(57)【要約】【課題】マニホールドの内外のガスを確実に遮断できる量産性の高い燃料電池を提供する。【解決手段】複数の固体電解質型燃料電池セル６２の一端部をマニホールド５８にそれぞれ固定してなるとともに、マニホールド５８内のガスが燃料電池セル６２内を通過する燃料電池であって、マニホールド５８が、セル支持板９０ａ１と、一面が開口した箱状のマニホールド本体９０ｂ１とを具備し、マニホールド本体９０ｂ１の開口部を形成する壁９０ｂ１上面の内側部分に、開口部を取り囲む内側環状段差部９０ｂ２を形成し、該内側環状段差部９０ｂ２にセル支持板９０ａの外周部を係合させて接合し、マニホールド本体９０ｂ１の開口部をセル支持板セル支持板９０ａ１で閉塞してなる。【選択図】図６
2005339906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の内側部分に、前記開口部を取り囲む内側環状段差部を形成し、該内側環状段差部に前記セル支持板の外周部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の外側部分に、前記開口部を取り囲む外側環状段差部を形成し、該外側環状段差部に、前記セル支持板の外周部に形成された環状凸部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部又は係合凸部を形成するとともに、前記セル支持板の係合凹部又は係合凸部を、前記マニホールド本体の係合凸部又は係合凹部に係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部を形成するとともに、前記セル支持板及びマニホールド本体の係合凹部の両者によって形成される空間内に、燃料電池の運転時に膨張する封止部材を収容し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
燃料電池の運転温度において固相状態の緻密なシール材、及び／又は熱膨張係数がマニホールド本体及びセル支持板と類似する緻密なシール材により、前記セル支持板が前記マニホールド本体の開口部に接合されていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
セル支持板は板状、又は一面が開口した箱状であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
燃料電池セルの一端部は、セル支持板の複数のセル固定孔にそれぞれ挿入固定されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項８】
セル支持板の一つのセル固定孔の対向する内壁面に、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて位置決め固定するためのセル形状に対応した凹部が所定間隔を置いて形成され、該対向する凹部間に燃料電池セルの一端部が収容固定されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項９】
マニホールドは、下面が開口した箱状のセル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条のスリットを形成し、該スリットに、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１０】
マニホールドは、セル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条の凹溝を形成し、該凹溝に、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされているとともに、前記セル支持板の凹溝に形成された貫通孔を介して、前記マニホールドからのガスが燃料電池セル内を通過することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１１】
燃料電池セルは中空平板状であることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定し、マニホールド内のガスが燃料電池セル内を通過する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
次世代エネルギーとして、近年、固体電解質型燃料電池セルをハウジング内に複数収容した燃料電池が種々提案されている。固体電解質型燃料電池セルは、例えば、酸素側電極の表面に固体電解質、燃料側電極を順次形成して構成されており、燃料側電極側に燃料（水素）を流し、酸素側電極側に空気（酸素）を流して８００〜１０００℃程度で発電される。
【０００３】
従来、固体電解質型燃料電池セルの一端部を、マニホールドの天板に形成されたセル形状の収容凹部に収納し、シール材によりガスシールした燃料電池が知られている（特許文献１参照）。また、固体電解質型燃料電池セルの一端部を、支持板に形成されたセル形状の収容凹部に収納し、この支持板をマニホールドの天板に固定した燃料電池も知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８２１０７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池のマニホールドは量産性の観点から、上面が開口した箱状のマニホールド本体に、天板を構成するセル支持板を接合して構成されることが望ましい。従って、燃料電池のマニホールドには、その内外のガスを確実に遮断するため、接合信頼性が要求される。
【０００５】
また、燃料電池のマニホールドは、高温雰囲気で、酸化、還元雰囲気に曝され、また燃料電池セルを支持するものであるため、その重量等によりマニホールド本体とセル支持板との接合部に応力が発生しやすく、セル支持板をマニホールド本体に単に接合するだけでは、接合信頼性が低く、さらなる接合信頼性が要求されていた。
