(57)【要約】【課題】セルの大きさを変えることなく、より大きな発電量を得ることができる円筒形燃料電池セルを提供する。【解決手段】本発明の円筒形燃料電池セルは、基体管（１１）を備え、前記基体管（１１）の外周部（１１ａ）側に燃料極（１２）、電解質（１３）及び空気極（１４）を備えた円筒形燃料電池セル（１０）であって、前記電解質（１３）は、非円形形状に形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体管を備え、前記基体管の外周部側に燃料極、電解質及び空気極を備えた円筒形燃料電池セルであって、前記電解質は、非円形形状に形成されている
円筒形燃料電池セル。
【請求項２】
請求項１に記載の円筒形燃料電池セルにおいて、
前記燃料極及び前記空気極のそれぞれは、非円形形状に形成されている
円筒形燃料電池セル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の円筒形燃料電池セルにおいて、
前記基体管の前記外周部は、非円形形状に形成され、
前記電解質は、前記基体管の前記外周部の形状に沿って形成されている
円筒形燃料電池セル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の円筒形燃料電池セルにおいて、
前記燃料極と前記電解質と前記空気極のそれぞれは、前記基体管の前記外周部の形状に沿って、それぞれの厚さが周方向に均一に形成されている
円筒形燃料電池セル。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の円筒形燃料電池セルにおいて、
前記基体管の前記外周部は、楕円状に形成されている
円筒形燃料電池セル。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の円筒形燃料電池セルにおいて、
前記電解質の前記非円形形状は、仮想円に対して内側に凹んだ凹部又は外側に凸である凸部が形成された形状である
円筒形燃料電池セル。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の円筒形燃料電池セルにおいて、
前記電解質には、仮想円に対して内側に凹んだ第１の凹部又は外側に凸である第１の凸部が形成され、
前記第１の凹部又は前記第１の凸部上には、内側に凹んだ第２の凹部又は外側に凸である第２の凸部が形成されている
円筒形燃料電池セル。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１項に記載の前記円筒形燃料電池セルが設けられ、その外周部が非円形形状に形成されているセル管と、
孔が形成され、前記孔にて前記セル管を支持する支持板と、
前記セル管が支持される部位と前記支持板との間をシールした状態で前記セル管と前記支持板とを結合するシール部と
を具備し、
前記シール部は、第１シールリング層と第２シールリング層から形成され、
前記第１シールリング層は、前記第１シールリング層の内径が前記セル管の外径より大きく形成されているリングであり、
前記第２シールリング層は、前記第１シールリング層の内周部と前記セル管の前記外周部との間に配置される接着剤である
燃料電池。
【請求項９】
押出し成形法により非円形形状の外周部を有する基体管を製造するステップと、
前記基体管の外周部の形状に沿った形状に電解質を形成するステップと
を備えている
円筒形燃料電池セルの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の円筒形燃料電池セルの製造方法において、
前記電解質は溶射法又はＥＶＤ法（電気化学蒸着法）にて形成される
円筒形燃料電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形燃料電池セル、特に固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）のセルの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒形燃料電池セルには、横縞型と縦縞型とがある。
図１３及び図１４を用いて、従来の燃料電池の横縞型セル８０について説明する。
図１３に従来の燃料電池の横縞型セル８０の構造を示す。
基体管８１が円筒状に形成されている。その外周表面には、基体管８１の軸方向に一定の幅毎に、燃料極８２が形成されている。図１４に示すように、その外周部には、基体管８１の軸方向に若干のずれを持たし、酸素のみが通過可能である電解質８３が形成されている。その外周部には、基体管８１の軸方向に若干のずれを持たし、空気極８４が形成されている。これらの燃料極８２、電解質８３空気極８４が基体管８１の軸方向に複数形成され、隣接する燃料極８２、電解質８３及び空気極８４がインタコネクト８５にて接合されている。このような構成により、軸方向に複数の燃料極８２、電解質８３及び空気極８４が直列に接続されることとなる。また、インタコネクト８５の外周部には、それを保護するための保護膜８６が形成されている。
【０００３】
次に、図１７を用いて、上記の横縞型セル８０を有したセル管１２１を備える燃料電池の構成を示す。
燃料電池は、燃料ガス供給部であるヘッダ１１０と、発電部であるセル管１２１を具備する。ヘッダ１１０は、仕切板１１０ａ、底板１１０ｂ、供給室１１０ｃ、排出室１１０ｄとを有する。また、セル管１２１は、案内管１１２を有する。
【０００４】
