(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に設けられ、第一のガスを供給する第一の供給室と、
前記容器内に前記第一の供給室から離れて設けられ、前記第一のガスを排出する排出室と、
前記容器内に前記第一の供給室と前記排出室との間に隔離されて設けられ、第二のガスを供給する第二の供給室と、
基体管の表面に燃料電池セルを形成した燃料電池セル管と、
前記第一の供給室と前記排出室との間で前記第一の供給室の近くに設けられ、前記燃料電池セル管が貫通する第一の支持体と、
前記第一の供給室と前記排出室との間で前記排出室の近くに設けられ、前記燃料電池セル管が貫通する第二の支持体と、
を具備し、
前記燃料電池セル管の一端部は、前記第一の供給室に開放されて接合され、
前記燃料電池セル管の他端部は、前記排出室に開放されて接合され、
前記燃料電池セル管の発電部分は、前記第二の供給室に含まれ、
前記第一の支持体及び前記第二の支持体は、前記容器内に固定され、
前記燃料電池セル管は、
横置きに配置され、
前記第一の支持体及び前記第二の支持体の二箇所で支持され、
前記第一の供給室との第一の接合部及び前記排出室との第二の接合部の二箇所でガスシールされる
燃料電池システム。
【請求項２】
前記第一の供給室は、前記第一のガスを供給するガス供給口を具備し、
前記排出室は、前記第一のガスを排出するガス排出口を具備し、
前記第一のガスは、前記ガス供給口から前記第一の供給室に供給され、前記燃料電池セル管を通過し、前記排出室に入り、前記ガス排出口から排出される、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第一のガスは燃料ガスであり、前記燃料電池セル管の内側に供給され、
前記第二のガスは酸化剤ガスであり、前記燃料電池セル管の外側に供給され、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスにより、前記燃料電池セル管で発電を行なう、
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第一の支持体又は前記第二の支持体は、断熱材を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第一の支持体又は前記第二の支持体は、耐火材を含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記第一の支持体又は前記第二の支持体は、
六角柱形状で軸方向に前記燃料電池セル管が貫通するハニカムセル支持部と、
前記ハニカムセル支持部をハニカム状に支持するハニカム枠と
を有する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池セル管と前記第一の供給室との前記第一の接合部又は前記燃料電池セル管と前記排出室との前記第二の接合部のうち少なくとも一つには、ベローズを用いる、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池セル管と前記第一の供給室とが接合する前記第一の供給室の接合面又は前記燃料電池セル管と前記排出室とが接合する前記排出室の接合面のうち少なくとも一つには、金属板を用いる、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の円筒型固体電解質燃料電池の概略構成の一例を図８に示す。また、円筒型固体電解質燃料電池の１本のセルのうち、その上端側（一端側）及び下端側（他端側）の概略構成を図９に示す。図８及び図９では、発電された電力の集電に関わる部分は省略している。
【０００３】
図８を参照して、燃料電池は、ガス供給部であるヘッダ１１０と、発電部であるセルチューブ１１１とを具備する。ヘッダ１１０は、仕切板１１０ａ、底板１１０ｂ、供給室１１０ｃ、排出室１１０ｄを有する。また、セルチューブは、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、セルチューブ１１１の上端側（一端側）が上記排出室１１０ｄとガスの出入りが出来るように連結され、支持されている。セルチューブ１１１の下端側（他端側）は、閉塞されている。セルチューブ１１１の内部には、案内管１１２が、同軸をなして挿入されている。案内管１１２は、その一端側（上端側）が、上記供給室１１０ｃとガスの出入りが出来るように、上記仕切板１１０ａに連結され、支持されている。このようなセルチューブ１１１及び案内管１１２は、複数本存在し、ヘッダ１１０に連結され、支持されている。ここで、セルチューブ１１１は、多孔質の基体管の外周面に燃料電池薄膜を形成された燃焼電池を構成する円筒型セルチューブである。
【０００５】
一方、図９を参照して、セルチューブ１１１の上端部には、筒状をなす集電キャップ１１３が取付けられている。集電キャップ１１３は、セルチューブ１１１の燃料電池と電気的に接続している。また、セルチューブ１１１の下端部には、シールキャップ１１４が取付けられ、セルチューブ１１１が閉塞されている。そして、案内管１１２から来たガスは、シールキャップ１１４で折り返し、案内管１１２の外部であってセルチューブ１１１の内部に流れる。
【０００６】
このような構成をなす燃料電池では、供給室１１０ｃ内に水素やメタンのような燃料ガス１を供給すると共に、セルチューブ１１１の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２を供給する。そうすると、燃料ガス１が各案内管１１２に対してばらつきの無い流量で流入して、案内管１１２の先端まで達する。しかる後、燃料ガス１は、セルチューブ１１１内のシールキャップ１１４により折り返し、セルチューブ１１１の他端側から一端側へ向かって流通する。そして、燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ１１１の前記燃料電池薄膜で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャップ１１３などを介して外部に取出される。
【０００７】
発電に供された燃料ガス１の内、余った燃料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ１１１の上端と案内管１１２との隙間から、排出室１１０ｄ内に送出された後、外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、図示しない排出管を介して外部に送出される。
【０００８】
上述のような円筒型の燃料電池は、支持部分が一点（セルチューブ１１１と底板１１０ｂの連結部分）だけである。従って、熱応力やガスシールに対して対処し易く、作動時における信頼性が高い。その反面、振動や衝撃に対して、その一点に力がかかることになるため、その部分が劣化しやすく、そこから破損し易い、という問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ガスシール部分に負担をかけない構造の燃料電池システムを提供することである。
【００１０】
また、別の目的、筒型の燃料電池が構造的に強くなる燃料電池システムを提供することである。
【００１１】
また、別の目的としては、筒型の燃料電池にかかる力が、支持部の一点に集中しない燃料電池システムを提供することである。
【００１２】
また、別の目的としては、複数の支持部を有する筒型の燃料電池システムを提供することである。
【００１３】
更に別の目的は、筒型の燃料電池を支持する複数点の支持部の相対的な位置がずれた場合でも、セルチューブが破損しない燃料電池システムを提供することである。
【００１４】
更に別の目的は、案内管が不要で、内部に流すガスを一方向にのみ流通させる燃料電池システムを提供することである。
【００１５】
更に別の目的は、部品点数を削減し、コストを低減することが可能なる燃料電池システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本課題を解決するための手段の項における、図番号、符号は、特許請求の範囲と発明の実施の形態との対応を示すために記したものであり、特許請求の範囲の解釈に用いてはならない。
