(57)【要約】【課題】カートリッジあたりのセルスタックの充填本数が増えた場合でも、集電による電流アンバランスの発生を抑制できる燃料電池の集電方法を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池セル１０５を有する複数のセルスタック１０１と、複数の前記セルスタック１０１を電気的に並列接続し、各セルスタックからそれぞれ集電する集電経路を含む集電部１０と、を有するカートリッジを備え、負荷上げ開始前の前記カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックＡから集電する任意の集電経路が、相対的に高い初期電気抵抗を有し、負荷上げ開始前の前記カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置にある別のセルスタックＢから集電する別の集電経路が、相対的に低い初期電気抵抗を有する燃料電池を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルを有する複数のセルスタックと、複数の前記セルスタックを電気的に並列接続し、各セルスタックからそれぞれ集電する集電経路を含む集電部と、を有する燃料電池カートリッジであって、
負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する任意の集電経路が、相対的に高い初期電気抵抗を有し、
負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置にある別のセルスタックから集電する別の集電経路が、相対的に低い初期電気抵抗を有する燃料電池カートリッジ。
【請求項２】
前記任意の集電経路の初期電気抵抗が、
負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時において前記任意のセルスタックおよび前記任意の集電経路の電気抵抗を合わせた任意の合計電気抵抗値と、前記別のセルスタックおよび前記別の集電経路の電気抵抗を合わせた別の合計電気抵抗値と、が揃う電気抵抗値である請求項１に記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項３】
前記集電経路は、集電対象のセルスタックに接触する集電電極を備え、
前記任意の集電電極の前記任意のセルスタックとの接触面積が、前記別の集電電極の前記別のセルスタックとの接触面積よりも小さい請求項１または請求項２に記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項４】
前記任意の集電経路の幅が、前記別の集電経路の幅よりも狭い請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項５】
前記集電経路が、集電対象の前記集電電極に接続される枝電路と、他の集電経路と合流し電線ケーブルにつながる幹電路と、から構成され、
前記任意の集電経路における前記枝電路の幅が、前記別の集電経路における前記枝電路の幅よりも狭い請求項４に記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項６】
前記集電経路が、集電対象の前記集電電極に接続される枝電路と、他の集電経路と合流して電線ケーブルにつながる幹電路と、から構成され、
前記任意の集電経路の前記枝電路の長さが、前記別の集電経路の前記枝電路の長さよりも長い請求項４または請求項５に記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項７】
前記集電経路が、集電対象の前記集電電極に接続される枝電路と、他の集電経路と合流して電線ケーブルにつながる幹電路と、から構成され、
前記集電部が、前記枝電路の幅を画定するスリットを有している請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項８】
前記任意の集電経路の枝電路を画定する前記スリットが、前記セルスタックから流れてくる電流を迂回させる形状である請求項７に記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項９】
前記任意の集電経路の厚さが、前記別の集電経路の厚さよりも薄い請求項１から請求項８のいずれかに記載の燃料電池カートリッジ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の燃料電池カートリッジを備えている燃料電池モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池モジュールを備えている燃料電池システム。
【請求項１２】
燃料電池セルを有する複数のセルスタックと、複数の前記セルスタックを電気的に並列接続し、各セルスタックからそれぞれ集電する集電経路を含む集電部と、を有する燃料電池カートリッジの製造方法であって、
負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する任意の集電経路の初期電気抵抗を相対的に高くし、
負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置にある別のセルスタックから集電する別の集電経路の初期電気抵抗を相対的に低くして、
前記集電部を形成する燃料電池カートリッジの製造方法。
【請求項１３】
燃料電池セルを有する複数のセルスタックと、複数の前記セルスタックを電気的に並列接続し、各セルスタックからそれぞれ集電する集電経路を含む集電部と、を有する燃料電池カートリッジの温度調整方法であって、
負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する任意の集電経路の初期電気抵抗を相対的に高くし、
負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置にある別のセルスタックから集電する別の集電経路の初期電気抵抗を相対的に低くして、
複数の前記セルスタックの運転時の温度を調整する燃料電池カートリッジの温度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池カートリッジ、燃料電池モジュール、燃料電池システム、燃料電池カートリッジの製造方法および燃料電池カートリッジの温度調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料極、電解質、空気極が順に配置されたセルを有しており、燃料極に燃料ガスを、空気極に酸化剤を供給することで電気化学反応によって発電させる装置である（特許文献１、２参照）。複数のセルがインターコネクタで接続されたものをセルスタックという。セルスタックは集電部材で電気的に並列接続され、カートリッジに充填されている。
【０００３】
燃料電池の一種である固体酸化物形燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）では、大型化および大容量化がすすめられており、それに伴って１つのカートリッジあたりに充填するセルスタックの本数が増加している。一般に、１つのカートリッジに充填するセルスタックの集電は並列接続（一括）で行うため、１つの集電板で集電するセルスタックの本数も増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８０６７８号公報