ヘッダ１１０の内部は、仕切板１１０ａにより上下方向に区分けされ、上方が供給室１１０ｃ、下方が排出室１１０ｄとして構成されている。ヘッダ１１０の底板１１０ｂには、セル管１２１の一端（上部）が排出室１１０ｄと燃料ガスの出入りが可能なように連結されるように支持されている。セル管１２１の他端（下部）は、閉塞されている。セル管１２１の内部には、案内管１１２がセル管１２１と同軸をなして挿入されている。案内管１１２は、その一端（上部）が供給室１１０ｃと燃料ガスの出入りが可能なように、仕切板１１０ａに連結されるように支持されている。このようなセル管１２１及び案内管１１２は、複数存在し、それぞれがヘッダ１１０に連結されるように支持されている。
【０００５】
次に、このような構成をなす燃料電池において、供給室１１０ｃ内に燃料ガスを供給すると共に、セル管１２１の外周面に沿って空気を供給した際の横縞型セル８０の動作について説明する。
供給室１１０ｃ内に燃料ガスを供給すると、燃料ガスが各案内管１１２に対してばらつきの無い流量で流入し、案内管１１２の先端まで達する。しかる後、燃料ガスは、セル管１２１内の閉塞端部により折り返し、セル管１２１の他端側から一端側へ向かって流通する。
横縞型セル８０の基体管８１の内側Ａに、水素又は一酸化炭素などの燃料が流入されると、水素又は一酸化炭素は、基体管８１を通過し、燃料極８２に蓄積する。また、横縞型セル８０の空気極８４の外周部Ｂには、空気が流される。空気極８４に送られた空気中の酸素は、燃料極８２に流れ込み、燃料極８２内の燃料と反応することにより、横縞型セル８０は、発電量を得ることができる。
それぞれの燃料極８２にて発生する発電量は１Ｖ程度であるが、インタコネクタ８５にて基体管８１の軸方向に複数の燃料極８２が直列に接続されているので、横縞型セル８０は、大きな発電量を得ることができる。
【０００６】
次に、図１５を用いて、従来の燃料電池の縦縞型セル９０の構造を示す。
図１５に示すように、基体管９１が円筒状に形成されている。基体管９１の外周部には、空気極９４が形成されている。空気極９４の外周部には、インタコネクト９５及び酸素のみが通過可能である電解質９３が形成されている。電解質９３の外周部には、燃料極９２が形成されている。燃料極９２、電解質９３、空気極９４及びインタコネクト９５は、それぞれが同じ厚さにて形成されている。
縦縞型セル９０では、基体管９１の内側Ｃに空気を流入させ、燃料極９２の外側Ｄに燃料を流す点で横縞型セル８０と異なるが、動作原理は横縞型セル８０と同じである。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２７７９４４５号公報（図１）
【０００８】
横縞型セル８０又は縦縞型セル９０（以下、両者を合わせて単にセルと称する）がより大きな発電量を得るためには、電解質８３、９３の表面積を大きくすることが考えられる。例えば、燃料極８２、９２、電解質８３、９３及び空気極８４、９４の外径を大きくすることにより、電解質８３、９３が燃料極８２、９２と接する面積が増大する。すると、空気極８４、９４から電解質８３、９３を通って燃料極８２、９２に流れ込む酸素の量が多くなり、結果として、燃料極８２、９２内で発生する電子の量が多くなり、セルは、より大きな発電量を得ることができる。
しかし、燃料電池内に所定の本数のセルを収納する場合、セルの１本当たりの大きさ（外径）には制限があるため、大きな発電量を得るべくセルを無制限に大きくすることはできない。
また、セルが大きくなると、コストが高くなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
セルの１本当たりの大きさ（外径）の制約の下で、より大きな発電量が得られるセルが望まれている。
本発明の目的は、セルの大きさを変えることなく、より大きな発電量を得ることができる円筒形燃料電池セルを提供することである。
本発明の他の目的は、低コストにて大きな発電量を得ることができる円筒形燃料電池セルを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明の円筒形燃料電池セルは、基体管（１１）を備え、前記基体管（１１）の外周部（１１ａ）側に燃料極（１２）、電解質（１３）及び空気極（１４）を備えた円筒形燃料電池セル（１０）であって、前記電解質（１３）は、非円形形状に形成されている。
【００１２】
本発明の円筒形燃料電池セルにおいて、前記燃料極（１２）及び前記空気極（１４）のそれぞれは、非円形形状に形成されている。
【００１３】
本発明の円筒形燃料電池セルにおいて、前記基体管（１１）の前記外周部（１１ａ）は、非円形形状に形成され、
前記電解質（１３）は、前記基体管（１１）の前記外周部（１１ａ）の形状に沿って形成されている。
【００１４】
本発明の円筒形燃料電池セルにおいて、前記燃料極（１２）と前記電解質（１３）と前記空気極（１４）のそれぞれは、前記基体管（１１）の前記外周部（１１ａ）の形状に沿って、それぞれの厚さが周方向に均一に形成されている。
【００１５】
本発明の円筒形燃料電池セルにおいて、前記基体管（２１）の前記外周部（２１ａ）は、楕円状に形成されている。
【００１６】
本発明の円筒形燃料電池セルにおいて、前記電解質（１３）の前記非円形形状は、（軸線を円中心とした）仮想円に対して（仮想円に対応する円筒の外周部の表面積よりも大きくなるように）内側に凹んだ凹部又は外側に凸である凸部が形成された形状である。
【００１７】
本発明の円筒形燃料電池セルにおいて、前記電解質（１３）には、（軸線を円中心とした）仮想円に対して（仮想円に対応する円筒の外周部の表面積よりも大きくなるように）径方向の内側又は外側に膨出した膨出部が周方向に複数形成されている（円中心に向かって凸である凸部又は円中心から離間する方向に凸である凸部が周方向に複数形成されている）。
