(57)【要約】【課題】複数の電池セルユニットを直列に接続した構造であって、故障が発生しにくいセルスタックこれを有する燃料電池モジュール及びセルスタック製造方法を提供する。【解決手段】円筒の基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極が積層され、基体管の軸方向に複数の電池セルが形成された複数の電池セルユニットと、電池セルユニットの基体管の軸方向の端部と、隣接する電池セルユニットの端部とを接続する接続機構と、を有し、接続機構は、電池セルユニットの円筒形状と対面する円筒部及び円筒部の表面に形成された径方向に凸形状となる凸部を有する接続冶具と、接続冶具の円筒部とセルユニットとの間に塗布され、接続冶具とセルユニットとを接合する接着層と、を有する。【選択図】図５
2016146271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒の基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極が積層され、前記基体管の軸方向に複数の電池セルが形成された複数の電池セルユニットと、
前記電池セルユニットの前記基体管の軸方向の端部と、隣接する前記電池セルユニットの端部とを接続する接続機構と、を有し、
前記接続機構は、前記電池セルユニットの円筒形状と対面する円筒部及び前記円筒部の表面に形成された径方向に凸形状となる凸部を有する接続冶具と、前記接続冶具の円筒部と前記電池セルユニットとの間に塗布され、前記接続冶具と前記電池セルユニットとを接合する接着層と、を有することを特徴とするセルスタック。
【請求項２】
前記接続冶具は、軸方向において、前記円筒部の端部から前記凸部までの距離ｄと前記基体管の厚みｗとの関係が、３≦ｄ／ｗ≦９であることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック。
【請求項３】
前記接続冶具の径方向外側の端部の全面を覆い、前記接続冶具を挟んで配置された２つの電池セルユニットを電気的に接続する接続部空気極をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のセルスタック。
【請求項４】
前記接続部空気極は、一方の電池セルユニットの電解質と接し、他方の電池セルユニットのインターコネクタと接することを特徴とする請求項３に記載のセルスタック。
【請求項５】
前記電池セルユニットは、前記基体管の軸方向の端面にインターコネクタと同じ材料の層が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセルスタック。
【請求項６】
前記接続冶具は、前記円筒部が前記電池セルユニットの前記基体管よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のセルスタック。
【請求項７】
前記接続冶具は、前記円筒部が前記電池セルユニットの前記基体管よりも内側に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のセルスタック。
【請求項８】
前記電池セルユニットは、前記基体管と前記円筒部との間にインターコネクタと同じ材料の層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のセルスタック。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のセルスタックが並列に複数配置されているセル集合体と、
前記セル集合体を収納する容器と、
前記セルスタックの前記電池セルユニットの内部に燃料ガスを供給する燃料供給主装置と、
前記セルスタックの外に酸化剤を供給する酸化剤供給主装置と、を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項１０】
円筒の基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタが積層された積層体を複数製造するステップと、
前記積層体の端部に接着剤を付着させるステップと、
前記接着剤が塗布された前記積層体の端部を、円筒部及び前記円筒部の表面に形成された径方向に凸形状となる凸部を有する接続冶具の円筒部に挿入し、前記凸部と接触させるステップと、
前記積層体及び前記接続冶具の外周に空気極層スラリーを塗布し、焼成するステップと、を有することを特徴とするセルスタック製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタックこれを有する燃料電池モジュール及びセルスタック製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに搭載された燃料電池モジュールは、燃料電池セルの集合体であるセルスタックを複数備えている。セルスタックは、１本に多数の燃料電池セルを配置し、直列で接続することで、出力する電圧を高くすることができる。
【０００３】
ここで、特許文献１、２には、基体管の表面に燃料電池セルが設けられた電池セルユニットを直列に複数接続する構造が提案されている。特許文献１には、基体管の内側に配置した、基体管の内径よりも小さな外径の筒状の接合部材と、接合部材と基体管との間に基体管と同じ固体粒子を有する接着部材を設け、２つの基体管を接続する構造が記載されている。特許文献２には、単位セル（電池セルユニット）と、単位セルの中空部を貫通して単位セルを長手方向に接続する支持部材とを備える構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４３１８８号公報
【特許文献２】特開平９−１５３３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置は、接合部材と接着剤で２つの電池セルユニットを接続し、特許文献２に記載の装置は、支持部材にねじ溝を形成、支持部材を中空の内壁の溝にねじ込むことで、２つの電池セルユニットを接続している。
【０００６】
