(57)【要約】【課題】複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルに生じる熱応力を緩和することが可能な固体酸化物形燃料電池スタックおよびその製造方法、並びに、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタック（３０）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル（３３）を電気的に接続する複数の接続部材（３４）を備えている。複数の接続部材（３４）の各々は、第一接続部（３４ａ）と、第二接続部（３４ｂ）と、連結部（３４ｃ）とを備えている。連結部（３４ｃ）は、第一接続部（３４ａ）および第二接続部（３４ｂ）を連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル（３３）の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮可能に形成されている。【選択図】  図２
2017174545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちの一方が流通する内側電極層と、前記内側電極層の外側に積層され前記燃料および前記酸化剤ガスのうちの他方の雰囲気中に設けられる外側電極層と、前記内側電極層と前記外側電極層との間に形成される電解質層とをそれぞれ備える複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、
前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを電気的に接続する複数の接続部材と、
を備える固体酸化物形燃料電池スタックであって、
前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、前記内側電極層の露出部に形成される内側電極層被接続部と、前記外側電極層に形成される外側電極層被接続部とを備え、
前記複数の接続部材の各々は、前記複数の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルのうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部または前記外側電極層被接続部と電気的に接続している第一接続部と、
前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルのうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部または前記外側電極層被接続部と電気的に接続している第二接続部と、
前記第一接続部および前記第二接続部を連結して電気的に接続するとともに、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの軸線方向に沿って伸縮可能に形成されている連結部と、
を備える固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項２】
前記複数の接続部材の各前記連結部は、波板状に形成されており、
前記波板状の波進行方向は、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記軸線方向に沿った方向と同じ方向である請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項３】
前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、前記外側電極層被接続部が前記外側電極層の外周面の全面に亘って形成されており、
前記外側電極層被接続部と電気的に接続する前記第一接続部および前記第二接続部のうちの少なくとも一方は、前記外側電極層被接続部の前記全面を覆うように設けられ、且つ、前記燃料および前記酸化剤ガスのうちの前記他方の流通が可能に一つまたは複数の開口部が形成されている請求項１または請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項４】
前記複数の接続部材の各々は、前記第一接続部である互いに半筒状に形成された一対の第一把持部のうちの一方の第一把持部と、前記第二接続部である互いに半筒状に形成された一対の第二把持部のうちの一方の第二把持部と、前記一方の第一把持部および前記一方の第二把持部を連結する前記連結部である第一連結部とを備える第一集電体と、
前記一対の第一把持部のうちの他方の第一把持部と、前記一対の第二把持部のうちの他方の第二把持部と、前記他方の第一把持部および前記他方の第二把持部を連結する前記連結部である第二連結部とを備える第二集電体と、
によって構成されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項５】
前記互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルの各軸線を含む仮想の平面を境界面とするとき、
前記第一集電体および前記第二集電体は、前記境界面に対して鏡面対称に形成されている請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項６】
請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法であって、
金属製の平板である第一平板をプレス加工して前記第一集電体を成型する第一集電体成型工程と、
金属製の平板である第二平板をプレス加工して前記第二集電体を成型する第二集電体成型工程と、
を備え、
前記第一集電体成型工程には、前記第一平板を曲げプレス加工によってそれぞれ半筒状に湾曲させて、前記第一集電体側の前記第一把持部および前記第二把持部を成型する第一集電体側把持部成型工程が含まれ、
前記第二集電体成型工程には、前記第二平板を曲げプレス加工によってそれぞれ半筒状に湾曲させて、前記第二集電体側の前記第一把持部および前記第二把持部を成型する第二集電体側把持部成型工程が含まれる固体酸化物形燃料電池スタックの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池スタックと、
前記固体酸化物形燃料電池スタックの燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部と、
前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用燃料の混合ガスとから前記燃料である改質ガスを生成する改質部と、
を備える固体酸化物形燃料電池モジュール。
【請求項８】
発電ユニットと、
貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
を備える固体酸化物形燃料電池システムであって、
前記発電ユニットは、
請求項７に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールと、
前記固体酸化物形燃料電池モジュールから排気される燃焼排ガスと前記貯湯槽から供給される前記貯湯水との間で熱交換を行い、前記燃焼排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水を排出する熱交換器と、
前記熱交換器から排出される前記凝縮水を純水化する水タンクと、
補機を駆動して前記固体酸化物形燃料電池システムの運転を制御する制御装置と、
少なくとも前記固体酸化物形燃料電池モジュールから出力される直流電力を交流電力に変換して交流の系統電源に接続されている電源ラインに出力する電力変換装置と、
を備える固体酸化物形燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが複数の接続部材によって電気的に接続されている固体酸化物形燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記発明の一例として、特許文献１および特許文献２に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の燃料電池セルの集電体は、第１の集電部と、第２の集電部と、連接部とを備えている。第１の集電部は、燃料電池セルの空気極である外側電極層の外周面と電気的に接続される。第２の集電部は、隣接する燃料電池セルの内側電極端子と電気的に接続される。内側電極端子は、キャップ状に形成されており、燃料極である内側電極層に取り付けられる。連接部は、第１の集電部と第２の集電部とを電気的に接続する。特許文献１に記載の集電体は、第１の集電部が外側電極層の外周面を把持可能に形成されており、第２の集電部が内側電極端子を把持可能に形成されている。
【０００３】
特許文献２に記載の燃料電池セルの集電体は、燃料極用接続部と、空気極用接続部とによって一体的に形成されている。燃料極用接続部は、内側電極端子と電気的に接続される。内側電極端子は、キャップ状に形成されており、燃料極である内側電極層に取り付けられる。空気極用接続部は、空気極である外側電極層の外周面全体と電気的に接続される。また、空気極用接続部は、外側電極層の表面を上下方向に延びる鉛直部と、当該鉛直部から外側電極層の表面に沿って水平方向に延びる多数の水平部とから形成されている。特許文献２に記載の集電体は、燃料極用接続部が空気極用接続部の鉛直部から燃料電池セルユニットの上下方向に位置する内側電極端子に向って、斜め上方又は斜め下方に直線的に延設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０７９５１９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０７９４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池スタックには、複数の燃料電池セルが配設されている。燃料電池スタックの中心部に配設される燃料電池セルは、燃料電池スタックの外周部に配設される燃料電池セルと比べて、外側電極層に供給するガスの配流が悪化する。そのため、中心部に配設される燃料電池セルの温度は、外周部に配設される燃料電池セルと比べて高温になり、複数の燃料電池セルに温度分布が生じる。その結果、互いに隣り合う燃料電池セルにおいて軸線方向の伸縮に差異が生じ、熱応力が発生して、複数の燃料電池セルを接続する複数の接続部材に剥がれが生じ、複数の燃料電池セルに破損が生じる可能性がある。