【特許文献２】特開平１０−２４７５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セルが低温の状態で負荷を上げる（発電を開始する）と、セルを劣化させる可能性があるため、通常は負荷上げを開始する前にセルを予熱する。しかしながら、予熱方法やセルスタックの配置などによっては負荷上げ開始前のカートリッジ内に温度分布が生じる。１つのカートリッジに充填するセルスタックの数を多くすることは、負荷上げ開始前のカートリッジ内に生じる温度分布を拡大させる要因となりうる。
【０００６】
セルの内部抵抗は温度に依存するため、温度分布があると各セルで内部抵抗に差が生じる。セルスタックを並列接続した場合には、並列接続されているセル間の電圧が同じになるように各セルに電流が分配されるため、各セルでの電流アンバランスが発生する。例えば、温度が高いセルスタックほど内部抵抗が小さくなるため、電流が流れやすい。
【０００７】
電流のアンバランスが発生すると、電流の大きなセルスタック（温度の高いセル）では発熱量が増加し、それに伴い温度が上昇する。温度が上昇すると内部抵抗は低下するため、さらにセルに流れる電流が増加する。一方、温度が低く電流の小さなセルスタックでは、発熱による発熱量の増加が少ないため温度の上昇が小さい。そのため内部抵抗の低下が小さいためセルに流れる電流の増加も小さくなる。このように、カートリッジ内部の温度分布に起因して、電流のアンバランスが増大してしまう。そのため、今後カートリッジあたりのセルスタック数が増加すると、集電による電流アンバランスが生じやすくなる可能性がある。
【０００８】
各セルでの電流のアンバランスを解消するため、特許文献１の固体高分子電解質型燃料電池では、集電板に設けられた複数の端子からの出力を独立して制御して、各セルの面内電流分布をより均一化させている。特許文献２では、セルスタックの長軸方向の複数の位置に集電手段を分散させ、各集電手段に調整を加えて、各集電手段の電流を均一化させている。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、カートリッジあたりのセルスタックの充填本数が増えた場合でも、集電による電流アンバランスの発生を抑制できる燃料電池の集電方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池カートリッジ、燃料電池モジュール、燃料電池システム、燃料電池カートリッジの製造方法および燃料電池カートリッジの温度調整方法は以下の手段を採用する。
本発明は、燃料電池セルを有する複数のセルスタックと、複数の前記セルスタックを電気的に並列接続し、各セルスタックからそれぞれ集電する集電経路を含む集電部と、を有する燃料電池カートリッジであって、負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する任意の集電経路が、相対的に高い初期電気抵抗を有し、負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置にある別のセルスタックから集電する別の集電経路が、相対的に低い初期電気抵抗を有する燃料電池カートリッジを提供する。
【００１１】
本発明は、燃料電池セルを有する複数のセルスタックと、複数の前記セルスタックを電気的に並列接続し、各セルスタックからそれぞれ集電する集電経路を含む集電部と、を有する燃料電池カートリッジの製造方法であって、負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する任意の集電経路の初期電気抵抗を相対的に高くし、負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置にある別のセルスタックから集電する別の集電経路の初期電気抵抗を相対的に低くして、前記集電部を形成する燃料電池カートリッジの製造方法を提供する。
【００１２】
本発明は、燃料電池セルを有する複数のセルスタックと、複数の前記セルスタックを電気的に並列接続し、各セルスタックからそれぞれ集電する集電経路を含む集電部と、を有する燃料電池カートリッジの温度調整方法であって、負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する任意の集電経路の初期電気抵抗を相対的に高くし、負荷上げ開始前の前記燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置にある別のセルスタックから集電する別の集電経路の初期電気抵抗を相対的に低くして、複数の前記セルスタックの運転時の温度を調整する燃料電池カートリッジの温度調整方法を提供する。
【００１３】
上記発明によれば、負荷上げ開始前の燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する集電経路の初期電気抵抗を複数のセルスタックの中で相対的に高くすることで、任意のセルスタックに電流を流しにくくし、温度上昇を抑えることができる。また、負荷上げ開始前の燃料電池カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置に設置される別のセルスタックから集電する集電経路の初期電気抵抗を相対的に低くすることで、別のセルスタックに電流を流しやすくなるため、セルスタックの温度を上昇させられる。それにより、温度が高くなりやすい位置にあるセルスタックに電力が集中することを抑制し、温度変化を生じ難くさせることができる。そのようにして温度調整することにより、燃料電池カートリッジでの温度分布の偏りの拡大を低減できる。「初期電気抵抗値」は、発電を開始する温度での電気抵抗値である。通常は発電による温度上昇を考慮して定格運転状態より低い温度となる。なお、燃料電池カートリッジ内の温度分布の傾向は負荷上げ前後で変わらないため、「初期電気抵抗値」が発電を開始する前の温度での電気抵抗値であったとしても任意の集電経路の「初期電気抵抗値」と別の集電経路の「初期電気抵抗値」との相対関係は変わらず、少なからず上記効果を得ることができる。
【００１４】
上記発明の一態様において、前記任意の集電経路の初期電気抵抗が、負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時において前記任意のセルスタックおよび前記任意の集電経路の電気抵抗を合わせた任意の合計電気抵抗値と、前記別のセルスタックおよび前記別の集電経路の電気抵抗を合わせた別の合計電気抵抗値と、が揃う電気抵抗値であることが好ましい。
【００１５】
上記発明の一態様によれば、並列接続されている複数のセルスタック間において負荷上げ初期の電気抵抗を合わせられるため、並列接続されている複数のセルスタック間において電流アンバランスを抑制できる。それにより、各セルスタック間の温度差が拡大するのを低減できる。
【００１６】
上記発明の一態様において、前記集電経路が、集電対象のセルスタックに接触する集電電極を備え、前記任意の集電電極の前記任意のセルスタックとの接触面積が、前記別の集電電極の前記別のセルスタックとの接触面積よりも小さくなるようにして集電経路の電気抵抗を調整できる。
【００１７】
集電電極の接触面積を大きくすると集電経路の電気抵抗を低くできる。集電電極の接触面積を小さくすると集電経路の電気抵抗を大きくできる。接触面積の大きさを変化させることで、集電経路の初期電気抵抗値を調整できる。
【００１８】
上記発明の一態様において、前記任意の集電経路の幅を、前記別の集電経路の幅よりも狭くしてもよい。
【００１９】
集電経路に幅の広い箇所を設けると集電経路の電気抵抗を小さくできる。集電経路に幅の狭い箇所を設けると集電経路の電気抵抗を大きくできる。
【００２０】
