(57)【要約】  【課題】  熱膨張差や熱負荷サイクルに耐えうる信頼性の高い安全で量産性を高めた筒状固体酸化物型燃料電池を提供する。  【解決手段】  少なくとも空気極と電解質と燃料極を有する複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルと、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの間を電気的に接続する導電性部材と、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの上方端および下方端で前記筒状固体酸化物型燃料電池セルを貫通させて緩衝材を介して固定する複数のセル挿入孔を有する固定枠と、を備え、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルが電気的な直列方向と、電気的な直列方向と垂直方向の少なくともいずれかには複数配列された筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体であって、前記固定枠が、電気的な直列方向と垂直方向でかつ前記セル挿入孔を通る面で分割して形成されていることを特徴とする筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。  【選択図】  図１
2004288608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも空気極と電解質と燃料極を有する複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルと、
前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの間を電気的に接続する導電性部材と、
前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの上方端および下方端で前記筒状固体酸化物型燃料電池セルを貫通させて緩衝材を介して固定する複数のセル挿入孔を有する固定枠と、
を備え、
前記筒状固体酸化物型燃料電池セルが電気的な直列方向と、電気的な直列方向と垂直方向の少なくともいずれかには複数配列された筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体であって、
前記固定枠が、電気的な直列方向と垂直方向でかつ前記セル挿入孔を通る面で分割して形成されていることを特徴とする筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項２】
前記固定枠が、少なくとも電気的な直列方向に、前記集合体を収納する燃料電池容器の壁面を介して押圧されていることを特徴とする請求項１に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項３】
前記固定枠の外周に、少なくとも電気的な直列方向で、前記集合体を圧縮保持する弾性体と、前記集合体の構造を維持する集合体保持枠と、を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項４】
前記固定枠が、セラミック接着剤により接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項５】
複数の前記固定枠が、電気的な直列方向に平行な側面にリブを備えていることを特徴とする請求項４に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項６】
前記固定枠が、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有する材料からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項７】
前記セラミック接着剤が、前記固定枠の熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有する材料からなることを特徴とする請求項４または５に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項８】
前記燃料電池容器の壁面と、前記壁面近傍の前記導電性部材との間に絶縁性の板状部材を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項９】
前記板状部材が、前記燃料電池容器の内壁面に一体で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１０】
前記板状部材が、前記固定枠と一体で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１１】
前記導電性部材が金属繊維からなり、隣り合う前記導電性部材間に凹凸の剣先を有する導電性板を挟み込んでいることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１２】
前記導電性部材が金属繊維からなり、直列方向の電気的な接続面と同一面で、隣り合う前記導電性部材に凹凸の剣先を有する導電性板を挟み込んでいることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１３】
前記集合体における前記固定枠または前記板状部材と一体で金属繊維、金属板、金属棒等からなる集合体導電性部材を形成し、前記集合体の表面または外部で、集合体導電性部材による端子を形成していることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１４】
前記セル挿入孔が、この内部と前記緩衝材との間に弾性体を設けたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１５】
前記セル挿入孔が、前記固定枠の熱膨張係数を前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの熱膨張係数より小さくしたことを特徴とする請求項１〜１４に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１６】
前記弾性体が、セラミック、セラミック繊維、ニッケルを主成分とする金属板や金属繊維、あるいは、いずれかの複合体により形成されていることを特徴とする請求項３または１４に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１７】
前記固定枠が、内部に通気孔を備えていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１８】
前記通気孔が、前記集合体の中心部と外周部で異なる孔径を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【請求項１９】
前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの封止側における前記固定枠が、前記筒状固体酸化形燃料電池セルの封止端で緩衝材と一体で形成されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体。