【００１８】
本発明の円筒形燃料電池セルにおいて、前記電解質（３３）には、（軸線を円中心とした）仮想円に対して（仮想円に対応する円筒の外周部の表面積よりも大きくなるように）内側に凹んだ第１の凹部又は外側に凸である第１の凸部が形成され、
前記第１の凹部又は前記第１の凸部上には、内側に凹んだ第２の凹部又は外側に凸である第２の凸部が形成されている。
【００１９】
本発明の燃料電池は、前記円筒形燃料電池セルが設けられ、その外周部が非円形形状に形成されているセル管（１２１）と、
孔が形成され、前記孔にて前記セル管（１２１）を支持する支持板（１２２）と、
前記セル管（１２１）が支持される部位と前記支持板（１２２）との間をシールした状態で前記セル管（１２１）と前記支持板（１２２）とを結合するシール部（１２３）と
を具備し、
前記シール部（１２３）は、第１シールリング層（１２４）と第２シールリング層（１２５）から形成され、
前記第１シールリング層（１２４）は、前記第１シールリング層（１２４）の内径が前記セル管（１２１）の外径より大きく形成されているリングであり、
前記第２シールリング層（１２５）は、前記第１シールリング層（１２４）の内周部と前記セル管（１２１）の前記外周部との間に配置される接着剤である。
【００２０】
本発明の円筒形燃料電池セルの製造方法は、（非円形形状の金型を用いて）押出し成形法により非円形形状の外周部（１１ａ）を有する基体管（１１）を製造するステップと、
前記基体管（１１）の外周部の形状に沿った形状に（燃料極（１２）又は空気極（１４）を形成し、前記形成された燃料極（１２）又は空気極（１４）の外周部の形状に沿った形状に）電解質（１３）を形成するステップと
を備えている。
【００２１】
本発明の円筒形燃料電池セルの製造方法において、前記電解質（１３）は溶射法又はＥＶＤ法（電気化学蒸着法）にて形成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明による円筒形燃料電池セルの構造を説明する。
【００２３】
（実施の第１形態）
実施の第１形態による横縞型セル１０の構造について、図１及び図１４を用いて説明する。
図１に示すように、基体管１１は筒状であり、軸線に直交する面を正面視（矢印Ｅ）した時の基体管１１の外周部１１ａは、非円形形状に形成されている。外周部１１ａは、図８又は図９に示すように、外周部１１ａの径方向の内側又は外側に膨出（突出）した突出部１１ｃを有している。これにより、外周部１１ａは、大径１１ｈ及び小径１１ｉのように２種類以上の径を有する非円形形状に形成されている。その突出部１１ｃが基体管１１の周方向に複数、例えば、花弁状又はひだ状に形成されている。図１では、突出部１１ｃは、周方向に連続的に形成されているが、図１０に示すように、突出部１１ｃが間欠的に形成されていてもよい。また、図１では、基体管１１の内周部１１ｂは、円状であるが図１１に示すように、内周部１１ｂには、外周部１１ａと同様に突出部が形成されていてもよい。
【００２４】
基体管１１の外周部１１ａには、外周部１１ａの形状に沿って燃料極１２が形成され、燃料極１２の外周部には、内側又は外側に突出部が形成されている。燃料極１２の外周部には、燃料極１２の外周形状に沿って電解質１３が形成され、電解質１３の外周部には、内側又は外側に突出部が形成されている。電解質１３の外周部には、電解質１３の外周形状に沿って空気極１４が形成され、空気極１４の外周部には、内側又は外側に突出部が形成されている。
これらの突出部は、燃料極１２、電解質１３及び空気極１４のそれぞれは、その厚さが周方向に均一にされることにより、基体管１１の外周部１１ａの突出部の形状に沿って形成されることができる。
【００２５】
上記のように、電解質１３が花弁状又はひだ状のような（大径部と小径部を有する）非円形形状に形成され、表面積が増大することで、より大きな発電量を得ることができる。更に、空気極１４の厚さが周方向に均一にされることにより、径方向に空気極１４を通って電解質１３に到達するまでの距離が周方向に等しくなるので、電解質１３に流れ込む空気の量が均一となり、電解質１３の表面積を増大させた効果を最大限に利用することができる。上記実施形態では、電解質１３に加えて、燃料極１２及び空気極１４も非円形形状に形成されているが、電解質１３のみが非円形形状に形成された構成であっても従来よりも効果的に発電量が増大する。
【００２６】
また、横縞型セル１０の軸方向断面形状は、図１４に示すように、従来と同様であり、隣接する燃料極１２、電解質１３及び空気極１４が、インタコネクト１５にて接合され、インタコネクト１５の外周部に保護膜１６が形成される。
【００２７】
基体管１１を製作する際は、基体管１１用の原料であるセラミックスの粉末（ジルコニアの粉末など）に有機系の溶剤を混合して均一なスラリを形成し、管状の金型を用いて押出し成形により管状のセラミックス成形体である基体管１１を成形する。上記のような基体管１１の外周部１１ａに内側又は外側に突出した部分１１ｃを有したものであっても、金型をその形状に変更することにより、従来と同様に基体管１１の製作が可能である。
【００２８】
こうして製作された基体管１１に対し、溶射法又はＥＶＤ法（電気化学蒸着法）を用いて燃料極１２、電解質１３及び空気極１４を順次、形成することにより、燃料極１２、電解質１３及び空気極１４がそれぞれ基体管１１の外周部１１ａの形状に沿って、周方向に均一に所定の厚さにて成膜される。
【００２９】
図１７を参照して、このような横縞型セル１０を備えた燃料電池の構成について説明する。