上記発明の一態様において、前記集電経路が、前記集電電極に接続される枝電路と、他の集電経路と合流し電線ケーブルにつながる幹電路と、から構成され、前記任意の集電経路における前記枝電路の幅が、前記別の集電経路における前記枝電路の幅よりも狭くてもよい。
【００２１】
枝電路の幅を広くすると集電経路の電気抵抗を小さくできる。枝電路の幅を狭くすると集電経路の電気抵抗を大きくできる。
【００２２】
上記発明の一態様において、前記集電経路が、前記集電電極に接続される枝電路と、他の集電経路と合流し電線ケーブルにつながる幹電路と、から構成され、前記任意の集電経路の前記枝電路の長さが、前記別の集電経路の前記枝電路の長さよりも長くてもよい。
【００２３】
枝電路の長さを短くすると集電経路の電気抵抗を小さくできる。枝電路の長さを長くすると集電経路の電気抵抗を大きくできる。
【００２４】
上記発明の一態様において、前記集電経路が、集電対象の前記集電電極に接続される枝電路と、他の集電経路と合流し電線ケーブルにつながる幹電路と、から構成され、前記集電部が、前記枝電路の幅を画定するスリットを有していてもよい。
【００２５】
枝電路の幅が広くなる位置にスリットを設けると集電経路の電気抵抗を小さくできる。枝電路の幅を狭くする位置にスリットを設けると集電経路の電気抵抗を大きくできる。
【００２６】
上記発明の一態様において、前記任意の集電経路の枝電路を画定する前記スリットが、集電対象の前記セルスタックから流れてくる電流を迂回させる形状であってもよい。
【００２７】
スリットの長さや形状を変化させて電流の流れを迂回させることで、集電経路の電気抵抗を大きくできる。
【００２８】
上記発明の一態様において、前記任意の集電経路の厚さが、前記別の集電経路の厚さよりも薄くなるようにしてもよい。
【００２９】
集電経路の厚さを厚くすると集電経路の電気抵抗を小さくできる。集電経路の厚さを薄くすると集電経路の電気抵抗を大きくできる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、電気抵抗を合わせた状態から負荷上げを実施できるため、従来と比べ、電流集中による温度差の拡大を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る燃料電池セルスタックの一態様を示す図である。
【図２】本発明に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示す図である。
【図３】実施例１に係る集電部の概略図である。
【図４】実施例２に係る集電部の上面図である。
【図５】図４のエリアＢの拡大図である。
【図６】図４のエリアＡの拡大図である。
【図７】実施例３に係る集電部の上面図である。
【図８】実施例３に係る集電部の変形例を示す図である。
【図９】実施例３に係る集電部の変形例を示す図である。
【図１０】実施例４に係る集電部の上面図である。
【図１１】実施例５に係る集電部の上面図である。
【図１２】実施例６に係る集電部の上面図である。
【図１３】実施例７に係る集電部の上面図である。
【図１４】実施例８に係る集電部の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明に係る燃料電池およびその製造方法、ならびに燃料電池の温度調整方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。本発明は、負荷上げ開始時に燃料電池カートリッジ内で温度分布がある燃料電池に適用される。
【００３３】
以下においては、説明の便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定するが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直行する水平方向に対応してもよい。
【００３４】
以下においては、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）のセルスタックとして円筒形を例として説明するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセルスタックであってもよい。
【００３５】
本発明は以降で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００３６】
酸化剤ガスとは、酸素を略１５％〜３０％含むガスである。酸化剤ガスとしては、代表的には空気が好適であるが、空気以外にも燃料排ガスと空気の混合ガスや、酸素と空気の混合ガスなどが使用されてもよい。
【００３７】
まず、図１を参照して本実施形態に係る燃料電池セルスタック（以降、セルスタック）について説明する。セルスタック１０１は、円筒形状の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１０９と固体電解質１１１と空気極１１３とが積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５の内、基体管１０３の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を有する。
【００３８】
基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、又はＹ２Ｏ３安定化ＺｒＯ２（ＹＳＺ）、又はＭｇＡｌ２Ｏ４とされる。この基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持すると共に、基体管１０３の内周面に供給される燃料ガスを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。
【００３９】
燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成され、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺが用いられる。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスに対して触媒作用を有する。この触媒作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガス、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質するものである。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。なお、燃料電池セル１０５は、この時、酸素イオンから放出される電子によって発電する。
【００４０】
固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを有するＹＳＺが主として用いられる。この固体電解質１１１は、空気極で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極に移動させるものである。
【００４１】
空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又はＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガス中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。
【００４２】