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、容器内に設けられ、第一のガス（図１、１）を供給する第一の供給室（図１、８）と、前記容器内に前記第一の供給室（図１、８）から離れて設けられ、前記第一のガス（図１、１）を排出する排出室（図１、９）と、前記容器内に前記第一の供給室（図１、８）と前記排出室（図１、９）との間に隔離されて設けられ、第二のガス（図１、２）を供給する第二の供給室（図１、１８）と、基体管の表面に燃料電池セルを形成した燃料電池セル管（図１、３）と、前記第一の供給室（図１、８）と前記排出室（図１、９）との間で前記第一の供給室（図１、８）の近くに設けられ、前記燃料電池セル管（図１、３）を支持する第一の支持体（図１、１０−１）と、前記第一の供給室（図１、８）と前記排出室（図１、９）との間で前記排出室（図１、９）の近くに設けられ、前記燃料電池セル管（図１、３）を支持する第二の支持体（図１、１０−２）とを具備する。そして、前記燃料電池セル管（図１、３）の一端部は、前記第一の供給室（図１、８）に開放されて接合されている。また、前記燃料電池セル管（図１、３）の他端部は、前記排出室（図１、９）に開放されて接合されている。加えて、前記燃料電池セル管（図１、３）の発電部分は、前記第二の供給室（図１、１８）に含まれている。更に、前記第一の支持体（図１、１０−１）及び前記第二の支持体（図１、１０−２）は、前記容器内に固定されている。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムは、前記第一の供給室（図１、８）は、前記第一のガス（図１、１）を供給するガス供給口（図１、８−１）を具備する。前記排出室（図１、９）は、前記第一のガス（図１、１）を排出するガス排出口（図１、９−１）を具備する。そして、前記第一のガス（図１、１）は、前記ガス供給口（図１、８−１）から前記第一の供給室（図１、８）に供給され、前記燃料電池セル管（図１、３）を通過し、前記排出室（図１、９）に入り、前記ガス排出口（図１、９−１）から排出される。
【００１９】
更に、本発明の燃料電池システムは、前記第一のガス（図１、１）は燃料ガスである。そして、前記燃料電池セル管（図１、３）の内側に供給される。一方、前記第二のガス（図１、２）は酸化剤ガスである。そして、前記燃料電池セル管（図１、３）の外側に供給される。そして、前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスにより、前記燃料電池セル管（図１、３）で発電を行なう。
【００２０】
更に、本発明の燃料電池システムは、前記第一の支持体（図１、１０−１）又は前記第二の支持体（図１、１０−２）は、断熱材を含む。
【００２１】
更に、本発明の燃料電池システムは、前記第一の支持体（図１、１０−１）又は前記第二の支持体（図１、１０−２）は、耐火材を含む。
【００２２】
更に、本発明の燃料電池システムは、前記第一の支持体（図１、１０−１）又は前記第二の支持体（図１、１０−２）は、ハニカム構造を有する。
【００２３】
更に、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池セル管（図１、３）と前記第一の供給室（図１、８）との接合部（図１、４）又は前記燃料電池セル管（図１、３）と前記排出室（図１、９）との接合部（図１、５）のうち少なくとも一つには、ベローズ（図６、１１ｃ）を用いる。
【００２４】
更に、本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池セル管（図１、３）と前記第一の供給室（図１、８）との接合部（図１、４）又は前記燃料電池セル管（図１、３）と前記排出室（図１、９）との接合部（図１、５）のうち少なくとも一つには、金属板（図４、６）（図５、１１ａ／１１ｂ）（図７、１１ｄ／１１ｅ）を用いる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である燃料電池システムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
本実施例において、円筒型の燃料電池の支持構造について２点支持の構造を例に示して説明するが、複数点で支持する構造を適用することも可能である。
【００２６】
（実施例１）
では、本発明である燃料電池システムの第一の実施の形態に関して、図面を参照して説明する。
図１は、本発明である燃料電池システムの第一の実施の形態の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の第一の支持体としての支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の第二の支持体としての支持体Ｂ１０−２、第二の供給室としての酸化剤供給室１８からなる。なお、図１の構成は、図示しない断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置されている。
【００２７】
本発明においては、セルチューブ３は、横置きであり、供給室８側の支持体Ａ１０−１及び排出室９側の支持体Ｂ１０−２によって２点で支持されている。そして、供給室８の供給側シール部４及び排出室９の排出側シール部５の２点でガスシールされている。すなわち、２点でセルチューブを支持しつつ、支持体とは別にシール専用の部材を導入している。従って、従来（図８）の１点支持と比較して、振動や衝撃を２点で、分散して受けることになり、機械的に強い構造となる。加えて、ガスシール部分は、セルチューブ３の荷重を支持する必要が無いため、不要な力がかからず、ガスシールの信頼性が向上する。また、燃料ガス１は、供給室８からセルチューブ３に進入し、排出室９へ排出されるという一方向（ワンスルー）のガスの流れである。従って、案内管が不用となり、従来の場合（図８）と比較して、部品点数を減らせるので、コストの削減と信頼性の向上が可能となる。以上の点が、前述の従来例（図８）と大きく異なる。
【００２８】
以下に各構成を詳細に説明する。
燃料電池セル管としてのセルチューブ３は、多孔質セラミックスの基体管の外周面に燃料電池薄膜を形成された、燃焼電池を構成する円筒型の管である。セルチューブ３は、一端側を供給室８（後述）に、他端側を排出室９（後述）に嵌合され、支持されている。そして、一端側が供給室８（後述）と、他端側が排出室９（後述）とガスの出入りが出来るように開放されている。
基体管の長手方向の一定の幅毎に、外周面上に燃料極、電解質、空気極が順に積層され、セルを形成している。それぞれのセル同士は、インターコネクタ膜で接合されている。燃料ガス１が、セルチューブ３内部に供給され、基体管の厚み方向に孔中を拡散し燃料極に達し、セルチューブ３の外側を流れる酸化剤ガス２と共に発電に寄与する。
【００２９】
燃料電池セル管と第一の供給室との接合部としての供給側シール部４は、供給室８（後述）の供給側管板６とセルチューブ３が接合している個所である。そして、供給側シール部４は、燃料ガス１及び酸化剤ガス２がリークしないように、ガスをシールする部分である。応力などによる位置ずれや、振動や衝撃を吸収することが可能なように、ベローズや薄い金属板のような柔軟性のある部材を使用する。また、ガスタイト性を確保するために、充填剤を用いて、リークを完全に抑えるようにすることも可能である。詳細は後述する。
【００３０】
燃料電池セル管と排出室９との接合部としての排出側シール部５は、排出室９（後述）の排出側管板７とセルチューブ３が接合している個所である。そして、排出側シール部５は、燃料ガス１及び酸化剤ガス２がリークしないように、ガスをシールする部分である。応力などによる位置ずれや、振動や衝撃を吸収することが可能なように、ベローズや薄い金属板のような柔軟性のある部材を使用する。また、ガスタイト性を確保するために、充填剤を用いて、リークを完全に抑えるようにすることも可能である。詳細は後述する。
【００３１】
第一の供給室としての供給室８は、セルチューブ３の一端部にあり、中空の直方体や円柱状等の形をしているガス分配室である。本実施例では、直方体である。内部にガスの流れを整える整流板のような機構（図示せず）が付属している場合も有る。一方の面は供給側管板６（後述）であり、セルチューブ３が取付けられている。セルチューブ３は、供給室８に入った燃料ガス１がセルチューブ３へ供給されるように供給側管板６と連結、接合している。複数存在する各セルチューブ３へ、均等に燃料ガス１を供給する、ステンレスや耐熱合金などの金属製の室である。
そして、ガスの供給を受けるためのガス供給口８−１を有する。ガスは燃料ガス１（後述）である。
【００３２】
排出室９は、セルチューブ３の他端部にあり、中空の直方体や円柱状等の形をしているガス分配室である。本実施例では、直方体である。内部にガスの流れを整える整流板のような機構（図示せず）が付属している場合も有る。一方の面は排出側管板７（後述）であり、セルチューブ３が取付けられている。セルチューブ３は、セルチューブ３から排出される使用済み燃料ガス１を収集可能なように排出側管板７と連結、接合している。ステンレスや耐熱合金などの金属製の室である。
そして、ガスの排出を行なうためのガス排出口９−１を有する。ガスは燃料ガス１（後述）である。
【００３３】
