(57)【要約】【課題】本発明は、従来と比べ、少ない工数でかつ性能低下を回避することを課題とする。【解決手段】基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する装置において、前記基体管２２の外周部に配置される環状の中空金型２１と、この中空金型の基体管側に設けられた型枠２３と、前記中空金型２１に連結され，基体管２２の外周部に製膜用スラリー２５を注入するためのスラリー導入管２６と、前記中空金型２１と型枠２３とで形成される中空部２７に気体を供給して前記型枠２３を押圧する気体導入管２７とを具備することを特徴とする円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する装置において、
前記基体管の外周部に配置される環状の中空金型と、この中空金型の基体管側に設けられた型枠と、前記中空金型に連結され，基体管の外周部に製膜用スラリーを注入するためのスラリー導入管と、前記中空金型と型枠とで形成される中空部に気体を供給して前記型枠を押圧する気体導入管とを具備することを特徴とする円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置。
【請求項２】
請求項１記載の製膜装置を用いて、基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する方法であり、
基体管の外周部に製膜用スラリーを貼着した後、気体導入管から気体を送って型枠を押圧することにより基体管に貼着した製膜用スラリーを押圧し、更に乾燥、焼成することを特徴とする円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法。
【請求項３】
基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する方法において、
前記基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタを予めスクリーン印刷法により順次製膜してセルチューブを形成した後、このセルチューブに空気極用のリボン状製膜材を貼着、巻装し、焼成により空気極を形成する工程を具備し、
前記リボン状製膜材は発泡材に製膜用スラリーを含浸させたものであることを特徴とする円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法。
【請求項４】
前記製膜用スラリーは、粉体濃度２０〜８０％のランタン系ペロブスカイトと溶剤からなるスラリーであることを特徴とする請求項３記載の円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置及び製膜方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の如く、円筒型燃料電池としては、例えば図５に示すものが知られている。同燃料電池は、多孔質円筒管１の外周部に燃料極２、電解質３及び空気極４からなる単セルを形成し、これら単セル間をインタコネクタ５を用いて電気的に接続するものである。
【０００３】
ところで、こうした燃料電池において、各構成部材である燃料極２、電解質３、空気極４、インタコネクタ５は、従来スクリーン印刷法により各構成部材の材料であるスラリーを基体管に印刷、乾燥を繰り返すことにより製膜していた。しかし、各構成部材の膜厚は２０〜１０００μｍに分かれており、印刷法では１回に印刷できる膜厚は５〜１５０μｍであるため、厚い膜（例えば空気極の膜）では１０回程度の印刷が必要となる。従って、工数の低減には限界があった。
【０００４】
このため、本発明者等は、先に貼付法による製膜法を提案した（特開２００１−１７６５２３号公報）。この製膜法は、図４に示すように、基体管１１の表面に燃料極（図示せず）、電解質１２、インタコネクタ１３を予めスクリーン印刷用により順次製膜してセルチューブ１４を形成したものであり、このセルチューブ１４に空気極用のリボン状成膜材１５を貼着、巻装し、その後焼成により空気極を形成するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１７６５２３号公報（第３−４頁、図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、こうしたスクリーン印刷を用いた貼付法によれば、厚い膜の製膜が可能であるので工数を低減できるという長所を有するものの、焼成後の電解質と空気極界面の抵抗が高くなり、性能が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、基体管の外周部に配置される環状の中空金型と、この中空金型の基体管側に設けられた型枠と、前記中空金型に連結され，基体管の外周部に製膜用スラリーを注入するためのスラリー導入管と、前記中空金型と型枠とで形成される中空部に気体を供給して前記型枠を押圧する気体導入管とを具備した構成とすることにより、従来と比べ、少ない工数でかつ性能低下を回避しえる円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、前記製膜装置を用いて、基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する方法であり、基体管の外周部に製膜用スラリーを貼着した後、気体導入管から気体を送って型枠を押圧することにより基体管に貼着した製膜用スラリーを押圧し、更に乾燥、焼成することにより、従来と比べ、少ない工数でかつ性能低下を回避しえる円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法を提供することを目的とする。
【０００９】