特許文献１に記載の構造では、２つの電池セルユニットに対して接合部材がずれる恐れがある。接合部材の位置がずれると、接合部材と電池セルユニットとの間に隙間ができて、故障の原因になる恐れがある。また、特許文献２に記載の構造では、接続部分が故障の原因になる恐れがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、複数の電池セルユニットを直列に接続した構造であって、故障が発生しにくいセルスタックこれを有する燃料電池モジュール及びセルスタック製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のセルスタックは、円筒の基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極が積層され、前記基体管の軸方向に複数の電池セルが形成された複数の電池セルユニットと、前記電池セルユニットの前記基体管の軸方向の端部と、隣接する前記電池セルユニットの端部とを接続する接続機構と、を有し、前記接続機構は、前記電池セルユニットの円筒形状と対面する円筒部及び前記円筒部の表面に形成された径方向に凸形状となる凸部を有する接続冶具と、前記接続冶具の円筒部と前記電池セルユニットとの間に塗布され、前記接続冶具と前記電池セルユニットとを接合する接着層と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、前記接続冶具は、軸方向において、前記円筒部の端部から前記凸部までの距離ｄと前記基体管の厚みｗとの関係が、３≦ｄ／ｗ≦９であることが好ましい。
【００１０】
また、前記接続冶具の径方向外側の端部の全面を覆い、前記接続冶具を挟んで配置された２つの電池セルユニットを電気的に接続する接続部空気極をさらに有することが好ましい。
【００１１】
また、前記接続部空気極は、一方の電池セルユニットの電解質と接し、他方の電池セルユニットのインターコネクタと接することが好ましい。
【００１２】
また、前記電池セルユニットは、前記基体管の軸方向の端面にインターコネクタと同じ材料の層が形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記接続冶具は、前記円筒部が前記電池セルユニットの前記基体管よりも外側に配置されていることが好ましい。
【００１４】
また、前記接続冶具は、前記円筒部が前記電池セルユニットの前記基体管よりも内側に配置されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記電池セルユニットは、前記基体管と前記円筒部との間にインターコネクタと同じ材料の層が形成されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の燃料電池モジュールは、上記のいずれかに記載のセルスタックが並列に複数配置されているセル集合体と、前記セル集合体を収納する容器と、前記セルスタックの前記電池セルユニットの内部に燃料ガスを供給する燃料供給主装置と、前記セルスタックの外に酸化剤を供給する酸化剤供給主装置と、を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明のセルスタック製造方法は、円筒の基体管の表面に燃料極、電解質、インターコネクタが積層された積層体を複数製造するステップと、前記積層体の端部に接着剤を付着させるステップと、前記接着剤が塗布された前記積層体の端部を、円筒部及び前記円筒部の表面に形成された径方向に凸形状となる凸部を有する接続冶具の円筒部に挿入し、前記凸部と接触させるステップと、前記積層体及び前記接続冶具の外周に空気極層スラリーを塗布し、焼成するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、２つの電池セルユニットを、円筒部及び前記円筒部の表面に形成された径方向に凸形状となる凸部を有する接続冶具で接続することで、円筒部と電池セルユニットの円筒部分とを対面させつつ、凸部と電池セルユニットの端部を接触させることができる。これにより、電池セルユニットと凸部との接触で、接続冶具に対する電池セルユニットの位置を維持することができる。また、円筒部で電池セルユニットの端部を支持することができ、セルスタックにかかる荷重を接続冶具で受けることができ、電池セルユニットに荷重が集中することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施形態の燃料電池システムを模式的に表した概略構成図である。
【図２】図２は、燃料電池モジュールを模式的に表した概略構成図である。
【図３】図３は、燃料電池モジュールを模式的に表した概略構成図である。
【図４】図４は、セルスタックの一部を模式的に表した断面図である。
【図５】図５は、接続機構の近傍を拡大して示す拡大断面図である。
【図６】図６は、接続冶具の断面図である。
【図７】図７は、接続冶具の上面図である。
【図８】図８は、セルスタック製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、他の例のセルスタックの一部を模式的に表し断面図である。
【図１０】図１０は、他の例のセルスタックの一部を模式的に表し断面図である。
【図１１】図１１は、接続機構の近傍を拡大して示す拡大断面図である。
【図１２】図１２は、接続冶具の断面図である。
【図１３】図１３は、接続冶具の上面図である。
【図１４】図１４は、他の例のセルスタックの一部を模式的に表し断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明について説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２１】
図１は、本実施形態の燃料電池システムを模式的に表した概略構成図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、固体酸化物型の燃料電池モジュール、いわゆる、ＳＯＦＣ（Solid  Oxide  Fuel  Cell）を備えており、燃料電池モジュールを制御しながら、運転を行っている。燃料電池システムは、燃料電池モジュールを通過した燃料ガスと空気（酸化剤ガス）の一部をガスタービンの燃焼器に供給してもよい。つまり、燃料電池システム１０は、他の発電装置と連結したコンバインドシステムの一部としてもよい。
【００２２】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池モジュール１２と、空気（酸化剤ガス）を供給する空気供給装置（酸化剤供給装置）１４と、燃料電池モジュール１２を通過した空気（排空気、排酸化剤ガス）が排出される空気排出管１５と、燃料ガスを供給する燃料供給装置１６と、燃料電池モジュール１２を通過した燃料ガス（排燃料ガス）が排出される燃料排出管１７と、各部の動作を制御する制御装置１８と、電圧計１９と、電流計２０と、温度計２１と、を備えている。なお、本実施形態では、酸化剤ガスとして空気を用いる例で説明するが燃料ガスを酸化させる酸化剤であればよい。
【００２３】
燃料電池モジュール１２は、供給される空気と燃料ガスとを反応させ発電する。燃料電池モジュールについては、後述する。
【００２４】
空気供給装置１４は、燃料電池モジュール１２に空気を供給する。空気供給装置１４は、空気供給源２２と空気供給配管２４とを有する。空気供給源２２は、掃気ファン、ポンプ等の空気を送る装置である。空気供給配管２４は、空気供給源２２と燃料電池モジュール１２とを接続している。空気供給配管２４は、空気供給源２２により送られる空気を燃料電池モジュール１２に供給する。