第二の供給室としての酸化剤供給室１８は、供給室８と排出室９との間にあり、それらと隔離され、セルチューブ３を含んでいる。セルチューブ３に酸化剤ガスを供給する部屋である。そして、内部の供給側管板６及び排出側管板７の近傍に、支持体１０を固定している。ステンレスや耐熱合金などの金属製の室である。
【００３４】
なお、第一のガスとしての燃料ガス１は、水素、メタン、あるいは、プロパン等の有機炭化水素の改質ガスと水蒸気との混合ガスである。
また、第二のガスとしての酸化剤ガスは、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合ガスである。
【００３５】
供給側管板６は、供給室８の一方の面の板であり、セルチューブ３を接続するための穴が（セルチューブ３の数だけ）開口している。セルチューブ３と、セルチューブ３の一端部でガスの出入りが出来るように連結し、接合している。接合部分は、供給側シール部４であり、供給側管板６とセルチューブ３との隙間からガスがリークしないように、適切にシールしている。ステンレスや耐熱合金などの薄い金属製の板を使用する。
【００３６】
排出側管板７は、排出室９の一方の面の板であり、セルチューブ３を接続するための穴が（セルチューブ３の数だけ）開口している。セルチューブ３と、セルチューブ３の他端部でガスの出入りが出来るように連結し、可動的に接合している。接合部分は、排出側シール部５であり、排出側管板７とセルチューブ３との隙間からガスがリークしないように、適切にシールしている。ステンレスや耐熱合金などの薄い金属製の板を使用する。
【００３７】
第一の支持体としての支持体Ａ１０−１は、耐火材１０−１ａ及び断熱材１０−１ｂを有し、セルチューブ３を供給室８の側で支持するための支持体である。それと同時に、セルチューブ３の発電側（セルチューブ３が発電を行なうセルチューブ３の両端（支持及びガスシールを行なう部分）を除いた燃料電池薄膜が形成されている部分、以下同じ）の熱を遮蔽する目的もある。容器（図示せず）内の酸化材供給室１８に設けられ、固定されている。
【００３８】
支持体Ａ１０−１の供給室８側は、断熱材１０−１ｂであり、セルチューブ３の支持に加えて、セルチューブ３の発電側の熱を遮断し、供給側シール部４を熱的に保護する。材料としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、石英ガラスウールなどである。
支持体Ａ１０−１の断熱材１０−１ｂと反対の側は、耐火材１０−１ａであり、セルチューブ３の支持に加えて、セルチューブ３の発電側の熱を遮断し、断熱材１０−１ｂへの熱の進入を少なくする。材料としては、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする耐火レンガ等である。
【００３９】
第二の支持体としての支持体Ｂ１０−２は、耐火材１０−２ａ及び断熱材１０−２ｂを有し、セルチューブ３を排出室９の側で支持するための支持体である。
それと同時に、セルチューブ３の発電側の熱を遮蔽する目的もある。容器（図示せず）内の酸化材供給室１８に設けられ、固定されている。
支持体Ｂ１０−２の排出室８側は、断熱材１０−２ｂであり、セルチューブ３の支持に加えて、セルチューブ３の発電側の熱を遮断し、排出側シール部５を熱的に保護する。材料としては、多孔質シリカ、多孔質アルミナ、石英ガラスウールなどである。
支持体Ｂ１０−２の断熱材１０−２ｂと反対の側は、耐火材１０−２ａであり、セルチューブ３の支持に加えて、セルチューブ３の発電側の熱を遮断し、断熱材１０−２ｂへの熱の進入を少なくする。材料としては、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分とする耐火レンガ等である。
【００４０】
図２を参照して、支持体Ａ１０−１及び支持体Ｂ１０−２（以下、「支持体１０」ともいう）について、更に説明する。
図２は、支持体１０の平面図（図１の左側（排出室９側）又は右側（供給室８側）から見た図）である。図１は断面図であるので、支持体１０が分裂しているように描かれている。しかし、支持体１０は、図２に示すように本実施例では、一つの部材として製造されたものである。
また、本実施例においては、燃料電池２０は、９本のセルチューブ３を有する燃料電池である。支持体１０は、直方体の断熱材１０−１ｂ又は断熱材１０−２ｂ（以下、「断熱材１０ｂ」ともいう）と、同じ平面形状の直方体の耐火材１０−１ａ又は耐火材１０−２ａ（以下、「耐火材１０−１ａ」ともいう）とが積層され、セルチューブ３を通す穴であるセル支持部１０ｃがセルチューブ３の数（９本）だけ貫通し、開口した構造である。セル支持部１０ｃの直径は、セルチューブ３の直径よりもやや大きい程度である。すなわち、熱などによるセルチューブ３のずれ、セルチューブ３の受ける振動及び衝撃に関する予測に基づいて、セルチューブ３に無理な力がかからない大きさの直径である。
支持体１０は、酸化剤供給室１８内の、供給側管板６及び排出側管板７の近傍に固定されている。そして、セルチューブ３上の両端部の燃料電池薄膜が無い部分において、セルチューブ３を支持している。
【００４１】
次に、図４を参照して、供給側シール部４及び排出側シール部５について説明する。基本的に、供給側シール部４と排出側シール部５とは、同一の構造で良いので、供給側シール部４についてのみ説明する。
図４（ａ）は、供給側シール部４及びその周辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３の一端側、シール部６−１及び保持部６−２を有する供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとセル支持部１０ｃとを有する支持体Ａ１０−１、供給側集電キャップ１２、充填剤１４からなる。
【００４２】
供給側集電キャップ１２は、セルチューブ３の一端部に接合している筒状の端子である。セルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を外部と電気的に接続するための端子でもある。ステンレスなどの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続する。
【００４３】
支持体Ａ１０−１は、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとセル支持部１０ｃとを有する。セルチューブ３は、支持体Ａ１０−１によりセル支持部１０ｃにおいて支持される。図４（ａ）において、セル支持部１０ｃに隙間があるのは、セル支持部１０ｃの直径が、セルチューブ３の直径よりもやや大きい程度（前述）であるからである。その場合、セルチューブ３の支持は、セルチューブ３から見て下側のセル支持部１０ｃの面で行なう。別の支持方法として、ガラスウールや石綿のような耐熱性で変形容易な（あるいは弾性体のような性質を持つ）材料をその隙間に埋め込む、などで実施可能である。支持体Ａ１０−１のその他の詳細は図１及び図２における説明の通りであるので省略する。
【００４４】
本実施例では、供給側管板６そのもの（セルチューブ３を通す穴の部分）が、供給側シール部４を形成し、ガスシールを行なう。供給側管板６のセルチューブ３を通す穴の直径を、セルチューブ３の直径より、やや小さくする。すなわち、図４（ａ）で示すように供給側管板６の穴部にセルチューブ３を通した時、供給側管板６の穴部の内周部分（シール部６−１）が、セルチューブ３を通した方向に内側に変形し、セルチューブ３の外周部とシール部６−１が密着する程度である。供給側管板６の穴部の内側部分であるシール部６−１は、セルチューブ３と密接する際、供給室側への湾曲に伴うシール部６−１の弾性力により密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時に、保持部６−２及びシール部６−１の弾性力により可動性、振動及び衝撃吸収性が発揮される。ステンレスなどの薄い金属の板を使用する。
【００４５】
供給側管板６（薄い金属板）は、その伸縮自在性により、セルチューブ３の長手方向に可動である他、セルチューブ３の径方向や、それらを併せた斜め方向方向にもある程度の範囲まで可動である。
また、供給側管板６は、それと同時に、供給室８の燃料ガス１と、供給室８の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その時、下記の充填材１４も利用する。供給側管板６の他の部分は図１で示した供給側管板６と同一であるのでその説明は省略する。
【００４６】
充填材１４は、セルチューブ３と供給側管板６の穴部とが接触する付近の隙間がある可能性がある領域に充填されるガスシール材である。その隙間を埋め、供給室８の燃料ガス１と、供給室８の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その周辺の最高使用温度に合わせたハンダや、ガラス材料、最高使用温度がそれほど高く無い場合には、樹脂などが使用できる。