【０００６】
特許文献１に記載の燃料電池スタックの下端側および上端側は、それぞれセラミック製の下支持板および上支持板によって支持されている。さらに、特許文献１に記載の集電体の連接部は、直線状に形成されている。そのため、特許文献１に記載の発明では、複数の燃料電池セルに生じる熱応力を緩和することは困難である。上述したことは、特許文献２に記載の発明についても同様に言える。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルに生じる熱応力を緩和することが可能な固体酸化物形燃料電池スタックおよびその製造方法、並びに、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システム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】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックは、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちの一方が流通する内側電極層と、前記内側電極層の外側に積層され前記燃料および前記酸化剤ガスのうちの他方の雰囲気中に設けられる外側電極層と、前記内側電極層と前記外側電極層との間に形成される電解質層とをそれぞれ備える複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを電気的に接続する複数の接続部材と、を備える固体酸化物形燃料電池スタックであって、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、前記内側電極層の露出部に形成される内側電極層被接続部と、前記外側電極層に形成される外側電極層被接続部とを備え、前記複数の接続部材の各々は、前記複数の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルのうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部または前記外側電極層被接続部と電気的に接続している第一接続部と、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルのうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層被接続部または前記外側電極層被接続部と電気的に接続している第二接続部と、前記第一接続部および前記第二接続部を連結して電気的に接続するとともに、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの軸線方向に沿って伸縮可能に形成されている連結部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックによれば、複数の接続部材の各々は、第一接続部と、第二接続部と、連結部とを備えている。また、連結部は、第一接続部および第二接続部を連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの軸線方向に沿って伸縮可能に形成されている。そのため、本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルに熱応力が生じた際に、各連結部が複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの軸線方向に沿って伸縮して、熱応力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態に係り、固体酸化物形燃料電池システム１の一例を示す構成図である。
【図２】第一実施形態に係り、固体酸化物形燃料電池モジュール１１を複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って切断した切断部端面図である。
【図３】第一実施形態に係り、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を模式的に示す図である。
【図４】第一実施形態に係り、複数の接続部材３４のうちの一の接続部材３４の一例を示す分解図である。
【図５】第一実施形態に係り、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を電気的に接続する一の接続部材３４の平面図である。
【図６】第一実施形態に係り、第一平板の一例を示す平面図である。
【図７】第一実施形態に係り、第一集電体成型工程の一例を示すフローチャートである。
【図８】第二実施形態に係り、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を模式的に示す図である。
【図９】第二実施形態に係り、複数の接続部材３４のうちの一の接続部材３４の一例を示す分解図である。
【図１０】変形形態に係り、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第一実施形態＞
（固体酸化物形燃料電池システム１）
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池システム１は、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。また、発電ユニット１０は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、電力変換装置１３、水タンク１４および制御装置１５を備えている。
【００１２】
固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、後述するように固体酸化物形燃料電池スタック３０を少なくとも含んで構成される。固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、改質用燃料、改質水およびカソードガス（空気）が供給されている。具体的には、固体酸化物形燃料電池モジュール１１には、改質用燃料供給管１１ａの一端側が接続されている。改質用燃料供給管１１ａの他端側は、供給源Ｇｓに接続されており、供給源Ｇｓから改質用燃料が供給される。改質用燃料供給管１１ａには、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、固体酸化物形燃料電池モジュール１１には、水供給管１１ｂの一端側が接続されている。水供給管１１ｂの他端側は、水タンク１４に接続されており、水タンク１４から改質水が供給される。水供給管１１ｂには、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、固体酸化物形燃料電池モジュール１１には、カソードエア供給管１１ｃの一端側が接続されている。カソードエア供給管１１ｃの他端側は、カソードエアブロワ１１ｃ１に接続されており、カソードエアブロワ１１ｃ１からカソードガス（空気）が供給される。
【００１３】
熱交換器１２は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１から貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図１にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２には、固体酸化物形燃料電池モジュール１１の排気管１１ｄが接続（貫設）されている。また、熱交換器１２には、凝縮水供給管１２ａの一端側が接続されている。凝縮水供給管１２ａの他端側は、水タンク１４に接続されている。
【００１４】
固体酸化物形燃料電池モジュール１１から排出された燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ冷却されるとともに燃焼排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮される。冷却後の燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、例えば、凝縮水をイオン交換樹脂などによって、純水化することができる。
【００１５】
上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２によって、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
【００１６】
電力変換装置１３は、固体酸化物形燃料電池スタック３０から出力される直流電力を入力し所定の交流電力に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部負荷１６ｃ（例えば、電化製品など）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、電力変換装置１３は、系統電源１６ａから受電した交流電力を電源ライン１６ｂを介して入力し、および／または、固体酸化物形燃料電池スタック３０の直流電力を入力し、所定の直流電力に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）および制御装置１５に出力することができる。なお、制御装置１５は、補機を駆動して固体酸化物形燃料電池システム１の運転を制御する。
【００１７】
（固体酸化物形燃料電池モジュール１１）
図２に示すように、固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、固体酸化物形燃料電池スタック３０、蒸発部４０、改質部５０および燃焼部６０を備えている。
【００１８】
（固体酸化物形燃料電池スタック３０）
固体酸化物形燃料電池スタック３０は、ベース部材３１、断熱部材３２、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３、複数の接続部材３４、カバー３５、アノードガスマニホールド３６およびカソードガスマニホールド３７を備えている。図２に示すように、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、複数の接続部材３４によって電気的に接続されている。
【００１９】