【００２５】
燃料供給装置１６は、後述する燃料供給室８４へ向けて燃料ガスを供給する。燃料供給装置１６は、燃料供給源２６と燃料供給配管２８とを有する。燃料供給源２６は、燃料ガスを貯留するタンクと、タンクから供給する燃料ガスの流量を制御する制御弁等を備えている。燃料供給配管２８は、燃料供給源２６と燃料電池モジュール１２とを接続している。燃料供給配管２８は、燃料供給源２６により送られる空気を燃料電池モジュール１２に供給する。
【００２６】
また、燃料電池システム１０は、燃料電池モジュール１２の電圧値を計測する電圧計１９と、燃料電池モジュール１２の電流値を計測する電流計２０と、燃料電池モジュール１２に設けられた温度計２１とを備えている。電流計２０は、燃料電池モジュール１２の発電によって得られた電流を計測している。温度計２１は、燃料電池モジュール１２の後述する発電室８２の温度を計測する。
【００２７】
制御装置１８は、燃料電池モジュール１２の起動停止運転時における制御を行ったり、燃料電池モジュール１２の発電運転時における制御を行ったりしている。制御装置１８は、電流計２０、温度計２１及び電圧計の計測結果や、入力された指示に基づいて、空気供給装置１４から供給する空気の量や燃料供給装置１６から供給する燃料ガスの量、燃料電池モジュール１２から取り出す電力を制御する。
【００２８】
次に、図２及び図３を用いて、燃料電池モジュール１２について説明する。図２は、燃料電池モジュールを模式的に表した概略構成図である。図３は、燃料電池モジュールを模式的に表した概略構成図である。
【００２９】
図２及び図３に示すように、燃料電池モジュール１２は、容器４０と、セル集合体４２と、管支持板（上側管支持板）４４と、管支持板（下側管支持板）４６と、断熱体（上側断熱体）４８と、断熱体（下側断熱体）５０と、周方向断熱体５２と、を有する。
【００３０】
容器４０は、例えば、図２に示すように円筒部と、円筒部の両端に設けられた上半球部および下半球部と、を有する。ここで、容器４０は、鉛直方向に平行な方向であるＺ軸方向（第１の方向）が長手方向となる向きで設置されている。つまり、上半球部が下半球部の鉛直方向上側に配置され、円筒部の中心軸がＺ軸方向と平行な向きとなる。燃料電池モジュール１２は、本実施形態のように、円筒部の中心軸がＺ軸方向と平行な向きとなる向きで配置することが好ましいが、これに限定されない。
【００３１】
容器４０は、２つの空気流入管６６と、２つの空気排出管６８と、燃料ガス流入管７０と、燃料ガス排出管７２と、が形成されている。２つの空気流入管６６は、円筒部の下半球部の近傍側に形成されている。空気流入管６６は、空気供給配管２４と接続され、空気供給配管２４から供給される空気を容器４０の内部に流入させる。２つの空気排出管６８は、円筒部の上半球の近傍側に形成されている。空気排出管６８は、空気排出管１５と接続され、容器４０の内部の空気を空気排出管１５に排出させる。燃料ガス流入管７０は、上半球部に形成されている。燃料ガス流入管７０は、燃料供給配管２８と接続され、燃料供給配管２８から供給される燃料ガスを容器４０の内部に流入させる。燃料ガス排出管７２は、下半球部に形成されている。燃料ガス排出管７２は、燃料排出管１７と接続され、容器４０の内部の燃料ガスを燃料排出管１７に排出させる。
【００３２】
ここで、容器４０は、２つの空気流入管６６、２つの空気排出管６８、燃料ガス流入管７０、燃料ガス排出管７２が設けられている部分以外は密閉された容器となる。容器４０は、セル集合体４２と、管支持板（上側管支持板）４４と、管支持板（下側管支持板）４６と、断熱体（上側断熱体）４８と、断熱体（下側断熱体）５０と、周方向断熱体５２と、が内部に収容されている。
【００３３】
セル集合体４２は、多数のセルスタック５６が並列で配置されている。複数のセルスタック５６は、内部が空間の円筒形状であり、中心軸がＺ軸方向となる向き、つまり、中心軸が円筒部の中心軸と平行となる向きで配置されている。セルスタック５６は、図２及び図３に示すように、Ｚ軸方向に複数の燃料電池セル１００が列状に配置されている。セルスタック５６は、複数の燃料電池セル１００が形成された電池セルユニット６０と電池セルユニット６０を接続する接続機構６２とを有する。セルスタック５６の構造については後述する。
【００３４】
管支持板４４および管支持板４６とは、セルスタック５６の両端を支持する。管支持板４４は、容器４０の軸方向の一方（上側）に配置された板状の部材である。
【００３５】
管支持板４６は、容器４０の軸方向の他方（下側）に配置された板状の部材である。管支持板４６は、容器４０内に配置されたセルスタック５６の他方の端部が挿入されている。管支持板４４は、容器４０内に配置されたセルスタック５６の一方の端部が挿入されている。管支持板４４、４６は、それぞれ容器４０内に配置された全てのセルスタック５６が挿入されている。管支持板４４、４６は、セルスタック５６との接続部が密閉されている。また、管支持板４４、４６は、外縁が容器４０または周方向断熱体５２と接しており接触部が密閉されている。これにより、管支持板４４は、容器４０の内部空間を区画している。
【００３６】
容器４０の上半球部と管支持板４４とで囲われた空間（区画された空間）は、燃料ガス流入管７０と接続されており、燃料ガス流入管７０から燃料ガスが供給される燃料供給室８４となる。また、容器４０の下半球部と管支持板４６とで区画された空間は、燃料ガス排出管７２が接続されており、燃料ガスを燃料ガス排出管７２から排出する燃料排出室８６となる。また、燃料供給室８４は、管支持板４４に挿入されたセルスタック５６の一方の開口端が接続されている。燃料排出室８６は、管支持板４４に挿入されたセルスタック５６の他方の開口端が接続されている。これにより、燃料供給室８４に供給された燃料ガスは、セルスタック５６の内部を通過して燃料排出室８６に排出される。
【００３７】
断熱体４８および断熱体５０は、管支持板４４と管支持板４６との間に配置されている。断熱体４８は、容器４０の軸方向の一方（上側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状に形成されている。断熱体５０は、容器４０の軸方向の他方（下側）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成されている。各断熱体４８，５０には、セルスタック５６が挿通される孔５１ａ，５１ｂがそれぞれ形成されている。孔５１ａ，５１ｂは、直径がセルスタック５６の直径よりも大きい。
【００３８】
断熱体４８および断熱体５０に挟まれた空間は、発電室８２となる。また、管支持板４６と下側断熱体５０との間の空間は、空気流入管６６と接続されており空気供給室８８となる。管支持板４４と上側断熱体４８との間の空間は、空気排出管６８と接続されており、空気排出室８９となる。
