(57)【要約】【課題】ジュール熱による損失を低減可能にするとともに、隣接するセルバンドル同士を容易に接続可能な固体酸化物形燃料電池スタック、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】本発明の固体酸化物形燃料電池スタックでは、第一集電部材４２は、金属材料で形成され、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１を一方の端部側で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の複数の燃料極層被接続部を外側から覆って設けられ、各燃料極層被接続部と電気的に接続されている。第二集電部材４３は、金属材料で形成され、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１を他方の端部側で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の複数の酸化剤ガス極層被接続部を外側から覆って設けられ、各酸化剤ガス極層被接続部と電気的に接続されている。【選択図】  図３
2017033627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）（ａ）筒状に形成され燃料が一端側から他端側に向けて流通する燃料極層と、前記燃料極層の外側に積層され酸化剤ガス雰囲気中に設けられる酸化剤ガス極層と、前記燃料極層と前記酸化剤ガス極層との間に形成された電解質層とを備え、（ｂ）前記燃料極層の一方の端部側が露出するとともに前記燃料極層の他方の端部側が前記酸化剤ガス極層により覆われており、（ｃ）前記燃料極層の前記一方の端部側の露出部に燃料極層被接続部が形成されるとともに前記酸化剤ガス極層の前記他方の端部側に酸化剤ガス極層被接続部が形成されている複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、
（ｉｉ）金属材料で形成され、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを前記一方の端部側で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セルの複数の前記燃料極層被接続部を外側から覆って設けられ、各前記燃料極層被接続部と電気的に接続された第一集電部材と、
（ｉｉｉ）金属材料で形成され、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを前記他方の端部側で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セルの複数の前記酸化剤ガス極層被接続部を外側から覆って設けられ、各前記酸化剤ガス極層被接続部と電気的に接続された第二集電部材と、
を備える複数のセルバンドルが各前記セルバンドルの前記第一集電部材および前記第二集電部材を介し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。
【請求項２】
各前記セルバンドルは、
導電性材料で形成され、前記第一集電部材の内壁面と各前記燃料極層被接続部との間の隙間を埋めるように前記第一集電部材の前記内壁面に沿って設けられて、前記第一集電部材と各前記燃料極層被接続部との間を電気的に接続する第一導電性部材と、
導電性材料で形成され、前記第二集電部材の内壁面と各前記酸化剤ガス極層被接続部との間の隙間を埋めるように前記第二集電部材の前記内壁面に沿って設けられて、前記第二集電部材と各前記酸化剤ガス極層被接続部との間を電気的に接続する第二導電性部材と、
を備える請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項３】
各前記セルバンドルの前記第二集電部材は、前記酸化剤ガス雰囲気中の酸化剤ガスの流通が可能に多孔質に形成されている請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
【請求項４】
隣接する前記セルバンドルを電気的に接続するセルバンドル接続部材を備え、
各前記セルバンドルは、前記第一集電部材の外壁面に形成された平面状の第一平面部と、前記第二集電部材の外壁面に形成された平面状の第二平面部とを備え、
前記セルバンドル接続部材は、隣接する前記セルバンドルのうちの一方の前記セルバンドルの前記第一平面部または前記第二平面部と面接触して電気的に接続可能な第一接続部と、
隣接する前記セルバンドルのうちの他方の前記セルバンドルの前記第一平面部または前記第二平面部と面接触して電気的に接続可能な第二接続部と、
前記第一接続部と前記第二接続部とを連結して電気的に接続する連結部と、
を備える請求項１〜３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】
各前記セルバンドルは、前記第一集電部材の内側に設けられ、導電性材料で形成され、隣接する前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記燃料極層被接続部同士を電気的に接続する第三導電性部材を備える請求項１〜４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６】
各前記セルバンドルは、前記第二集電部材の内側に設けられ、隣接する前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記酸化剤ガス極層被接続部同士が接触しないように当該酸化剤ガス極層被接続部の間に隙間を形成する隙間形成部材を備える請求項１〜５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。
【請求項７】
各前記セルバンドルは、前記第二集電部材の内側に設けられ、導電性材料で形成され、隣接する前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記酸化剤ガス極層被接続部同士を電気的に接続する第四導電性部材を備える請求項１〜６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８】
請求項１〜７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原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原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、
を備えている固体酸化物形燃料電池モジュール。
【請求項９】
発電ユニットと、
貯湯水を貯湯する貯湯槽と、
を備えてい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８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、