【０００６】
本発明は、マニホールドの内外のガスを確実に遮断できる量産性の高い燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の内側部分に、前記開口部を取り囲む内側環状段差部を形成し、該内側環状段差部に前記セル支持板の外周部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。
【０００８】
このような燃料電池では、マニホールド本体の内側環状段差部に、セル支持板の外周部を係合させて接合したので、段差部により接合面積が増加し、接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。
【０００９】
本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の外側部分に、前記開口部を取り囲む外側環状段差部を形成し、該外側環状段差部に、前記セル支持板の外周部に形成された環状凸部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。
【００１０】
このような燃料電池では、マニホールド本体の外側環状段差部に、セル支持板の外周部に形成された環状凸部を係合させて接合したので、段差部により接合面積が増加し、接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。
【００１１】
本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部又は係合凸部を形成するとともに、前記セル支持板の係合凹部又は係合凸部を、前記マニホールド本体の係合凸部又は係合凹部に係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池では、セル支持板の係合凹部又は係合凸部を、マニホールド本体の係合凸部又は係合凹部に係合させて接合したので、接合面積が増加し接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。
【００１３】
本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部を形成するとともに、前記セル支持板及びマニホールド本体の係合凹部の両者によって形成される空間内に、燃料電池の運転時に膨張する封止部材を収容し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。
【００１４】
このような燃料電池では、燃料電池の運転時には燃料電池が高温となるため、封止部材が膨張し、セル支持板及びマニホールド本体の係合凹部の両者に強固に係合し、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。この場合、シール材を用いて接合することが望ましい。
【００１５】
また、上記したいずれの場合にも、接合する際のシール材としては、燃料電池の運転温度において固相状態の緻密なシール材、及び／又は熱膨張係数がマニホールド本体及び前記セル支持板と類似する緻密なシール材であることが望ましい。このような燃料電池では、燃料電池の運転温度において固相状態の緻密なシール材で接合することにより、セル支持板をマニホールド本体に強固に接合でき、マニホールド内を気密にすることができるとともに、燃料電池の運転中において、複数の燃料電池セルが立設したセル支持板をマニホールドに強固に接合維持できる。
【００１６】
また、熱膨張係数がマニホールド本体及びセル支持板と類似する緻密なシール材により接合することにより、室温から燃料電池の運転温度まで温度が上昇したとしても、シール材の熱膨張係数が、シール材により接合されるセル支持板及びマニホールド本体に近似しているため、接合が解除されることがなく、セル支持板をマニホールド本体に強固に接合でき、マニホールド内を気密にすることができる。特に、燃料電池の運転温度において固相状態で、かつ熱膨張係数がマニホールド本体及びセル支持板と近似する緻密なシール材が望ましい。
【００１７】
さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セルの一端部が、セル支持板の複数のセル固定孔にそれぞれ挿入固定されていることを特徴とする。また、本発明の燃料電池は、セル支持板の一つのセル固定孔の対向する内壁面に、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて位置決め固定するためのセル形状に対応した凹部が所定間隔を置いて形成され、該対向する凹部間に燃料電池セルの一端部が収容固定されていることを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明の燃料電池は、マニホールドは、下面が開口した箱状のセル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条のスリットを形成し、該スリットに、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされていることを特徴とする。このような燃料電池では、マニホールドの天板に形成された複数条のスリットは、従来のようにＮＣ旋盤のような装置を用いることなく、例えばワイヤー加工で形成でき、容易に、安価かつ短時間で複数条のスリットを形成できる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池は、マニホールドは、セル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条の凹溝を形成し、該凹溝に、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされているとともに、前記セル支持板の凹溝に形成された貫通孔を介して、前記マニホールドからのガスが燃料電池セル内を通過することを特徴とする。このような燃料電池では、例えばワイヤー加工でセル支持板に凹溝加工でき、容易に、安価かつ短時間で複数条の凹溝を形成できる。