【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に関し、さらに詳しくは、筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材によって電気的に接続される固体酸化物型燃料電池の集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒状固体酸化物型燃料電池は、複数の隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルの直列側をインターコネクタと燃料極の間、並列側を燃料極と燃料極の間にニッケルフェルトからなる導電性部材を配置し、所定の温度で熱処理して電気的に接続する集合体を構成することができる。このような筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体において、燃料電池容器内に燃焼室仕切り板を設けて発電室と燃焼室を形成し、この燃焼室仕切り板を複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルが貫通し、各筒状固体酸化物型燃料電池セルの配置が維持され、また、筒状固体酸化物型燃料電池セルが貫通する燃焼室仕切り板のセル挿入孔が筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の押圧方向を長軸とする楕円形状で形成されたものが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、従来の構成では、上方端は筒状固体酸化物型燃料電池セルの開口側より燃焼室仕切り板のセル挿入孔に、下方端は筒状固体酸化物型燃料電池セルの封止側よりセル底部固定板のセル挿入孔に、それぞれ筒状固体酸化物型燃料電池セルを挿入して固定した集合体が形成されている。このとき、筒状固体酸化物型燃料電池セルは、セラミックから構成されるため、筒状固体酸化物型燃料電池セルの上方端から下方端までの間で、１ｍ当り約０．１〜１．５ｍｍの曲がり等の変形を有し、この複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルを電気的に接続する金属繊維からなる導電性部材は緩衝性を示すため、各筒状固体酸化物型燃料電池セルの長手方向の間で一定に精度良く配置して隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルの寸法精度を維持することが困難な構成となっている。このため、複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体を製作時、上方端および下方端において、セル挿入孔をカスタムメードした燃焼室仕切り板あるいはセル底部固定板の準備が必要である。さらに、このような集合体は、燃焼室仕切り板あるいはセル底部固定板で固定されるまで、筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材とを配置して各々の接合面のみで一体化されているため、接合面の接合強度が弱くハンドリングによる組立て、運搬等の取扱いによって接合面に剥離等を生じやすい構造となっている。このため、筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材との接続不良が生じやすくなり、通電時に接触抵抗が大きくなる恐れがあり、筒状固体酸化物型燃料電池セルの性能を維持することが難しい。したがって、筒状固体酸化物型燃料電池は、工業的に大量生産をすることが難しく、信頼性の高い筒状固体酸化物型燃料電池を形成することが難しいという大きな課題があった。
【特許文献１】特開２０００−７７０８９号広報（３〜６頁、図１〜４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材とを備えた集合体において、筒状固体酸化物型燃料電池セルの変形を許容し、筒状固体酸化物型燃料電池セルを機械的に積み上げ、ハンドリングによる組立て、運搬等による取扱い時の破損、接続不良を抑制すると共に、各筒状固体酸化物型燃料電池セルの位置精度を向上することで、工業的な量産性を高めた信頼性の高い安全な筒状固体酸化物型燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上のような課題を解決する請求項１の発明は、少なくとも空気極と電解質と燃料極を有する複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルと、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの間を電気的に接続する導電性部材と、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの上方端および下方端で前記筒状固体酸化物型燃料電池セルを貫通させて緩衝材を介して固定する複数のセル挿入孔を有する固定枠と、を備え、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルが電気的な直列方向と、電気的な直列方向と垂直方向の少なくともいずれかには複数配列された筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体であって、前記固定枠が、電気的な直列方向と垂直方向でかつ前記セル挿入孔を通る面で分割して形成されていることを特徴とする。
このように固定枠を形成することで、各筒状固体酸化物型燃料電池セルの導電性部材の接続部において応力が分散されながら、各筒状固体酸化物型燃料電池セルの上方端および下方端において、固定枠へはめ込んで形成されるセル挿入孔の内面で緩衝材を介して筒状固体酸化物型燃料電池セルが常に安定に保持されているため、起動・運転・停止の熱負荷サイクルがかかっても、この集合体の内部で熱膨張や収縮による不均一な応力発生を抑えて応力バランスが保たれ、筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材との電気的な接続不良や筒状固体酸化物型燃料電池セルの破損を防止できる。また、この集合体の製作時、固定枠を基準として長手方向の上方端および下方端に緩衝材を巻きつけた筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材とを圧縮しながら機械的に積み上げて容易に構成できるため、筒状固体酸化物型燃料電池はハンドリング可能な集合体の単位で筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材を接合せずに組立てができ、運搬等の取扱いを容易にできると共に、筒状固体酸化物型燃料電池セルは長手方向の上方端と下方端との２ヶ所からなる各固定枠の単位で位置精度良く配置でき、隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルを接続する導電性部材を均等に圧縮して相互接続を維持しやすくできる。さらに、このように構成された集合体は、例えば、各筒状固体酸化物型燃料電池セルの先端内部までガス供給用にチューブを設ける際、各固定枠の許容誤差範囲で筒状固体酸化物型燃料電池セルの配置を抑えられるため、カスタムメードの必要な部品を無くして各筒状固体酸化物型燃料電池セルへチューブを機械的に配置できる。したがって、固体酸化物型燃料電池は容易に生産でき、信頼性の高い安全な発電を維持できる。
なお、分割して形成しているとは、複数の部材から形成されていることをいい、後述するように接着剤などで固定されていてもよい。
また、配列の仕方としては、電気的な直列方向にｍ行、電気的な直列方向と垂直方向にｎ列の配列としたときに、ｍ，ｎがいずれも複数である場合の他に、ｍあるいはｎのいずれかが１の場合（１行複数列、複数行１列）も考えられる。
【０００６】
請求項２の発明は、前記固定枠が、少なくとも電気的な直列方向に、前記集合体を収納する燃料電池容器の壁面を介して押圧されていることを特徴とする。