ベース部材３１は、金属材によって、方形状の板状に形成されている。ベース部材３１は、例えば、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、クロム−鉄−イットリア合金などの金属材によって形成することができる。特に、フェライト系ステンレス鋼が好適である。ベース部材３１の上面には、断熱部材３２が当接して設けられている。断熱部材３２は、ベース部材３１と、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とを電気的に絶縁する。断熱部材３２は、絶縁性かつ断熱性を有する材料によって、方形状の板状に形成されている。断熱部材３２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコンまたはそれらの混合材料を原料としたセラミックスなどによって形成することができる。断熱部材３２は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３が立設されるベース部材３１の中央部に配置されている。複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、断熱部材３２およびベース部材３１を貫通してベース部材３１に立設されている。
【００２０】
図３は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を模式的に示す図である。同図の左側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、同図の右側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３と同様の構成を有している。なお、説明の便宜上、左側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３では、後述する外側電極層被接続部３３ｃ１の記載が省略されており、右側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３では、後述する内側電極層被接続部３３ａ１の記載が省略されている。
【００２１】
複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、筒状に形成されている。本実施形態では、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、円筒状に形成されている。図３に示すように、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、内側電極層３３ａと、電解質層３３ｂと、外側電極層３３ｃとを備えており、これらは、層状に積層されて形成されている。
【００２２】
内側電極層３３ａは、筒状に形成されており、燃料および酸化剤ガスのうちの一方が流通する。本実施形態では、内側電極層３３ａは、燃料が一端側（矢印Ｚ１方向側）から他端側（矢印Ｚ２方向側）に向けて流通する。本実施形態では、燃料は、後述する天然ガスなどの炭化水素系燃料を改質したガスであり、アノードガスともいう。
【００２３】
内側電極層３３ａは、例えば、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＹ、Ｓｃ、Ｃｅなどの希土類元素から選ばれる少なくとも１種をドープした安定化ジルコニアとの混合体、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＧｄ、Ｙ、Ｓｍなどの希土類元素から少なくとも１種をドープしたセリアとの混合体、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＳｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも１種をドープしたランタンガレートとの混合体の少なくとも１種から形成される。
【００２４】
外側電極層３３ｃは、内側電極層３３ａの外側に積層されており、燃料および酸化剤ガスのうちの他方の雰囲気中に設けられる。本実施形態では、外側電極層３３ｃは、酸化剤ガスの雰囲気中に設けられ、酸化剤ガスが一端側（矢印Ｚ１方向側）から他端側（矢印Ｚ２方向側）に向けて流通する。本実施形態では、酸化剤ガスは、空気であり、カソードガスともいう。
【００２５】
外側電極層３３ｃは、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも１種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも１種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも１種をドープしたランタンコバルタイト、Ｓｒ、Ｆｅから選ばれた少なくとも１種をドープしたバリウムコバルタイト、銀、銀−パラジウム合金、白金などの少なくとも１種から形成される。
【００２６】
電解質層３３ｂは、内側電極層３３ａと外側電極層３３ｃとの間に形成されている。つまり、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、径方向の内側から内側電極層３３ａ、電解質層３３ｂおよび外側電極層３３ｃの順に形成されている。電解質層３３ｂは、例えば、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｅなどの希土類元素から選ばれる少なくとも１種をドープした安定化ジルコニア、Ｇｄ、Ｙ、Ｓｍなどの希土類元素から少なくとも１種をドープしたセリア、ＮｉとＳｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも１種をドープしたランタンガレートの少なくとも１種から形成される。
【００２７】
なお、電解質層３３ｂと外側電極層３３ｃとの間には、反応防止層を設けることもできる。反応防止層は、例えば、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ＹＤＣ（イットリアドープセリア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）などの希土類をドープしたセリア混合体を用いることができる。
【００２８】
図３に示すように、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の各々は、内側電極層３３ａの一部が露出しており、電解質層３３ｂの一部が露出している。複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、内側電極層被接続部３３ａ１と外側電極層被接続部３３ｃ１とを備えている。
【００２９】
内側電極層被接続部３３ａ１は、内側電極層３３ａの露出部に形成され、複数の接続部材３４のうちの一の接続部材３４と電気的に接続される。内側電極層被接続部３３ａ１には、電解質層３３ｂおよび外側電極層３３ｃが形成されていない。本実施形態では、内側電極層被接続部３３ａ１は、内側電極層３３ａの露出部の外周面の全面に亘って形成されている。これにより、内側電極層被接続部３３ａ１と、一の接続部材３４とが電気的に接続されたときに、内側電極層３３ａに供給される燃料および酸化剤ガスのうちの一方（本実施形態では、燃料）が、内側電極層３３ａの露出部から漏出することを抑制することができる。
【００３０】
外側電極層被接続部３３ｃ１は、外側電極層３３ｃに形成され、複数の接続部材３４のうちの他の一の接続部材３４と電気的に接続される。外側電極層被接続部３３ｃ１は、外側電極層３３ｃの周方向において、全周に亘って形成されている。図３に示すように、本実施形態では、外側電極層被接続部３３ｃ１は、外側電極層３３ｃの軸線方向（矢印Ｚ方向）において、一部の領域に形成されている。
【００３１】
複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の形成方法は、限定されない。例えば、公知の押し出し、プレス、鋳込み等の方法で内側電極層３３ａを形成し、逐次、電解質層３３ｂおよび外側電極層３３ｃを印刷、ディッピング、スラリーコート等の方法で製膜することによって形成することができる。これらの方法により、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、径方向の内側から内側電極層３３ａ、電解質層３３ｂおよび外側電極層３３ｃの順に、既述の電極材料が層状に積層される。また、製膜の段階で部位に応じてマスキングを行うことで、上述した内側電極層３３ａが露出する部位や電解質層３３ｂが露出する部位が形成される。なお、局所的に製膜を行うことで、任意の部位の外径を変更した複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を作製することも可能である。
【００３２】
図２に示すように、複数の接続部材３４は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を電気的に接続する。複数の接続部材３４は、例えば、フェライト系ステンレス、ランタンクロマイトなどを用いて形成することができる。この場合、複数の接続部材３４の各々の熱膨張率は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々の熱膨張率と同程度にすると良い。これにより、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３が複数の接続部材３４によって電気的に接続されたときに、熱膨張差に起因する空隙の発生を抑制することができる。
【００３３】
複数の接続部材３４の各々は、第一接続部３４ａと、第二接続部３４ｂと、連結部３４ｃとを備えている。第一接続部３４ａ、第二接続部３４ｂおよび連結部３４ｃは、一体に形成されていると好適である。第一接続部３４ａは、筒状に形成されており、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の内側電極層被接続部３３ａ１または外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する。本実施形態では、第一接続部３４ａは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の内側電極層被接続部３３ａ１と電気的に接続している。
【００３４】