【００３９】
周方向断熱体５２は、容器４０の円筒部の内周に張り付けられている。周方向断熱体５２は、容器４０の内部と外部との熱の移動を抑制する。ここで、燃料電池モジュール１２のセルスタック５６は、発電室８２内のみに燃料電池セル１００が配置されている。セルスタック５６は、燃料電池セル１００が配置されている領域を発電部９０とし、発電部９０よりもＺ軸方向の上側の燃料電池セル１００が配置されていない部分をリード部９２とし、発電部９０よりもＺ軸方向の下側の燃料電池セル１００が配置されていない部分をリード部９４とする。リード部９２は、管支持板４４と接する部分及び断熱体４８と対面する部分を含む。リード部９４は、管支持板４６と接する部分及び断熱体５０と対面する部分を含む。
【００４０】
次に、図２及び図３に加え、図４から図７を用いて、本実施形態のセルスタック５６について説明する。図４は、セルスタックの一部を模式的に表した断面図である。図５は、接続機構の近傍を拡大して示す拡大断面図である。図６は、接続冶具の断面図である。図７は、接続冶具の上面図である。
【００４１】
セルスタック５６は、複数の電池セルユニット６０と、接続機構６２とを有する。電池セルユニット６０は、基体管１０１と同様にＺ軸方向に延びた管であり、外周面に発電素子となる燃料電池セル１００が設けられている。電池セルユニット６０は、Ｚ軸方向に複数の燃料電池セル１００が配置されている。複数の電池セルユニット６０は、Ｚ軸方向において、直列で配置されている。接続機構６２は、Ｚ軸方向において、並んでいる電池セルユニット６０と電池セルユニット６０とを接続している。
【００４２】
電池セルユニット６０は、図４に示すように、筒形状をなす基体管１０１と、基体管１０１の外周面に設けられた発電素子となる燃料電池セル１００と、を有する。基体管１０１は、多孔質となるセラミックス製の円筒管であり、その内部を燃料ガスが流れる。そして、基体管１０１は、多孔質となっているため、内部に流れる燃料ガスを、基体管１０１の外周面側に導いている。燃料電池セル１００は、燃料極１０３と、固体電解質１０４と、空気極１０５とを積層して構成され、固体電解質１０４の両側に燃料極１０３および空気極１０５が設けられている。この空気極１０５には、活性金属が含まれており、空気極１０５は、含有する活性金属により燃焼反応に寄与する機能（触媒作用による燃焼）を有している。また、燃料電池セル１００は、燃料極１０３が基体管１０１の外周面に接しており、基体管１０１の軸方向に複数配置されている。複数の燃料電池セル１００は、隣接する一方の燃料電池セル１００の燃料極１０３と、隣接する他方の燃料電池セル１００の空気極１０５とが、インターコネクタ１０６により接続されている。このように構成された燃料電池セル１００は、燃料電池システム１０の発電運転時において、例えば８００℃から９５０℃の高温化で発電を行う。電池セルユニット６０は、基体管１０１の上に燃料極１０３、固体電解質１０４、インターコネクタ１０６、空気極１０５の順で積層される。また、電池セルユニット６０は、燃料極１０３とインターコネクタ１０６とが緻密な材料で形成され、基体管１０１の内部の燃料ガスが基体管１０１の外の空気がある側に漏れることを抑制している。
【００４３】
電池セルユニット６０は、基体管１０１の外径を、直径１０ｍｍ〜３７ｍｍとすることが好ましい。また、セルスタック５６は、２つの電池セルユニット６０を接合する場合、量産性の観点から一方の電池セルユニット６０の基体管１０１の長さを、他方の電池セルユニット６０の基体管１０１の長さと同じとすることが好ましい。例えば、全長２ｍのセルスタックを製造する場合、一方の基体管１０１の長さを１．０ｍ、他方の基体管１０１の長さを１．０ｍなどとすることが好ましい。
【００４４】
また、本実施形態の電池セルユニット６０は、接続機構６２が設置されている端部に保護膜１１８が形成されている。保護膜１１８は、基体管１０１の径方向外側の表面（外周面）の軸方向の端部及び基体管１０１の端面、隣接する電池セルユニット６０側の端面に形成されている。本実施形態の保護膜１１８は、インターコネクタ（電気伝導性を有する緻密膜）と同じ材料で形成されている。保護膜１１８の基体管１０１の表面の部分は、インターコネクタ（電気伝導性を有する緻密膜）１０６と一体で成膜される。保護膜１１８の端面の部分は、インターコネクタを用いる材料を塗布することで成膜される。
【００４５】
次に、接続機構６２は、図４及び図５に示すように、接続冶具１１２と、接着層１１４と、接続部空気極１１５と、を有する。接続冶具１１２は、接続する２つの電池セルユニット６０の間に配置され、接着層１１４により２つの電池セルユニット６０と接着されている。接続冶具１１２は、固体電解質１０４と同程度の熱膨張を有する緻密な材料、例えばジルコニア系セラミック、具体的には、ジルコニア（ＺｒＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などで形成される。接続冶具１１２は、基体管１０１とも熱膨張係数が同程度の材料で形成されていることが好ましい。
【００４６】
接続冶具１１２は、図６及び図７に示すように、円筒部１２２と凸部１２４とを有する。円筒部１２２と凸部１２４とは一体で形成されている。円筒部１２２は、円筒状の部材であり、内周径が、電池セルユニット６０の外周径よりも大きい形状である。凸部１２４は、円筒部１２２の内周面に配置され、径方向内側に凸となるリング形状である。つまり、凸部１２４は、円筒部１２２の周方向の全周に形成されている。凸部１２４は、円筒部１２２の軸方向において、円筒部１２２の中央近傍に配置されている。また、接続冶具１１２は、円筒部１２２と凸部１２４との境界１２６がＲ形状となっている。つまり円筒部１２２と凸部１２４との境界１２６が、曲面となっている。
【００４７】
接続冶具１１２は、接続する２つの電池セルユニット６０の接続される側の端部に挿入されている。つまり、接続冶具１１２は、電池セルユニット６０よりも径が大きい管路であり、一方の端部に一方の電池セルユニット６０が挿入され、他方の端部に他方の電池セルユニット６０が挿入されている。ここで、電池セルユニット６０は、接続冶具１１２の円筒の内側に挿入され、外周面が接着層１１４を介して接続冶具１１２の内周面と接する。また、電池セルユニット６０は、軸方向の端部が、接続冶具１１２の突起部１２４と接着層１１４を介して接する。
【００４８】
接着層１１４は、接続冶具１１２と電池セルユニット６０との間、より具体的には、接続冶具１１２の円筒部１２２の内周面及び凸部１２４と、電池セルユニット６０のインターコネクタ１０６及び保護層１１８と、の間に形成されている。接着層１１４は、緻密で熱膨脹が固体電解質１０４と近似する材料を用いる。接着層１１４は、例えば、粗粒のジルコニア粉に微粒のアルミナ粉を添加した材料を用いることができる。接着層１１４は、スラリー化した状態で塗布し、その後焼成することで、形成することができる。