【００４７】
セルチューブ３は、図１のセルチューブ３と同一であるので説明は省略する。ただし、図中には、燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示していない。
【００４８】
では、本発明である燃料電池システムの第一の実施の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。
図１を参照して、このような構成をなす燃料電池において、供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供給口８−１から供給される。それと共に、酸化剤供給室１８内のセルチューブ３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチューブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側から他端側へ向かって一方向に流通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャップ（供給側集電キャップ１２など）を介して外部に取出される。
【００４９】
発電に供された燃料ガス１の内、余った燃料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチューブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送出される。
【００５０】
原則的に、図１に示すような、セルチューブ３を一端部の供給側シール部４と他端部の排出側シール部５でシールする場合には、供給側シール部４の水平方向の位置に排出側シール部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチューブ３の一端部周辺と他端部周辺との間などで温度差が生じた場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側シール部４の水平方向の位置から排出側シール部５がずれることがありうる。しかしその場合でも、供給側管板６の穴部（薄い金属板）及び排出側管板７の穴部（薄い金属板）で、その位置のずれを吸収できるので、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。
【００５１】
また、支持体Ａ１０−１と支持体Ｂ１０−２との二点支持なので、一点だけの支持の場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。加えて、供給側管板６及び排出側管板７には薄い金属板を用いているので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振動に対しても、供給側管板６及び排出側管板７の緩衝性により、それらを緩和、吸収することが出来る。すなわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、損傷を受けることが無い。
【００５２】
また、ガスは、一方向に流れるだけで良いので、案内管１１２（従来の技術の項及び図８参照）を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数を減らすことが出来、コストの削減につながる。加えて、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつながる。
【００５３】
また、本実施例において、図４（ａ）のほかに、図４（ｂ）のような構造でも、同様の効果を得ることが可能である。図４（ｂ）は、供給側シール部４及びその周辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３の一端側、シール部６−１及び保持部６−２を有する供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとセル支持部１０ｃとを有する支持体Ａ１０−１、供給側集電キャップ１２、充填剤１４からなる。供給側管板６のシール部６−１の穴部の反る方向が、図４（ａ）の場合と逆である点が、本実施例と異なる。しかし、基本的な構成及び効果は同様である。
【００５４】
（実施例２）
では、本発明である燃料電池システムの第二の実施の形態に関して、図面を参照して説明する。
図１は、本発明である燃料電池システムの第二の実施の形態の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の第一の支持体としての支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の第二の支持体としての支持体Ｂ１０−２、第二の供給室としての酸化剤供給室１８からなる。なお、図１の構成は、図示しない断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置されている。
【００５５】
また、図５は供給側シール部４びその周辺部の構成を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、シール部１１ａ−１及び保持部１１ａ−２を有する可動シール部Ａ１１ａ、供給側集電キャップ１２、充填材１４からなる。
本実施例においては、供給側シール部４及び排出側シール部５の構造が、図５に示すような可動シール部Ａ１１ａを用いる点が、実施例１と異なる。
【００５６】
以下に各構成を詳細に説明する。
図１における燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の支持体Ｂ１０−２、酸化剤供給室１８は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５７】
次に、図５（ａ）を参照して、供給側シール部４及び排出側支持部５について説明する。基本的に、供給側シール部４と排出側シール部５とは、同一の構造で良いので、供給側シール部４についてのみ説明する。
図５（ａ）は、供給側シール部４及びその周辺部を示す図（断面図）である。
セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、シール部１１ａ−１及び保持部１１ａ−２を有する可動シール部Ａ１１ａ、供給側集電キャップ１２、充填材１４からなる。
【００５８】
供給側集電キャップ１２は、セルチューブ３の一端部に接合している筒状の端子である。セルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を外部と電気的に接続するための端子でもある。ステンレスなどの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続する。
【００５９】
可動シール部Ａ１１ａは、シール部１１ａ−１及び保持部１１ａ−２を有し、セルチューブ３の一端側を供給側管板６に可動的に支持させるための、薄い金属板である。可動シール部Ａ１１ａは、薄いリング状のステンレスなどの金属の板を使用する。
【００６０】
可動シール部Ａ１１ａのリングの内径は、セルチューブ３の直径よりも若干小さい程度である。すなわち、図５（ａ）で示すように可動シール部Ａ１１ａにセルチューブ３を通した時、可動シール部Ａ１１ａの穴部の内周部分が、セルチューブ３を通した方向に内側に変形し、セルチューブ３の外周部と可動シール部Ａ１１ａの内側部分が密着する程度である。可動シール部Ａ１１ａの内側部分であるシール部１１ａ−１は、セルチューブ３と密接する際、供給室側への湾曲に伴うシール部１１ａ−１の弾性力により密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時に、保持部１１ａ−２及びシール部１１ａ−１の弾性力により可動性、振動及び衝撃吸収性が発揮される。
【００６１】
外径は、供給側管板６のセルチューブ３を通す穴の直径よりもやや大きい程度である。すなわち、供給側管板６と可動シール部Ａ１１ａの保持部１１ａ−２（可動シール部Ａ１１ａのシール部１１ａ−１以外の部分）との重なり部分で、可動シール部Ａ１１ａを供給側管板６に適切な手法（ねじ止め、溶接、ハンダ、接着等）で取付け可能な程度である。
【００６２】
可動シール部Ａ１１ａの薄い金属板は、その伸縮自在性により、セルチューブ３の長手方向に可動である他、セルチューブ３の径方向や、それらを併せた斜め方向についてもある程度の範囲まで可動である。
