を生じやすくなる。また、この断熱材の燃料電池近傍に比べて内側燃料電池容器近傍へ密度の高い燃料ガスが供給されるため、燃料電池の発電に寄与しない燃料ガスが多くなり、燃料電池の発電性能の低下させてしまうという課題があった。
【０００８】
さらに、燃料電池セルは１ｍ当たり２ｍｍ程度の反りを有していることがあり、発電時の燃料電池の温度分布により各燃料電池セルに熱応力が働き、燃料電池セルと導電性部材の接続不良を生じるやすくなる。これによる接続不良を防止して燃料電池セルと導電性部材との接続を安定に維持するため、少なくとも電気的な直列方向で燃料電池スタックの押圧構造を付加することが必要となり、モジュール構造を複雑にしてしまうという課題があった。
【特許文献１】特許第３２８１８２１号公報（４〜６項、図２〜４）
【特許文献２】特開平１−２４８４７９号公報（５，６項、図１，２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料電池スタックの製造工程を簡略化し、燃料電池スタックを工業的な大量生産を行うことができ、燃料電池へ効果的に燃料ガスを供給して燃料電池の発電性能を向上できる、燃料電池の提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の固体酸化物形燃料電池は、複数の筒状の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを電気的に接続する導電性部材と、を備えた燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを囲む保持部材とからなり、前記保持部材は、前記燃料電池スタックの電気的な直列方向に向かって押圧をかける押圧手段と、前記保持部材自身を固定する固定手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様においては、前記保持部材が、前記燃料電池スタックの燃料極側端部に配置される燃料極側保持部材と、空気極側端部に配置される空気極側保持部材と、前記燃料極側保持部材と前記空気極側保持部材と連結する側面保持部材と、前記燃料極側保持部材および／または前記空気極側保持部材と前記側面保持部材を絶縁する絶縁部と、を備えていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい態様においては、前記燃料極側保持部材または前記空気極側保持部材が、前記側面保持部材と一体よりなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の好ましい態様においては、前記固定手段が、電気的な直列方向と平行に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい態様においては、前記保持部材が、前記燃料電池セルの軸方向にほぼ全長にわたり設けられてなることを特徴とする。
【００１５】
本発明の好ましい態様においては、前記燃料電池スタックの露出部を備えいることを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様においては、前記側面保持部材が、前記燃料電池セルの軸方向の両端にのみ設けられてなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様においては、前記燃料電池スタックと、前記燃料極側保持部材および／または前記空気極側保持部材の間に絶縁部が備えられていることを特徴とする。  
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料電池スタック単位での発電前後のスタック形状を維持することができ、燃料電池スタックの複雑な焼成工程を削除できるスタック構造を形成できる。また、発電時における燃料電池モジュールの燃料電池容器近傍の温度分布を解消して燃料電池の発電性能を向上できる。これにより、実用的で量産性に優れた安全かつ高効率な燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して具体的かつ詳細に説明を行う。図１は、本発明による燃料電池スタックを構成する固体酸化物形燃料電池セルの基本構造断面図である。この燃料電池セル１は、電解質２、空気極３、燃料極４、および空気極３に接続されたインターコネクタ５とから構成される。この構成の燃料電池セルにあっては、図中の空気極３の内部Ａの方向に酸素を含む空気が、燃料極４の外部Ｂの方向に水素、一酸化炭素を含む燃料ガスが流される。なお、燃料電池セルの空気極と燃料極は図１に示される場合と逆に構成することも可能である。また、燃料電池セル同士は、弾力性および復元性に富む、連続した柱を骨格として三次元構造を有する金属シートの積層体などの導電性部材で接続される。
【００２０】