燃料電池は、燃料ガス供給部であるヘッダ１１０と、セル管１２１を具備する。セル管１２１上に横縞型セル１０の燃料極１２と電解質１３と空気極１４とが形成されている。セル管１２１の外周部は、基体管１１の外周部１１ａと同様な花弁状又はひだ状のような非円形形状に形成されている。ヘッダ１１０は、仕切板１１０ａ、底板１１０ｂ、供給室１１０ｃ、排出室１１０ｄとを有する。また、セル管１２１は、案内管１１２を有する。
【００３０】
ヘッダ１１０の内部は、仕切板１１０ａにより上下方向に区分けされ、上方が供給室１１０ｃ、下方が排出室１１０ｄとして構成されている。ヘッダ１１０の底板１１０ｂには、セル管１２１の一端（上部）が排出室１１０ｄと燃料ガスの出入りが可能なように連結されるように支持されている。セル管１２１の他端（下部）は、閉塞されている。セル管１２１の内部には、案内管１１２がセル管１２１と同軸をなして挿入されている。案内管１１２は、その一端（上部）が供給室１１０ｃと燃料ガスの出入りが可能なように、仕切板１１０ａに連結されるように支持されている。このようなセル管１２１及び案内管１１２は、複数存在し、それぞれがヘッダ１１０に連結されるように支持されている。
【００３１】
次に、図１８を用いて、セル管１２１の一端（上部）が底板１１０ｂに支持される構成について説明する。
図１８に示すように、セル管１２１と底板１１０ｂに設けられた金属製の板である管形成板（支持板）１２２とがシール構造１２３により結合されることにより、セル管１２１が支持される。管形成板１２２は、複数のセル管１２１が支持されても、管形成板１２２の強度が十分である強度範囲で、薄く形成されている。
【００３２】
シール構造１２３は、第１シールリング層１２４と第２シールリング層１２５から形成されている。第１シールリング層１２４の内径は、セル管１２１の外径より大きく形成され、第１シールリング層１２４は、セル管１２１の外周面１２６と管形成板１２２の円形孔周縁１２７との間に配置されている。第２シールリング層１２５は、第１シールリング層１２４の内周面とセル管１２１の外周面との間に配置されている。セル管１２１と第２シールリング層１２５と第１シールリング層は、同心的に円形孔周縁１２７の中で配置されて、互いに密着的に接合している。第１シールリング層１２４は、例として、Ｎｉ−Ｃｒ鋼、ステンレス鋼で形成され、第２シールリング層１２５は、樹脂系の接着剤で形成されている。第１シールリング層１２４の内周部とセル管１２１の非円形形状の外周部との間に樹脂系の接着剤が充填されることにより、セル管１２１の外周部の形状に関わらず、容易にシールすることができる。
【００３３】
図１９に示すように、管形成板１２２には、円形孔周縁１２７が複数形成されている。円形孔周縁１２７は、管形成板１２２が部分的に絞られる絞り抜き成形により形成されている。円形孔周縁１２７を構造化する弾性的絞り構造は、セル管１２１の中心軸Ｌに対して線対称であり、有効曲率半径を有して曲がる曲がり構造を有している。その曲がり構造は、中心軸Ｌに直交する円環状平面部位１２８と、中心軸Ｌを中心線とする近似円錐内面１２９を形成する円環状曲面部位１３１とから構成されている。その近似円錐内面１２９のうち中心軸線Ｌに最も近い面は、第１シールリング層１２４の円筒外周面１３２に接する円筒面に形成されている。
【００３４】
円形孔周縁１２７が形成された状態で、円形孔周縁１２７の最小内径は、Ｒ１に形成されている。第１シールリング層１２４の最大外径は、Ｒ２に形成されている。円形孔周縁１２７の最小内径Ｒ１は、第１シールリング層１２４の最大外径Ｒ２より僅かに小さい。そこで、第１シールリング層１２４は、円形孔周縁１２７内に圧入される。第１シールリング層１２４が近似円錐内面１２９に圧入されることにより、近似円錐内面１２９の最小内径は第１シールリング層１２４の最大外径Ｒ２まで線対称に拡大する。
線対称である近似円錐内面１２９は、同軸的に線対称である円筒外周面１３２に面接合し、高温化する管形成板１２２を円筒外周面１３２の膨張収縮に対応して常態的にそれらの線対称性を失わずに、その密着接合性を維持する。
【００３５】
上記により、セル管１２１は、管形成板１２２に密着し支持されることで、ヘッダ１１０の底板１１０ｂに、セル管１２１の一端（上部）が排出室１１０ｄと燃料ガスの出入りが可能なように連結されるように支持される。
【００３６】
次に、このような構成をなす燃料電池において、供給室１１０ｃ内に燃料ガスを供給すると共に、セル管１２１の外周面に沿って空気を供給した際の横縞型セル１０の動作について説明する。
図１７に示すように、供給室１１０ｃ内に燃料ガスを供給すると、燃料ガスが各案内管１１２に対してばらつきの無い流量で流入し、案内管１１２の先端まで達する。しかる後、燃料ガスは、セル管１２１内の閉塞端部により折り返し、セル管１２１の他端側から一端側へ向かって流通する。
燃料ガスがセル管１２１を流通し、横縞型セル１０の基体管１１の内側Ａに、水素又は一酸化炭素などの燃料が流入されると、水素又は一酸化炭素は、基体管１１を通過し、燃料極１２に蓄積する。また、横縞型セル１０の空気極１４の外周部Ｂには、空気が流される。空気極１４に送られた空気中の酸素は、燃料極１２に流れ込み、燃料極１２内の燃料と反応することにより、横縞型セル１０は、発電量を得ることができる。
それぞれの燃料極１２にて発生する発電量は１Ｖ程度であるが、インタコネクタ１５にて基体管１１の軸方向に複数の燃料極１２が直列に接続されているので、横縞型セル１０は、大きな発電量を得ることができる。
【００３７】
本実施形態による効果は以下の通りである。