また、可動シール部Ａ１１ａは、それと同時に、供給室８の燃料ガス１と、供給室８の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その時、下記の充填材１４も利用する。
【００６３】
充填材１４は、セルチューブ３と可動シール部Ａ１１ａとが接触する付近の隙間がある可能性がある領域に充填されるガスシール材である。その隙間を埋め、供給室８の燃料ガス１と、排出室９の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その周辺の最高使用温度に合わせたハンダや、ガラス材料、最高使用温度がそれほど高く無い場合には、樹脂などが使用できる。
【００６４】
支持体Ａ１０−１及びセルチューブ３は、実施例１と同様であるので説明は省略する。ただし、図中には、燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示していない。
供給側管板６は、実施例１の図１の説明で示した供給側管板６と同一であるのでその説明は省略する。
【００６５】
では、本発明である燃料電池システムの第二の実施の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。
図１を参照して、このような構成をなす燃料電池において、供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供給口８−１から供給される。それと共に、酸化剤供給室１８内のセルチューブ３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチューブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側から他端側へ向かって一方向に流通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャップ（供給側集電キャップ１２など）を介して外部に取出される。
【００６６】
発電に供された燃料ガス１の内、余った燃料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチューブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送出される。
【００６７】
原則的に、図１に示すような、セルチューブ３を一端部の供給側シール部４と他端部の排出側シール部５でシールする場合には、供給側シール部４の水平方向の位置に排出側シール部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチューブ３の一端部周辺と他端部周辺との間などで温度差が生じた場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側シール部４の水平方向の位置から排出側シール部５がずれることがありうる。しかしその場合でも、供給側シール部４及び排出側シール部５の可動シール部（薄い金属板）の伸縮自在性により、その上下方向や前後左右の横方向、斜め上方又は下方位置のずれを吸収できるので、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。
【００６８】
また、支持体Ａ１０−１と支持体Ｂ１０−２との二点支持なので、一点だけの支持の場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。加えて、供給側シール部４及び排出側シール部５の可動シール部（薄い金属板）を用いているので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振動に対しても、可動シール部（薄い金属板）の緩衝性により、それらを緩和、吸収することが出来る。すなわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、損傷を受けることが無い。
【００６９】
また、ガスは、一方向に流れるだけで良いので、案内管１１２（従来の技術の項及び図８参照）を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数を減らすことが出来、コストの削減につながる。加えて、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつながる。
【００７０】
また、本実施例において、図５（ａ）のほかに、図５（ｂ）のような構造でも、同様の効果を得ることが可能である。図５（ｂ）は、供給側シール部４及びその周辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、シール部１１ｂ−１及び保持部１１ｂ−２を有する可動シール部Ｂ１１ｂ、供給側集電キャップ１２、充填材１４からなる。
可動シール部Ｂ１１ｂのシール部１１ｂ−１の反る方向が、可動シール部Ａ１１ａのシール部１１ａ−１と逆である点が、本実施例と異なる。しかし、基本的な構成及び効果は同様である。
【００７１】
（実施例３）
では、本発明である燃料電池システムの第三の実施の形態に関して、図面を参照して説明する。
図１は、本発明である燃料電池システムの第三の実施の形態の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の第一の支持体としての支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の第二の支持体としての支持体Ｂ１０−２、第二の供給室としての酸化剤供給室１８からなる。なお、図１の構成は、図示しない断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置されている。
【００７２】
また、図６は供給側シール部４びその周辺部の構成を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、チューブ側取付部１１ｃ−１と可動部１１ｃ−２と管板側取付部１１ｃ−３とを有する可動シール部Ｃ１１ｃ、供給側集電キャップ１２、供給側シールリング１３からなる。
本実施例においては、供給側シール部４及び排出側シール部５の構造が、図６に示すような可動シール部Ｃ１１ｃを用いる点が、実施例１と異なる。
【００７３】
以下に各構成を詳細に説明する。
図１における燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の支持体Ｂ１０−２、酸化剤供給室１８は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７４】
次に、図６は、供給側シール部４及びその周辺部を示す図（断面図）である。
セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、チューブ側取付部１１ｃ−１と可動部１１ｃ−２と管板側取付部１１ｃ−３とを有する可動シール部Ｃ１１ｃ、供給側集電キャップ１２、供給側シールリング１３からなる。
【００７５】
供給側集電キャップ１２は、セルチューブ３の一端部に接合している筒状の端子である。セルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を外部と電気的に接続するための端子でもある。ステンレスなどの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続する。
【００７６】
可動シール部Ｃ１１ｃは、チューブ側取付部１１ｃ−１と可動部１１ｃ−２と管板側取付部１１ｃ−３とを有し、セルチューブ３の一端側を供給側管板６に可動的に支持させるための、ベローズである。ステンレスなどの薄い金属の板を使用する。可動シール部Ｃ１１ｃは、側面の可動部１１ｃ−２が蛇腹状の円柱で、セルチューブ３の円筒直径よりも直径が大きい。
【００７７】
可動シール部Ｃ１１ｃは、セルチューブ３と同軸をなし、セルチューブ３の一端部を囲むように配置される。そして、可動シール部Ｃ１１ｃの一端のチューブ側取付部１１ｃ−１とセルチューブ３の一端部の供給側シールリング１３（後述）とが同軸をなして、チューブ側取付部１１ｃ−１で接合している。また、可動シール部Ｃ１１ｃの他端の管板側取付部１１ｃ−３は、供給側管板６と、セルチューブ３が供給側管板６を貫通する穴を囲むように同軸をなして、管板側取付部１１ｃ−３で接合している。
【００７８】
ベローズは、その可動部１１ｃ−２の伸縮自在性により、セルチューブ３の長手方向に可動である他、蛇腹の形状によりセルチューブ３の径方向や、それらを併せた斜め方向にも可動である。また、ベローズは、その可動部１１ｃ−２の緩衝性により、振動や衝撃を緩和、吸収することが出来る。