を備えてい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電気的に接続された固体酸化物形燃料電池スタック、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記固体酸化物形燃料電池スタックの一例として、特許文献１〜特許文献３に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の固体酸化物形燃料電池は、管状の支持体と、支持体の外表面に形成された第一の電極と、第一の電極の外表面に形成された電解質と、電解質の外表面に形成された第二の電極と、インターコネクタとを備えている。そして、第二の電極および電解質は、支持体の長手方向に沿った方向に二以上の領域に分割されている。これらにより、特許文献１に記載の固体酸化物形燃料電池は、第二の電極および電解質が分割されていない場合と比べて、支持体の長手方向に沿った方向に流れる電流の電流経路長を短くして電気抵抗を低減し、ジュール熱による損失を低減しようとしている。
【０００３】
特許文献２に記載の燃料電池セルは、円筒形状の複数の小型セルが、小型セルの中心軸（小型セルの長手方向）に沿って一直線状に配置されている。複数の小型セルは、集電部材を介して電気的に接続されている。これらにより、特許文献２に記載の燃料電池セルは、複数の小型セルを一体に形成した長尺セルと同等の出力を確保しつつ、ジュール熱による損失を低減し、出力の低下を抑制しようとしている。
【０００４】
特許文献３に記載の固体電解質型燃料電池の接続構造では、近接する３つの筒状の単セルによって、セルバンドルが構成されている。３つの単セルは、断面三角形状の第１の集電部材内に内接するように配置されるとともに、第２の集電部材の外側に外接するように配置されている。そして、３つの単セルは、第１の集電部材および第２の集電部材によって、電気的に並列接続されている。これらにより、特許文献３に記載の固体電解質型燃料電池の接続構造は、単セルを複数集合させたセルバンドルにおいて、出力密度の低下を抑制しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８９７５４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８２７００号公報
【特許文献３】特開平７−２２０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の発明では、円筒状の燃料電池セルが長手方向に沿った方向で分割されているので、分割部位のガスシールが必要になり、シール箇所が増加する。固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池と比べて、高温に曝される時間が長く、かつ、室温と高温との間の温度サイクルが加わるため、シール箇所に加わるストレスが増大する。そのため、シール箇所の増加は、固体酸化物形燃料電池の信頼性の低下を招くことになる。また、円筒セルが長手方向に沿った方向で分割されていると、電極やインターコネクタの形状が複雑化する可能性がある。さらに、燃料電池セルの分割数が増加すると、これらを電気的に接続する接続部材を含めて部品点数が大幅に増加し、製造工程の増加および複雑化、高コスト化を招く可能性がある。
【０００７】
一方、特許文献３に記載の発明では、燃料電池セルが分割されていないので、分割に伴うシール箇所の増加の問題は生じない。しかしながら、特許文献３に記載の発明では、第２の集電部材は、第１の集電部材の内側に設けられており、隣接するセルバンドル同士を電気的に接続することは容易でない。そのため、特許文献３に記載の発明では、第２の集電部材が第１の集電部材に対して軸線方向に突出して設けられており、セルバンドルは、長手方向に沿った方向に大型化する。また、燃料電極は、長手方向に沿った方向に切り欠き部が設けられており、燃料電極およびインターコネクタの形状の複雑化、並びに、これらの製造工程の増加および複雑化、高コスト化を招く可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ジュール熱による損失を低減可能にするとともに、隣接するセルバンドル同士を容易に接続可能な固体酸化物形燃料電池スタック、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】
【０００９】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックは、（ｉ）（ａ）筒状に形成され燃料が一端側から他端側に向けて流通する燃料極層と、前記燃料極層の外側に積層され酸化剤ガス雰囲気中に設けられる酸化剤ガス極層と、前記燃料極層と前記酸化剤ガス極層との間に形成された電解質層とを備え、（ｂ）前記燃料極層の一方の端部側が露出するとともに前記燃料極層の他方の端部側が前記酸化剤ガス極層により覆われており、（ｃ）前記燃料極層の前記一方の端部側の露出部に燃料極層被接続部が形成されるとともに前記酸化剤ガス極層の前記他方の端部側に酸化剤ガス極層被接続部が形成されている複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、（ｉｉ）金属材料で形成され、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを前記一方の端部側で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セルの複数の前記燃料極層被接続部を外側から覆って設けられ、各前記燃料極層被接続部と電気的に接続された第一集電部材と、（ｉｉｉ）金属材料で形成され、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを前記他方の端部側で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セルの複数の前記酸化剤ガス極層被接続部を外側から覆って設けられ、各前記酸化剤ガス極層被接続部と電気的に接続された第二集電部材と、を備える複数のセルバンドルが各前記セルバンドルの前記第一集電部材および前記第二集電部材を介して電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックによれば、各セルバンドルは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、第一集電部材と、第二集電部材とを備えている。そのため、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの長手方向に沿った方向に、固体酸化物形燃料電池筒状セルのオーミック抵抗と比べて電気抵抗が小さい電流経路を形成することができる。よって、本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池筒状セルを長手方向に沿った方向で分割することなく、電気抵抗を低減することができ、ジュール熱による損失を低減することができる。また、第一集電部材および第二集電部材は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの長手方向に沿った方向に並設されるので、隣接するセルバンドル同士を電気的に接続することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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】固体酸化物形燃料電池モジュール１１を固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）に切断した切断部端面図である。