【００２０】
さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは中空平板状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の燃料電池では、段差部等により接合面積が増加し、接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の燃料電池を図示している添付図面を参照して、更に詳述する。
【００２３】
図１及び図２を参照して説明すると、図示の燃料電池は略直方体形状のハウジング２を具備している。このハウジング２の６個の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁４、下断熱壁６、右側断熱壁８、左側断熱壁１０、前断熱壁（図示していない）及び後断熱壁（図示していない）が配設されている。ハウジング２内には発電・燃焼室１２が規定されている。
【００２４】
前断熱壁及び／又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び／又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室１２内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。
【００２５】
ハウジング２内の下端部には下部ガス室１４が配置され、上端部には上部ガス室１６が配設されている。下部ガス室１４は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１５内に規定されており、同様に上部ガス室１６も上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１７内に規定されている。ハウジング２内の左右両側部には上下方向に延在する連通ガス室１８が配設されている。かかる連通ガス室１８は横方向（図１において左右方向）寸法が比較的小さい直方体形状のケース１９内に規定されている。
【００２６】
連通ガス室１８の各々の上面には前後方向に間隔をおいて３個の連通筒２０が付設されており、かかる連通筒２０を介して連通ガス室１８の各々が上部ガス室１６の下面両側部に連通されている。連通ガス室１８の各々の下端部内側は下部ガス室１４の両側面に直接的に連結されている。
【００２７】
従って、上部ガス室１６の両側部は連通ガス室１８を介して下部ガス室１４の両側部に連通せしめられている。下部ガス室１４の上面には横方向（図１において左右方向）に間隔をおいて上方に突出する５個の中空ガス噴出板２２が配設されている。かかるガス噴出板２２の下端は下部ガス室１４内に連通せしめられており、上部にはガス噴出孔（図示していない）が形成されている。
【００２８】
ハウジング２の両側部、更に詳しくは右側断熱壁８の内側及び左側断熱壁１０の内側には、全体として平板形状である熱交換器２４が配設されている。熱交換器２４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース２６から構成されている。
【００２９】
かかるケース２６内にはその横方向中間に位置する仕切板２８が配設されており、ケース２６内は内側に位置する排出路３０と外側に位置する流入路３２とに区画されている。排出路３０内には上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３４及び３６が配置されている。更に詳述すると、排出路３０内には、その前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３４と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁３６とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路３０はジグザグ形態にせしめられている。なお、燃焼ガス排出路３０は、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。
【００３０】
同様に、流入路３２内にも上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３８及び４０、即ちその前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３８と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁４０とが交互に配置されており、かくして流入路３２もジグザグ形態にせしめられている。なお、流入路３２も、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。
【００３１】
ケース２６の内側壁の上端部には排出開口４２が形成されており、排出路３０は排出開口４２を介して発電・燃焼室１２と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器２４の各々と上記連通ガス室１８との間及び連通ガス室１８の内面にも断熱部材４４及び４６が配設されているが、かかる断熱部材４４及び４６の上端は排出開口４２の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口４２は断熱部材４４及び４６の上方に残留せしめられている空間並びに連通ガス室１８の上端に配設された３個の連通筒２０間の空間を通して発電・燃焼室１２に連通せしめられている。
【００３２】