【００４９】
接続部空気極１１５は、接続冶具１１２の外周と２つの電池セルユニット６０の外周に形成されている。接続部空気極１１５は、空気極１０５と同様の材料で形成され、空気極１０５と同時に形成することができる。接続部空気極１１５は、軸方向（電池セルユニット６０及び円筒部１２２の軸方向）において、一方の端部が一方の電池セルユニット６０のインターコネクタ１０６と接し、他方の端部が他方の電池セルユニット６０のインターコネクタ１０６と接する。接続部空気極１１５は、両端が電池セルユニット６０のインターコネクタ１０６と接することで、電池セルユニット６０の端部のインターコネクタ１０６間を導通させる。
【００５０】
ここで、上記構成からなる燃料電池モジュール１２の動作について説明する。燃料電池モジュール１２は、燃料電池セル１００を所定の温度まで上昇させる起動運転を行った後、燃料電池セル１００において発電を行う発電運転を行っている。燃料電池モジュール１２が発電運転を行うと、燃料電池モジュール１２の空気供給室８８には空気が流入する。該空気は断熱体５０の孔５１ｂとセルスタック５６との隙間を通って、発電室８２内に供給される。一方、燃料供給室８４には燃料ガスが流入する。該燃料ガスはセルスタック５６の基体管１０１の内部を通って発電室８２内に供給される。このとき、空気と燃料ガスとは、セルスタック５６の内周面および外周面において、互いに逆向きに流れている。
【００５１】
基体管１０１の内部を流れる燃料ガスは、基体管１０１の細孔を通過して燃料極１０３に達する。この燃料ガスは、燃料極１０３に含まれる活性金属により水蒸気改質される。水蒸気改質により生成された水素は、燃料極１０３の細孔を通過して固体電解質１０４まで到達する。一方、空気は、基体管１０１（空気極１０５）の外側を流れる。空気中の酸素は、空気極１０５の細孔を通過する途中または固体電解質１０４まで到達してイオン化する。イオン化した酸素は固体電解質１０４を通過し、燃料極１０３に到達する。固体電解質１０４を通過した酸素イオンは燃料ガスと反応する。このような電池反応により生じる電位差によって、燃料電池モジュール１２は発電を行う。
【００５２】
ここで、セルスタック５６は、図４に示すように各燃料電池セル１００がインターコネクタ１０６で接続され、電池が直列で繋がれた状態となる。また、電池セルユニット６０間は、矢印１３２に示すように、接続機構６２の接続部空気極１１５で接続される。これにより、１本のセルスタック５６は、複数の電池セルユニット６０を接続機構６２で接続した構造でも電池セル１００が直列に繋がれる。
【００５３】
そして、発電室８２において、発電に利用され高温となった燃料ガスは、空気供給室８８において、発電に利用される前の空気と熱交換される。また、発電室８２において、発電に利用され高温となった空気は、空気排出室８９において、発電に利用される前の燃料ガスと熱交換される。
【００５４】
この後、発電に利用された後の燃料ガスおよび空気が熱交換により冷却された後、燃料ガスは、燃料排出室８６に流入して、燃料排出室８６から燃料電池モジュール１２の外部に排出され、空気は、空気排出室８９から燃料電池モジュール１２の外部に排出される。
【００５５】
燃料電池モジュール１２は、複数の電池セルユニット６０を接続機構６２で接続したセルスタック５６を用いることで、１本の電池セルユニット６０を短くすることができる。これにより、容器４０のＺ軸方向の端部から端部に配置されるセルスタック５６を製造しやすくすることができ、燃料電池モジュール１２を製造しやすくすることができる。
【００５６】
セルスタック５６は、２つの電池セルユニット６０を、円筒部１２２及び円筒部１２２の表面に形成された径方向に凸形状となる凸部１２４を有する接続冶具１１２及び接着層１１４で接続することで、円筒部１２２と電池セルユニット６０の円筒部分とを対面させつつ、凸部１２４と電池セルユニット６０の端部を接触させることができる。セルスタック５６は、電池セルユニット６０と凸部１２４とを接触させることで、接続冶具１１２に対する電池セルユニット６０の位置を維持することができる。また、円筒部１２２で電池セルユニット６０の端部を支持することができ、セルスタック５６にかかる荷重を接続冶具１１２で受けることができ、電池セルユニット６０に荷重が集中することを抑制できる。また、接続機構６２は、円筒部１２２と凸部１２４の両方を、接着層１１４を介して電池セルユニット６０と接着する構造とすることで、接着面を大きくすることができ、接着強度を高くすることができる。
【００５７】
また、セルスタック５６は、接続機構６２を設けることで、電池セルユニット６０間で燃料ガスが空気極側に漏れ出る経路が、矢印１４０に示すように、接続冶具１１２の凸部１２４と保護層１１８の間及び接続冶具１１２の円筒部１２２と保護層１１８との間を通過する経路となる。つまり、円筒部１２２によって長く緻密層で囲まれた経路で、かつ緻密な接着層１１４が、充填されている経路となる。これにより、燃料ガスが漏れ出ることをより確実に抑制することができる。
【００５８】
また、セルスタック５６は、接続機構６２の円筒部１２２を電池セルユニット６０の外周側に配置することで、接続機構６２の周辺のセルスタック５６の強度をより高くすることができる。
【００５９】
また、セルスタック５６は、緻密層となる保護層１１８を設けることで、燃料ガスが漏れる経路（ガスリークパス）をより長くすることができ、ガスの漏れをより低減することができる。
【００６０】
ここで、接続冶具１１２は、軸方向における、円筒部１２２の端部から凸部１２４までの距離をｄとし、基体管１０１の厚みをｗとした場合、距離ｄと厚みｗとの関係が、３≦ｄ／ｗ≦９であるが好ましい。距離ｄを厚みｗの３倍以上とすることで、円筒部１２２で電池セルユニット６０を好適に支持することができ、かつ、ガスリークパスを長くすることができる。また、距離ｄを厚みｗの９倍以下とすることで、非発電部の領域を小さくすることができる。
【００６１】
また接続冶具１１２は、軸方向における、円筒部１２２の長さ（端部から端部までの長さ）をｄ１とし、凸部１２４の長さをｄ２とした場合、６≦ｄ１／ｄ２≦１８となることが好ましい。
【００６２】
また、接続治具１１２は、接着層１１４の厚みをｘとした場合、０．５ｍｍ≦ｘ≦５ｍｍとすることが好ましい。なお、接着層１１４の厚みは、接続冶具１１２とセルユニット６０との隙間となる。接着層１１４の厚みを０，５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることで、接続冶具１１２と説ユニット６０との間に充填する接着剤の量を適切にすることができ、好適に接続することができる。
【００６３】