これによって、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体は、常に複数の固定枠の形状を直列方向において圧縮保持され、筒状固体酸化物型燃料電池セルの配置を維持でき、運転・起動・停止の熱負荷サイクル後においても、この構造を保持することができるため、固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【０００７】
請求項３の発明は、前記固定枠の外周に、少なくとも電気的な直列方向で、前記集合体を圧縮保持する弾性体と、前記集合体の構造を維持する集合体保持枠と、を備えていることを特徴とする。
これによって、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体は、この集合体保持枠の単位で、常に複数の固定枠の形状を直列方向において弾性体により圧縮保持され、筒状固体酸化物型燃料電池セルの配置を維持でき、運転・起動・停止の熱負荷サイクルにおいても、この構造を保持することができるため、固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。また、この集合体保持枠の単位でハンドリングによる組立て、運搬等の取扱いができるため、固体酸化物型燃料電池は容易に生産できる。
【０００８】
請求項４の発明は、前記固定枠が、セラミック接着剤により接合されていることを特徴とする。
これによって、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体は、セラミック接着剤で接合された固定枠の単位で、常に複数の固定枠の形状を直列方向において接続して固定枠の内部が圧縮保持され、筒状固体酸化物型燃料電池セルの配置を維持でき、運転・起動・停止の熱負荷サイクルにおいても、この構造を保持することができるため、固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。また、セラミック接着剤で接合された固定枠の単位で、ハンドリングによる組立て、運搬等の取扱いができるため、固体酸化物型燃料電池は容易に生産できる。
【０００９】
請求項５の発明は、複数の前記固定枠が、電気的な直列方向に平行な側面にリブを備えていることを特徴とする。
これによって、各固定枠とセラミック接着剤との接合強度を向上することができ、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材との熱膨張や収縮による変形等の影響においても各固定枠の形状を維持しやすくできるため、この構造を保持して固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００１０】
請求項６の発明は、前記固定枠が、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有する材料からなることを特徴とする。
これによって、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる筒状固体酸化物型燃料電池セルと固定枠との熱膨張や収縮がほぼ同じ変位量を生じ、発電室の温度が約１０００℃と高温である筒状固体酸化物型燃料電池セルの熱歪みによる影響を緩和できるため、この構造を保持して固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００１１】
請求項７の発明は、前記セラミック接着剤が、前記固定枠の熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有する材料からなることを特徴とする。
これによって、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる固定枠とセラミック接着剤との熱膨張や収縮がほぼ同じ変位量を生じ、発電室の温度が約１０００℃と高温である固定枠との接合強度を維持しやすくできるため、この構造を保持して固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００１２】
請求項８の発明は、前記燃料電池容器の壁面と、前記壁面近傍の前記導電性部材との間に絶縁性の板状部材を備えていることを特徴とする。
これによって、筒状固体酸化物型燃料電池セルと固定枠とを機械的に積み上げることにより、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における内部の電気的な接続は、隣り合う固定枠と、隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルと、で導電性部材を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における外周の電気的な接続は、隣り合う固定枠と、筒状固体酸化物型燃料電池セルと板状部材と、で燃料電池容器の壁面より板状部材を介して圧縮され、常に電気的な相互接続を維持することができる。したがって、固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００１３】
請求項９の発明は、前記板状部材が、前記燃料電池容器の内壁面に一体で形成されていることを特徴とする。
これによって、筒状固体酸化物型燃料電池セルと固定枠とを機械的に積み上げることにより、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における内部の電気的な接続は、隣り合う固定枠と、隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルと、で導電性部材を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における外周の電気的な接続は、隣り合う固定枠と、筒状固体酸化物型燃料電池セルと板状部材と、で燃料電池容器の壁面より板状部材を介して圧縮され、常に電気的な相互接続を維持することができる。また、この板状部材が燃料電池容器の内壁面に一体で構成され、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体と、燃料電池容器と板状部材と、で独立して形成できるため、複雑な筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の組立て構造を構成せずに、この集合体を燃料電池容器へ設置するだけで、筒状固体酸化物型燃料電池を機械的に組み立てできると共に、メンテナンス等において、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の単位で、取り扱いが容易にできる。したがって、固体酸化物型燃料電池は電気的な相互接続を簡易化した燃料電池の組み立てをすることができ、信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００１４】
請求項１０の発明は、前記板状部材が、前記固定枠と一体で形成されていることを特徴とする。