インターコネクタ１０７は、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成され、燃料ガスと酸化性ガスとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続し、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及びセルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタにより直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。
【００４３】
次に、図２を参照して本実施形態に係るＳＯＦＣモジュール及びＳＯＦＣカートリッジについて説明する。ここで、図２は、本実施形態に係るＳＯＦＣモジュールの一態様を示すものである。
【００４４】
ＳＯＦＣモジュール２０１は、図２に示すように、例えば、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３と、これら複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５とを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と複数の燃料ガス供給枝管２０７ａとを有する。またＳＯＦＣモジュール２０１は、燃料ガス排出管２０９と複数の燃料ガス排出枝管２０９ａとを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と酸化性ガス供給枝管（不図示）とを有する。また、ＳＯＦＣモジュール２０１は、酸化性ガス排出管（不図示）と複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）とを有する。
【００４５】
燃料ガス供給管２０７は、図示しない圧力容器２０５の外部に設けられＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスを供給する燃料ガス供給部に接続されると共に、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。この燃料ガス供給管２０７は、上述の燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスを、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。また、燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されると共に、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されている。この燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料ガスを複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。
【００４６】
燃料ガス排出枝管２０９ａは、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料ガス排出管２０９に接続されている。この燃料ガス排出枝管２０９ａは、ＳＯＦＣカートリッジ２０３から排出される排燃料ガスを燃料ガス排出管２０９に導くものである。また、燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、一部が圧力容器２０５の外部に配置されている。この燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される排燃料ガスを圧力容器２０５の外部に導くものである。
【００４７】
圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約３ＭＰａ、内部の温度が大気温度〜約３００℃で運用されるので、耐力性と酸化性ガス中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。
【００４８】
ここで、本実施形態においては、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず例えば、ＳＯＦＣカートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることもできる。
【００４９】
ＳＯＦＣカートリッジ２０３は、複数のセルスタック１０１と、発電室と、燃料ガス供給室２１７と、燃料ガス排出室２１９と、酸化性ガス供給室２２１と、酸化性ガス排出室２２３と、集電部１０とを有する。本実施形態においては、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造となっている。しかしながら、必ずしもこの必要はなく、例えば、セルスタックの内側と外側とを平行して流れる、または酸化性ガスがセルスタックの長手方向と直交する方向へ流れるようにしても良い。
【００５０】
発電室は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置され、燃料ガスと酸化性ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。発電室のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度は、燃料電池モジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気となる。
【００５１】
燃料ガス供給室２１７は、図示しない燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。燃料ガス供給室２１７には、セルスタック１０１の一方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス供給室２１７に対して開放して配置されている。この燃料ガス供給室２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから図示しない燃料ガス供給孔を介して供給される燃料ガスを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させるものである。
【００５２】
燃料ガス排出室２１９は、図示しない燃料ガス排出孔によって、燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。燃料ガス排出室２１９には、セルスタック１０１の他方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス排出室２１９に対して開放して配置されている。この燃料ガス排出室２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出室２１９に供給される排燃料ガスを集約して、図示しない燃料ガス排出孔を介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くものである。
【００５３】
ＳＯＦＣモジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスを酸化性ガス供給枝管へと分岐して、複数のＳＯＦＣカートリッジ２０３へ供給する。酸化性ガス供給室２２１は、図示しない酸化性ガス供給孔によって、酸化性ガス供給枝管と連通されている。この酸化性ガス供給室２２１は、図示しない酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔を介して供給される所定流量の酸化性ガスを、発電室に導くものである。