更には、本発明は、前記基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタを予めスクリーン印刷用により順次製膜してセルチューブを形成した後、このセルチューブに空気極用のリボン状製膜材を貼着、巻装し、焼成により空気極を形成する工程を具備し、前記リボン状製膜材は発泡材に製膜用スラリーを含浸させることにより、従来と比べ、少ない工数でかつ性能低下を回避しえる円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する装置において、前記基体管の外周部に配置される環状の中空金型と、この中空金型の基体管側に設けられた型枠と、前記中空金型に連結され，基体管の外周部に製膜用スラリーを注入するためのスラリー導入管と、前記中空金型と型枠とで形成される中空部に気体を供給して前記型枠を押圧する気体導入管とを具備することを特徴とする円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置である。
【００１１】
本願第２の発明は、請求項１記載の製膜装置を用いて、基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する方法であり、基体管の外周部に製膜用スラリーを貼着した後、気体導入管から気体を送って型枠を押圧することにより基体管に貼着した製膜用スラリーを押圧し、更に乾燥、焼成することを特徴とする円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法である。
【００１２】
本願第３の発明は、基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する方法において、前記基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタを予めスクリーン印刷法により順次製膜してセルチューブを形成した後、このセルチューブに空気極用のリボン状製膜材を貼着、巻装し、焼成により空気極を形成する工程を具備し、前記リボン状製膜材は発泡材に製膜用スラリーを含浸させたものであることを特徴とする円筒型燃料電池のセルチューブの製膜方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置及びその製膜方法について更に詳しく説明する。
【００１４】
第１、２の発明において、型枠としては、例えばゴム枠のようにクッション性を有してかつ通気性が殆ど無い材料が好ましい。ここで、型枠の形状は特に限定されること無く、基体管上に堆積した製膜用スラリーを気体導入管から導入した気体により型枠を介して押圧できる形状であればよい。その例として、後述するが、図１〜図３のように中空金型と一体のもの、あるいは図６に示すように中空金型の内側で内側及び外側に移動可能なものが挙げられる。なお、気体導入管から導入する気体としては、例えば空気が挙げられるが、これに限定されず、窒素、アルゴン等の不活性ガスでもよい。
【００１５】
また、前記中空金型の数も特に制限されず、セルチューブの長さに応じて適宜設定することができる。更に、中空金型に連結するスラリー導入管の数も適宜設定すればよいが、その配置は、製膜用スラリーを基体管上にできるだけ均等に堆積するために基体管の周方向に沿って等間隔に配置することが好ましい。
【００１６】
第３の発明において使用される前記製膜用スラリーとしては、粉体濃度２０〜８０％のランタン系ペロブスカイトと溶剤からなるスラリーが挙げられる。ランタン系ペロブスカイトとしては、例えばＬａＭｎＯ３、ＬａＣｏＯ３等が挙げられる。前記発泡材としては、例えばウレタンフォームのようにサブミクロンから数百ミクロンの穴が得られるものが好ましい。ここで、穴径がサブミクロン未満ではガスが通りにくくセルの性能が低下し、逆に穴径が数百ミクロンを越えると電流が流れにくくなる。なお、粉体濃度を上記の範囲に設定するのは、濃度が２０％未満ではスラリーの粘度、降伏値が低すぎるからであり、濃度が８０％を越えるとスラリーの粘度、降伏値が高すぎ、発泡材に含浸しにくいからである。前記溶剤としては、例えば水、石油製製品が挙げられる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１、図２及び図３を参照する。ここで、図１は本実施例１に係る円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置の全体図、図２は図１の要部の拡大図、図３は図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。
【００１８】
図中の符番２１は、基体管２２の外周部に複数個取り付けられた環状の中空金型を示す。前記中空金型２１の前記基体管２２側には、ゴム枠（型枠）２３が配置されている。前記中空金型２１には、基体管２２とゴム枠２３で形成される空間部２４に位置する基体管２２の外周部に製膜用スラリー２５を注入するためのスラリー導入管２６が中空金型２１の周方向に等間隔で設けられている（図２，３参照）。また、前記中空金型２１には、該中空金型２１とゴム枠２３で形成される中空部２７に連通する空気導入管（ガス導入管）２８が設けられている。
【００１９】
このように、実施例１に係る製膜装置は、基体管２２の外周部に配置される環状の中空金型２１と、該中空金型２１の基体管側に配置されたゴム枠２３と、前記中空金型２１が連結され，基体管２２の外周部に製膜用スラリー２５を注入するためのスラリー導入管２６と、前記中空金型２１と型枠２３とで形成される中空部２７に空気を供給して前記型枠２３を押圧する空気導入管２８とを具備した構成となっている。
【００２０】
こうした構成の製膜装置を用いて製膜を行う場合は次のようにして行う。
まず、基体管２２の外周部に複数個の中空金型２１を図１に示すように配置した。次に、スラリー導入管２６より中空金型２１の空間部２４に製膜用スラリー２５を注入して、空間部２４に位置する基体管２２上に堆積した。ここで、製膜用スラリー２５としては、空気極スラリーを用いた。つづいて、空気導入管２６から中空金型２１の中空部２７に空気を送り、これにより中空部２７を高圧にして前記ゴム枠２３を基体管２２側に押圧し、空間部２４の製膜用スラリー２５を基体管２２側に押し付ける。更に、中空金型２１を基体管２２から外した後、製膜用スラリー２５を乾燥、焼成することにより、空気極を形成した。また、空気極と同様な方法により、燃料極、電解質、インタコネクタを形成して円筒型燃料電池のセルチューブを製造した。
【００２１】