可動シール部Ｃ１１ｃは、それと同時に、供給室８の燃料ガス１と、供給室８の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールする。
【００７９】
供給側シールリング１３は、可動シール部Ｃ１１ｃの一端のチューブ側取付部１１ｃ−１と供給側集電キャップ１２との間にある。セルチューブ３を供給側管板６に、可動シール部Ｃ１１ｃにより支持させる際、可動シール部Ｃ１１ｃと供給側集電キャップ１２とを電気的に絶縁させるために用いる。それと同時に、供給室８の燃料ガス１と、供給室８の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールするためのシール部材でもある。アルミナやジルコニア、マグネシアスピネルのようなセラミックス製、又はガラス製が考えられる。
【００８０】
支持体Ａ１０−１及びセルチューブ３は、実施例１と同様であるので説明は省略する。ただし、図中には、燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示していない。
供給側管板６は、実施例１の図１の説明で示した供給側管板６と同一であるのでその説明は省略する。
【００８１】
では、本発明である燃料電池システムの第三の実施の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。
図１を参照して、このような構成をなす燃料電池において、供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供給口８−１から供給される。それと共に、酸化剤供給室１８内のセルチューブ３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチューブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側から他端側へ向かって一方向に流通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャップ（供給側集電キャップ１２など）を介して外部に取出される。
【００８２】
発電に供された燃料ガス１の内、余った燃料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチューブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送出される。
【００８３】
原則的に、図１に示すような、セルチューブ３を一端部の供給側シール部４と他端部の排出側シール部５でシールする場合には、供給側シール部４の水平方向の位置に排出側シール部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチューブ３の一端部周辺と他端部周辺との間などで温度差が生じた場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側シール部４の水平方向の位置から排出側シール部５がずれることがありうる。しかしその場合でも、可動シール部Ｃ１１ｃ（ベローズ）の伸縮自在性により、その上下方向や前後左右の横方向、斜め上方又は下方位置のずれを吸収できるので、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。
【００８４】
また、支持体Ａ１０−１と支持体Ｂ１０−２との二点支持なので、一点だけの支持の場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。加えて、供給側シール部４及び排出側シール部５の可動シール部（ベローズ）を用いているので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振動に対しても、可動シール部の可動部の緩衝性により、それらを緩和、吸収することが出来る。すなわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、損傷を受けることが無い。
【００８５】
また、ガスは、一方向に流れるだけで良いので、案内管１１２（従来の技術の項及び図８参照）を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数を減らすことが出来、コストの削減につながる。加えて、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつながる。
【００８６】
（実施例４）
では、本発明である燃料電池システムの第四の実施の形態に関して、図面を参照して説明する。
図１は、本発明である燃料電池システムの第四の実施の形態の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の第一の支持体としての支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の第二の支持体としての支持体Ｂ１０−２、第二の供給室としての酸化剤供給室１８からなる。なお、図１の構成は、図示しない断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置されている。
【００８７】
また、図７は供給側シール部４びその周辺部の構成を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、シール部１１ｄ−１及び保持部１１ｄ−２を有する可動シール部Ｄ１１ｄ、供給側集電キャップ１２、充填材１４からなる。
本実施例においては、供給側シール部４及び排出側シール部５の構造が、図７に示すような可動シール部Ｄ１１ｄを用いる点が、実施例１と異なる。
【００８８】
以下に各構成を詳細に説明する。
図１における燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の支持体Ｂ１０−２、酸化剤供給室１８は、実施例１と同様であるので、その説明を省略する。
【００８９】
次に、図７（ａ）を参照して、供給側シール部４及び排出側支持部５について説明する。基本的に、供給側シール部４と排出側シール部５とは、同一の構造で良いので、供給側シール部４についてのみ説明する。
図７（ａ）は、供給側シール部４及びその周辺部を示す図（断面図）である。
セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、シール部１１ｄ−１及び保持部１１ｄ−２を有する可動シール部Ｄ１１ｄ、供給側集電キャップ１２からなる。
【００９０】
供給側集電キャップ１２は、セルチューブ３の一端部に接合している筒状の端子である。セルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を外部と電気的に接続するための端子でもある。ステンレスなどの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続する。
【００９１】
可動シール部Ｄ１１ｄは、シール部１１ｄ−１及び保持部１１ｄ−２を有し、セルチューブ３の一端部を排出側管板７に可動的に支持させるための、薄い金属板である。可動シール部Ｄ１１ｄは、薄いリング状のステンレスなどの金属の板を使用する。
【００９２】
可動シール部Ｄ１１ｄのリングの内径は、セルチューブ３の直径よりも若干小さい程度である。すなわち、図７（ａ）で示すように可動シール部Ｄ１１ｄにセルチューブ３を通した時、可動シール部Ｄ１１ｄの穴部の内周部分が、セルチューブ３を通した方向に内側に変形し、セルチューブ３の外周部と可動シール部Ｄ１１ｄの内側部分が密着する程度である。可動シール部Ｄ１１ｄは、焼きばめの手法（熱した可動シール部Ｄ１１ｄの穴に、可動シール部Ｄ１１ｄよりも低温のセルチューブ３を差込み、可動シール部Ｄ１１ｄの熱収縮で密着させる）で取り付ける。その際、可動シール部Ｄ１１ｄの内側部分であるシール部１１ｄ−１は、供給室側への熱収縮に伴うシール部１１ｄ−１の弾性力により密着し、ガスシール性を発揮する。それと同時に、保持部１１ｄ−２の弾性力により可動性、振動及び衝撃吸収性が発揮される。
【００９３】
外径は、供給側管板６のセルチューブ３を通す穴の直径よりもやや大きい程度である。すなわち、供給側管板６と可動シール部Ｄ１１ｄ保持部１１ｄ−２（可動シール部Ｄ１１ｄのシール部１１ｄ−１以外の部分）との重なり部分で、可動シール部Ｄ１１ｄを供給側管板６に適切な手法（ねじ止め、溶接、ハンダ、接着等）で取付け可能な程度である。ステンレスなどの金属を使用する。
【００９４】
可動シール部Ｄ１１ｄ（薄い金属板）は、その伸縮自在性により、セルチューブ３の長手方向に可動である他、セルチューブ３の径方向や、それらを併せた斜め方向にもある程度の範囲まで可動である。そして、セルチューブ３は、可動的に供給側管板６に支持される。