【００５４】
酸化性ガス排出室２２３は、図示しない酸化性ガス排出孔によって、図示しない酸化性ガス排出枝管と連通されている。この酸化性ガス排出室２２３は、発電室から、酸化性ガス排出室２２３に供給される排酸化性ガスを、酸化性ガス排出孔を介して図示しない酸化性ガス排出枝管に導くものである。
【００５５】
ＳＯＦＣカートリッジ２０３において、複数のセルスタック１０１は、上下方向を長手方向として、互いに略平行に並べられている。複数のセルスタックは、支持部材によってそれぞれ気密に支持されている。支持部材は、燃料電池セルスタックを挟んで上と、下とにそれぞれ配置されている。上部にある支持部材は、燃料ガス供給室２１７と酸化性ガス排出室２２３とを隔離するものである。下部にある支持部材は、燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１とを隔離するものである。支持部材は、インコネルなどの高温耐久性のある金属材料から成る。
【００５６】
本実施形態によれば、上述したＳＯＦＣカートリッジ２０３の構造により、燃料ガスと酸化性ガスとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れるものとなっている。このことにより、排酸化性ガスは、基体管１０３の内部を通って発電室に供給される燃料ガスとの間で熱交換がなされ、金属材料から成る上部の支持部材等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室２２３に供給される。また、燃料ガスは、発電室から排出される排酸化性ガスとの熱交換により昇温され、発電室に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスを発電室に供給することができる。
【００５７】
集電部は、セルスタック１０１の上端側および下端側にそれぞれ配置され、複数のセルスタック１０１を電気的に並列接続する。集電部は、セルスタック１０１の数に応じた複数の集電経路を含む。「集電経路」とは、任意のセルスタックで生じた電流が電線ケーブルに達するまでに集電部内で通る路である。集電部には、各集電経路で集電された電流が集約される電線ケーブルが接続されている。集電部の構成については、後で詳しく説明する。
【００５８】
各集電経路は、それぞれ負荷上げ開始前のカートリッジ内の温度分布に応じて設定された初期電気抵抗値（Ｒｉ）を有する。負荷上げ開始前のカートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置される任意のセルスタックから集電する任意の集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉｈ）は相対的に高い。負荷上げ開始前のカートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置に設置される別のセルスタックから集電する別の集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉｌ）は相対的に低い。
【００５９】
「初期電気抵抗値（Ｒｉ）」とは、好ましくは発電を開始する温度での電気抵抗値である。通常は発電による温度上昇を考慮して定格運転状態より低い温度となる。。負荷上げ開始前のカートリッジ内の温度分布は、事前に情報を取得してセルスタックの配置と相関させておくとよい。「負荷上げ開始前」とは、カートリッジ内に温度分布が生じている所定のタイミングであり、負荷上げ開始の直前であることが好ましい。
【００６０】
各集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時におけるセルスタックと集電経路の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が、それぞれ並列接続される範囲の中で揃うような値に設定されるとよい。例えば、負荷上げ開始の直前のタイミングにおいて、セルスタックＡが電気抵抗値（ＲｓＡ）、セルスタックＡから集電する集電経路Ａの電気抵抗値が（ＲｃＡ）、セルスタックＢが電気抵抗値（ＲｓＢ）、セルスタックＢから集電する集電経路Ｂの電気抵抗値が（ＲｃＢ）とした場合、セルスタックＡと集電経路Ａの合計電気抵抗値（ＲｓＡ＋ＲｃＡ）と、セルスタックＢと集電経路Ｂの合計電気抵抗値（ＲｓＢ＋ＲｃＢ）とが揃うように、集電経路の初期電気抵抗値（ＲｉＡおよびＲｉＢ）をそれぞれ設定する。「合計電気抵抗値を揃える」は、任意の合計電気抵抗値（ＲｓＡ＋ＲｃＡ）と別の合計電気抵抗値（ＲｓＢ＋ＲｃＢ）とを同じ値にできることが好ましいが、厳密に同じでなくてもよく、所定のずれを許容する。
【００６１】
集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、集電対象のセルスタックとの接触面積、集電経路の幅、長さおよび厚さにより所望の値に調整できる。集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、集電経路のセルスタックとの接触面積、集電経路の幅、集電経路の長さまたは集電経路の厚さのいずれか１つを用いて調整されてもよいし、それらを適宜組み合わせて調整されてもよい。
【００６２】
発電室で発電された直流電力は、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、ＳＯＦＣカートリッジ２０３の電線ケーブルに集電部を介して集電して、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部へと取り出される。前記電線ケーブルによってＳＯＦＣカートリッジ２０３の外部に導出された電力は、各ＳＯＦＣカートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、ＳＯＦＣモジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力へと変換されて、電力負荷へと供給される。
【００６３】
カートリッジ内の相対的に温度が高くなる位置に設置されるセルスタックから集電する集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）を高くすると、セルスタックの温度が他のセルスタックよりも高くなった場合であっても、集電経路に流れる電流量を他の集電経路に合わせることができる。一方、カートリッジ内の相対的に温度が低くなる位置に設置されるセルスタックから集電する集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）を低くすると、集電経路に電流を流れやすくできる。本実施形態によれば、負荷上げ初期に、集電経路に流れる電流量を他の集電経路に合わせることで、各セルスタック間での電流アンバランスの発生を低減させ、負荷上げ時に生じる各セルスタック間の温度差の広がりを抑えられる。
【００６４】
本実施形態によれば、負荷上げ開始前のカートリッジ内の温度分布を想定し、想定された温度分布に応じて、そこに配置されるセルスタックに接続する集電経路の初期電気抵抗を異ならせることで、負荷上げ後のカートリッジ内の温度を調整できる。
【００６５】
次に、図を参照して集電部の具体的な態様（実施例）を説明する。実施例で挙げられる図では、簡略化のためセルスタック、集電部および電線ケーブル以外の構成は省略した。集電部はセルスタックの上端側および下端側にそれぞれ設けられ、複数のセルスタックを電気的に並列接続しているものとする。
【００６６】