これによって、筒状固体酸化物型燃料電池セルと固定枠とを機械的に積み上げることにより、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における内部の電気的な接続は、隣り合う固定枠と、隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルと、で導電性部材を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における外周の電気的な接続は、隣り合う固定枠と、筒状固体酸化物型燃料電池セルと板状部材と、で導電性部材を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。また、この板状部材が固定枠と一体で構成され、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体と板状部材と、燃料電池容器と、で独立して形成できるため、複雑な筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の組立て構造を構成せずに、この集合体を燃料電池容器へ設置するだけで、固体酸化物型燃料電池を機械的に組み立てできると共に、メンテナンス等において、筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の単位で、取り扱いが容易にできる。したがって、固体酸化物型燃料電池は電気的な相互接続を簡易化した燃料電池の組み立てをすることができ、信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００１５】
請求項１１の発明は、前記導電性部材が金属繊維からなり、隣り合う前記導電性部材間に凹凸の剣先を有する導電性板を挟み込んでいることを特徴とする。
これによって、複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体を形成する際、固定枠を基準として直列方向の周面に導電性部材を形成した筒状固体酸化物型燃料電池セルの間に、凹凸の剣先を有する導電性板が配置されることにより、筒状固体酸化物型燃料電池セルを機械的に積み上げて直列方向の電気的な接続が容易に形成できる。また、この導電性板の凹凸の剣先により、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材との熱膨張や収縮による変形等の影響を緩和し、より良好に電気的な接続が維持できる。
【００１６】
請求項１２の発明は、前記導電性部材が金属繊維からなり、直列方向の電気的な接続面と同一面で、隣り合う前記導電性部材に凹凸の剣先を有する導電性板を挟み込んでいることを特徴とする。
これによって、複数の筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体を形成する際、固定枠を基準として直列方向の周面で導電性部材を形成した筒状固体酸化物型燃料電池セルの間に、直列方向と並列方向とを一体で接続する凹凸の剣先を有する導電性板が配置されていることにより、筒状固体酸化物型燃料電池セルを機械的に積み上げて直列方向および並列方向の電気的な接続が容易に形成できる。また、この導電性板の凹凸の剣先により、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材との熱膨張や収縮による変形等の影響を緩和し、より良好に電気的な接続が維持できる。
【００１７】
請求項１３の発明は、前記集合体における前記固定枠または前記板状部材と一体で金属繊維、金属板、金属棒等からなる集合体導電性部材を形成し、前記集合体の表面または外部で、集合体導電性部材による端子を形成していることを特徴とする。
これによって、固定枠を基準に圧縮しながら、筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材と集合体導電性部材とを積み上げることにより、集合体の外部で容易に電気配線可能な端子を有する集合体を形成でき、この集合体の単位で電気配線が容易にできるため、固体酸化物型燃料電池の組み立てを簡易化することができる。また、他の集合体に影響せずに取り扱いが容易にできるため、固体酸化物型燃料電池のメンテナンス等の際に、集合体の単位で容易に取替えや修理を行うことができる。
【００１８】
請求項１４の発明は、前記セル挿入孔が、この内部と前記緩衝材との間に弾性体を設けたことを特徴とする。
これによって、固体酸化物型燃料電池を運転時、固定枠のセル挿入孔を基準として弾性体の熱膨張による弾性力が緩衝材を介して各筒状固体酸化物型燃料電池セルへ働いて圧縮保持されるため、このセル挿入孔の中心に筒状固体酸化物型燃料電池セルの開口部の中心を配置でき、各筒状固体酸化物型燃料電池セルと、これらの先端内部までガス供給用に設けるチューブと、の隙間を許容でき、各筒状固体酸化物型燃料電池セルとチューブとの接触等による破損を防止できる。
【００１９】
請求項１５の発明は、前記セル挿入孔が、前記固定枠の熱膨張係数を前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの熱膨張係数より小さくしたことを特徴とする。
これによって、固体酸化物型燃料電池を運転時、筒状固体酸化物型燃料電池セルと固定枠との熱膨張係数の差により、固定枠のセル挿入孔を基準として緩衝材を介して応力が働くため、筒状固体酸化物型燃料電池セルはセル挿入孔の中心で常に圧縮保持できる。
【００２０】
請求項１６の発明は、前記弾性体が、セラミック、セラミック繊維、ニッケルを主成分とする金属板や金属繊維、あるいは、いずれかの複合体により形成されていることを特徴とする。
これによって、発電室内の水蒸気を含む還元雰囲気においても安定であり、発電室の温度が約１，０００℃においても弾性体は劣化を抑えることができるため、固体酸化物型燃料電池は構造を維持できる。
【００２１】
請求項１７の発明は、前記固定枠が、内部に通気孔を備えていることを特徴とする。
これによって、上方端および下方端の固定枠に通気孔が設けられることにより、例えば、固体酸化物型燃料電池セルの内部に酸化剤ガス、外部に燃料ガスを供給する場合、下方端の固定枠は固体酸化物型燃料電池セルの外表面へ燃料ガスを均等分配する燃料分散板の働きをし、上方端の固定枠は発電室での余剰燃料ガスを燃焼室へ均等分配可能な発電室と燃焼室を区分する仕切り板の働きをし、各々の固定枠がガス分散機能を持つことができる。したがって、固体酸化物型燃料電池は発電によるバラツキの少ない安定な構造を形成できる。
【００２２】
請求項１８の発明は、前記通気孔が、前記集合体の中心部と外周部で異なる孔径を備えていることを特徴とする。
これによって、発電時における筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の中心部と外周部の通気孔の孔径を変えることにより、筒状固体酸化物型燃料電池セルの外側を流れるガスの流量分布を少なくし、燃焼室の中心部と外周部での熱容量を制御でき、この集合体の中心部と外周部との放熱差による温度分布を緩和することができ、各筒状固体酸化物型燃料電池セルが平均的な発電をすることができるため、バラツキの少ない高性能な固体酸化物型燃料電池を形成できる。
【００２３】
請求項１９の発明は、前記筒状固体酸化物型燃料電池セルの封止側における前記固定枠が、前記筒状固体酸化形燃料電池セルの封止端で緩衝材と一体で形成されていることを特徴とする。
これによって、筒状固体酸化物型燃料電池セルと固定枠とを機械的に積み上げた集合体において、この集合体の単位で緩衝材を設けることにより、筒状固体酸化物型燃料電池セルの封止端が常に保護でき、固体酸化物型燃料電池の組立て、運搬等の取扱い時の破損を防止できるため、固体酸化物型燃料電池は容易に生産できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材とからなる集合体において、筒状固体酸化物型燃料電池セルの変形を許容し、筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材とを接合せずに機械的に積み上げ、ハンドリングによる組立て、運搬等による取扱い時の破損、接続不良を抑制すると共に、各筒状固体酸化物型燃料電池セルの位置精度を向上することで、工業的な量産性を高めた信頼性の高い安全な固体酸化物型燃料電池を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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、本発明の一実施形態を示す筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の概略図である。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。複数の片側先端が密封された筒状固体酸化形燃料電池セル（以下、燃料電池セルという）１の長手方向において上方端および下方端では、燃料電池セル１の支持部２を設け、上方端と下方端の支持部２の間では、隣り合う燃料電池セル１との間を金属繊維等からなる導電性部材３で電気的に接続して燃料電池セル１の集合体を形成している。