図２は、本発明の一実施形態を示す燃料電池スタックの基本構造の概略図であり、図３は図２のＣ断面を示す図である。しかしながら、これらは一例であり限定されるものではない。図２および図３に示すように、円筒形状の燃料電池セル１が２並列３直列で複数積み重ねられた燃料電池スタックの周囲を、燃料極側に配置される燃料極側保持部材８、空気極側に配置される空気極側保持部材９、燃料電池セルの電気的な直列方向と平行な位置に配置される側面保持部材１０からなる保持部材により囲まれている。これらの燃料電池セル１は、導電性部材７により、直列および／または並列に電気的に接続される。すなわち、燃料極４とインターコネクタ５とが接続され、および／または燃料極４と燃料極４とが接続される。燃料電池スタックは燃料極側保持部材８と空気極側保持部材９によって燃料電池スタックの形状を保持する程度に押圧されており、燃料極側保持部材８と空気極側保持部材９が接続部１１により側面保持部材１０と連結されることで、押圧をかけた状態で燃料電池セル１の軸方向のほぼ全長を固定している。燃料極側保持部材８は燃料電池スタック６の燃料極側と、空気極側保持部材９は燃料電池スタック６の空気極側と、それぞれが電気的に接続され、側面保持部材１０は接続部１１により燃料極側保持部材８と空気極側保持部材９とそれぞれ絶縁されている。また発電された電力は、燃料極側保持部材８と空気極側保持部材９との間に出力され、燃料電池スタックの上端および／または下端より電力の取出しを行うことができる。
その結果、焼成工程を削除しても、発電前および発電後に関係なく燃料電池スタックに配置される燃料電池セルと導電性部材を押圧しているため、発電時に燃料電池モジュールの電気的な直列方向を押圧せずとも、良好な電気接続を保つことができる。また、燃料電池モジュールの組み立てや輸送等の燃料電池スタックの取扱いにおいても、スタック構造を安定に保つことができる。
燃料極側保持部材と、空気極側保持部材を、それぞれ側面保持部材と絶縁することにより、発電時に万一、側面保持部材が熱応力によって変形して隣合う側面保持部材同士が接触したとしても、燃料電池セルは局所的な発熱による過度な熱応力の発生、発電反応の逆反応による燃料電池の基材の性状変化など、短絡に起因する劣化を起こすことがない。これにより、燃料電池スタックの電気的な接続を安定に維持し、燃料電池の性能低下や破損などの劣化を抑制できるため、より燃料電池の高い信頼性を得ることができる。さらに、燃料電池スタックの周囲に形成される保持部材同士をネジ固定や熔接やカシメによる圧着等により接続することができ、複数の燃料電池スタックの集電を容易に行うことができるという利点もある。このとき、保持部材は耐熱ステンレス鋼やインコネルなどの耐熱金属やセラミックで、導電性部材はニッケルを主成分とする金属材料からなる金属多孔体や金属板などで、それぞれ形成することができる。但し、セラミックで保持部材を形成する場合はスタックの両端の端子に燃料電池スタックの電力を取出すためのスタック集電板を具備する必要がある。このスタック集電板により、燃料電池スタック間の電気的な接続がなされる。
【００２１】
図４は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックを囲む保持部材の構成を説明する図である。しかしながら、これは一例であり限定されるものではない。図４に示すように、燃料電池スタックの周囲は、燃料極側保持部材１２、空気極側保持部材９からなる保持部材により囲まれている。燃料電池スタックは燃料極側保持部材１２と空気極側保持部材９によって押圧されており、燃料極側保持部材１２が接続部１１により空気極側保持部材９と連結されることで押圧をかけた状態で固定されている。燃料極側保持部材１２は燃料電池スタック６の燃料極側と、空気極側保持部材９は燃料電池スタックの空気極側と、それぞれが電気的に接続され、接続部１１により燃料極側保持部材１２と空気極側保持部材９とが絶縁されている。
その結果、燃料極側保持部材と側面保持部材が一体に構成されることにより、燃料極側保持部材と側面保持部材の組立て工程を廃止でき、燃料電池スタックの組立作業を容易できる。また、燃料極側保持部材と側面保持部材の組立てによる燃料電池スタック間の形状のバラツキが緩和され、電気的な直列方向と垂直な燃料電池スタックの両端の面ａと、これに垂直な面ｂとが直角となるように保持部材が一体で精度良く構成できるため、保持部材を基準にして燃料電池スタックが精度良く組立てできる。
【００２２】
図５は、図２および図３による燃料電池スタックを囲む保持部材において、空気極と燃料極を接続する接続部の構造例を説明する図である。しかしながら、これは一例であり限定されるものではない。図５に示すように、接続部１１は、燃料極側保持部材８の一部に設けられた孔の内側に絶縁リング１３を配置している。この周囲へセラミック繊維シート１４を形成し、さらにセラミック繊維シート１４の形状を維持する保持板１５を介して連結金具１６により電気的に導通せずに、燃料極側保持部材８と側面保持部材１０とを接続している。
その結果、発電時の温度変化で保持部材が膨張収縮しても、燃料極側保持部材と側面保持部材とが、緩衝性を有するセラミック繊維シートを介して連結金具で、接続部へかかる応力を分散して制御できるため、接続部の変形や破損などの劣化を抑制して絶縁構造を維持することができる。絶縁リングおよびセラミック繊維シートは、アルミナ、ムライト、マグネシア、ジルコニア等により形成することができる。
【００２３】
連結金具１６などによる固定する手段は、燃料電池スタックの電気的な直列方向と平行な一方向に燃料電池スタックを押圧して取り付けられることが好ましい。