すべての実施例において、予熱などの影響により、負荷上げ開始前のカートリッジ内では温度分布がある。紙面上で横並びにされた複数のセルスタックは、列の両端が相対的に温度は低くなり、内側にずれるほど相対的に温度が高くなるよう配置されている。実施例では、負荷上げ開始前のカートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置されたセルスタックと該セルスタックから集電する集電経路をそれぞれセルスタックＡ、集電経路Ａと呼ぶ。また、負荷上げ開始前のカートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置に設置されたセルスタックと該セルスタックから集電する集電経路をそれぞれセルスタックＢ、集電経路Ｂと呼ぶ。
【００６７】
〔実施例１〕
図３に実施例１の集電部を示す。集電部１０は、金属製の集電板１２、および該集電板１２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極１３で構成されている。集電板１２の端部には電線ケーブルが接続されている。本実施例では、集電対象のセルスタックに接続された集電電極１３と、該集電電極１３を介して流れてくる電流が電線ケーブル１１に達するまでに通る集電板内の路とが集電経路となる。
【００６８】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、集電電極の本数を変えることで所望の値に調整されている。初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、並列接続される範囲で負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時における各セルスタックと集電部の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が揃う値にするとよい。本実施例では、セルスタックＡに接続される集電電極１３の本数は、セルスタックＢに接続される集電電極１３の本数よりも少ない。同じ形状の集電電極を用いていれば、セルスタックＡに接続された集電経路Ａの初期電気抵抗値（ＲｉＡ）は、セルスタックＢに接続された集電経路Ｂの初期電気抵抗値（ＲｉＢ）よりも大きくなる。
【００６９】
なお、本実施例ではセルスタック１０１の上端側および下端側に接続されている集電電極の数は同じであるが、上端側と下端側とで集電電極の本数が異なっていてもよい。
【００７０】
〔実施例２〕
図４〜図６に実施例２の集電部を示す。図４は、複数のセルスタックを電気的に並列接続した集電部の上面図である。図５は、図４のエリアＢの部分拡大図である。図６は、図４のエリアＡの部分拡大図である。エリアＡにはセルスタックＡが設置され、エリアＢにはセルスタックＢが設置されている。
【００７１】
集電部２０は、金属製の集電板２２、および該集電板２２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極２３で構成されている。集電板２２には図示されない電線ケーブルが接続されている。
【００７２】
集電板２２には、セルスタックの端部が挿入される複数の孔２４が形成されている。孔２４の内周には、集電板２２がセルスタックに接触できるよう集電電極２３（爪部）が設けられている。爪部は、端部でセルスタック１０１と接触する形状でもよいが、本実施例では、面でセルスタック１０１と接触する形状とした。具体的には、爪部の少なくとも一部はセルスタックの長手方向を向くよう曲げられている。本実施例では集電板２２に孔２４を加工する際、孔の内側に爪部が残るような形状で集電板を打ち抜いて集電電極を形成する。集電電極は、集電板にセルスタックの外径に合わせた形状の孔を形成した後、孔の縁に別途設けてもよい。
【００７３】
本実施例では、集電対象のセルスタックに接続された集電電極２３と、該集電電極２３を介して流れてくる電流が電線ケーブルに達するまでに通る集電板内の路と、が集電経路となる。
【００７４】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、集電対象のセルスタックに接触する集電電極２３の数を変えることで所望の値に調整されている。また、本実施例では、集電電極が集電対象のセルスタックに接触する面積を変えることで所望の値に調整され得る。接触面積は、集電電極２３の数、形状、幅、長さなどを変えることで調節できる。セルスタックＡに接触する集電電極２３の数は、セルスタックＢに接続される集電電極２３の本数よりも少ない。同じ形状の集電電極を用いていれば、セルスタックＡに接続された集電経路Ａの初期電気抵抗値（ＲｉＡ）は、セルスタックＢに接続された集電経路Ｂの初期電気抵抗値（ＲｉＢ）よりも大きくなる。
【００７５】
〔実施例３〕
図７に実施例３の集電部を示す。図７は、複数のセルスタックを電気的に並列接続した集電部の上面図である。集電部３０は、金属製の集電板３２、および該集電板３２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極３３で構成されている。集電板３２の両端部には電線ケーブル３１が接続されている。
【００７６】
集電板３２は、長細い幹部３５と、幹部３５の長軸を中心として両側に分岐した枝部３６とを有している。枝部３６の先端には、それぞれセルスタックが挿入される孔３４が形成されている。孔３４の内周には、実施例２と同様に集電電極３３（爪部）が設けられている。各セルスタックに接触する集電電極３３の数は、セルスタックの位置によらず同じである。
【００７７】
幹部３５は、各セルスタックから流れてくる電流が合流する幹電路である。枝部３６は、集電対象となるセルスタック１０１からの電流だけが流れる枝電路である。本実施例において、集電経路は、集電対象のセルスタック１０１に接触する集電電極３３と、該集電電極３３につながっている枝電路と、該枝電路につながっている幹電路とから構成されている。よって、集電経路の電気抵抗は、集電対象のセルスタックに対応する集電電極３３、枝電路、および幹電路の電気抵抗を合わせたものとなる。
【００７８】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、幹電路の幅、枝電路の幅および枝電路の長さを変えることで所望の値に調整されている。集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、枝電路の幅、枝電路の長さ、幹電路の幅を単独で変えて調整してもよいし、それぞれ組み合わせて所望の値としてもよい。初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、並列接続される範囲で負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時における各セルスタックと集電部の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が揃う値にするとよい。
【００７９】
図７では、幹部３５の両端から長手方向中央に向けて幹電路の幅が段階的に狭くなる。図７では、幹部３５の長手方向中央で分岐される枝電路の幅が最も狭く、幹部３５の端部側にある枝電路ほど幅が広くなる。また、図７では、幹部３５の長手方向中央で分岐される枝電路の長さが最も長く、幹部３５の端部側にある枝電路ほど短くなる。
【００８０】