【００２６】
図２は、本発明の一実施形態に係わる支持部２の構成例を示す概略図である。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２は、下方より上方へ順に、固定枠４、セル緩衝材５、燃料電池セル１、セル緩衝材５、固定枠４、セル緩衝材５、燃料電池セル１、セル緩衝材５、固定枠４を配置し、これらを積み上げることで支持部２を形成している。
【００２７】
図３は、燃料電池セル１の概略図である。燃料電池セル１は、筒状の電解質７の内面に空気極６を、外面に燃料極８が形成されており、空気極６へ電気的に接続されたインターコネクタ９が燃料極８と通電せず電気的に接続される構造により形成されている。このとき、空気極６は多孔質のＬａＣｏＯ３、ＬａＭｎＯ３、ＬａＦｅＯ３等のペロブスカイト型酸化物でＳｒやＣａ等をＬａサイトにドープしたもの、ドープしないもの、あるいはそれらの複合材により形成されている。電解質７は、ＹＳＺにより形成されている。燃料極８は、多孔質のニッケルとＹＳＺのサーメットにより形成されている。インターコネクタ９はＬａＣｒＯ３にＳｒやＣａ等をドープしたものにより形成されている。
【００２８】
次に、このように構成されたハンドリングが可能な集合体をバンドルとし、複数のバンドルが電気的に接続して形成される集合体をモジュールとし、このようなバンドル、モジュールより構成される筒状固体酸化物型燃料電池の動作について簡単に説明を行う。モジュール内において、空気は、各燃料電池セル１の先端内部に流れて空気極６へ供給され、燃料ガスは、各燃料電池セル１の外側に流れて燃料極８に供給されると、電解質７の両側で電気化学的反応が起こり、電気と熱と水を発生する。この反応は水の電気化学的反応の逆反応である。固体酸化物型燃料電池において、発電室２１の内部におけるモジュールの温度は約１，０００℃であり、起動・運転・停止の熱負荷サイクルがかかると、燃料電池セル１、導電性部材３との熱膨張率の差により、燃料電池セル１と導電性部材３との接続部の表面に不均一な応力が働こうとする。しかしながら、各燃料電池セル１の導電性部材３の接続部において応力を分散しながら、各燃料電池セル１の上方端および下方端におの支持部２においても、固定枠４をはめ込んで形成されるセル挿入孔１０の内面よりセル緩衝材５を介して燃料電池セル１に働く応力が分散される構造を形成している。
【００２９】
これによって、各燃料電池セル１の上方端および下方端の支持部２において、固定枠４をはめ込んで形成されるセル挿入孔１０の内面でセル緩衝材５を介して燃料電池セル１が常に安定に保持されているため、起動・運転・停止の熱負荷サイクルがかかっても、この集合体の内部で熱膨張や収縮による不均一な応力発生を抑えて応力バランスが保たれ、燃料電池セル１と導電性部材３との電気的な接続不良や燃料電池セル１の破損を防止できる。また、バンドル、モジュールの製作時、固定枠４を基準として長手方向の上方端および下方端にセル緩衝材５を巻き付けた燃料電池セル１と金属繊維等の導電性部材３を圧縮しながら機械的に積み上げて容易に集合体が構成できるため、固体酸化物型燃料電池は燃料電池セル１と導電性部材３を接合せずにバンドル、モジュールの組立て、運搬等の取扱いが容易にできると共に、燃料電池セル１は長手方向の上方端と下方端との２ヶ所からなる各固定枠４の単位で精度良く配置できる。さらに、このように構成された燃料電池セル１の集合体は、例えば、各燃料電池セル１の開口部より先端内部までガス供給用にチューブを設ける際、各固定枠４の許容誤差範囲で燃料電池セル１の配置が抑えられるため、カスタムメードの必要な部品を無くして各燃料電池セル１へチューブが機械的に配置できる。したがって、固体酸化物型燃料電池は容易に生産でき、信頼性の高い安全な発電を維持できる。このとき、固定枠４はアルミナ、ジルコニア、マグネシア等のセラミック材料や、アルミナ、ジルコニア、マグネシア等のセラミック材料と耐熱ステンレス鋼やインコネルの複合材料や、アルミナ繊維または耐熱ステンレス鋼等の金属繊維と耐熱ステンレス鋼またはインコネルの複合材料、等により形成できる。また、セル緩衝材５は、支持部２における燃料電池セル１の表面が電解質７の場合、アルミナ等のセラミック繊維やニッケルを主成分とする金属繊維により形成でき、それ以外の場合、アルミナ等のセラミック繊維により形成できる。
【００３０】
図４は、本発明の他の実施形態を示す支持部２における固定枠４の形状を維持する構造例の断面図である。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は、支持部２において、セル緩衝材５を周囲に巻き付けた燃料電池セル１が固定枠４を基準として直列方向に３行、並列方向に３列で形成する集合体のセル挿入孔１０へ配置され、この集合体は燃料電池容器壁面１１を基準として上方端および下方端の固定枠４の表面を固定枠弾性体１２で直列方向に押圧されている。このとき、押圧方法は、直列の１方向、直列の２方向と並列の２方向、直列の２方向と並列の１方向等で行うこともできる。また、燃料電池容器は耐熱ステンレス鋼やインコネル等により形成できる。
【００３１】
これによって、燃料電池セル１の集合体は、常に複数の固定枠４の形状を直列方向において圧縮保持され、燃料電池セル１の配置を維持でき、運転・起動・停止の熱負荷サイクル後においても、この構造を保持することができるため、固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００３２】
図５は、本発明の他の実施形態を示す支持部２における固定枠４の形状を維持する構造例の断面図である。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は、支持部２において、セル緩衝材５を周囲に巻き付けた燃料電池セル１が固定枠を基準として直列方向に３行、並列方向に３列で形成する集合体のセル挿入孔１０へ配置され、この集合体は集合体保持枠１３の内面を基準として上方端および下方端の固定枠４の表面を固定枠弾性体１２で直列方向に押圧されている。このとき、押圧方法は、直列の１方向、直列の２方向と並列の２方向、直列の２方向と並列の１方向等で行うこともできる。また、集合体保持枠１３は耐熱ステンレス鋼、インコネル、アルミナ等のセラミック材料、等により形成できる。
【００３３】
これによって、燃料電池セル１の集合体は、この集合体保持枠１３の単位で、常に複数の固定枠４の形状を直列方向において圧縮保持され、燃料電池セル１の配置を維持でき、運転・起動・停止の熱負荷サイクル後においても、この構造を保持することができるため、筒状固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。また、この集合体保持枠１３の単位でハンドリングによる組立て、運搬等の取扱いができるため、固体酸化物型燃料電池は容易に生産できる。
【００３４】