【図３】図２のセルバンドル群４０、ベース部材３１およびアノードガスマニホールド３３を示す斜視図である。
【図４】固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の一例を示す正面図である。
【図５】セルバンドル４４の一例を示す正面図である。
【図６】固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）に垂直な平面で、セルバンドル４４を切断した切断部端面図である。
【図７】図２のVII−VII方向視図である。
【図８】隣接するセルバンドル４４，４４がセルバンドル接続部材４５で電気的に接続された状態の一例を示す正面図である。
【図９】第二実施形態に係り、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１が直線状に並設されたセルバンドル４４の一例を示す正面図である。
【図１０】第二実施形態に係り、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）に垂直な平面で、図９のセルバンドル４４を切断した切断部端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜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。
【００１３】
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には、改質用燃料、改質水およびカソードガス（空気）が供給される。具体的には、固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用燃料が供給される改質用燃料供給管１１ａの他端が接続されている。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は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。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は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードガス（空気）が供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。
【００１４】
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からの貯湯水が供給され、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は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。
【００１５】
熱交換器１２において、固体酸化物形燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、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、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。
【００１６】
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から、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。
【００１７】
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圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）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からの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し、あるいは固体酸化物形燃料電池スタック３０の直流電圧を入力し、所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。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。
【００１８】
（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５０、改質部６０および燃焼部７０を備えている。また、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、セルバンドル群４０を備えている。
【００１９】
（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、セルバンドル群４０、カバー３２、アノードガスマニホールド３３およびカソードガスマニホールド３４を備えている。
【００２０】
ベース部材３１は、金属材（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が用いられるが、特にフェライト系ステンレス鋼が好適である。）で方形状の板状に形成されている。図２および図３に示すように、ベース部材３１には、セルバンドル群４０が立設されている。
【００２１】
セルバンドル群４０は、複数（本実施形態では、６つ）のセルバンドル４４を備えている。各セルバンドル４４は、複数（本実施形態では、３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１と、第一集電部材４２と、第二集電部材４３とを備えている。セルバンドル群４０は、複数（６つ）のセルバンドル４４が各セルバンドル４４の第一集電部材４２および第二集電部材４３を介して電気的に接続されて構成されている。以下、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の構成から順に説明する。