集電対象のセルスタック１０１からの電流は、集電電極３３を介して枝電路へと流れ、幹電路を通り電線ケーブル３１に集約される。幅の狭い枝電路では電気抵抗が高くなり、電流が流れにくい。幅の広い枝電路では電気抵抗が低くなり、電流が流れやすい。また、長さが長い枝電路では電気抵抗が高くなり、電流が流れにくい。長さが短い枝電路では電気抵抗が低くなり、電流が流れやすい。幅の狭い幹電路では電気抵抗が高くなり、電流が流れにくい。幅の広い幹電路では電気抵抗が低くなり、電流が流れやすい。
【００８１】
なお、図７では集電部３０を平面的に記載したが、セルスタックが密集し、各セルスタック間で十分な電気抵抗差を生じさせる距離が確保できない場合には、集電板３２を折り曲げる等して距離を確保する。例えば、１つのカートリッジに３００本〜５００本程度のセルスタックを充填して並列集電する場合には、横断面がコの字またはＵの字になるよう幹部を立体的に加工し、枝部を外側に屈曲させる（図８）。
また、図９に示すように、複数の幹部が梯子状に接続された構造であってもよい。
【００８２】
〔実施例４〕
図１０に実施例４の集電部を示す。図１０は、複数のセルスタックを電気的に並列接続した集電部の上面図である。集電部４０は、金属製の集電板４２、および該集電板４２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極４３で構成されている。
【００８３】
集電板４２は、長細い幹部４５と、幹部４５の長軸を中心として両側にツリー状に分岐した枝部４６とを有している。集電部４０の片端（根部）には電線ケーブル４１が接続されている。集電部４０の別の端部（頂部）は、カートリッジの長手方向中央付近に配置される。頂部にある枝部４６は二股に分かれている。枝部４６の先端には、それぞれセルスタックが挿入される孔４４が形成されている。孔４４の内周には、実施例２と同様に集電電極４３（爪部）が設けられている。本実施例では、各セルスタックに接触する集電電極４３の数、および各集電経路の枝電路の幅は、セルスタックの位置によらず同じである。
【００８４】
本実施例において、集電経路は、集電対象のセルスタック１０１に接触する集電電極４３と、該集電電極４３につながっている枝電路と、該枝電路につながっている幹電路とから構成されている。
【００８５】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、幹電路の幅および枝電路の長さを変えることで所望の値に調整されている。初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、並列接続される範囲で負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時における各セルスタックと集電部の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が揃う値にするとよい。
【００８６】
図１０の集電部４０はツリー状に枝部４６を分岐させるため、複数のセルスタックを幹部の両側に平行に並べた場合、頂部に近い側にあるほど枝部の長さが長くなる。本実施例の集電部４０は、実施例３の集電部３０と比較して枝電路の長さの差を出しやすい。
【００８７】
〔実施例５〕
図１１に実施例５の集電部を示す。図１１は、複数のセルスタックを電気的に並列接続した集電部５０の上面図である。集電部５０は、金属製の略長方形の集電板５２、および該集電板５２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極５３で構成されている。集電板５２の両端（短辺側）には電線ケーブル５１が接続されている。
【００８８】
集電板５２は、セルスタックの端部が挿入される複数の孔５４を有している。孔５４の内周には、実施例２と同様に集電電極５３（爪部）が設けられている。負荷上げ開始前に、カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置にある孔５４の周りには、孔５４の外周に沿うよう、孔５４と距離をあけてスリット５７が形成されている。スリット５７は、集電板５２を貫通し、スリット５７と孔５４との間で枝部５６（枝電路）を画定する。枝電路は、集電対象となるセルスタックからの電流だけが流れる枝電路である。枝電路は、電気的に幹電路とつながっている。
【００８９】
本実施例において、集電経路は、集電対象のセルスタック１０１に接触する集電電極５３と、該集電電極５３につながっている枝電路と、該枝電路につながっている幹電路とから構成されている。
【００９０】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、枝電路の長さを変えることで所望の値に調整されている。本実施例では、各セルスタックに接触する集電電極４３の数、および各集電経路の枝電路の幅は、セルスタックの位置によらず同じである。初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、並列接続される範囲で負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時における各セルスタックと集電部の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が揃う値にするとよい。
【００９１】
枝電路の幅（孔とスリットとの距離）は、幹電路よりも狭い。図１１では、各孔周りにおいて、スリット５７と孔５４との距離は一定である。スリット５７の長さは、負荷上げ開始前の温度が高い位置にある孔周りほど長い。スリット５７の長さを長くすると、枝電路の長さも長くなる。図１１においてスリット５７は、孔周りで２か所に分かれて形成されており、電流は２つのスリットの間を通って幹電路へと流れる。２つのスリットの間は幹電路の入口５５となる。幹電路の入口５５の幅は、スリット５７の長さに応じて異なる。スリット５７の長さが長いと、幹電路の入口５５の幅は狭くなる。
【００９２】
枝電路の幅が一定であれば、枝電路の長さが長いほど、集電経路の電気抵抗は高くなり、電流が流れにくくなる。枝電路の長さを短くすると、集電経路の電気抵抗は低くなり、電流が流れやすくなる。
【００９３】
〔実施例６〕
図１２に実施例６の集電部を示す。図１２は、複数のセルスタックを電気的に並列接続した集電部６０の上面図である。集電部６０は、金属製の略長方形の集電板６２、および該集電板６２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極６３で構成されている。集電板６２の両端（短辺側）には電線ケーブル６１が接続されている。
【００９４】
集電板６２は、セルスタックの端部が挿入される複数の孔６４を有している。孔６４の内周には、実施例２と同様に集電電極６３（爪部）が設けられている。負荷上げ開始前に、カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置にある孔６４の周りには、孔６４の外周に沿うよう、孔６４と距離をあけてスリット６７が形成されている。スリット６７は、集電板６２を貫通し、スリット６７と孔６４との間で枝部６６（枝電路）を画定する。枝電路は、集電対象となるセルスタックからの電流だけが流れる枝電路である。枝電路は、電気的に幹電路とつながっている。
【００９５】
本実施例において、集電経路は、集電対象のセルスタック１０１に接触する集電電極６３と、該集電電極６３につながっている枝電路と、該枝電路につながっている幹電路とから構成されている。