図６は、本発明の他の実施形態を示す支持部２における固定枠４の形状を維持する構造例の断面図であり、図７は、図６の側面図である。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６、７は、支持部２において、セル緩衝材５を周囲に巻き付けた燃料電池セル１が固定枠４を基準として直列方向に３行、並列方向に３列で形成する集合体のセル挿入孔１０へ配置され、この集合体は直列方向に押圧されながら各固定枠４がセラミック接着剤１４により接合されて一体で形成されている。このとき、セラミック接着剤１４はアルミナ、ジルコニア、マグネシア等を主材料、ガラス系材料等をバインダー、としたセラミック材料により形成できる。
【００３５】
これによって、燃料電池セル１の集合体は、セラミック接着剤１４で接合された固定枠４の単位で、常に複数の固定枠４の形状を直列方向において接続して固定枠４の内部が圧縮保持され、燃料電池セル１の配置を維持でき、運転・起動・停止の熱負荷サイクルにおいても、この構造を保持することができるため、固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。また、セラミック接着剤１４で接合された固定枠４の単位でハンドリングによる組立て、運搬等の取扱いができるため、固体酸化物型燃料電池は容易に生産できる。
【００３６】
図８は、本発明の他の実施形態を示す支持部２における固定枠４の形状を維持する構造例の側面図である。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８は、支持部２において、セル緩衝材５を周囲に巻き付けた燃料電池セル１が固定枠を基準として直列方向に３行で形成する集合体のセル挿入孔１０へ配置され、この集合体は直列方向に押圧されながら各固定枠４とリブ１５がセラミック接着剤１４により接合されて一体で形成されている。このとき、リブ１５は固定枠４と同等な材料により形成できる。
【００３７】
これによって、各固定枠４とセラミック接着剤１４との接合強度を向上することができ、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる燃料電池セル１と導電性部材３との熱膨張や収縮による変形等の影響においても各固定枠４の形状を維持しやすくできるため、この構造を保持して固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００３８】
固定枠４は、燃料電池セル１の熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有する材料からなることが好ましい。例えば、燃料電池セル１の熱膨張係数が約１０．５×１０-6（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ-1）に対し、固定枠４のそれが約７〜１４×１０-6（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ-1）のアルミナ、ジルコニア、マグネシア等のセラミック材料やフェライト系耐熱ステンレス鋼等により形成できる。
【００３９】
これによって、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる燃料電池セル１と固定枠４との熱膨張や収縮がほぼ同じ変位量を生じ、発電室２１の温度が約１０００℃と高温である燃料電池セル１の熱歪みによる影響を緩和できるため、この構造を保持して固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００４０】
セラミック接着剤１４は、固定枠４の熱膨張係数と略同一の熱膨張係数を有する材料からなることが好ましい。例えば、固定枠４の熱膨張係数が約８×１０-6（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ-1）に対し、セラミック接着剤１４のそれが約７〜９×１０-6（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ-1）により形成できる。
【００４１】
これによって、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる固定枠４とセラミック接着剤１４との熱膨張や収縮がほぼ同じ変位量を生じ、発電室２１の温度が約１０００℃と高温である固定枠４の接合強度を維持できるため、この構造を保持して筒状固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００４２】
図９は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池セル１の集合体における直列方向の燃料電池セル１と導電性部材３との相互接続を維持する構造例の概略図である。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は、燃料電池セル１と導電性部材３と固定枠４とで集合体が形成され、この集合体の直列方向の外周に、絶縁性の板状部材１７、燃料電池容器壁面１１、燃料電池容器弾性体１６が形成されている。このとき、燃料電池セル１の封止側にはセル封止緩衝材１８とガス分散隔壁１９とを形成し、また、燃料電池セル１の開口側には固定枠４と補助隔壁２０とで発電室２１と燃焼室２２の仕切り構造を形成している。このとき、板状部材１７は、アルミナ、ジルコニア等のセラミック材料等により形成でき、セル封止緩衝材１８は、アルミナ等のセラミック繊維やニッケルを主成分とする金属繊維により形成できる。また、燃料電池容器壁面１１、燃料電池容器弾性体１６、ガス分散隔壁１９、補助隔壁２０は、耐熱ステンレス鋼やインコネル等により形成できる。  
【００４３】
これによって、燃料電池セル１と固定枠４とを機械的に積み上げることにより、燃料電池セル１の集合体における内部の電気的な接続は、隣り合う固定枠４と、隣り合う燃料電池セル１と、で導電性部材３を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。燃料電池セル１の集合体における外周の電気的な接続は、隣り合う固定枠４と、燃料電池セル１と板状部材１７と、で燃料電池容器壁面１１より板状部材１７を介して圧縮され、常に電気的な相互接続を維持することができる。したがって、固体酸化物型燃料電池は信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００４４】
図１０は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池セル１の集合体における直列方向の燃料電池セル１と導電性部材３との相互接続を維持する構造例の概略図である。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１０は、燃料電池セル１と導電性部材３と固定枠４とで集合体が形成され、この集合体の直列方向の外周に、板状部材スライド治具２３と板状部材固定治具２４で燃料電池容器壁面１１に一体化された板状部材１７、燃料電池容器弾性体１６が形成されている。また、燃料電池セル１の封止側にはセル封止緩衝材１８とガス分散隔壁１９とを形成し、また、燃料電池セル１の開口側には固定枠４と補助隔壁２０とで発電室２１と燃焼室２２の仕切り構造を形成している。このとき、板状部材スライド治具２３と板状部材固定治具２４は、耐熱ステンレス鋼やインコネル等により形成できる。
【００４５】