また、可動シール部Ｄ１１ｄは、それと同時に、供給室８の燃料ガス１と、供給室８の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールするためのシール部材でもある。
【００９５】
支持体Ａ１０−１及びセルチューブ３は、実施例１と同様であるので説明は省略する。ただし、図中には、燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示していない。
供給側管板６は、実施例１の図１の説明で示した供給側管板６と同一であるのでその説明は省略する。
【００９６】
では、本発明である燃料電池システムの第四の実施の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。
図１を参照して、このような構成をなす燃料電池において、供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供給口８−１から供給される。それと共に、セルチューブ３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチューブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側（上端側）から他端側（下端側）へ向かって一方向に流通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャップ（供給側集電キャップ１２など）を介して外部に取出される。
【００９７】
発電に供された燃料ガス１の内、余った燃料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチューブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送出される。
【００９８】
原則的に、図１に示すような、セルチューブ３を一端部の供給側シール部４と他端部の排出側シール部５でシールする場合には、供給側シール部４の水平方向の位置に排出側シール部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチューブ３の一端部周辺と他端部周辺との間などで温度差が生じた場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側シール部４の水平方向の位置から排出側シール部５がずれることがありうる。しかしその場合でも、供給側シール部４及び排出側シール部５の可動シール部（薄い金属板）の伸縮自在性により、その上下方向や前後左右の横方向、斜め上方又は下方位置のずれを吸収できるので、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。
【００９９】
また、支持体Ａ１０−１と支持体Ｂ１０−２との二点支持なので、一点だけの支持の場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。加えて、供給側シール部４及び排出側シール部５の可動シール部（薄い金属板）を用いているので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振動に対しても、可動シール部（薄い金属板）の緩衝性により、それらを緩和、吸収することが出来る。すなわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、損傷を受けることが無い。
【０１００】
また、ガスは、一方向に流れるだけで良いので、案内管１１２（従来の技術の項及び図７参照）を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数を減らすことが出来、コストの削減につながる。加えて、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつながる。
【０１０１】
また、ガスが一方向に流れるので、セルチューブ３の上部に設置していた排出室９を下側に設置することが可能となる。従って、セルチューブ３の本数を増加し、燃料電池システムを大型化した場合でも、従来型に比較して、セルチューブ３の上部の構造を軽量化かつ簡略化することが出来る。
【０１０２】
また、本実施例において、図７（ａ）のほかに、図７（ｂ）のような構造でも、同様の効果を得ることが可能である。図７（ｂ）は、供給側シール部４及びその周辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の一端側）、供給側管板６（の供給側シール部４近傍）、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の支持体Ａ１０−１、シール部１１ｅ−１及び保持部１１ｅ−２を有する可動シール部Ｅ１１ｅ、供給側集電キャップ１２からなる。可動シール部Ｅ１１ｅのシール部１１ｅ−１の反る方向が、可動シール部Ｄ１１ｄのシール部１１ｄ−１と逆である点が、本実施例と異なる。しかし、基本的な構成及び効果は同様である。
【０１０３】
なお、上記実施例１〜実施例４において、供給側シール部４と排出側シール部５とは、同じ型のものを使用している。しかし、図４〜図７に示すシール部の中から、供給側シール部４と排出側シール部５とが異なる組み合わせを選択することも可能である。
【０１０４】
（実施例５）
次に、本発明である燃料電池システムの第五の実施の形態に関して、図面を参照して説明する。
図１は、本発明である燃料電池システムの第五の実施の形態の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃料電池セル管としてのセルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、耐火材１０−１ａと断熱材１０−１ｂとを有する供給室８側の第一の支持体としての支持体Ａ１０−１、耐火材１０−２ａと断熱材１０−２ｂとを有する排出室９側の第二の支持体としての支持体Ｂ１０−２、第二の供給室としての酸化剤供給室１８からなる。なお、図１の構成は、図示しない断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置されている。
【０１０５】
セルチューブ３、供給側シール部４、排出側シール部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する供給室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、酸化剤供給室１８については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【０１０６】
支持体Ａ１０−１は耐火材１０−１ａ及び断熱材１０−１ｂを、支持体Ｂ１０−２は耐火材１０−２ａ及び断熱材１０−２ｂを有し、セルチューブ３を供給室８又は、排出室９の側で支持するための支持体である。それと同時に、セルチューブ３の発電側（セルチューブ３が発電を行なうセルチューブ３の両端（支持及びガスシールを行なう部分）を除いた燃料電池薄膜が形成されている部分、以下同じ）の熱を遮蔽する目的もある。容器（図示せず）内の酸化材供給室１８に設けられ、固定されている。
【０１０７】
図３を参照して、本実施例における支持体Ａ１０−１及び支持体Ｂ１０−２（以下、「支持体１０」ともいう）について、更に説明する。
図３（ａ）は、支持体１０の平面図（図１の左側（排出室９側）又は右側（供給室８側）から見た図）である。図１は断面図であるので、支持体１０が分裂しているように描かれている。しかし、支持体１０は、図３に示すように本実施例では、図３（ｂ）に示す複数の部材を一つに組み合わせて製造されたものである。
【０１０８】
また、本実施例においては、燃料電池２０は、１０本のセルチューブ３を有する燃料電池である。支持体１０は、図３（ｂ）に示す六角柱の中心に同軸の円柱の穴が開口した（ねじの無いナットのような）基本構造から成る。すなわち、基本構造を有する耐火材１０−１ａ又は耐火材１０−２ａ（以下、「耐火材１０−１ａ」ともいう）と、基本構造を有する断熱材１０−１ｂ又は断熱材１０−２ｂ（以下、「断熱材１０ｂ」ともいう）とを重ねて１つの支持体単位であるハニカムセル支持部１０ｄを構成している（図３（ｂ））。そして、それを蜂の巣状（ハニカム状）に組み合わせて１つの支持体１０を構成する。本実施例では、１０個のハニカムセル支持部１０ｄを組み合わせて、１０本のセルチューブ３が入るようにしている（図３（ａ））。そして、１０個のハニカムセル支持部１０ｄは、型崩れしないように、四角い枠であるハニカム枠１０ｆに嵌め込まれている。ハニカム枠１０ｆのうち、隙間のある部分は、耐火材と断熱材とを積層したスペーサ１０ｅで埋められている。