第二接続部３４ｂは、筒状に形成されており、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の内側電極層被接続部３３ａ１または外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する。本実施形態では、第二接続部３４ｂは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続している。
【００３５】
連結部３４ｃは、第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂを連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮可能に形成されている。連結部３４ｃは、導電性および伸縮性を備えていれば良く、限定されない。図２に示すように、連結部３４ｃは、波板状に形成されていると好適である。この場合、波板状の波進行方向（矢印ＷＤ方向）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向と同じ方向であると好適である。
【００３６】
本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、複数の接続部材３４の各々は、第一接続部３４ａと、第二接続部３４ｂと、連結部３４ｃとを備えている。また、連結部３４ｃは、第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂを連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮可能に形成されている。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３に熱応力が生じた際に、各連結部３４ｃが複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮して、熱応力を緩和することができる。
【００３７】
また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、複数の接続部材３４の各連結部３４ｃは、波板状に形成されている。さらに、波板状の波進行方向（矢印ＷＤ方向）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向と同じ方向である。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、例えば、コイルばね等の伸縮部材を連結部３４ｃとして用いる場合と比べて、第一接続部３４ａ、第二接続部３４ｂおよび連結部３４ｃを一体形成することが容易であり、複数の接続部材３４の製作が容易になる。
【００３８】
図４に示すように、複数の接続部材３４の各々は、第一集電体３４ｈと第二集電体３４ｉとによって構成されていると好適である。第一集電体３４ｈは、第一接続部３４ａである互いに半筒状に形成された一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄのうちの一方の第一把持部３４ｄと、第二接続部３４ｂである互いに半筒状に形成された一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅのうちの一方の第二把持部３４ｅと、上記一方の第一把持部３４ｄおよび上記一方の第二把持部３４ｅを連結する連結部３４ｃである第一連結部３４ｆとを備えると好適である。第一集電体３４ｈは、これらが一体に形成されていると好適である。
【００３９】
第二集電体３４ｉは、第一接続部３４ａである互いに半筒状に形成された一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄのうちの他方の第一把持部３４ｄと、第二接続部３４ｂである互いに半筒状に形成された一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅのうちの他方の第二把持部３４ｅと、上記他方の第一把持部３４ｄおよび上記他方の第二把持部３４ｅを連結する連結部３４ｃである第二連結部３４ｇとを備えると好適である。第二集電体３４ｉは、これらが一体に形成されていると好適である。
【００４０】
図４に示すように、一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄは、鍔部３４ｄ１と、半筒部３４ｄ２とをそれぞれ備えている。半筒部３４ｄ２は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って筒状部材（第一接続部３４ａ）を切断したときの半筒状部材に相当する。鍔部３４ｄ１は、半筒部３４ｄ２の周方向の一端側端部に設けられており、鍔部３４ｄ１および半筒部３４ｄ２は、一体に形成されている。
【００４１】
一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅは、鍔部３４ｅ１と、半筒部３４ｅ２とをそれぞれ備えている。半筒部３４ｅ２は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って筒状部材（第二接続部３４ｂ）を切断したときの半筒状部材に相当する。鍔部３４ｅ１は、半筒部３４ｅ２の周方向の一端側端部に設けられており、鍔部３４ｅ１および半筒部３４ｅ２は、一体に形成されている。
【００４２】
第一連結部３４ｆは、上方側支持部３４ｆ１と、伸縮部３４ｆ２と、下方側支持部３４ｆ３とを備えており、これらは一体に形成されている。第二連結部３４ｇは、上方側支持部３４ｇ１と、伸縮部３４ｇ２と、下方側支持部３４ｇ３とを備えており、これらは一体に形成されている。
【００４３】
一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄのうちの一方の第一把持部３４ｄ（図４の左側の第一把持部３４ｄ）は、鍔部３４ｄ１が第一連結部３４ｆの上方側支持部３４ｆ１と連結されており、これらは一体に形成されている。一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄのうちの他方の第一把持部３４ｄ（同図の右側の第一把持部３４ｄ）は、鍔部３４ｄ１が第二連結部３４ｇの上方側支持部３４ｇ１と連結されており、これらは一体に形成されている。いずれも鍔部３４ｄ１は、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の並設方向（矢印Ｘ方向）のうちの一の方向（矢印Ｘ１方向）側に配設されている。
【００４４】
一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅのうちの一方の第二把持部３４ｅ（図４の左側の第二把持部３４ｅ）は、鍔部３４ｅ１が第一連結部３４ｆの下方側支持部３４ｆ３と連結されており、これらは一体に形成されている。一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅのうちの他方の第二把持部３４ｅ（同図の右側の第二把持部３４ｅ）は、鍔部３４ｅ１が第二連結部３４ｇの下方側支持部３４ｇ３と連結されており、これらは一体に形成されている。いずれも鍔部３４ｅ１は、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の並設方向（矢印Ｘ方向）のうちの他の方向（矢印Ｘ２方向）側に配設されている。
【００４５】
図３に示す互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の紙面奥側に第一集電体３４ｈを配設し、紙面手前側に第二集電体３４ｉを配設する。そして、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を挟み込むように、第一集電体３４ｈと第二集電体３４ｉとを組み付けると、図４の左側の第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２の周方向の他端側端部３４ｄ２１は、同図の右側の第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２の周方向の他端側端部３４ｄ２１と当接し、他端側端部３４ｄ２１同士を接合することができる。これにより、同図の左側の第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２の内周面３４ｄ２２および同図の右側の第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２の内周面３４ｄ２２の両方によって、図３に示す内側電極層被接続部３３ａ１の全面が覆われる。つまり、内側電極層被接続部３３ａ１は、第一接続部３４ａと電気的に接続される。
【００４６】
同様に、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を挟み込むように、第一集電体３４ｈと第二集電体３４ｉとを組み付けると、図４の左側の第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２の周方向の他端側端部３４ｅ２１は、同図の右側の第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２の周方向の他端側端部３４ｅ２１と当接し、他端側端部３４ｅ２１同士を接合することができる。これにより、同図の左側の第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２の内周面３４ｅ２２および同図の右側の第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２の内周面３４ｅ２２の両方によって、図３に示す外側電極層被接続部３３ｃ１の全面が覆われる。つまり、外側電極層被接続部３３ｃ１は、第二接続部３４ｂと電気的に接続される。なお、既述したように、本実施形態では、外側電極層被接続部３３ｃ１は、外側電極層３３ｃの軸線方向（矢印Ｚ方向）において、一部の領域に形成されている。
【００４７】
第一連結部３４ｆの伸縮部３４ｆ２は、既述した波板状に形成されている。図４では、波板状の振幅の極値の一方を山部３４ｆ２１で示し、波板状の振幅の極値の他方を谷部３４ｆ２２で示している。同様に、第二連結部３４ｇの伸縮部３４ｇ２は、既述した波板状に形成されている。同図では、波板状の振幅の極値の一方を山部３４ｇ２１で示し、波板状の振幅の極値の他方を谷部３４ｇ２２で示している。なお、いずれも波板状の波進行方向（矢印ＷＤ方向）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向と同じ方向である。