これによって、燃料電池セル１と固定枠４とを機械的に積み上げることにより、燃料電池セル１の集合体における内部の電気的な接続は、隣り合う固定枠４と、隣り合う燃料電池セル１と、で導電性部材３を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。燃料電池セル１の集合体における外周の電気的な接続は、隣り合う固定枠４と、燃料電池セル１と板状部材１７と、で燃料電池容器壁面１１より板状部材１７を介して圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。また、この板状部材１７が燃料電池容器壁面１１と一体で形成されているため、固体酸化物型燃料電池を機械的に組み立てをできると共に、メンテナンス等における燃料電池セル１の集合体の取り扱いが容易にできる。したがって、固体酸化物型燃料電池は電気的な相互接続を簡易化した燃料電池の組み立てができ、信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００４６】
図１１は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池セル１の集合体における直列方向の燃料電池セル１と導電性部材３との相互接続を維持する構造例の概略図である。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１１は、燃料電池セル１と、導電性部材３と、板状部材１７を一体で形成する固定枠４と、で燃料電池セル１の集合体が形成されている。
【００４７】
これによって、燃料電池セル１と固定枠４とを機械的に積み上げることにより、燃料電池セル１の集合体における内部の電気的な接続は、隣り合う固定枠４と、隣り合う燃料電池セル１と、で導電性部材３を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。燃料電池セル１の集合体における外周の電気的な接続は、隣り合う固定枠４と、燃料電池セル１と板状部材１７と、で導電性部材３を圧縮して常に電気的な相互接続を維持することができる。また、板状部材１７が固定枠４と一体で構成され、燃料電池セル１の集合体と板状部材１７、燃料電池容器と、で独立して形成できるため、複雑な燃料電池セル１の集合体の組立て構造を構成せずに、この集合体を燃料電池容器へ設置するだけで、固体酸化物型燃料電池を機械的に組み立てをできると共に、メンテナンス等において、燃料電池セル１の集合体の単位で、取り扱いが容易にできる。したがって、固体酸化物型燃料電池は電気的な相互接続を簡易化した燃料電池の組み立てができ、信頼性の高い安全な発電を維持できる。
【００４８】
図１２は、本発明の他の実施形態を示す直列方向における隣り合う燃料電池セル１の相互接続構造例の概略図である。しかし、これは一例であり、限定されるものではない。図１２は、上部にインタコネクター９、下部に燃料極８を形成した燃料電池セル１と、その直列方向の上下に配置した導電性部材３と、複数の凹凸の剣先２５を有する直列導電板２６と、が直列方向に配置されて隣り合う燃料電池セル１の電気的な相互接続を形成している。このとき、直列導電性板２６は、ニッケルやニッケルを主成分とする金属により形成できる。
【００４９】
これによって、複数の燃料電池セル１の集合体を形成する際、固定枠４を基準として直列方向の周面に導電性部材３を形成した燃料電池セル１の間に、凹凸の剣先２５を有する直列導電板２６が配置されることにより、燃料電池セル１を機械的に積み上げて直列方向の電気的な相互接続が容易に形成できる。また、直列導電板２６の凹凸の剣先２５により、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる燃料電池セル１と導電性部材３との熱膨張や収縮による変形等の影響を緩和し、より良好に電気的な接続が維持できる。
【００５０】
図１３は、本発明の他の実施形態を示す並列方向における隣り合う燃料電池セル１の相互接続構造例の概略図である。しかし、これは一例であり、限定されるものではない。図５は、上部にインタコネクター９、下部に燃料極８を形成した燃料電池セル１と、その直列方向の上下に配置した導電性部材３と、が直列方向と並列方向に配置され、両方向を直列方向で隣り合う燃料電池セル１が複数の凹凸の剣先２５を有する並列導電板２７で電気的な相互接続を形成している。このとき、並列導電板２７は、ニッケルやニッケルを主成分とする金属により形成できる。
【００５１】
これによって、複数の燃料電池セル１の集合体を形成する際、固定枠４を基準として直列方向の周面で導電性部材３を形成した燃料電池セル１の間に、直列方向と並列方向とを一体で接続する凹凸の剣先２５を有する並列導電板２７が配置されていることにより、燃料電池セル１を機械的に積み上げて直列方向および並列方向の電気的な接続が容易に形成できる。また、並列導電板２７の凹凸の剣先２５により、運転・起動・停止の熱負荷サイクルによる燃料電池セル１と導電性部材３との熱膨張や収縮による変形等の影響を緩和し、より良好に電気的な接続が維持できる。
【００５２】
図１４は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池セル１の集合体におけるバンドルおよびモジュール単位の電気的な相互接続構造例の断面図であり、図１５は、図１４のａ−ａ部平面図である。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１４、１５は、燃料電池セル１の外周に形成される固定枠４と板状部材１７とが一体化され、この一体化された固定枠４の片側には、導電性金属棒２９が周囲に緩衝材（図示せず）を介してはめ込まれ、この固定枠４を基準に圧縮しながら、導電性金属板２８と、燃料電池セル１と、固定枠４と、導電性部材３と、並列導電板２７と、で積み上げ後、固定枠４を圧縮固定して一体化したバンドルが形成されている。また、このバンドルは、導電性金属板２８と導電性金属棒２９とからなる集合体導電性部材を形成する端子が側面配線部３０および下方配線部３１で電気配線可能な構造を形成している。このとき、導電性金属板２８と導電性金属棒２９は、ニッケルやニッケルを主成分とする金属により形成できる。
【００５３】
これによって、固定枠４を基準に圧縮しながら、燃料電池セル１、導電性部材３、並列導電板２７、導電性金属板２８、導電性金属棒２９とを機械的に積み上げることにより、バンドルの外部で容易に電気配線可能な端子を有するバンドルを形成でき、このバンドルの単位で側面配線部３０あるいは下方配線部３１において端子により電気配線が容易にできるため、固体酸化物型燃料電池の組み立てを簡易化することができる。また、他のバンドルに影響せずに取り扱いが容易にできるため、固体酸化物型燃料電池のメンテナンス等の際に、バンドルの単位で容易に取替えや修理を行うことができる。
【００５４】
複数のバンドルの側面配線部３０における電気的な相互接続は、隣り合うバンドル間の導電性金属板２８からなる端子をバンドル自身で挟み込み、これらのバンドルに挟み込まれる側面配線部３０と水平な外周より押圧した構造、隣り合うバンドル間の導電性金属板２８からなる端子を溶接した構造、隣り合うバンドル間の導電性金属板２８からなる端子を金属板（図示せず）により挟み込んで押圧した構造等で形成することが好ましい。
【００５５】
これによって、バンドルの単位で、複数のバンドルが、隣り合うバンドルの導電性金属板２８からなる端子により、モジュールの電気的な相互接続を維持できるため、固体酸化物型燃料電池は容易に生産できる。
【００５６】
図１６は、本発明の他の実施形態を示す固定枠４における燃料電池セル１の保持手段を形成する圧縮構造例の断面図である。しかし、これは一例であり、限定されるものではない。図１６は、直列方向において上部から下部へ順に、固定枠４、セル弾性体３２、セル緩衝材５を巻き付けた燃料電池セル１、セル緩衝材５、セル弾性体３２、固定枠４を形成している。
【００５７】