また、凸部１２４は、電池セルユニット６０よりも径方向中心側に突出していても、電池セルユニット６０の内周面よりも径方向外側にあってもよい。また、凸部１２４は、本実施形態のように周方向の全周に設けることで、電池セルユニット６０を支持しつつ、電池セルユニット６０との間の燃料ガスの漏れを抑制することができる。このため、凸部１２４は、周方向の全周に設けることが好ましいが、周方向の一部に凸部を設ける構造としてもよい。
【００６４】
ここで、接続冶具１１２は、緻密質とし、３点曲げ強度を１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下とすることが好ましい。接続冶具１１２の強度を１００ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下とすることで、セルスタック５６の強度を高く維持することができ、特に接続機構６２の近傍での強度を高く維持することができる。また、接続冶具１１２は、密度を５ｇ／ｃｍ３以上７ｇ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。
【００６５】
また、燃料電池システム１０及び燃料電池モジュール１２は、Ｚ軸方向（第１の方向）に沿った向きにおいて、セルスタック５６を容器４０の端部から端部まで配置する。具体的には、燃料電池システム１０及び燃料電池モジュール１２は、Ｚ軸方向において容器４０に２つの管支持板４４、４６を配置し、セルスタック５６のそれぞれの端部を管支持板４４、４６で支持する。ここで、管支持板４４は、容器４０の一方の端部、具体的には、円筒部と上半球部との接続部の近傍に配置される。管支持板４６は、容器４０の他方の端部、具体的には、円筒部と下半球部との接続部の近傍に配置される。つまり、容器４０のＺ軸方向において、セル集合体４２を１つ配置する。これにより、Ｚ軸方向において、発電室８２、燃料供給室８４、燃料排出室８６、空気供給室８８、空気排出室８９を１つとすることができる。また、Ｚ軸方向に１つのカートリッジとすることができ、Ｚ軸方向において、カートリッジ同士を接続する必要がない。これにより、容器４０内、配線の配置効率をよくすることができ、セルスタック５６の配置密度を高くすることができる。これにより、単位体積当たりの発電効率を高くすることができる。このように、セルスタック５６を容器４０の長手方向に配置する場合も、本実施形態のように、複数の電池セルユニット６０を接続機構６２で接続した構造とすることで、１つの電池セルユニット６０を短くすることができ、製造が簡単になる。
【００６６】
次に図８を用いて、セルスタック製造方法の一例について説明する。図８は、セルスタック製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、図８では、製造する個数を限定しないが、セルスタック製造方法は、２つ以上の電池セルユニット６０を製造し、１つ以上の接続冶具を製造する。
【００６７】
まず、セルスタック製造方法は、基体管１０１を製造する（ステップＳ１２）。基体管１０１は、押出成形法で管状に形成した後、乾燥させる。
【００６８】
セルスタック製造方法は、基体管１０１を製造したら、基体管１０１の表面に燃料極用スラリーを塗布する（ステップＳ１４）。例えば、スクリーン印刷法により燃料極、リード部となる部分に燃料極用スラリーを塗布する。なお、スラリーの塗布は、スクリーン印刷法以外に、ジェットディスペンサを用いた塗布や、刷毛等で塗布する方法もある。後述するスラリーの塗布も同様である。燃料極用スラリーは、ＮｉＯとイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）との混合粉末にスキージオイルなどのビヒクルを添加し、３本ローラにより混合して調製する。燃料極用スラリーは、少なくとも基体管１０１の一端部側において、基体管１０１の端部が露出するよう端部を内側にずらして印刷することが好ましい。
【００６９】
セルスタック製造方法は、基体管１０１の表面に燃料極用スラリーを塗布したら、電解質（固体電解質）用スラリーを塗布する（ステップＳ１６）。固体電解質用スラリーは、ＹＳＺ粉末にスキージオイルなどのビヒクルを添加し、３本ローラにより混合して調製する。固体電解質用スラリーも、少なくとも基体管１０１の一端部側において、燃料極用スラリーが露出するよう端部を内側にずらして印刷すると良い。
【００７０】
セルスタック製造方法は、電解質（固体電解質）用スラリーを塗布したら、インターコネクタ用スラリーを塗布する（ステップＳ１７）。また、セルスタック製造方法は、インターコネクタ１０６に対応する部分に加え、保護層１１８に対応する部分にもインターコネクタ用スラリーを塗布する。インターコネクタ用スラリーは、ランタンをドープしたチタン酸ストロンチウム（Ｓｒ１−ｘＬａｘＴｉＯ３）粉末にスキージオイルなどのビヒクルを添加し、３本ローラにより混合して調製する。
【００７１】
セルスタック製造方法は、基体管１０１の表面に、燃料極用スラリー、電解質用スラリー、インターコネクタ用スラリーを塗布したら、基体管１０１を焼成する（ステップＳ１８）。焼成は、各スラリーが印刷された基体管１０１を吊下げた状態で行う。吊下げる際、長さが短い方の基体管１０１を重力方向下側に配置させる。焼成は、例えば電気炉を用いて１４００℃で５時間の条件で行われる。
【００７２】
セルスタック製造方法は、燃料極用スラリー、電解質用スラリー、インターコネクタ用スラリーを塗布が塗布された基体管を焼成し、基体管１０１の表面に燃料極、固体電解質、インターコネクタ、保護層が形成された積層体を形成したら、積層体あるいは接続部材あるいは、それらの両方の接着面に接着剤を塗布する（ステップＳ２０）。接着剤は、接着層１１４となる材料である。接着材の塗布は、接着剤が貯留されている容器に積層体の端部を付けたり、刷毛等で接着剤を積層体に塗布することで、接着面に接着剤を塗布することができる。ここで、積層体は、端部の外周側の表面と端面に接着剤を塗布する。接着剤を塗布しない部分には、カバーを設けてもよい。
【００７３】
セルスタック製造方法は、積層体の表面に接着剤を塗布したら、積層体を接続冶具に連結する（ステップＳ２２）。接続冶具は、予め製造しておく。セルスタック製造方法は、予め製造した接続冶具の内周に積層体の端部を挿入する。セルスタック製造方法は、２つの接続冶具に２つの積層体の端部を挿入する。セルスタック製造方法は、積層体を挿入した後、接続冶具と積層体の間に接着剤をさらに塗布してもよい。
【００７４】
セルスタック製造方法は、接続冶具に２つの積層体を連結したら、空気極スラリーを塗布する（ステップＳ２６）。セルスタック製造方法は、空気極を形成する部分と、接続部空気極を形成する部分に空気極スラリーを塗布する。空気極用スラリーは、例えばＬａＳｒＭｎＯ３粉末にスキージオイルなどのビヒクルを添加し、３本ローラにより混合して調製する。
【００７５】