セル支持部１０ｃの直径は、セルチューブ３の直径よりもやや大きい程度である。すなわち、熱などによるセルチューブ３のずれ、セルチューブ３の受ける振動及び衝撃に関する予測に基づいて、セルチューブ３に無理な力がかからない大きさの直径である。
支持体１０は、酸化剤供給室１８内の、供給側管板６及び排出側管板７の近傍に固定されている。そして、セルチューブ３上の両端部の燃料電池薄膜が無い部分において、セルチューブ３を支持している。
【０１０９】
支持体Ａ１０−１及び支持体Ｂ１０−２（支持体１０）のその他に関しては、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【０１１０】
図４〜図７に示す本発明である燃料電池システムの第五の実施の形態の供給側シール部４及び排出側シール部５は、実施例１〜実施例４と同様であるので、説明は省略する。ここで、供給側シール部４及び排出側シール部５は、図４〜図７に示す全てのシール部を、全ての組み合わせにおいて選択可能である。
【０１１１】
では、本発明である燃料電池システムの第五の実施の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。
図１を参照して、このような構成をなす燃料電池において、供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供給口８−１から供給される。それと共に、セルチューブ３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチューブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側（上端側）から他端側（下端側）へ向かって一方向に流通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャップ（供給側集電キャップ１２など）を介して外部に取出される。
【０１１２】
発電に供された燃料ガス１の内、余った燃料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチューブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供された使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送出される。
【０１１３】
原則的に、図１に示すような、セルチューブ３を一端部の供給側シール部４と他端部の排出側シール部５でシールする場合には、供給側シール部４の水平方向の位置に排出側シール部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチューブ３の一端部周辺と他端部周辺との間などで温度差が生じた場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側シール部４の水平方向の位置から排出側シール部５がずれることがありうる。しかしその場合でも、可動支持体や薄い管板（金属板）により、上下、前後左右、斜め上下方向の位置のずれを吸収することが可能であるので、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。
【０１１４】
また、支持体Ａ１０−１と支持体Ｂ１０−２との二点支持なので、一点だけの支持の場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。加えて、供給側シール部４及び排出側シール部５の可動シール部を用いているので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振動に対しても、可動シール部の可動部の緩衝性により、それらを緩和、吸収することが出来る。すなわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、損傷を受けることが無い。
【０１１５】
また、ガスは、一方向に流れるだけで良いので、案内管１１２（従来の技術の項及び図７参照）を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数を減らすことが出来、コストの削減につながる。加えて、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつながる。
【０１１６】
なお、実施例１〜実施例５においては、図１の右側から左側へ、燃料ガス１が流れているが、逆方向（左側から右側へ）に流れるようにしても、本発明を実施することは可能である。そして、その効果も同等のものが得られる。
【０１１７】
また、実施例１〜実施例５においては、支持体Ａ１０−１及び支持体Ｂ１０−２は、全て、断熱材及び耐火材の組み合わせである。しかし、必ずしも両方必要ではなく、熱的な設計に基づいて、断熱材又は耐火材のいずれか一方だけで本発明を実施することは可能である。
【０１１８】
【発明の効果】
本発明により、円筒型の燃料電池のガスシール部分に負担がかからず、燃料電池にかかる力が支持部の一点に集中せず、複数点の支持部の相対的な位置がずれた場合でもセルチューブが破損しない、構造的に強い燃料電池とすることが可能となる。
【０１１９】
また、本発明により、円筒型の燃料電池において、燃料電池案内管が不要で、内部に流すガスを一方向にのみ流通させて燃料電池部品点数を削減し、コストを低減及び信頼性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である燃料電池システムの第一〜第五の実施の形態を示す構造図である。
【図２】本発明である燃料電池システムの第一〜第四の実施の形態の支持部を示す構造図である。
【図３】（ａ）本発明である燃料電池システムの第五の実施の形態の支持部を示す構造図である。
（ｂ）本発明である燃料電池システムの第五の実施の形態の支持部のハニカム支持体を示す構造図である。
【図４】（ａ）本発明である燃料電池システムの第一の実施の形態の供給側シール部を示す構造図である。
（ｂ）本発明である燃料電池システムの第一の実施の形態の他の供給側シール部を示す構造図である。
【図５】（ａ）本発明である燃料電池システムの第二の実施の形態の供給側シール部を示す構造図である。
（ｂ）本発明である燃料電池システムの第二の実施の形態の他の供給側シール部を示す構造図である。
【図６】本発明である燃料電池システムの第三の実施の形態の供給側シール部を示す構造図である。
【図７】（ａ）本発明である燃料電池システムの第四の実施の形態の供給側シール部を示す構造図である。
（ｂ）本発明である燃料電池システムの第四の実施の形態の他の供給側シール部を示す構造図である。
【図８】従来の技術の実施の形態を示す構造図である。
【図９】従来の技術の実施の形態の供給支持部及び排出支持部を示す図である。
【符号の説明】
１    燃料ガス
２    酸化剤ガス
３    セルチューブ
４    供給側シール部
５    排出側シール部
６    供給側管板
６−１  シール部
６−２  保持部
７    排出側管板
８    供給室
８−１  ガス供給口
９    排出室
９−１  ガス排出口
１０    支持体
１０−１  支持体Ａ
１０−１ａ  耐火材
１０−１ｂ  断熱材
１０−２  支持体Ｂ
１０−２ａ  耐火材
１０−２ｂ  断熱材
１０ａ  耐火材
１０ｂ  断熱材
１０ｃ  セル支持部
１０ｄ  ハニカムセル支持部
１０ｅ  スペーサ
１０ｆ  ハニカム枠
１１    可動シール部Ａ
１１ａ−１  シール部
１１ａ−２  保持部
１１    可動シール部Ｂ
１１ｂ−１  シール部
１１ｂ−２  保持部
１１    可動シール部Ｃ
１１ｃ−１  チューブ側取付部
１１ｃ−２  可動部
１１ｃ−３  管板側取付部
１１    可動シール部Ｄ
１１ｄ−１  シール部
１１ｄ−２  保持部
１１    可動シール部Ｅ
１１ｅ−１  シール部
１１ｅ−２  保持部
１２    供給側集電キャップ
１３    供給側シールリング
１４    充填材
１８    酸化剤供給室
２０    燃料電池
１１０    ヘッダ
１１０ａ  仕切板
１１０ｂ  排出室
１１０ｃ  供給室
１１０ｄ  底板
１１１    セルチューブ
１１２    案内管
１１３    集電キャップ
１１４    シールキャップ
【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】
0004616496.tif 000008
【図８】
0004616496.tif 000009
【図９】
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