【００４８】
図５は、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を電気的に接続する一の接続部材３４の平面図である。同図は、図２に示す燃焼部６０側から視た平面図を示している。また、図５に示す境界面ＭＳ１は、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の各軸線ＡＺ１を含む仮想の平面をいう。同図に示すように、第一集電体３４ｈおよび第二集電体３４ｉは、境界面ＭＳ１に対して鏡面対称に形成されていると好適である。
【００４９】
第一接続部３４ａの内径寸法（一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄの半筒部３４ｄ２，３４ｄ２によって形成される円筒の内径寸法）および第二接続部３４ｂの内径寸法（一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅの半筒部３４ｅ２，３４ｅ２によって形成される円筒の内径寸法）は、外側電極層被接続部３３ｃ１の外径寸法より若干大きく形成されている。そのため、第一接続部３４ａの内径と内側電極層被接続部３３ａ１の外径との間は、内側電極層３３ａの熱膨張率と同程度以上の熱膨張率を有する導電性接着剤３４ｊによって固定されていると好適である。このことは、第二接続部３４ｂの内径と外側電極層被接続部３３ｃ１の外径との間についても同様である。これにより、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３と複数の接続部材３４との間の電気的な接続状態が良好になり、電気抵抗を低減することができる。
【００５０】
導電性接着剤３４ｊは、例えば、白金、銀、銅または銀−パラジウム合金などの導電性ペーストや導電性セラミックスなどを用いることができる。導電性セラミックスは、例えば、ＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物などを用いることができ、比較的電気伝導性が高いランタンコバルタイト系酸化物や酸化還元雰囲気で安定なランタンクロマイト系酸化物を用いると良い。また、導電性接着剤３４ｊは、第一接続部３４ａ側および第二接続部３４ｂ側の両方において、ガス透過性が同程度であっても良い。さらに、導電性接着剤３４ｊは、第二接続部３４ｂ側を多孔質に形成し、第一接続部３４ａ側を第二接続部３４ｂ側と比べて緻密に形成して、ガス透過性に差異を設けることもできる。
【００５１】
なお、第一接続部３４ａの内径寸法（一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄの半筒部３４ｄ２，３４ｄ２によって形成される円筒の内径寸法）は、内側電極層被接続部３３ａ１の外径寸法より若干大きく形成し、第二接続部３４ｂの内径寸法（一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅの半筒部３４ｅ２，３４ｅ２によって形成される円筒の内径寸法）は、外側電極層被接続部３３ｃ１の外径寸法より若干大きく形成することもできる。この場合も、第一接続部３４ａの内径と内側電極層被接続部３３ａ１の外径との間は、上述した導電性接着剤３４ｊによって固定されていると好適である。第二接続部３４ｂの内径と外側電極層被接続部３３ｃ１の外径との間についても同様である。
【００５２】
本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、第一接続部３４ａは、互いに半筒状に形成された一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄであり、第二接続部３４ｂは、互いに半筒状に形成された一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅである。つまり、第一接続部３４ａは、内側電極層被接続部３３ａ１または外側電極層被接続部３３ｃ１（本実施形態では、内側電極層被接続部３３ａ１）の周方向の全周に亘って接続可能であり、第二接続部３４ｂは、内側電極層被接続部３３ａ１または外側電極層被接続部３３ｃ１（本実施形態では、外側電極層被接続部３３ｃ１）の周方向の全周に亘って接続可能である。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、集電体が燃料電池セルの周方向の一部と接続される特許文献１に記載の発明と比べて、集電性能が向上し、発電性能が向上する。また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂが周方向の全周に亘って接続可能であるので、導電性接着剤３４ｊ（例えば、銀系の導電性ペーストなど）の蒸散を抑制することができ、導電性接着剤３４ｊの再凝縮による電気的な短絡故障を低減することができる。
【００５３】
また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、複数の接続部材３４の各々は、第一集電体３４ｈと第二集電体３４ｉとによって構成されている。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３に、筒状の第一接続部３４ａおよび筒状の第二接続部３４ｂを嵌め込む場合と比べて、接続部材３４の組み付けが容易であり、接続部材３４の組み付けの際の当該固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の損傷を低減することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、第一集電体３４ｈおよび第二集電体３４ｉは、境界面ＭＳ１に対して鏡面対称に形成されている。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、第一集電体３４ｈの第一把持部３４ｄと第二把持部３４ｅとが境界面ＭＳ１を跨いで配設され、第二集電体３４ｉの第一把持部３４ｄと第二把持部３４ｅとが境界面ＭＳ１を跨いで配設される場合と比べて、接続部材３４の組み付けがさらに容易であり、接続部材３４の組み付けの際の当該固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の損傷をさらに低減することができる。
【００５５】
図３に示すように、第一接続部３４ａは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の内側電極層被接続部３３ａ１と電気的に接続する。また、第二接続部３４ｂは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する。さらに、連結部３４ｃは、第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂを連結して電気的に接続する。上述した接続が繰り返されることによって、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３が複数の接続部材３４によって直列接続される。図２に示すように、直列接続された複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の両端は、バスバー接続部材３８ａ，３８ａを介して、バスバー３８ｂ，３８ｂに接続されている。固体酸化物形燃料電池スタック３０によって生成された直流電力は、バスバー３８ｂ，３８ｂから取り出すことができる。
【００５６】
図２に示すように、カバー３５は、ベース部材３１の上面に取り付けられている。カバー３５は、下方に開口する開口部を有する箱状に形成されている。カバー３５とベース部材３１との間に形成された密閉された空間Ｒ１には、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（一端側（矢印Ｚ１方向側）を除く）、蒸発部４０および改質部５０が収容されている。カバー３５の開口部には、外方に向けて形成されたフランジ３５ａが設けられている。フランジ３５ａは、ベース部材３１の上面に当接しており、ネジ３５ｂにより、ベース部材３１にねじ止め固定されている。カバー３５の天井部には、一つまたは複数（本実施形態では、２つ）の排気口３５ｃ，３５ｃが形成されており、燃焼排ガスは、排気口３５ｃ，３５ｃを通って排気される。
【００５７】
アノードガスマニホールド３６は、ベース部材３１の下面に取り付けられている。アノードガスマニホールド３６は、上方に開口する開口部を有する箱状に形成されている。アノードガスマニホールド３６とベース部材３１との間に形成された密閉された空間には、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３が突出している。複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、ベース部材３１に設けられる貫通穴３１ａおよび断熱部材３２に設けられる貫通穴（図示略）をそれぞれ貫通している。また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々と、ベース部材３１の貫通穴３１ａとの間は、ガス封止用の絶縁性シール部材３１ｂでシールされている。絶縁性シール部材３１ｂは、例えば、ガラス系のシール部材（例えば、アルミナ、シリカ等を主成分とする結晶化ガラスなど）を用いることができる。また、絶縁性シール部材３１ｂは、例えば、リング状のバルクガラス材を用いることもできる。
【００５８】
アノードガスマニホールド３６内には、電気的な絶縁性を有する支持板３６ｂが設けられている。複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々の一端側（矢印Ｚ１方向側）の端部（下端面）が支持板３６ｂの上面に当接して配設されることにより、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、軸線方向（矢印Ｚ方向）における位置決めが為される。アノードガスマニホールド３６には、アノードガス供給管３６ａの一端側が接続されている。アノードガス供給管３６ａの他端側は、改質部５０に接続されており、改質部５０からアノードガスが供給される。支持板３６ｂには、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々の取り付け位置に、貫通穴（図２にて矢印位置）が形成されており、アノードガス（燃料）は、支持板３６ｂの各貫通穴を通って、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各内側電極層３３ａに供給される。