セルスタック製造方法は、空気極用スラリー塗布したら、吊下げ焼成する（ステップＳ２８）。焼成は、例えば電気炉を用いて１４００℃で５時間の条件で行われる。
【００７６】
セルスタック製造方法は、以上のように電池セルユニット６０を接続機構６２で接続したセルスタック５６を製造する。セルスタック製造方法は、接続冶具１１２を用いることで、電池セルユニット６０の接続機構６２に対する位置が製造時にずれることを抑制することができる。また、塗布した接着剤を電池セルユニット６０と接続冶具１１２の間に好適に保持することができる。これにより、電池セルユニット６０を接続機構６２で接続したセルスタック５６を高い精度で簡単に製造することができる。つまり、軸方向の長さがないセルスタックを高い精度で簡単に製造することができる。
【００７７】
図９は、他の例のセルスタックの一部を模式的に表し断面図である。ここで、上記実施形態では、接続部空気極１１５を２つの電池セルユニット６０を接続する配線として用いたがこれに限定されず、接続部空気極１１５を発電セルの一部として用いてもよい。
【００７８】
図９に示すセルスタック５６ａは、複数の電池セルユニット６０ａと、１つ以上の接続機構６２ａを有する。接続機構６２ａは、接続機構６２と同様の構造である。２つの電池セルユニット６０ａのうち、一方の電池セルユニット６０ａ（図９の図中右側の電池セルユニット６０ａ）は、電池セルユニット６０と同様に、インターコネクタ１０６が接続機構６２ａの接続空気極１１５と接する位置まで形成されている。２つの電池セルユニット６０ａのうち、他方の電池セルユニット６０ａ（図９の図中左側の電池セルユニット６０ａ）は、燃料極１０３及び電解質１０４が接続機構６２ａの接続空気極１１５と接する位置まで形成されている。
【００７９】
このように、セルスタック５６ａの接続部空気極１１５は、一方の電池セルユニット６０ａの固体電解質１０４と接し、他方の電池セルユニット６０ａのインターコネクタ１０６と接する。これにより、固体電解質１０４と接している電池セルユニット６０ａと接続部空気極１１５との接続状態が、燃料極１０３、固体電解質１０４、接続部空気極１１５が積層された状態となり、発電セルとなる。
【００８０】
このように、セルスタック５６ａは、接続部空気極１１５が、一方の電池セルユニット６０ａの固体電解質１０４と接し、他方の電池セルユニット６０ａのインターコネクタ１０６と接する構造とすることで、接続部空気極１１５を含む位置で発電を行うことができる。このように、接続部空気極１１５でも発電を行うことで、セルスタック５６ａの発電面積をより大きくすることができる。また、セルスタック５６ａは、一方の電池セルユニット６０ａの燃料極１０３を基体管１０１の接続冶具１１２側の端部まで形成することで、緻密状態を維持することができ、固体電解質１０４を基体管１０１の端部まで配置した場合でも、燃料ガスの漏れを低減することができる。
【００８１】
次に、図１０から図１３を用いて、セルスタックの他の例について説明する。上記実施形態では、接続冶具の円筒部１２２が電池セルユニット６０の外周側に配置される構造としたがこれに限定されない。セルスタックは、接続冶具の円筒部を電池セルユニット６０の内周側に配置する構造としてもよい。
【００８２】
図１０は、他の例のセルスタックの一部を模式的に表し断面図である。図１１は、接続機構の近傍を拡大して示す拡大断面図である。図１２は、接続冶具の断面図である。図１３は、接続冶具の上面図である。
【００８３】
図１０に示すセルスタック５６ｂは、複数の電池セルユニット６０ｂと、１つ以上の接続機構６２ｂを有する。電池セルユニット６０ｂは、筒形状をなす基体管１０１と、基体管１０１の外周面に設けられた発電素子となる燃料電池セル１００と、を有する。電池セルユニット６０ｂは、接続機構６２ｂ側の端部の構造以外、電池セルユニット６０と同様の構造である。
【００８４】
また、本実施形態の電池セルユニット６０ｂは、接続機構６２が設置されている端部に保護膜１１８ｂ及び保護層１１９が形成されている。保護膜１１８ｂは、基体管１０１の径方向外側の表面（外周面）の軸方向の端部及び基体管１０１の端面、隣接する電池セルユニット６０側の端面に形成されている。本実施形態の保護膜１１８ｂは、インターコネクタ（電気伝導性を有する緻密膜）と同じ材料で形成されている。保護膜１１８ｂの基体管１０１の表面の部分は、インターコネクタ（電気伝導性を有する緻密膜）１０６と一体で成膜される。保護膜１１８ｂの端面の部分は、インターコネクタを用いる材料を塗布することで成膜される。保護層１１９は、基体管１０１の径方向内側の表面（内周面）の軸方向の端部に形成されている。保護膜１１９は、軸方向において、接続冶具１１２ｂの円筒部１２２ｂと同じ長さ形成されることが好ましい。保護膜１１９は、インターコネクタを用いる材料を塗布することで成膜される。
【００８５】
次に、接続機構６２ｂは、図１１に示すように、接続冶具１１２ｂと、接着層１１４ｂと、接続部空気極１１５ｂと、を有する。接続冶具１１２ｂは、接続する２つの電池セルユニット６０ｂの間に配置され、接着層１１４ｂにより２つの電池セルユニット６０と接着されている。接続冶具１１２ｂは、接続冶具１１２と同様の材料で製造することが好ましい。
【００８６】
接続冶具１１２ｂは、図１２及び図１３に示すように、円筒部１２２ｂと凸部１２４ｂとを有する。円筒部１２２ｂと凸部１２４ｂとは一体で形成されている。円筒部１２２ｂは、円筒状の部材であり、外周径が、電池セルユニット６０ｂの内周径とよりも小さい形状である。凸部１２４ｂは、円筒部１２２ｂの外周面に配置され、径方向外側に凸となるリング形状である。つまり、凸部１２４ｂは、円筒部１２２ｂの周方向の全周に形成されている。凸部１２４ｂは、円筒部１２２ｂの軸方向において、円筒部１２２ｂの中央近傍に配置されている。また、接続冶具１１２ｂは、円筒部１２２ｂと凸部１２４ｂとの境界１２６ｂがＲ形状となっている。
【００８７】
接続冶具１１２ｂは、接続する２つの電池セルユニット６０ｂの接続される側の端部に挿入されている。つまり、接続冶具１１２ｂは、電池セルユニット６０ｂよりも径が小さい管路であり、一方の端部が一方の電池セルユニット６０ｂに挿入され、他方の端部が他方の電池セルユニット６０に挿入されている。ここで、電池セルユニット６０ｂは、接続冶具１１２ｂの円筒の外側に挿入され、内周面が接着層１１４ｂを介して接続冶具１１２ｂの外周面と接する。また、電池セルユニット６０ｂは、軸方向の端部が、接続軸１１２ｂの突起部１２４ｂと接着層１１４ｂを介して接する。
【００８８】
接着層１１４ｂは、接続冶具１１２ｂと電池セルユニット６０ｂとの間、より具体的には、接続冶具１１２ｂの円筒部１２２ｂの外周面及び凸部１２４と、電池セルユニット６０の保護層１１８ｂ、保護層１１９と、の間に形成されている。接着層１１４ｂは、緻密で熱膨脹が固体電解質１０４と近似する材料を用いる。接着層１１４ｂは、例えば、粗粒のジルコニア粉に微粒のアルミナ粉を添加した材料を用いることができる。接着層１１４ｂは、スラリー化した状態で塗布し、その後焼成することで、形成することができる。