従来の円筒状の電解質８３に対し、本実施形態では、電解質１３が花弁状又はひだ状に形成されることで横縞型セル１０は、従来の大きさを変えることなく、電解質１３の表面積が増大する。よって、燃料極１２に流れ込む酸素の量が多くなり、横縞型セル１０は、従来の大きさのままで、より大きな発電量を得ることができる。
また、基体管１１の突出部１１ｃを有する外周部１１ａの形状に沿って、燃料極１２、電解質１３及び空気極１４のそれぞれの厚さが周方向に均一に形成されることで、より効果的に大きな発電量を得ることができる。
【００３８】
また、基体管１１の外周部１１ａに突出部１１ｃを有したような複雑な形状であっても、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、従来と同様に基体管１１の製作が可能であり、コストが上昇することがない。
また、突出部１１ｃを有する外周部１１ａに、燃料極１２、電解質１３及び空気極１４を従来と同様の方法にて、それぞれの厚さが周方向に均一に形成されることで、外周部１１ａの形状に沿って容易に電解質１３に突出部が形成されることができる。
【００３９】
また、このような横縞型セル１０が形成されたセル管１２１を燃料電池内に組み込む際は、第１シールリング層１２４を容易で低コストにて製作可能な金属製とし、第１シールリング層１２４の内径がセル管１２１の外径より大きく形成され、セル管１２１と第１シールリング層１２４の内径の間を接着剤である第２シールリング層１２５にて結合されるので、基体管１１の外周部１１ａの内側又は外側に突出した部分１１ｃを有していても、セル管１２１を容易に底板１１０ｂに支持することができる。
【００４０】
（実施の第２形態）
実施の第２形態による横縞型セル２０の構造について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、基体管２１が楕円形の筒状に形成されている。基体管２１の外周部２１ａは、外周部２１ａの径方向の内側又は外側に膨出（突出）した突出部２１ｃを有し、その突出部２１ｃが基体管２１の周方向に複数、例えば、花弁状又はひだ状に形成されている。図２では、突出部２１ｃは、周方向に連続的に形成されているが、突出部２１ｃが間欠的に形成されていてもよい。基体管２１の内径には、楕円の短径方向にリブ２１ｄが形成されている。また、基体管２１の内周部２１ｂは、楕円状であるが、外周部２１ａと同様に突出部が形成されていてもよい。
基体管２１の外側には、外周部２１ａの形状に沿って、第１実施形態と同様に燃料極２２、電解質２３及び空気極２４が形成されている。これにより、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４１】
実施の第２形態による横縞型セル２０の構成及び製作方法、横縞型セル２０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成は、前述した第１実施形態の横縞型セル１０の構成及び製作方法、横縞型セル１０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成と同様である。すなわち、上記形状の基体管２１は、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、第１実施形態と同様に、基体管２１の製作が可能である。
【００４２】
本実施形態では、上記第１実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
横縞型セル２０を楕円形状とすることで、横縞型セル２０が設けられたセル管１２１が楕円形状となり、図２０に示すように、セル管１２１を管形成板１２２に短いピッチにて配置することができるので、燃料電池（同じ面積の管形成板１２２）内により多くのセル管１２１を配置することができる。
【００４３】
（実施の第３形態）
実施の第３形態による横縞型セル３０の構造について、図３を用いて説明する。
図３に示すように、基体管３１が筒状に形成されている。基体管３１の外周部３１ａは、非円形形状であり、外周部３１ａの径方向の内側又は外側に膨出（突出）した第１の突出部３１ｃを有し、その第１の突出部３１ｃが基体管３１の周方向に複数、例えば、花弁状又はひだ状に形成されている。また、第１の突出部３１ｃには、内側又は外側に膨出した第２の突出部３１ｅが複数形成されている。図３では、第１の突出部３１ｃ及び第２の突出部３１ｅは、それぞれが周方向に連続的に形成されているが、間欠的に形成されていてもよい。また、基体管３１の内周部３１ｂには、外周部３１ａと同様に突出部が形成されていてもよい。
基体管３１の外側には、外周部３１ａの形状に沿って、第１実施形態と同様に燃料極３２、電解質３３及び空気極３４が形成されている。これにより、電解質３３の表面積がより増大することで、より大きな発電量を得ることができる。上記実施形態では、電解質３３に加えて、燃料極３２及び空気極３４も非円形形状に形成されているが、電解質３３のみが非円形形状に形成された構成であっても従来よりも効果的に発電量が増大する。
【００４４】
実施の第３形態による横縞型セル３０の構成及び製作方法、横縞型セル３０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成は、前述した第１実施形態の横縞型セル１０の構成及び製作方法、横縞型セル１０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成と同様である。すなわち、上記形状の基体管３１は、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、第１実施形態と同様に、基体管３１の製作が可能である。
【００４５】