【００５９】
カソードガスマニホールド３７は、空間Ｒ１内に設けられている。カソードガスマニホールド３７は、断熱部材３２の周囲に配設されている。カソードガスマニホールド３７の上部には、上方に向けてカソードガス（空気）が流出する流出孔（図２にて矢印位置）が複数形成されている。カソードガスマニホールド３７には、カソードガス（空気）を供給するカソードガス供給管３７ａが接続されている。
【００６０】
（蒸発部４０）
蒸発部４０は、固体酸化物形燃料電池スタック３０の燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する。蒸発部４０は、生成された水蒸気と予熱された改質用燃料を混合して改質部５０に供給する。改質用燃料として、天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料が挙げられる。本実施形態では、改質用燃料として、天然ガスを用いる。
【００６１】
蒸発部４０には、水供給管１１ｂの一端側が接続されている。水供給管１１ｂの他端側は、水タンク１４に接続されている。また、蒸発部４０には、改質用燃料供給管１１ａの一端側が接続されている。改質用燃料供給管１１ａの他端側は、供給源Ｇｓに接続されている。供給源Ｇｓとして、例えば、都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベなどが挙げられる。
【００６２】
（改質部５０）
改質部５０は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部４０から供給された水蒸気と改質用燃料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する。改質部５０内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素と一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。
【００６３】
これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は、既述のアノードガスであり、アノードガスマニホールド３６を介して、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各内側電極層３３ａに導出される。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部５０は、改質用燃料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して固体酸化物形燃料電池スタック３０に供給する。なお、水蒸気改質反応は、吸熱反応である。
【００６４】
（燃焼部６０）
燃焼部６０は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３と、蒸発部４０および改質部５０との間に設けられている。燃焼部６０は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々から排出された燃料オフガスと、酸化剤ガスとが燃焼して蒸発部４０および改質部５０を加熱する。
【００６５】
本実施形態の固体酸化物形燃料電池モジュール１１によれば、固体酸化物形燃料電池スタック３０と、蒸発部４０と、改質部５０とを備える固体酸化物形燃料電池モジュール１１において、上述した固体酸化物形燃料電池スタック３０に係る作用効果を得ることができる。また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム１によれば、固体酸化物形燃料電池モジュール１１と、熱交換器１２と、電力変換装置１３と、水タンク１４と、制御装置１５とを備える発電ユニット１０と、貯湯槽２１とを備える固体酸化物形燃料電池システム１において、上述した固体酸化物形燃料電池スタック３０に係る作用効果を得ることができる。
【００６６】
（固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法）
第一集電体３４ｈは、第一集電体成型工程によって製造され、第二集電体３４ｉは、第二集電体成型工程によって製造されると好適である。第一集電体成型工程は、金属製の平板である第一平板をプレス加工して第一集電体３４ｈを成型する工程である。第二集電体成型工程は、金属製の平板である第二平板をプレス加工して第二集電体３４ｉを成型する工程である。
【００６７】
上記した固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法において、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、内側電極層被接続部３３ａ１と外側電極層被接続部３３ｃ１とを備え、複数の接続部材３４の各々は、第一接続部３４ａと、第二接続部３４ｂと、連結部３４ｃとを備える。また、上記した固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法において、複数の接続部材３４の各々は、第一集電体３４ｈと第二集電体３４ｉとによって構成されており、第一集電体３４ｈおよび第二集電体３４ｉは、境界面ＭＳ１に対して鏡面対称に形成されている。さらに、上記した固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法において、複数の接続部材３４の各連結部３４ｃは、波板状に形成され、波板状の波進行方向（矢印ＷＤ方向）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向と同じ方向であると好適である。
【００６８】
図６は、第一平板の一例を示す平面図である。第一集電体３４ｈは、第一平板をプレス加工して成型することができる。同図は、第一平板における第一集電体３４ｈの各部位の領域を示している。領域ＡＲ１は、第一平板から、せん断される領域を示している。領域ＡＲ２１は、第一連結部３４ｆの上方側支持部３４ｆ１に相当する領域を示している。領域ＡＲ２２は、第一連結部３４ｆの伸縮部３４ｆ２に相当する領域を示している。領域ＡＲ２３は、第一連結部３４ｆの下方側支持部３４ｆ３に相当する領域を示している。領域ＡＲ３１は、第一把持部３４ｄの鍔部３４ｄ１に相当する領域を示している。領域ＡＲ３２は、第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２に相当する領域を示している。領域ＡＲ４１は、第二把持部３４ｅの鍔部３４ｅ１に相当する領域を示している。領域ＡＲ４２は、第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２に相当する領域を示している。
【００６９】
図７は、第一集電体成型工程の一例を示すフローチャートである。同図に示すように、第一集電体成型工程は、第一平板せん断工程（ステップＳ１１）と、第一連結部成型工程（ステップＳ１２）と、第一集電体側把持部成型工程（ステップＳ１３）とを備えている。第一平板せん断工程は、図６に示す第一平板から、領域ＡＲ１で示す領域をせん断する工程である。具体的には、第一平板のうち、領域ＡＲ１で示す領域をせん断プレス加工する。これにより、第一平板から、領域ＡＲ１で示す領域が、せん断されて、第一平板は、コ字形状に形成される。
【００７０】
第一連結部成型工程は、第一連結部３４ｆの伸縮部３４ｆ２を成型する工程である。具体的には、図６に示す山部３４ｆ２１が紙面手前側に向かって突出し、同図に示す谷部３４ｆ２２が紙面奥側に向かって突出するように、第一平板を曲げプレス加工する。これにより、図４に示すように、第一連結部３４ｆの伸縮部３４ｆ２は、波板状に形成される。
【００７１】
第一集電体側把持部成型工程は、第一平板を曲げプレス加工によってそれぞれ半筒状に湾曲させて、第一集電体３４ｈ側の第一把持部３４ｄおよび第二把持部３４ｅを成型する工程である。具体的には、図６に示す領域ＡＲ２１（第一連結部３４ｆの上方側支持部３４ｆ１）と領域ＡＲ３１（第一把持部３４ｄの鍔部３４ｄ１）との境界線を曲げ部にして、領域ＡＲ３１（第一把持部３４ｄの鍔部３４ｄ１）および領域ＡＲ３２（第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２）を紙面手前側に向かって９０°折り曲げる。また、領域ＡＲ３１（第一把持部３４ｄの鍔部３４ｄ１）と領域ＡＲ３２（第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２）との境界線を曲げ部にして、領域ＡＲ３２（第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２）をさらに９０°折り曲げる。さらに、領域ＡＲ３２（第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２）を半筒状に湾曲させる。これらにより、図４に示すように、第一集電体３４ｈ側の第一把持部３４ｄの鍔部３４ｄ１が形成され、第一集電体３４ｈ側の第一把持部３４ｄの半筒部３４ｄ２が形成される。なお、説明の便宜上、第一把持部３４ｄが成型される過程を順に説明したが、上述した曲げプレス加工は、同時に行うこともできる。
【００７２】
同様に、領域ＡＲ２３（第一連結部３４ｆの下方側支持部３４ｆ３）と領域ＡＲ４１（第二把持部３４ｅの鍔部３４ｅ１）との境界線を曲げ部にして、領域ＡＲ４１（第二把持部３４ｅの鍔部３４ｅ１）および領域ＡＲ４２（第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２）を紙面奥側に向かって９０°折り曲げる。また、領域ＡＲ４１（第二把持部３４ｅの鍔部３４ｅ１）と領域ＡＲ４２（第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２）との境界線を曲げ部にして、領域ＡＲ４２（第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２）をさらに９０°折り曲げる。さらに、領域ＡＲ４２（第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２）を半筒状に湾曲させる。これらにより、図４に示すように、第一集電体３４ｈ側の第二把持部３４ｅの鍔部３４ｅ１が形成され、第一集電体３４ｈ側の第二把持部３４ｅの半筒部３４ｅ２が形成される。なお、説明の便宜上、第二把持部３４ｅが成型される過程を順に説明したが、上述した曲げプレス加工は、同時に行うこともできる。