ケース２６の上壁における外側部には流入開口４８が形成されており、流入路３２はかかる流入開口４８を介して上部ガス室１６に連通せしめられている。熱交換器２４の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図１にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体５０は外側筒部材５２と内側筒部材５４とから構成されている。排出路３０の下端部は外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路３２の下端部は内側筒部材５４内に規定されている流入路に接続されている。
【００３３】
而して、図示の燃料電池組立体における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願２００３−２９５７９０号の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願２００３−２９５７９０号の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。
【００３４】
上述した下部ガス室１４の上面上には４個の発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄが配置されている。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、夫々、上述したガス噴出板２２間に位置せしめられており、所定間隔をおいて並設され、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄにより燃料電池スタック５７を構成している。図１及び図２と共に、図５を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは前後方向（図１において紙面に垂直な方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスケース５８ａを具備している。
【００３５】
燃料ガス室５９ａを規定している燃料ガスマニホールド５８ａの上面上にはセルスタック６０ａが装着されている。セルスタック６０ａは上下方向に細長く延びる板状でかつ柱状の直立セル６２を燃料ガスマニホールド５８ａの長手方向（即ち前後方向）に複数個縦列配置して構成されている。燃料電池セル６２の配列方向と、発電ユニット５６の配列方向は直交している。セル６２の各々は、図４に明確に図示する如く、電極支持基板６４、内側電極層である燃料極層６６、固体電解質層６８、外側電極層である酸素極層７０、及びインターコネクタ７２から構成されている。
【００３６】
電極支持基板６４は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板６４にはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図示の場合は６個）の燃料ガス通路７４が形成されている。セル６２の下端部は燃料マニホールド５８ａに、後述するように、例えば耐熱性に優れたシール材によって接合されている。
【００３７】
燃料ガスマニホールド５８ａの上壁には図１において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット（図示していない）が形成されており、電極支持基板６４の各々に形成されている燃料ガス通路７４がスリットの各々に、従って燃料ガス室５９ａに連通せしめられる。
【００３８】
インターコネクタ７２は電極支持基板６４の片面（図４のセルスタック６０ａにおいて上面）上に配設されている。燃料極層６６は電極支持基板６４の他面（図４のセルスタック６０ａにおいて下面）及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。固体電解質層６８は燃料極層６６の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。酸素極層７０は、固体電解質層６８の主部上、即ち電極支持基板６４の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板板６４を挟んでインターコネクタ７２に対向して位置せしめられている。
【００３９】
セルスタック６０ａにおける隣接するセル６２間には集電部材７６が配設されており、一方のセル６２のインターコネクタ７２と他方のセル６２の酸素極層７０とを接続している。セルスタック６０ａの両端、即ち図４において上端及び下端に位置するセル６２の片面及び他面にも集電部材７６が配設されている。セルスタック６０ａの両端に位置する集電部材７６には電力取出手段（図示していない）が接続されており、かかる電力取出手段はハウジング２の前壁（図示していない）及び／又は後壁（図示していない）を通してハウジング２外に延在せしめられている。所望ならば、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々に電力取出手段を配設することに代えて、適宜の接続手段によってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを相互に直列接続し、４個のセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに関して共通の電力取出手段を配設することもできる。
【００４０】
セル６２について更に詳述すると、電極支持基板６４は燃料ガスを燃料極層６６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ７２を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。
【００４１】
燃料極層６６及び／又は固体電解質層６８との同時焼成により電極支持基板６４を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板６４を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｃ／ｃｍ以上であるのが好ましい。