【００８９】
接続部空気極１１５ｂは、接続冶具１１２ｂの外周と２つの電池セルユニット６０ｂの外周に形成されている。接続部空気極１１５ｂは、空気極１０５と同様の材料で形成され、空気極１０５と同時に形成することができる。接続部空気極１１５ｂは、軸方向（電池セルユニット６０ｂ及び円筒部１２２ｂの軸方向）において、一方の端部が一方の電池セルユニット６０ｂのインターコネクタ１０６と接し、他方の端部が他方の電池セルユニット６０ｂのインターコネクタ１０６と接する。接続部空気極１１５ｂは、両端が電池セルユニット６０ｂのインターコネクタ１０６と接することで、電池セルユニット６０ｂの端部のインターコネクタ１０６間を導通させる。
【００９０】
セルスタック５６ｂは、以上のように、接続機構６２ｂの接続冶具１１２ｂの円筒部１２２ｂの径を電池セルユニット６０ｂの径よりも小さくし、円筒部１２２の外周面と電池セルユニット６０ｂの外周面とが向かい合う形状としてもよい。この場合も円筒部１２２ｂと凸部１２４ｂを設けることで、接続冶具１１２ｂに対する電池セルユニット６０ｂの位置がずれることを抑制でき、かつ、接続冶具１１２ｂで電池セルユニット６０ｂを好適に支持することができる。
【００９１】
また、セルスタック５６ｂは、円筒部１２２ｂを電池セルユニット６０ｂよりも径方向内側に配置することで、電池セルユニット６０ｂから空気極側に露出している部分を凸部１２４ｂのみとすることができる。これにより、接続部空気極１１５ｂで覆う領域を小さくすることができ、セルスタック５６ｂの発電部内で、発電に寄与しない部分を小さくすることができる。
【００９２】
また、セルスタック５６ｂは、保護層１１８ｂ及び保護層１１９を設けることで、電池セルユニット６０間で燃料ガスが空気極側に漏れ出る経路が、矢印１４０ｂに示すように、接続冶具１１２ｂの円筒部１２２ｂと保護層１１８ｂとの間の接続冶具１１２の凸部１２４ｂと保護層１１８ｂの間及びを通過する経路となる。つまり、円筒部１２２によって長く緻密層で囲まれた経路で、かつ緻密な接着層１１４ｂが、充填されている経路となる。これにより、燃料ガスが漏れ出ることをより確実に抑制することができる。
【００９３】
また、セルスタック５６ｂは、上述したセルスタック５６と同様の作業手順で製造することができる。
【００９４】
接続冶具１１２ｂは、距離ｄと厚みｗとの関係、円筒部１２２ｂの長さ（端部から端部までの長さ）ｄ１と、凸部１２４ｂの長さｄ２の関係、接着層の厚みｘが、接続軸１１２と同様の関係となることが好ましい。
【００９５】
図１４は、他の例のセルスタックの一部を模式的に表し断面図である。上記実施形態では、接続部空気極１１５ｂを２つの電池セルユニット６０ｂを接続する配線として用いたが、これに限定されず、接続部空気極１１５ｂを発電セルの一部として用いてもよい。
【００９６】
図１４に示すセルスタック５６ｃは、複数の電池セルユニット６０ｃと、１つ以上の接続機構６２ｃを有する。接続機構６２ｃは、接続機構６２ｂと同様の構造である。２つの電池セルユニット６０ｃのうち、一方の電池セルユニット６０ｃ（図１４の図中右側の電池セルユニット６０ｃ）は、電池セルユニット６０ｂと同様に、インターコネクタ１０６が接続機構６２ｃの接続空気極１１５ｂと接する位置まで形成されている。２つの電池セルユニット６０ｃのうち、他方の電池セルユニット６０ｃ（図１４の図中左側の電池セルユニット６０ｃ）は、燃料極１０３及び固体電解質１０４が接続機構６２ｃの接続空気極１１５ｂと接する位置まで形成されている。燃料極１０３及び電解質１０４は、接続機構６２ｂの保護層１１９と同様に、基体管１０１と接続冶具１１２ｂの円筒部１２２ｂとの間にも配置されている。
【００９７】
このように、セルスタック５６ｃの接続部空気極１１５ｂは、一方の電池セルユニット６０ｃの固体電解質１０４と接し、他方の電池セルユニット６０ｃのインターコネクタ１０６と接する。これにより、固体電解質１０４と接している電池セルユニット６０ｃと接続部空気極１１５ｂとの接続状態が、燃料極１０３、固体電解質１０４、接続部空気極１１５が積層された状態となり、発電セルとなる。
【００９８】
このように、セルスタック５６ｃは、接続部空気極１１５ｂが、一方の電池セルユニット６０ｃの固体電解質１０４と接し、他方の電池セルユニット６０ｃのインターコネクタ１０６と接する構造とすることで、接続部空気極１１５ｂを含む位置で発電を行うことができる。このように、接続部空気極１１５ｂでも発電を行うことで、セルスタック５６ｃの発電面積をより大きくすることができる。また、セルスタック５６ｃは、一方の電池セルユニット６０ｃの燃料極１０３を基体管１０１と、接続冶具１１２ｂとの間に挟まれる領域、つまり基体管１０１の内周面まで形成することで、緻密状態を維持することができ、固体電解質１０４を基体管１０１の端部まで配置した場合でも、燃料ガスの漏れを低減することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池モジュール
１４  空気供給装置
１５  空気排出管
１６  燃料供給装置
１７  燃料排出管
１８  制御装置
１９  電圧計
２０  電流計
２１  温度計
２２  空気供給源
２４  空気供給配管
２６  燃料供給源
２８  燃料供給配管
４０  容器
４２  セル集合体
４４、４６  管支持板
４８、５０  断熱体
５２  周方向断熱体
５６  セルスタック
６０  電池セルユニット
６２  接続機構
６６  空気流入管
６８  空気排出管
７０  燃料ガス流入管
７２  燃料ガス排出管
８２  発電室
８４  燃料供給室
８６  燃料排出室
８８  空気供給室
８９  空気排出室
９０  発電部
９２、９４  リード部
１００  燃料電池セル
１０１  基体管
１０３  燃料極
１０４  固体電解質
１０５  空気極
１０６  インターコネクタ
１１２  接続冶具
１１４  接着層
１１５  接続部空気極
１１８  保護層
１２２  円筒部
１２４  凸部
１２６  境界
１３２、１４０  矢印
【図１】
2016146271.tif 000003
【図２】
2016146271.tif 000004
【図３】
2016146271.tif 000005
【図４】
2016146271.tif 000006
【図５】
2016146271.tif 000007
【図６】
2016146271.tif 000008
【図７】
2016146271.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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