【００７３】
また、第一集電体側把持部成型工程は、第一連結部成型工程より前に行うこともできる。さらに、第一集電体側把持部成型工程は、第二把持部３４ｅを成型した後に、第一把持部３４ｄを成型しても良く、第一把持部３４ｄおよび第二把持部３４ｅを同時に成型しても良い。また、第一集電体成型工程は、適宜変更することができ、上述した工程以外の工程を含めることもできる。
【００７４】
第一集電体３４ｈについて既述したことは、第二集電体３４ｉについても同様に言える。具体的には、第二集電体成型工程は、第二平板せん断工程と、第二連結部成型工程と、第二集電体側把持部成型工程とを備えている。第二平板せん断工程は、第一平板せん断工程と同様にして、第二平板をせん断する工程である。既述したように、第一集電体３４ｈおよび第二集電体３４ｉは、境界面ＭＳ１に対して鏡面対称に形成される。そのため、第二平板における第二集電体３４ｉの各部位の領域は、図６に示す第一平板を境界線ＢＺ１に対して折り返した状態に相当する。第二連結部成型工程は、第一連結部成型工程と同様にして、第二連結部３４ｇの伸縮部３４ｇ２を成型する工程である。第二集電体側把持部成型工程は、第一集電体側把持部成型工程と同様にして、第二平板を曲げプレス加工によってそれぞれ半筒状に湾曲させて、第二集電体３４ｉ側の第一把持部３４ｄおよび第二把持部３４ｅを成型する工程である。
【００７５】
本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法によれば、第一集電体成型工程と、第二集電体成型工程とを備えている。また、第一集電体成型工程には、第一平板を曲げプレス加工によってそれぞれ半筒状に湾曲させて、第一集電体３４ｈ側の第一把持部３４ｄおよび第二把持部３４ｅを成型する第一集電体側把持部成型工程が含まれる。第二集電体成型工程には、第二平板を曲げプレス加工によってそれぞれ半筒状に湾曲させて、第二集電体３４ｉ側の第一把持部３４ｄおよび第二把持部３４ｅを成型する第二集電体側把持部成型工程が含まれる。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法は、第一接続部３４ａである一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄを互いに半筒状に形成することが容易であり、第二接続部３４ｂである一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅを互いに半筒状に形成することが容易である。
【００７６】
本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、以下の第一工程〜第六工程を備える製造方法によって組み付けられると好適である。第一工程は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々の外側電極層３３ｃ（外側電極層被接続部３３ｃ１を除く）に、導電性接着剤３４ｊにおいて既述した多孔質な導電性ペーストや導電性セラミックスを塗布し、乾燥させる工程である。第二工程は、ベース部材３１に複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を立設する工程である。第三工程は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々と、ベース部材３１の貫通穴３１ａとの間に、ガス封止用の絶縁性シール部材３１ｂを塗布（絶縁性シール部材３１ｂがペースト状の場合）または配置（絶縁性シール部材３１ｂがバルクガラス材などの場合）する工程である。
【００７７】
第四工程は、一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄの半筒部３４ｄ２，３４ｄ２の内周面３４ｄ２２，３４ｄ２２に導電性接着剤３４ｊを塗布し、一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅの半筒部３４ｅ２，３４ｅ２の内周面３４ｅ２２，３４ｅ２２に導電性接着剤３４ｊを塗布する工程である。第五工程は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３に複数の接続部材３４を組み付ける工程である。第六工程は、電気炉で焼成する工程である。これらにより、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３と複数の接続部材３４とが固定され、電気的に接続される。また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とベース部材３１とが固定される。なお、上記第一工程〜第六工程の順序は、適宜変更することができ、これら以外の工程を含めることもできる。また、第四工程において、導電性接着剤３４ｊを塗布する順序は、限定されない。
【００７８】
＜第二実施形態＞
本実施形態は、第一実施形態と比べて、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々の外側電極層被接続部３３ｃ１が異なり、複数の接続部材３４の各々の第二接続部３４ｂが異なる。なお、図面は、第一実施形態と共通する箇所には共通の符号を付して記載されており、本明細書では、重複する説明が省略されている。
【００７９】
図８に示すように、本実施形態では、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、外側電極層被接続部３３ｃ１が外側電極層３３ｃの外周面の全面に亘って形成されている。同図は、図３と同様に、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を模式的に示している。本実施形態では、外側電極層被接続部３３ｃ１は、外側電極層３３ｃの周方向の全周に亘って形成されるとともに、外側電極層３３ｃの軸線方向（矢印Ｚ方向）の全ての領域において形成されている。
【００８０】
また、図９に示すように、本実施形態では、外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する第二接続部３４ｂは、外側電極層被接続部３３ｃ１（外側電極層３３ｃ）の全面を覆うように設けられている。さらに、外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する第二接続部３４ｂは、酸化剤ガス（本実施形態では、空気）の流通が可能に、複数（本実施形態では、１３個）の開口部３４ｋが形成されている。
【００８１】
開口部３４ｋの開口面積が大きくなると、外側電極層３３ｃに供給される酸化剤ガスの供給量が増大する。その結果、発電性能が向上する。一方、開口部３４ｋの開口面積が大きくなると、外側電極層被接続部３３ｃ１と第二接続部３４ｂとの間の接触面積が低減する。その結果、第二接続部３４ｂによる集電性能が悪化し、発電性能が低下する可能性がある。よって、開口部３４ｋの開口面積は、予め、シミュレーション、実機による検証などによって、発電性能が最も良好になるように設定しておくと良い。以上のことは、開口部３４ｋの個数についても同様に言える。なお、開口部３４ｋは、一つであっても良い。
【００８２】
本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、外側電極層被接続部３３ｃ１が外側電極層３３ｃの外周面の全面に亘って形成されている。また、外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する第二接続部３４ｂは、外側電極層被接続部３３ｃ１の全面を覆うように設けられ、且つ、酸化剤ガスの流通が可能に一つまたは複数（本実施形態では、１３個）の開口部３４ｋが形成されている。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、酸化剤ガスの流路を確保しつつ、外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する第二接続部３４ｂの集電性能を向上させることができ、発電性能を向上させることができる。
【００８３】
なお、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、内側電極層被接続部３３ａ１が、内側電極層３３ａの露出部の外周面の全面に亘って形成されている。また、内側電極層被接続部３３ａ１と電気的に接続する第一接続部３４ａは、内側電極層被接続部３３ａ１の全面を覆うように設けられる。これにより、内側電極層３３ａに供給された燃料および酸化剤ガスのうちの一方（本実施形態では、燃料）が、内側電極層３３ａの露出部から漏出することを抑制することができる。これらのことは、第一実施形態の内側電極層被接続部３３ａ１および第一接続部３４ａについても同様に言える。
【００８４】
本実施形態においても、複数の接続部材３４の各々は、第一接続部３４ａと、第二接続部３４ｂと、連結部３４ｃとを備えており、連結部３４ｃは、第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂを連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮可能に形成されている。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、第一実施形態で既述の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態においても、連結部３４ｃは、波板状に形成されており、波板状の波進行方向（矢印ＷＤ方向）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向と同じ方向である。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、第一実施形態で既述の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００８５】