【００４２】
燃料極層６６は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ２（安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。
【００４３】
固体電解質層６８は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ２から形成されている。
【００４４】
酸素極層７０は所謂ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層７０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。
【００４５】
インターコネクタ７２は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ７２は電極支持基板６４に形成された燃料ガス通路７４を通る燃料ガス及び電極支持基板６４の外側を流動する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。
【００４６】
集電部材７６は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。
【００４７】
図１乃至図３、５を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは、セルスタック６０ａの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状（或いは円筒形状）であるのが好都合である改質ケース７８ａも具備している。改質ケース７８ａの前端部側面には、改質された燃料ガスの燃料ガス送給管８０ａの一端即ち上端が接続されている。
【００４８】
燃料ガス送給管８０ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管８０ａの他端は上記燃料ガスマニホールド５８ａの前面に接続されている。改質ケース７８ａの後面には改質される被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは改質ケースから下方に延び、ハウジング２の下を通ってハウジング２外に延出されている。燃料ガス送給管８０ａ、被改質ガス供給管８２ａの内部がガス供給路とされている。
【００４９】
被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質ケース７８ａに被改質ガスが供給される。改質ケース７８ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。
【００５０】
図示の実施形態においては、改質ケース７８ａは燃料ガス送給管８０ａを介して燃料ガスマニホールド５８ａに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図５に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管８２ａの下面と燃料ガスマニホールド５８ａの後端部上面或いは後面との間に適宜の支持部材８４ａを付設することもできる。
【００５１】
発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの各々は、図１及び図２を参照することによって明確に理解されるとおり、ガス噴射板２２間にて下部ガス室１４を規定するケース１５の上面上に載置され、ボルトの如き適宜の固定手段（図示していない）によって所定位置に固定される。
【００５２】
上述したとおりの燃料電池組立体においては、被改質ガスが被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを介して改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄに供給され、改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを通して燃料ガスマニホールド５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ内に規定されている燃料ガス室５９ａ、５９ｂ、５９ｃ及び５９ｄに供給され、次いでセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに供給される。
【００５３】
一方、空気でよい酸素含有ガスは二重筒体５０の内側筒部材５４内に規定されている流入路を通して熱交換器２４の流入路３２に供給され、次いで上部ガス室１６及び連通ガス室１８を通して下部ガス室１４に供給され、そしてガス噴出板２２の噴出孔からセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに向けて噴射される。
【００５４】
セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々においては、酸素極において、
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
の電極反応が生成されて発電される。
【００５５】
発電に使用されることなくセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄから上方に流動した燃料ガス及び酸素含有ガスは、起動時に発電・燃焼室１２内に配設されている点火手段（図示していない）によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼に起因して発電・燃焼室１２内は例えば１０００℃程度の高温になる。改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄは発電・燃焼室１２内に配設され、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室１２内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。