その結果、燃料電池スタックの組立てや輸送等の取扱い時、あるいは温度変化による熱応力分布が生じる発電時において、常に燃料電池スタックの内部の燃料電池セルと導電性部材との接続面に働く応力が電気的な直列方向と平行な一方向のみに集中でき、電気的な並列方向の応力発生を抑制できる。これより、燃料電池スタックの取扱いによる外的な応力や温度分布による熱応力などで内部応力が燃料電池スタックへ働いたとしても、燃料電池セルと導電性部材の接続は電気的な並列方向の応力を増加させて燃料電池スタックの内部応力を分散させることがない。したがって、燃料電池スタックは燃料電池セルと導電性部材の電気的な接続を安定に保つことができる。
【００２４】
保持部材は、燃料電池セルの軸方向にほぼ全長にわたり設けられてなることが好ましい。
その結果、燃料電池スタックの組立てや輸送等の取扱い時、あるいは温度変化による熱応力分布が生じる発電時において、燃料電池セルへ与えられる圧縮力が燃料電池セルの軸方向において分散して導電性部材を介して伝達することができ、局所的な応力を生じることなく燃料電池セルの破損を抑制できる。したがって、燃料電池スタックは燃料電池セルと導電性部材の接続を安定に保って燃料電池の構造を維持できる。
また、発電された電力を燃料電池セルの軸方向で自在に取り出すことができる。例えば、燃料電池スタックの軸方向の温度が高い部位はスタック集電板の集電抵抗を大きくして発電反応を抑制し、また温度が低い部位では集電抵抗を小さくして発電反応を促進することにより、燃料電池の温度を制御することができる。したがって、燃料電池セルにおける軸方向の電流密度の分布を均一にして燃料電池の発電温度のばらつきを少なく、燃料ガスの偏流を抑制しやすい構造を形成することができる。
【００２５】
図６は、図２に示す燃料電池スタック及び保持部材で構成される燃料電池モジュールの一例を説明する図である。図６に示すように、燃料電池スタック６同士が燃料極側保持部材８および／または空気極側保持部材９を介してスタック集電板１７により電気的に接続され、空気極側と接続されるスタック集電板１７と燃料極側と接続されるスタック集電板１７が、それぞれ集電ロッド１８に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック６は燃料ガスの気密性を保つ内側燃料電池容器２１と、燃料極側保持部材８および／または空気極側保持部材９と、の間へ絶縁緩衝部材１９を配置して内側燃料電池容器２１の内側に保持されている。さらに、内側燃料電池容器２１の外側に断熱材２２、外側燃料電池容器２３が順に形成されている。このとき、燃料電池モジュールは、燃料電池スタック単位で燃料電池セルと導電性部材が保持固定され、燃料電池スタックと内側燃料電池容器２１を導通せずに安定なスタック構造が保たれている。つまり、押圧に要する強度を備えた容積の大きな断熱材により複数の燃料電池スタックの周囲を囲んで押圧せずとも、ガスシールをして隙間を埋める程度の絶縁緩衝材を配置することにより燃料電池モジュールの構造を安定に保つことができる。
その結果、内側燃料電池容器の内側の発電室において、断熱材を絶縁緩衝材にして燃料電池モジュールをコンパクトに構成することができる。また、供給される燃料ガスが断熱材による温度傾斜を生じにくくなるため、燃料電池へ密度差の少ない燃料ガスを供給でき、発電室内における燃料ガスの偏流を抑制できる。したがって、燃料電池の発電に寄与する燃料ガスを増加してコンパクトで高性能な燃料電池を提供することができる。
【００２６】
図７は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックの基本構造の概略図であり、図８は図７のＤ断面を示す図である。また、図７のＣ断面は、図３と同様である。しかしながら、これは一例であり限定されるものではない。図３、図７および図８に示すように、燃料電池セル１が複数積み重ねられ、この周囲を燃料極側保持部材８、空気極側保持部材９、側面保持部材１０からなる保持部材が燃料電池セル１の軸方向で複数の燃料電池スタックの露出部２５を形成している。
その結果、保持部材は、露出部を構成した単位で熱の吸収発散することができ、燃料電池セルの軸方向における燃料電池セルと保持部材との線膨張係数の差や温度分布による保持部材の線膨張係数の差などによる大きな熱歪みをためることがない。また、露出された部分で燃料電池表面と保持部材の周囲の燃料ガスが拡散して、ガス密度とガス温度を均一化できるといった利点もある。したがって、保持部材は、燃料電池セルの軸方向に生ずる温度分布に応じて構造を維持でき、燃料電池セルと導電性部材の接触を安定に保つことができるため、燃料電池は安全かつ高効率な発電性能を得ることができる。このとき、同じ材料の中で温度分布により、線膨張係数を約２×１０−６（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ−１）以上の差にしないように形成することが、保持部材の歪みを抑える観点から好ましい。