さらに、本実施形態においても、複数の接続部材３４の各々は、第一集電体３４ｈと第二集電体３４ｉとによって構成されている。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、第一実施形態で既述の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態においても、第一集電体３４ｈおよび第二集電体３４ｉは、境界面ＭＳ１に対して鏡面対称に形成されている。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、第一実施形態で既述の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００８６】
さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法は、第一集電体成型工程と、第二集電体成型工程とを備えている。第一集電体成型工程には、第一集電体側把持部成型工程が含まれる。第二集電体成型工程には、第二集電体側把持部成型工程が含まれる。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０の製造方法は、第一実施形態で既述の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００８７】
＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、内側電極層３３ａには、酸化剤ガスを流通させることもできる。この場合、外側電極層３３ｃは、燃料の雰囲気中に設けられる。また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、軸線方向（矢印Ｚ方向）の端部以外に、内側電極層被接続部３３ａ１を設けることもできる。
【００８８】
さらに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、電気的に並列接続することもできる。この場合、図１０に示すように、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、内側電極層被接続部３３ａ１の軸線方向（矢印Ｚ方向）における配設位置が異なり、外側電極層被接続部３３ｃ１の軸線方向（矢印Ｚ方向）における配設位置が異なる少なくとも二種類の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を備えると良い。二種類の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３のうちの一方を第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セル３３−Ｉとし、二種類の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３のうちの他方を第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セル３３−ＩＩとする。
【００８９】
この場合、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を電気的に接続する複数の接続部材３４は、第一接続部３４ａである内側電極層側第一接続部３４ａ−Ｉと、第二接続部３４ｂである内側電極層側第二接続部３４ｂ−Ｉと、連結部３４ｃである内側電極層側連結部３４ｃ−Ｉと、を備える。内側電極層側第一接続部３４ａ−Ｉは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セル３３−Ｉ）の内側電極層被接続部３３ａ１と電気的に接続する。内側電極層側第二接続部３４ｂ−Ｉは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セル３３−ＩＩ）の内側電極層被接続部３３ａ１と電気的に接続する。内側電極層側連結部３４ｃ−Ｉは、内側電極層側第一接続部３４ａ−Ｉおよび内側電極層側第二接続部３４ｂ−Ｉを連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮可能に形成される。
【００９０】
また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を電気的に接続する複数の接続部材３４は、第一接続部３４ａである外側電極層側第一接続部３４ａ−ＩＩと、第二接続部３４ｂである外側電極層側第二接続部３４ｂ−ＩＩと、連結部３４ｃである外側電極層側連結部３４ｃ−ＩＩと、を備える。外側電極層側第一接続部３４ａ−ＩＩは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セル３３−Ｉ）の外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する。外側電極層側第二接続部３４ｂ−ＩＩは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セル３３−ＩＩ）の外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する。外側電極層側連結部３４ｃ−ＩＩは、外側電極層側第一接続部３４ａ−ＩＩおよび外側電極層側第二接続部３４ｂ−ＩＩを連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮可能に形成される。
【００９１】
この場合も、複数の接続部材３４の各連結部３４ｃ（内側電極層側連結部３４ｃ−Ｉ，外側電極層側連結部３４ｃ−ＩＩ）は、波板状に形成することができ、波板状の波進行方向（矢印ＷＤ方向）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向と同じ方向にすることができる。また、複数の接続部材３４の各々は、第一集電体３４ｈと第二集電体３４ｉとによって構成することができる。同図では、一対の第一把持部３４ｄ，３４ｄ、一対の第二把持部３４ｅ，３４ｅ並びに第一連結部３４ｆおよび第二連結部３４ｇの配置例が示されている。
【００９２】
また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、直列接続および並列接続の両方によって、電気的に接続することもできる。例えば、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの一部の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を電気的に直列接続し、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの残りの固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を電気的に並列接続することもできる。
【００９３】
このように、複数の接続部材３４の各々は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う一方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の内側電極層被接続部３３ａ１または外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続している第一接続部３４ａと、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうちの互いに隣り合う他方の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の内側電極層被接続部３３ａ１または外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続している第二接続部３４ｂと、第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂを連結して電気的に接続するとともに、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の軸線方向（矢印Ｚ方向）に沿って伸縮可能に形成されている連結部３４ｃ連結部と、を備える。また、外側電極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続する第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂのうちの少なくとも一方は、外側電極層被接続部３３ｃ１の全面を覆うように設けられ、且つ、燃料および酸化剤ガスのうちの他方の流通が可能に一つまたは複数の開口部３４ｋが形成されていると好適である。
【００９４】
なお、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、内側電極層被接続部３３ａ１が内側電極層３３ａの露出部の外周面の全面に亘って形成されていると好適である。また、内側電極層被接続部３３ａ１と電気的に接続する第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂのうちの少なくとも一方は、内側電極層被接続部３３ａ１の全面を覆うように設けられると好適である。
【符号の説明】
【００９５】
１：固体酸化物形燃料電池システム、
１０：発電ユニット、
１１：固体酸化物形燃料電池モジュール、１２：熱交換器、１３：電力変換装置、
１４：水タンク、１５：制御装置、１６ａ：系統電源、１６ｂ：電源ライン、
２１：貯湯槽、
３０：固体酸化物形燃料電池スタック、
３３：固体酸化物形燃料電池筒状セル、
３３ａ：内側電極層、３３ｂ：電解質層、３３ｃ：外側電極層、
３３ａ１：内側電極層被接続部、３３ｃ１：外側電極層被接続部、
３４：接続部材、３４ａ：第一接続部、３４ｂ：第二接続部、３４ｃ：連結部、
３４ｄ，３４ｄ：一対の第一把持部、３４ｅ，３４ｅ：一対の第二把持部、
３４ｆ：第一連結部、３４ｇ：第二連結部、
３４ｈ：第一集電体、３４ｉ：第二集電体、
３４ｋ：開口部、ＭＳ１：境界面、
４０：蒸発部、
５０：改質部。
【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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