【００９６】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、枝電路の幅を変えることで所望の値に調整されている。枝電路の幅は、スリット６７の幅を調節することにより変えられる。枝電路の幅を狭くする場合には、スリット６７の幅を孔側に広げる。本実施例では、各セルスタックに接触する集電電極６３の数および幹電路の入口６５の幅は、セルスタックの位置によらず一定である。初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、並列接続される範囲で負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時における各セルスタックと集電部の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が揃う値にするとよい。
【００９７】
枝電路の幅（孔とスリットとの距離）は、幹電路よりも狭い。図１１では、各孔周りにおいて、スリット５７と孔５４との距離は一定である。スリット５７の長さは、負荷上げ開始前の温度が高い位置にある孔周りほど長い。スリット５７の長さを長くすると、枝電路の長さも長くなる。図１１においてスリット５７は、孔周りで２か所に分かれて形成されており、電流は２つのスリットの間を通って幹電路へと流れる。２つのスリットの間は幹電路への入口５５となる。幹電路の入口５５の幅は、スリット５７の長さに応じて異なる。スリット５７の長さが長いと、幹電路の入口５５の幅は狭くなる。
【００９８】
枝電路の長さが一定であれば、枝電路の幅を狭くするほど、集電経路の電気抵抗は高くなり、電流が流れにくくなる。枝電路の幅を広くすると、集電経路の電気抵抗は低くなり、電流が流れやすくなる。
【００９９】
〔実施例７〕
図１３に実施例７の集電部を示す。図１３は、複数のセルスタックを電気的に並列接続した集電部７０の上面図である。集電部７０は、金属製の細長い集電板７２、および該集電板７２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極７３で構成されている。集電板７２の両端（短辺側）には電線ケーブル７１が接続されている。
【０１００】
集電板７２は、セルスタックの端部が挿入される複数の孔７４を有している。孔７４の内周には、実施例２と同様に集電電極７３（爪部）が設けられている。負荷上げ開始前に、カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置にある孔７４の周りには、孔７４と距離をあけてスリット７７が形成されている。スリット７７は、集電板７２を貫通し、スリット７７と孔７４との間で枝部７６（枝電路）を画定する。本実施例では、集電対象のセルスタックから流れてくる電流を迂回させるようスリットを設ける。枝電路は、集電対象となるセルスタックからの電流だけが流れる枝電路である。枝電路は、電気的に幹電路とつながっている。幹電路は、枝電路の端部から電線ケーブルまでに電流が通る路である。
【０１０１】
本実施例において、集電経路は、集電対象のセルスタック１０１に接触する集電電極７３と、該集電電極７３につながっている枝電路と、該枝電路につながっている幹電路とから構成されている。
【０１０２】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、枝電路の長さを変えることで所望の値に調整されている。初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、並列接続される範囲で負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時における各セルスタックと集電部の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が揃う値にするとよい。図１３では、所望の長さの枝電路が形成されるよう、孔７４を中心として渦を巻くようにスリット７７が形成されている。本実施例では、各セルスタックに接触する集電電極７３の数および枝電路の幅は、セルスタックの位置によらず一定である。枝電路の長さは、負荷上げ開始前の温度が高い位置にある孔周りほど長い。
【０１０３】
〔実施例８〕
図１４に実施例８の集電部を示す。集電部８０は、金属製の集電板８２、および該集電板８２と各セルスタック１０１とをそれぞれ電気的に接続する集電電極８３で構成されている。集電板８２の端部には電線ケーブル８１が接続されている。本実施例では、集電対象のセルスタックに接続された集電電極８３と、該集電電極８３を介して流れてくる電流が電線ケーブル８１に達するまでに通る集電板内の路とが集電経路となる。
【０１０４】
本実施例において、集電経路の初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、集電板８２の厚さを変えることで所望の値に調整されている。例えば、電線ケーブルが接続される箇所の集電板の板厚は、セルスタックＡが接続される箇所の集電板の板厚の２倍以上とする。
【０１０５】
初期電気抵抗値（Ｒｉ）は、並列接続される範囲で負荷上げ開始前の所定のタイミングまたは負荷上げ開始時における各セルスタックと集電部の合計電気抵抗（Ｒｓ＋Ｒｃ）が揃う値にするとよい。集電板８２の厚さは、薄い板を複数枚重ねるなどして変えることができる。本実施例では、各セルスタックに接触する集電電極８３の数は、セルスタックの位置によらず一定である。本実施例では、負荷上げ開始前に、カートリッジ内で温度が相対的に高くなる位置に設置されるセルスタックＡに接続される箇所の集電板の厚さは、カートリッジ内で温度が相対的に低くなる位置に設置されるセルスタックＢに接続される箇所の集電板の厚さよりも薄い。集電板の板厚を変えることで、セルスタックＡに接続された集電経路Ａの初期電気抵抗値（ＲｉＡ）は、セルスタックＢに接続された集電経路Ｂの初期電気抵抗値（ＲｉＢ）よりも大きくなる。
【０１０６】
本実施形態によれば、負荷上げ開始前のカートリッジ内の温度分布を想定し、想定された温度分布に応じて、そこに配置されるセルスタックに接続する集電経路の電気抵抗を変えることで、カートリッジ内の温度を調整できる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０  集電部
１１，３１，４１，５１，６１，７１，８１  電線ケーブル
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２  集電板
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３  集電電極
２４，３４，４４，５４，６４，７４  孔
３５，４５  幹部
３６，４６，５６，６６，７６  枝部
５５，６５  幹電路の入口
５７，６７，７７  スリット
１０１  セルスタック
１０３  基体管
１０５  燃料電池セル
１０７  インターコネクタ
１０９  燃料極
１１１  固体電解質
１１３  空気極
１１５  リード膜
２０１  燃料電池モジュール（ＳＯＦＣモジュール）
２０３  燃料電池カートリッジ（ＳＯＦＣカートリッジ）
２０５  圧力容器
２０７  燃料ガス供給管
２０７ａ  燃料ガス供給枝管
２０９  燃料ガス排出管
２０９ａ  燃料ガス排出枝管
２１７  燃料ガス供給室
２１９  燃料ガス排出室
２２１  酸化性ガス供給室
２２３  酸化性ガス排出室
【図１】
2016095945.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】
2016095945.tif 000009
【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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