【００５６】
発電・燃焼室１２内に生成された燃焼ガスは熱交換器２４に形成されている排出開口４２から排出路３０に流入し、ジグザグ状に延在する排出路３０を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体５０における排出路を流動する際には、二重筒体５０における流入路を酸素含有ガスが流動し、燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換が行われる。
【００５７】
そしてまた、燃焼ガスが熱交換器２４の排出路３０をジグザグ状に流動せしめられる際には、酸素含有ガスが熱交換器２４の流入路３２をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で効果的に熱交換されて酸素含有ガスが余熱される。酸素含有ガスは上部ガス室１６、連通ガス室１８及び下部ガス室１４を通る際にも発電・燃焼室１２内の高温によって加熱される。
【００５８】
長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの一部或いは全部が劣化した場合には、ハウジング２の前壁（図示していない）或いは後壁（図示していない）を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出す。
【００５９】
そして、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部におけるセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄのみを新しいものに交換して、再びハウジング２内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部をハウジング２内から取り出し、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ自体を新しいものに或いは改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。
【００６０】
改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。
【００６１】
そして、本発明の燃料電池は、例えば、図６に示すように、マニホールド５８が、セル支持板９０ａと、一面が開口した箱状のマニホールド本体９０ｂとから構成され、マニホールド本体９０ｂの開口部を形成する壁９０ｂ１上面の内側部分に、開口部を取り囲む内側環状段差部９０ｂ２を形成し、内側環状段差部９０ｂ２にセル支持板９０ａの外周部を係合させて接合し、マニホールド本体９０ｂの開口部を前記セル支持板９０ａで閉塞してなる。言い換えると、セル支持板９０ａを、開口したマニホールド本体９０ｂの内側に嵌め込んで蓋をする構造となっている。
【００６２】
セル支持板９０ａは、燃料電池セル６２の下端部を保持固定する機能を有し、セル支持板９０aがマニホールド本体９０ｂに接合され、このセル支持板９０aに燃料電池セル６２の下端部が支持固定されている。このセル支持板９０ａは下面が開口する矩形箱状であり、幅方向に複数条のスリット９０ａ１が所定間隔を置いて平行に形成され、これらのスリット９０ａ１内に複数の燃料電池セル６２の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。
【００６３】
ガスシール材としては、燃料電池の運転温度において固相状態の緻密で、かつ熱膨張係数がマニホールド本体９０ｂ及びセル支持板９０ａと近似するシール材が用いられ、このようなシール材としては、非晶質及び／又は結晶質を含むガラス材料、無機系セメントなど、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯから構成される結晶質ガラスが用いられる。本発明の燃料電池では、運転温度が７５０℃程度であるが、前記結晶質ガラスは軟化温度が７９０℃程度であり、運転温度においても固相状態を維持できる。また、本発明で用いられる燃料電池セルの熱膨張係数は、体積的に割合の大きい電極支持基板６４に支配され、１１．５×１０−６／℃であり、また、セル支持体９０ａ、マニホールド本体９０ｂは同一材料からなり、１１．７×１０−６／℃であり、シール材として用いる前記結晶質ガラスは１１×１０−６／℃であり、シール材は、熱膨張係数がマニホールド本体９０ｂ及びセル支持板９０ａと近似している。このようなガスシール材が、マニホールド本体９０ｂにセル支持板９０ａが当接する部分の界面に充填されている。
【００６４】
セル支持板９０ａは、図６（ａ）に示すように、燃料電池セル６２の幅方向端部が、スリット９０ａ１から露出した幅方向端部（スリット底面９０ａ１２）に載置されるような寸法とされ、図６（ｂ）に示すように、燃料電池セル６２の幅方向端部が、セル支持板９０aから突出しないように構成されている。また、燃料電池セル６２の平坦な側面は、スリット９０ａ１の側面９０ａ１１と所定間隔を置いて離間している。
【００６５】
このような燃料電池では、マニホールド本体９０ｂの内側環状段差部９０ｂ２に、セル支持板９０ａの外周部を係合させて接合したので、接合面積が増加して接合強度が向上するとともに、マニホールド５８内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド５８内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板９０ａをマニホールド本体９０ｂに強固に接合できるため、セル支持板９０ａに立設した燃料電池セル６２が揺動し、セル支持板９０ａとマニホールド本体９０ｂの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド５８内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。