本実施形態では、上記第１実施形態の効果に加えて、電解質３３の表面積がより増大するのでより大きな発電量を得ることができる。
【００４６】
（実施の第４形態）
実施の第４形態による横縞型セル４０の構造について、図４を用いて説明する。
図４に示すように、基体管４１は、非円形形状の筒状に形成されている。図４では、非円形形状の一例として四角形の角形としている。また、図４では、基体管４１の外周部４１ａ及び内周部４２ｂは、直線状となっているが、上記の第１から第３の実施形態のように、複数の突出部が形成されていてもよい。
基体管４１の外側には、外周部４１ａの形状に沿って、第１実施形態と同様に燃料極４２、電解質４３及び空気極４４が形成されている。これにより、電解質４３が非円形形状に形成され、表面積が増大することで、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００４７】
実施の第４形態による横縞型セル４０の構成及び製作方法、横縞型セル４０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成は、前述した第１実施形態の横縞型セル１０の構成及び製作方法、横縞型セル１０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成と同様である。すなわち、上記形状の基体管４１は、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、第１実施形態と同様に、基体管４１の製作が可能である。
【００４８】
本実施形態によれば、電解質４３の表面積が増大するのでより大きな発電量を得ることができる。
【００４９】
（実施の第５形態）
実施の第５形態による横縞型セル５０の構造について、図５を用いて説明する。
図５に示すように、基体管５１が非円形形状の筒状に形成されている。基体管５１の外周部５１ａは、複数の概ね台形５１ｆ及び概ね三角形５１ｇとから構成され、仮想円８１ａに対して三角形５１ｇが中心側に向かって膨出し、凹部が形成されている。また、台形５１ｆ、三角形５１ｇ、内周部５１ｂ上には、ひだ状の突出部が形成されていてもよい。
基体管５１の外側には、外周部５１ａの形状に沿って、第１実施形態と同様に燃料極５２、電解質５３及び空気極５４が形成されている。これにより、電解質５３が非円形形状に形成され、表面積が増大することで、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５０】
実施の第５形態による横縞型セル５０の構成及び製作方法、横縞型セル５０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成は、前述した第１実施形態の横縞型セル１０の構成及び製作方法、横縞型セル１０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成と同様である。すなわち、上記形状の基体管５１は、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、第１実施形態と同様に、基体管５１の製作が可能である。
【００５１】
本実施形態によれば、電解質５３の表面積が増大するのでより大きな発電量を得ることができる。
【００５２】
（実施の第６形態）
実施の第６形態による横縞型セル６０の構造について、図６を用いて説明する。
図６に示すように、基体管６１が非円形形状の筒状に形成されている。基体管６１の外周部６１ａは、複数の概ね台形６１ｆ及び概ね三角形６１ｇとから構成され、仮想円８１ａに対して三角形６１ｇが外側に向かって膨出し、凸部が形成されている。また、台形６１ｆ、三角形６１ｇ、内周部６１ｂ上には、ひだ状の突出部が形成されていてもよい。
基体管６１の外側には、外周部６１ａの形状に沿って、第１実施形態と同様に燃料極６２、電解質６３及び空気極６４が形成されている。これにより、電解質６３が非円形形状に形成され、表面積が増大することで、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５３】
実施の第６形態による横縞型セル６０の構成及び製作方法、横縞型セル６０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成は、前述した第１実施形態の横縞型セル１０の構成及び製作方法、横縞型セル１０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成と同様である。すなわち、上記形状の基体管６１は、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、第１実施形態と同様に、基体管６１の製作が可能である。
【００５４】
本実施形態によれば、電解質６３の表面積が増大するのでより大きな発電量を得ることができる。
【００５５】
（実施の第７形態）
実施の第７形態による横縞型セル７０の構造について、図７を用いて説明する。
図７（ａ）に示すように、基体管７１は筒状であり、基体管７１の外周部７１ａは、円状と外周部７１ａの外側に膨出（突出）した突出部７１ｃとから形成されている。突出部７１ｃは、外周部７１ａの所定の部分にのみ形成されている。また、突出部７１ｃは、外周部７１ａの内側に膨出していてもよい。また、図７（ａ）では、基体管７１の内周部７１ｂは、円状としているが、突出部が形成されていてもよい。