また、同様に燃料電池セル同士を接続する導電性部材を、燃料電池セルの軸方向で露出露出して形成することにより、燃料電池セルと導電性部材との接続面に発生する熱が、燃料電池セルの表面と、露出部を構成した導電性部材との単位で、吸収発散させることができ、燃料電池セルの軸方向における燃料電池セルと導電性部材との線膨張係数の差や温度分布による導電性部材の線膨張係数の差などによる大きな熱歪みをためることがない。また、露出された部分で燃料電池表面と導電性部材の周囲の燃料ガスが拡散して、ガス密度とガス温度を均一化できると共に、燃料ガスの単位時間当たりの流速が遅くなり燃料電池の発電に寄与する燃料ガスを増加させて燃料電池の発電性能を向上できるといった利点もある。したがって、燃料電池スタックは、燃料電池セルの軸方向に生ずる温度分布に応じて構造を維持でき、熱応力等による燃料電池セルの破損を抑制して燃料電池セルと導電性部材との電気的な接続を安定に保つことができるため、燃料電池は安全かつ高効率な発電性能を得ることができる。
【００２７】
図９は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックの基本構造の概略図であり、図１０、図１１、図１２はそれぞれ図９のＥ断面、Ｆ断面、Ｇ断面を示す図である。しかしながら、これは一例であり限定されるものではない。図９、図１０、図１１および図１２に示すように、燃料電池セル１が複数積み重ねられ、燃料極側保持部材８、空気極側保持部材９、側面保持部材１０からなる保持部材によって保持されている。本実施形態において、側面保持部材１０は、燃料電池が発電する電極部分を除いた燃料電池セル１の軸方向の両端側のみに設けられている。燃料電池セル１は封止側の通気孔３０を備えた封止部緩衝材２９を基準に配置されている。これらの燃料電池セル１は、導電性部材７により、電気的な直列に接続され、セル集電板２７により電気的な並列に接続される。すなわち、燃料極４とインターコネクタ５とが接続され、および／または燃料極４と燃料極４とが接続される。燃料電池スタックは燃料極側保持部材８と空気極側保持部材９によって燃料電池スタックの形状を保持する程度に押圧されており、燃料極側保持部材８と空気極側保持部材９が、燃料電池セルの軸方向の両端のみに配置される側面保持部材１０と接続部１１により連結されることで、燃料電池スタックに押圧をかけた状態で固定している。
その結果、燃料電池の発電反応部に側面保持部材がないため、燃料電池の発電時、万一、側面保持部材が熱応力によって変形して隣合う側面保持部材同士が接触したとしても、燃料電池セルは局所的な発熱による過度な熱応力の発生、発電反応の逆反応による燃料電池の基材の性状変化など、短絡に起因する劣化を起こすことがなく、燃料電池セルに直接接触することもなく構成することできる。また、燃料電池スタック同士を迂回なく短い距離でスタック集電板を接続でき、集電ロスを少なく構成することができる。さらに、燃料電池セルにおける開口の上方と、燃料電池セルの封止の下方とに保持部材を形成することにより、燃料電池スタックの並列方向のピッチを自在に構成することができ、発電反応による燃料電池セルから周囲のガスに与える熱を均一に保ち、燃料電池の発電温度のばらつきを少なく、燃料ガスの偏流を抑制しやすい構造を形成することができる。したがって、燃料電池スタックの電気的な接続を安定に維持し、燃料電池の性能低下や破損などの劣化を抑制できるため、より燃料電池の高い信頼性を得ることができる。
【００２８】
図１３は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックの集電構造を説明する図である。しかしながら、これは一例であり限定されるものではない。図１３に示すように、燃料電池セル１が３直列単位でスタック集電板２８と接続され、１並列９直列で複数積み重ねられた燃料電池スタックの周囲を、絶縁部材３１、燃料極側保持部材８および空気極側保持部材９の保持部材により囲まれている。これらの燃料電池セル１は、導電性部材７とスタック集電板２８により、すべて直列で電気的に接続される。すなわち、燃料極４とインターコネクタ５とが接続される。
その結果、保持部材の内部に配置される燃料電池スタックは、電気的な直列方向の両端に配置したスタック集電板で自在に燃料電池セルの電極を折り返し、直列および／または並列で燃料電池セルを配列して燃料電池スタックの両端または片端で電気を取り出すことができるため、燃料電池スタックは、発電装置の形状、電流、電圧などの仕様に汎用性を持たせることができる。また、複数の燃料電池セルの電気的な電気的な直列方向と並列方向の接続距離を均一に構成することにより、燃料電池スタックの内部へ流れる燃料ガスが、燃料電池セルより均一な熱量を与えられるため、燃料電池スタックの軸方向や、それに垂直な平面方向の温度分布を緩和して燃料電池スタックの内部へ燃料ガスが偏って流れることを抑制できる。したがって、燃料電池は高効率な発電性能を得ることができる。
【００２９】
燃料電池スタックの周囲に配置される保持部材は、燃料電池セル１の線膨張係数と略同一に形成されることが好ましい。ここでいう略同一とは、燃料電池セル１の線膨張係数が約１０．５×１０−６（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ−１）に対し、約７〜１４×１０−６（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ−１）である。