【００６６】
また、セル支持板９０ａのスリット９０ａ１と燃料電池セル６２とを、例えばペースト状のシール材を流入させてシールする場合においては、燃料電池セル６２とスリット９０ａ１の隙間、及びセル支持板９０ａとマニホールド本体９０ｂの隙間を同時にガスシールすることができる。
【００６７】
また、図７に示すように、マニホールド５８が、セル支持板９１ａと、一面が開口した箱状のマニホールド本体９１ｂとから構成され、マニホールド本体９１ｂの開口部を形成する壁９１ｂ１上面の外側部分に、開口部を取り囲む外側環状段差部９１ｂ２を形成し、外側環状段差部９１ｂ２に、セル支持板９１ａの外周部に形成された環状凸部９１ａ２を係合させて接合し、マニホールド本体９１ｂの開口部をセル支持板９１ａで閉塞している。言い換えると、セル支持板９１ａを、開口したマニホールド本体９１ｂの外側に嵌め込んで蓋をする構造となっている。セル支持板９１ａは、燃料電池セル６２の下端部を保持固定する機能を有し、セル支持板９１ａがマニホールド本体９１ｂに接合され、このセル支持板９１ａに燃料電池セル６２の下端部が支持固定されている。このセル支持板９１ａは下面が開口する矩形箱状であり、幅方向に複数条のスリット９１ａ１が所定間隔を置いて平行に形成され、これらのスリット９１ａ１内に複数の燃料電池セル６２の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。ガスシール材は、上記と同様のものを使用できる。セル支持板９１ａは、図７（ａ）に示すように、燃料電池セル６２の幅方向端部が、スリット９１ａ１から露出した幅方向端部（スリット底面９１ａ１２）に載置されるような寸法とされ、図７（ａ）に示すように、燃料電池セル６２の幅方向端が、セル支持板９１aから突出しないように構成されている。また、燃料電池セル６２の平坦な側面は、スリット９１ａ１の側面９１ａ１１と所定間隔を置いて離間している。
【００６８】
このような燃料電池でも、上記と同様の効果を得ることができるとともに、セル支持体９１ａ１の幅を燃料電池セル６２の幅と略同一とすることができ、図６のようなマニホールド本体内にセル支持板を収容する場合と比較して、マニホールドをコンパクト化できる。
【００６９】
また、図８に示すように、セル支持板９２ａが板状であり、幅方向にセルと相似形状の複数条のセル挿入孔９２ａ１が所定間隔を置いて平行に形成されていても良い。これらのセル挿入孔９２ａ１内に複数の燃料電池セル６０の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。セル支持板９２ａは、図８（ａ）に示すように、燃料電池セル６２の平坦な側面は、セル挿入孔９２ａ１の側面９２ａ１１と所定間隔を置いて離間している。
【００７０】
このような燃料電池は、図６に示す燃料電池と同様に、マニホールド本体９２ｂの開口部を形成する壁９２ｂ１上面の内側部分に、開口部を取り囲む内側環状段差部９２ｂ２を形成し、内側環状段差部９２ｂ２にセル支持板９２ａの外周部を係合させて、上記シール材で接合し、マニホールド本体９２ｂの開口部を前記セル支持板９２ａで閉塞して構成されている。
【００７１】
このような燃料電池では、図６に示す燃料電池と略同様の作用効果を得ることができるが、さらに、セルと相似形状の複数条のセル挿入孔とすることにより、燃料電池セル６２とセル挿入孔９２ａ１間のクリアランスがほぼ同等になり、燃料電池セル、セル支持板、シール材間のわずかな熱膨張差により生じる応力分布を均一、又低減することができ、燃料電池セル、セル支持板、シール材の亀裂やクッラクの発生を防止できる。
【００７２】
また、図９に示すように、セル支持板９３ａは下面が開口する矩形箱状であり、幅方向に複数条のセル挿入孔９３ａ１が所定間隔を置いて平行に形成されていても良い。これらのセル挿入孔９３ａ１内に複数の燃料電池セル６２の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。セル支持板９３ａは、図９（ａ）に示すように、燃料電池セル６２の平坦な側面は、セル挿入孔９３ａ１の側面９３ａ１２と所定間隔を置いて離間している。
【００７３】
マニホールド本体９３ｂの開口部を形成する壁９３ｂ１上面の外側部分に、開口部を取り囲む外側環状段差部９３ｂ２を形成し、外側環状段差部９３ｂ２に、セル支持板９３ａの外周部に形成された環状凸部９３ａ２を係合させて接合し、マニホールド本体９３ｂの開口部をセル支持板９３ａで閉塞している。このような燃料電池では、図７に示す燃料電池とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、図１０に示すように、マニホールド５８が、セル支持板９４ａと、一面が開口した箱状のマニホールド本体９４ｂとからなり、セル支持板９４ａの外周部に環状の係合凸部９４ａ２を形成し、マニホールド本体９４ｂの開口部を形成する壁９４ｂ１上面に、係合凹部９４ｂ２を形成し、マニホールド本体９４ｂの壁９４ｂ１上面の係合凹部９４ｂ２に、セル支持板９４ａの係合凸部９４ａ２を係合させ接合してもよい。
【００７５】
図１１に示すように、マニホールド５８が、セル支持板９５ａと、一面が開口した箱状のマニホールド本体９５ｂとからなり、セル支持板９５ａの外周部に環状の係合凹部９５ａ２を形成し、マニホールド本体９５ｂの開口部を形成する壁９５ｂ１上面に、係合凸部９５ｂ２を形成し、マニホールド本体９５ｂの壁９５ｂ１上面の係合凸部９５ｂ２に、セル支持板９５ａの係合凹部９５ａ２を係合させ、上記シール材にて接合してもよい。
【００７６】