これによって、固体酸化物型燃料電池を運転時、固定枠４のセル挿入孔１０を基準としてセル弾性体３２の部材自身の熱膨張による弾性力がセル緩衝材５を介して各燃料電池セル１へ働いて圧縮保持されるため、このセル挿入孔１０の中心に燃料電池セル１の開口部の中心を配置でき、各燃料電池セル１と、これらの先端内部までガス供給用に設けるチューブと、の隙間が許容でき、各燃料電池セル１とチューブとの接触等による破損が防止できる。
【００５８】
燃料電池セル１の保持手段が、固定枠４の熱膨張係数を燃料電池セル１のそれより小さくして両者の熱膨張係数による差により、燃料電池セル１を圧縮保持することが好ましい。例えば、燃料電池セル１の熱膨張係数が約１０．５×１０-6（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ-1）に対し、固定枠４の熱膨張係数が約７×１０-6（ｃｍ／ｃｍ・Ｋ-1）のアルミナ等のセラミック材料で形成されている。
【００５９】
これによって、固体酸化物型燃料電池を運転時、燃料電池セル１と固定枠４との熱膨張係数の差により、固定枠４のセル挿入孔１０を基準としてセル緩衝材５を介して応力が働くため、燃料電池セル１はセル挿入孔１０の中心で常に圧縮保持できる。
【００６０】
固定枠弾性体１２およびセル弾性体３２は、セラミック、セラミック繊維、ニッケルを主成分とする金属板や金属繊維、いずれかの複合体により形成されていることが好ましい。
【００６１】
これによって、発電室２１の内部の水蒸気を含む還元雰囲気において安定であり、発電室の温度が約１，０００℃においても各弾性体は劣化を抑えることができるため、固体酸化物型燃料電池は常に構造を維持できる。
【００６２】
図１７は、本発明の他の実施形態を示す固定枠４の構造例の断面図である。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１７は、各固定枠４の内部においてガスを均一に流すための通気孔３３を形成している。
【００６３】
これによって、上方端および下方端の固定枠４に通気孔３３が設けられることにより、例えば、燃料電池セル１の内部に酸化剤ガス、外部に燃料ガスを供給する場合、下方端の固定枠４は燃料電池セル１の外表面へ燃料ガスを均等分配する燃料ガスの分散板の働きをし、上方端の固定枠４は発電室２１での余剰燃料ガスを燃焼室２２へ均等分配可能な発電室２１と燃焼室２２を区分する仕切り板の働きをし、各々の固定枠４がガス分散機能を持つことができる。したがって、固体酸化物型燃料電池は発電によるバラツキの少ない安定な構造を形成できる。
【００６４】
通気孔３３は、モジュールの中心部から外周部に向かってガス流量を制御可能な異なる孔径を備えて形成されていることが好ましい。
【００６５】
これによって、例えば、燃料電池セル１の内部に空気、外側に都市ガス等の燃料ガス、を供給した場合、固体酸化物型燃料電池の発電時におけるモジュールの通気孔３３が、中心部の孔径を大きくし、外周部を小さくすることにより、燃料電池セル１の外側を流れる燃料ガスの流量分布を少なくし、燃焼室２２の中心部と外周部での熱容量を制御でき、モジュールの中心部と外周部との放熱差による温度分布を緩和することができ、各燃料電池セル１が平均的に発電できるため、バラツキの少ない高性能な固体酸化物型燃料電池を形成できる。
【００６６】
図１８は、本発明の他の実施形態を示す燃料電池セル１の集合体であるバンドル、モジュールの取扱いを容易にする封止側の構造例の概略図である。図１８は、燃料電池セル１の封止側にセル封止緩衝材１８を形成し、ガス分散機能を有する緩衝材固定治具３４により固定枠４と一体で形成されている。このとき、緩衝材固定治具３４は、耐熱ステンレス鋼やインコネル等により形成できる。
【００６７】
これによって、燃料電池セル１と固定枠４とを機械的に積み上げたバンドル、モジュールにおいて、これらの集合体の単位でセル封止緩衝材１８を設けることにより、燃料電池セル１の封止端が常に保護でき、固体酸化物型燃料電池の組立て、運搬等の取扱い時の破損を防止できるため、固体酸化物型燃料電池は容易に生産できる。
【００６８】
なお、前述の実施例にかかわらず、燃料ガスが燃料電池セル１の内側を流れ、酸化剤ガスが燃料電池セル１の外側に流れるように構成し、燃料ガスと酸化剤ガスを入れ替えて燃料電池セル１の集合体とした構成、また、燃料電池セル１の両端が開放された構成においても同様に構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の一実施形態を示す筒状固体酸化物型燃料電池における集合体の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる支持部の構成例を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す筒状固体酸化物型燃料電池セルの概略図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す支持部における固定枠の形状を維持する構造例の断面図である。
【図５】同上
【図６】同上
【図７】本発明の他の実施形態を示す支持部における固定枠の形状を維持する構造例の側面図である。
【図８】同上
【図９】本発明の他の実施形態を示す筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における直列方向の筒状固体酸化物型燃料電池セルと導電性部材との相互接続を維持する構造例の概略図である。
【図１０】同上
【図１１】同上
【図１２】本発明の他の実施形態を示す直列方向における隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルの相互接続構造例の概略図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す並列方向における隣り合う筒状固体酸化物型燃料電池セルの相互接続構造例の概略図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体における単位の電気的な相互接続構造例の断面図である。
【図１５】図１４のａ−ａ部平面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態を示す固定枠における筒状固体酸化物型燃料電池セルの保持手段を形成する圧縮構造例の断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態を示す固定枠の構造例の断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態を示す筒状固体酸化物型燃料電池セルの集合体の取扱いを容易にする封止側の構造例の概略図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  筒状固体酸化物型燃料電池セル、２  支持部、３  導電性部材、４  固定枠、５  セル緩衝材、６  空気極、７  電解質、８  燃料極、９  インターコネクタ、１０  セル挿入孔、１１  燃料電池容器壁面、１２  固定枠弾性体、１３  集合体保持枠、１４  セラミック接着剤、１５  リブ、１６  燃料電池容器弾性体、１７  板状部材、１８  セル封止緩衝材、１９  ガス分散隔壁、２０  補助隔壁、２１  発電室、２２  燃焼室、２３  板状部材スライド治具、２４  板状部材固定治具、２５  凹凸の剣先、２６  直列導電板、２７  並列導電板、２８  導電性金属板、２９  導電性金属棒、３０  側面配線部、３１  下方配線部、３２  セル弾性体、３３  通気孔、３４  封止緩衝材固定治具
【図１】
2004288608.tif 000003
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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