このような、製膜方法によれば、１回製膜用スラリーを注入した後、乾燥、焼成することにより膜厚が厚い燃料電池の構成部材も形成できるため、各構成部材ごとに印刷、乾燥工程を何度も繰り返す必要がないので、従来と比べ、少ない工数で各構成部材を形成することができる。また、従来の貼着法と比べて電池の性能低下を回避することができる。
【００２２】
（実施例２）
図６を参照する。図６は、本実施例２に係る円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置の金型部分のみを示している。但し、図１〜図３と同部材は同符番を付し、要部のみ説明する。
図中の符番３１は、前記基体管２２の外周部に配置される環状の中空金型を示す。この金型３１は、前記基体管２２側で内側に折り曲げられ、前記ゴム枠２３を支持するための段差部３２を有している。ここで、ゴム枠２３は通常は点線Ｘのように位置している。スラリー導入管２６は、金型３１とゴム枠２３と基体管２２で形成される空間部２４の基体管上に製膜用スラリー２５を注入するように金型３１と連結している。また、空気導入管２８は、金型３１の外壁に取り付けられて、空気を導入することによりゴム枠２３を基体管側に押圧するように金型３１と連結している。
【００２３】
こうした製膜装置を用いて製膜を行う場合は次のようにして行う。
まず、基体管２２の外周部に複数個の金型３１を図１に示すように配置した。次に、スラリー導入管２５より空間部２４に製膜用スラリー２５を注入し、空間部２４に位置する基体管２２上に製膜用スラリー２８を堆積した。つづいて、空気導入管２８から中空金型２１の空洞部２７内に空気を送り、これにより空洞部２７内を高圧にしてゴム枠２３を基体管２２側に押圧し、製膜用スラリー２８を基体管２１側に押し付ける。更に、中空金型２１を基体管２２から外した後、製膜用スラリー２８を乾燥、焼成することにより、空気極を形成した。また、空気極と同様な方法により、燃料極、電解質、インタコネクタを形成して円筒型燃料電池のセルチューブを製造した。
【００２４】
（実施例３）
図７（Ａ），（Ｂ）を参照する。ここで、図７（Ａ）は本実施例３の製膜方法の説明図、図７（Ｂ）は焼成時のセルチューブの断面図を示す。但し、図５と同部材は同符番を付して説明する。
【００２５】
まず、基体管１の表面に燃料極２、電解質３、インタコネクタ５を予めスクリーン印刷用により順次製膜してセルチューブ４１を形成した。次に、このセルチューブ４１に空気極用のリボン状製膜材４２を貼着、巻装した。ここで、リボン状製膜材４２としては、ウレタンフォーム等の発泡材に製膜用スラリー２５を含浸させたものを用いた。また、製膜用スラリー２５としては、粉体濃度が例えば６０％のランタン系ペロブスカイトに溶剤を加えたスラリーを用いた。つづいて、図７（Ｂ）のようにセルチューブ４１に巻装したリボン状製膜材４２の境界部を例えばテープ４３で固定した後、焼成して空気極４を形成し、セルチューブを製造した。なお、焼成時、発泡材は飛散するので、比較的厚い空気極が得られる。
【００２６】
実施例３によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる。
なお、焼成後の膜の気孔率は、発泡材の密度（気孔度）及び製膜用スラリー中の粉体濃度によって制御する。粉体濃度は、全体を１００％としたとき、２０〜８０％程度が好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、基体管の外周部に配置される環状の中空金型と、この中空金型の基体管側に設けられた型枠と、前記中空金型に連結され，基体管の外周部に製膜用スラリーを注入するためのスラリー導入管と、前記中空金型と型枠とで形成される中空部に気体を供給して前記型枠を押圧する気体導入管とを具備した構成とすることにより、従来と比べ、少ない工数でかつ性能低下を回避しえる円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置を提供できる。
【００２８】
また、本発明によれば、前記製膜装置を用いて、基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタ及び空気極を製膜して円筒型燃料電池のセルチューブを製膜する方法であり、基体管の外周部に製膜用スラリーを貼着した後、気体導入管から気体を送って型枠を押圧することにより基体管に貼着した製膜用スラリーを押圧し、更に乾燥、焼成することにより、従来と比べ、少ない工数でかつ性能低下を回避しえる円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法を提供できる。
【００２９】
更には、本発明によれば、基体管の表面に燃料極、電解質、インタコネクタを予めスクリーン印刷用により順次製膜してセルチューブを形成した後、このセルチューブに空気極用のリボン状製膜材を貼着、巻装し、焼成により空気極を形成する工程を具備し、前記リボン状製膜材は発泡材に製膜用スラリーを含浸させることにより、従来と比べ、少ない工数でかつ性能低下を回避しえる円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置の全体図。
【図２】図１の要部の拡大図
【図３】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図
【図４】従来の円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法の説明図。
【図５】円筒型燃料電池の説明図。
【図６】本発明の実施例２に係る円筒型燃料電池セルチューブの製膜装置の全体図。
【図７】本発明の実施例３に係る円筒型燃料電池セルチューブの製膜方法の説明図。
【符号の説明】
１，２２…基体管、
２…燃料極、
３…電解質、
５…インタコネクタ、
２１，３１…中空金型、
２３…ゴム枠（型枠）、
２４…空間部、
２５…製膜用スラリー、
２６…スラリー導入管、
２７…中空部、
２８…空気導入管（気体導入管）、
３２…段差部、
４１…セルチューブ、
４２…リボン状製膜材、
４３…テープ。
【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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