基体管７１の外側には、外周部７１ａの形状に沿って、第１実施形態と同様に燃料極７２、電解質７３及び空気極７４が形成されている。これにより、電解質７３が非円形形状に形成され、表面積が増大することで、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００５６】
実施の第７形態による横縞型セル７０の構成及び製作方法、横縞型セル７０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成は、前述した第１実施形態の横縞型セル１０の構成及び製作方法、横縞型セル１０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成と同様である。すなわち、上記形状の基体管７１は、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、第１実施形態と同様に、基体管７１の製作が可能である。
【００５７】
上記の形状に製作された横縞型セル７０が形成されたセル管を燃料電池内に組み込む前にセル管のみで保管する場合、容易にセル管を固定して保管することができる。棒状の保持材７８を２本用いて、所定の間隔にて平行に固定して設置する。セル管を保持材７８と平行の向きにして、横縞型セル７０の外周部の円状部分７０ａを保持材７８に接触させて保持材７８上に乗せる。このようにして非円形形状の横縞型セル７０が形成されたセル管であっても容易に固定して保管することができる。
【００５８】
本実施形態では、上記第１実施形態の効果に加えて以下の効果が得られる。
図７（ｂ）に示すように、従来の円筒形の横縞型セル８０を支持・保管する際に、棒状の２本の保持材７８の間に横縞型セル８０の外周部８０ａを接触させて置く方法をとっていた場合、図７（ａ）に示すように、本実施形態の横縞型セル７０の円状部分７０ａを従来と同じ２本の保持材７８を用いて支持・保管することができ、新たな保持手段を用意する必要がない。
【００５９】
（実施の第８形態）
上記の第１から第７の実施形態では、横縞型セルの構造について説明したが、縦縞型セルの動作原理は横縞型セルと同じであるので、縦縞型セルについても同様に適用することができる。図１６に本発明を縦縞型セルに適用した一例として、第１の実施形態を適用したものを示す。
図１６に示すように、基体管１０１が非円形形状の筒状に形成されている。基体管１０１の外周部１０１ａは、外周部１０１ａの径方向に内側又は外側に膨出（突出）した突出部１０１ｃを有し、その突出部１０１ｃが周方向に複数、例えば、花弁状又はひだ状に形成されている。図１５では、突出部１０１ｃは、周方向に連続的に形成されているが、突出部１０１ｃが間欠的に形成されていてもよい。また、図１５では、基体管１０１の内周部１０１ｂは、円状であるが、外周部１０１ａと同様に花弁状又はひだ状の突出部が形成されていてもよい。
基体管１０１の外側には、外周部１０１ａの形状に沿って、空気極１０４、電解質１０３及び燃料極１０２が形成されている。これにより、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００６０】
実施の第８形態による縦縞型セル１００の構成及び製作方法、縦縞型セル１００を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成は、前述した第１実施形態の横縞型セル１０の構成及び製作方法、横縞型セル１０を有したセル管を備える燃料電池の構成、作用、および効果、セル管の一端（上部）が支持される部分の構成と同様である。すなわち、上記形状の基体管１０１は、押出し成形に使用する金型をその形状に変更するだけで、第１実施形態と同様に、基体管１０１の製作が可能である。
【００６１】
本実施形態によれば、電解質１０３の表面積が増大するのでより大きな発電量を得ることができる。
【００６２】
上記の第８実施形態では、本発明の第１実施形態を縦縞型セルに適用したものについて説明したが、第２から第７実施形態についても同様に縦縞型セルに適用することができる。
【００６３】
上記の第１から第８実施形態では、押出し成形時の金型を変更して、基体管１１の外周部１１ａに内側又は外側に突出した突出部１１ｃを有した形状の基体管１１を製作するだけで、その後は従来の工程を変えなくても基体管１１の外周部１１ａの形状に沿って、燃料極１２、電解質１３及び空気極１４が外周部１１ａと同様な非円形形状に形成される方法について説明した。これに代えて、図１２（ａ）に示すように従来通りの円筒状の基体管１１Ａに非円形形状の燃料極１２、電解質１３及び空気極１４が形成されたり、図１２（ｂ）に示すように電解質１３のみが非円形形状に形成された構成であっても従来よりも効果的に発電量が増大する。この場合、従来通りの金型を使用して円筒状の基体管１１を形成した後、スプレー法（インクジェット法、ここで、インクジェット法には、熱によりスラリーを膨張させてノズルから噴射する方式と、熱によりスラリーを発泡させてノズルから噴射する方式と、圧電素子によりスラリーに圧力を加えてノズルから噴射する方式とが含まれる）やデッピング法等を用いて、外周部１１ａに燃料極１２を形成する際、燃料極１２の成膜時間制御を行い、周方向に燃料極１２の厚さを変化させて成膜することで、燃料極１２の外周部に内側又は外側に凹部又は凸部を形成する。その後の電解質１３及び空気極１４の成膜工程に関しては、従来の工程を変えなくても燃料極１２の外周部の形状に沿う電解質１３及び空気極１４を形成することができる。
また、上記成膜時間制御に代えて、外周部１１ａに燃料極１２を均一の厚さで形成し、その後、型を用いて、燃料極１２の一部を取り除くことで周方向に燃料極１２の厚さを変化させて成膜することができる。