その結果、燃料電池スタックに配置される燃料極側保持部材および／または空気極側保持部材の温度分布による熱膨張の影響をほぼ受けることなく、導電性部材のみ熱膨張により、複数の燃料電池セルへ圧縮方向の応力を、また側面保持部材へ引張り方向の応力を、それぞれ伝達できるため、複数の燃料電池セルと導電性部材との良好な接触を保つとともに、側面保持部材の変形量を許容して安定な燃料電池スタック構造を容易に形成することができる。
【００３０】
本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックでは、保持部材がアルミニウムおよび／またはモリブデンを含有するフェライト系ステンレス鋼で形成することが好ましい。
その結果、保持部材の表面にクロミア、アルミナ等の安定な不動態膜を形成することができ、水素、メタン等の炭化水素、水素水蒸気等を含有する還元雰囲気における保持部材の表面の酸化や孔食等の劣化を防止することができる。また、高温時（７００〜１０００℃）の耐熱鋼の変形量を抑えて保持部材表面の亀裂等の欠陥を防止することができるため、燃料電池スタック構造を安定に保つことができる。
【００３１】
なお、前述の実施形態にかかわらず、燃料電池セルの形状は、以上の説明にあるような筒形状を基本とするが、例えば図１４に示されるような、電解質２、空気極３、燃料極４、および空気極３に接続されたインターコネクタ５とから構成され、かつ空気極３に２以上の円筒空間を有し、この内部Ａの方向に酸素を含む空気を流すよう構成されていてもよい。この図にあっては、燃料極４の外部Ｂの方向に水素、一酸化炭素等を含む燃料ガスが流される。このような構造の燃料電池セル３５を用いた場合であっても、図１５に示されるように、本発明による導電性部材７を使用してスタックを構成することができる。
【００３２】
さらに本発明の燃料電池は、導電性部材に酸化インジウム等の材料を用いることにより、燃料ガスが燃料電池セルの内側を流れ、酸化剤ガスが燃料電池セルの外側に流れるように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による燃料電池スタックを構成する固体酸化物形燃料電池セルの基本構造断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す燃料電池スタックの基本構造の概略図である。
【図３】図２のＣ断面を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックを囲む保持部材の構成を説明する図である。
【図５】図２および図３による燃料電池スタックを囲む保持部材において、空気極と燃料極を接続する接続部の構造例を説明する図である。
【図６】図２に示す燃料電池スタック及び保持部材で構成される燃料電池モジュールの一例を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックの基本構造の概略図である。
【図８】図８は図７のＤ断面を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックの基本構造の概略図である。
【図１０】図９のＥ断面を示す図である。
【図１１】図９のＦ断面を示す図である。
【図１２】図９のＧ断面を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックの集電構造を説明する図である。
【図１４】本発明による燃料電池スタックを構成する筒状の固体酸化物形燃料電池セルの他の実施形態を示す基本構造断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態を示す燃料電池スタックの基本構造の概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、３２…固体酸化物形燃料電池セル
２…電解質
３…空気極
４…燃料極
５…インターコネクタ
６、２４、２６…燃料電池スタック
７…導電性部材
８、１２…燃料極側保持部材
９…空気極側保持部材
１０…側面保持部材
１１…接続部
１３…絶縁リング
１４…セラミック繊維シート
１５…保持板
１６…連結金具
１７、２８…スタック集電板
１８…集電ロッド
１９…絶縁緩衝部材
２０…発電室
２１…内側燃料電池容器
２２…断熱材
２３…外側燃料電池容器
２５…露出部
２７…セル集電板
２９…封止部緩衝材
３０…通気孔
３１…絶縁部材
【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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【図８】
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【図９】
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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１４】
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【図１５】
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