これらの図１０、図１１の場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、図１２に示すように、マニホールド５８が、セル支持板９６ａと、一面が開口した箱状のマニホールド本体９６ｂとからなり、セル支持板９６ａの外周部に環状の係合凹部９６ａ２を形成し、マニホールド本体９６ｂの開口部を形成する壁９６ｂ１上面に、係合凹部９６ｂ２を形成し、マニホールド本体９６ｂの壁９６ｂ１上面の係合凹部９６ｂ２と、セル支持板９６ａの係合凹部９６ａ２により形成される空間内に、燃料電池の運転時に膨張する、例えば、燃料電池の運転温度においてマニホールドの熱膨張よりも大きい材質であって、耐熱性のフェライト系ステンレスやオースとナイト系ステンレス、又は高熱膨張のセラミックス等からなる封止部材９７を収容し、凹部９６ａ２と凹部９６ｂ２により形成される空間で、封止部材９７以外の部分に、上記したシール材が充填されている。このような燃料電池でも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
さらに、図１３に示すように、マニホールド５８をセル支持板９８ａとマニホールド本体９８ｂとから構成し、セル支持板９８ａに一つのセル固定孔９８ａ１を形成し、このセル固定孔９８ａ１の対向する内壁面には、燃料電池セル６２を所定間隔をおいて位置決め固定する凹部９９が形成されている。対向する凹部９９には、燃料電池セル６２の幅方向両端部がそれぞれ収容されるように、セル形状に対応した形状とされており、凹部９９に燃料電池セル６２を収容した状態で、燃料電池セル６２間にシール材を流し込み、固定されている。セル支持板９８ａは、上記したように、マニホールド本体９８ｂに内嵌されたり、外嵌されている。
【００７９】
このような燃料電池では、セル支持板９８ａ１には一つのセル固定孔９８ａ１が形成されているため、セルを固定する孔間の隔壁がなくなるため、ＮＣ旋盤やワイヤー加工ではなく、量産性の高い鋳造法（鋳込成形）による加工が可能となる。また、セルを固定する孔間の隔壁がなくなるため、セル間にシール材を充填する場合でも、シール材の流入性がよくなり、ガスシール性を向上できる。
【００８０】
以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言するまでもない。
【００８１】
尚、セル支持板に複数条の凹溝を形成し、これらの凹溝に、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールし、セル支持板の凹溝に形成された貫通孔を介して、マニホールドからのガスが燃料電池セル内を通過するように構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。この場合、さらに、例えばワイヤー加工でセル支持板に凹溝加工でき、容易に、安価かつ短時間で複数条の凹溝を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明に従って構成された燃料電池の好適実施形態を示す断面図。
【図２】図１の燃料電池を、一部を省略して示す斜視図。
【図３】図１の燃料電池に使用されている燃料電池スタックを示す斜視図。
【図４】図３の燃料電池スタックにおけるセルスタックを示す断面図。
【図５】図３の発電ユニットを示す斜視図。
【図６】スリットを有するセル支持板をマニホールド本体に内嵌し接合する状態を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図、（ｃ）は斜視図。
【図７】スリットを有するセル支持板をマニホールド本体に外嵌し接合する状態を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図、（ｃ）は斜視図。
【図８】セル挿入孔を有するセル支持板をマニホールド本体に内嵌し接合する状態を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図、（ｃ）は斜視図。
【図９】セル挿入孔を有するセル支持板をマニホールド本体に外嵌し接合する状態を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図、（ｃ）は斜視図。
【図１０】セル支持板の係合凸部を、マニホールド本体の係合凹部に係合させ接合する状態を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図、（ｃ）は斜視図。
【図１１】セル支持板の係合凹部を、マニホールド本体の係合凸部に係合させ接合する状態を示すもので、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は分解断面図、（ｃ）は斜視図。
【図１２】セル支持板の係合凹部と、マニホールド本体の係合凹部により形成される空間内に封止部材を挿入した状態を示す断面図。
【図１３】セル支持板に一つのセル固体孔を形成した状態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００８３】
２：ハウジング
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ：燃料ガスマニホールド
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ：セルスタック
６２：燃料電池セル
９０ａ〜９８ａ：セル支持板
９０ｂ〜９８ｂ：マニホールド本体
９０ｂ２、９２ｂ２：内側環状段差部
９１ｂ２、９３ｂ２：内側環状段差部
９４ａ２、９５ｂ２：係合凸部
９４ａ１、９５ｂ１：係合凹部
９７：封止部材
９８ａ１：セル固定孔
９９：凹部
【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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