また、従来通りの金型を使用して形成した円筒状の基体管１１の外周部に、粒状のものを付着させることで、基体管１１の外周面に凸部（非円形形状）を形成することにより、その後は従来の工程を変えなくても基体管１１の外周部１１ａの形状に沿って、燃料極１２、電解質１３及び空気極１４を外周部１１ａと同様な非円形形状に形成することができる。粒状のものは、基体管１１と同じ材質であることが望ましい。付着方法としては、接着剤で取り付けることができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の円筒形燃料電池セルの構造によれば、従来のセルの大きさにて、より大きな発電量を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】図２は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第２の実施の形態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第３の実施の形態を示す図である。
【図４】図４は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第４の実施の形態を示す図である。
【図５】図５は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第５の実施の形態を示す図である。
【図６】図６は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第６の実施の形態を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第７の実施の形態が保持された状態を示す図である。図７（ｂ）は、従来の円筒形燃料電池セルを保持する状態の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の実施形態の一例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の実施形態の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の実施形態の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の実施形態の一例を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の一実施形態において円筒状の基体管の外周部に非円形形状の燃料極、電解質及び空気極が形成された構造を示す図であり、図１２（ｂ）は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の一実施形態において電解質１３のみが非円形形状に形成された構造を示す図である。
【図１３】図１３は、従来の円筒形燃料電池の横縞型セルの構造を示す図である。
【図１４】図１４は、横縞型セルの軸方向の構造を示す断面図である。
【図１５】図１５は、従来の円筒形燃料電池の縦縞型セルの構造を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の円筒形燃料電池セルの構造の第８の実施の形態を示す図である。
【図１７】図１７は、円筒形燃料電池セルを備える燃料電池の構成を示す図である。
【図１８】図１８は、円筒形燃料電池セルを有するセル管を支持板にて支持する実施の形態を示す図である。
【図１９】図１９は、支持板のセル管を支持する部分の詳細を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第２実施形態の円筒形燃料電池セルを備えた複数のセル管が支持板に支持される実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０  横縞型セル
１１  基体管
１１ａ  基体管外周部
１１ｂ  基体管内周部
１１ｃ  突出部
１２  燃料極
１３  電解質
１４  空気極
１５  インタコネクト
２１ｄ  リブ
１００  縦縞型セル
１２１  セル管
１２２  管形成板（支持板）
１２３  シール構造
１２４  第１シールリング層（金属リング）
１２５  第２シールリング層（接着剤）
１２７  円形孔周縁
【図１】
2004220875.tif 000003
【図２】
2004220875.tif 000004
【図３】
2004220875.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004220875.tif 000007
【図６】
2004220875.tif 000008
【図７】
2004220875.tif 000009
【図８】
2004220875.tif 000010
【図９】
2004220875.tif 000011
【図１０】
2004220875.tif 000012
【図１１】
2004220875.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004220875.tif 000016
【図１５】
2004220875.tif 000017
【図１６】
2004220875.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2004220875.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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