【００２２】
図４に示すように、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各々は、燃料極層４１ａ、電解質層４１ｂおよび酸化剤ガス極層４１ｃ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。燃料極層４１ａは、筒状に形成されており、燃料が一端側（矢印Ｚ２方向側）から他端側（矢印Ｚ１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原料を改質した改質ガスであり、アノードガスともいう。
【００２３】
酸化剤ガス極層４１ｃは、燃料極層４１ａの外側に積層されており、酸化剤ガス雰囲気中に設けられる。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。電解質層４１ｂは、燃料極層４１ａと酸化剤ガス極層４１ｃとの間に形成されている。つまり、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各々は、径方向の内側から燃料極層４１ａ、電解質層４１ｂ、酸化剤ガス極層４１ｃの順に形成されている。なお、図４に示すように、電解質層４１ｂと酸化剤ガス極層４１ｃとの間には、反応防止層４１ｄを設けることもできる。
【００２４】
また、本実施形態では、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各々は、円筒状に形成されている。固体酸化物形燃料電池は、他の燃料電池と比べて、高温に曝される時間が長く、かつ、室温と高温との間の温度差が大きい温度サイクルが加わる。その結果、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１は、熱膨張と熱収縮とを繰り返す。本実施形態では、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各々は、円筒状に形成されている。そのため、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１に上述の温度サイクルが印加されたときに、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１は、円周方向において均等に熱膨張または熱収縮することができる。
【００２５】
燃料極層４１ａ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。
【００２６】
電解質層４１ｂ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】
酸化剤ガス極層４１ｃ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。
【００２８】
反応防止層４１ｄ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）等の希土類をドープしたセリア混合体を用いて形成することができる。
【００２９】
図４に示すように、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各々は、燃料極層４１ａの一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）が露出するとともに、燃料極層４１ａの他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）が酸化剤ガス極層４１ｃにより覆われている。また、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各々には、燃料極層被接続部４１ａ１と酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１とが形成されている。燃料極層被接続部４１ａ１は、燃料極層４１ａの一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）の露出部に形成されている。酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１は、酸化剤ガス極層４１ｃの他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）に形成されている。
【００３０】
燃料極層被接続部４１ａ１には、電解質層４１ｂおよび酸化剤ガス極層４１ｃが形成されておらず、燃料極層４１ａのみが形成されている。また、電解質層４１ｂの一部は、露出している。複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の形成方法は、特に限定されないが、例えば、公知の押し出し、プレス、鋳込み等の方法で燃料極層４１ａを形成し、逐次、電解質層４１ｂ、酸化剤ガス極層４１ｃ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。以上のことは、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１に反応防止層４１ｄを形成する場合も同様である。
【００３１】
これらの方法により、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各々は、径方向の内側から燃料極層４１ａ、電解質層４１ｂ、酸化剤ガス極層４１ｃ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、上述の燃料極層４１ａが露出する部位や電解質層４１ｂ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（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１を作製することも可能である。以上のことは、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１に反応防止層４１ｄを形成する場合も同様である。
【００３２】
第一集電部材４２は、金属材料で形成されており、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各燃料極層被接続部４１ａ１と電気的に接続される。第一集電部材４２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。第一集電部材４２は、特にフェライト系ステンレスを用いて形成されていると好適である。クロムの含有比率が高いフェライト系ステンレスは、高温における耐酸化性に優れており、オーステナイト系ステンレスと比べて熱膨張係数が小さく、第一集電部材４２として好適である。
【００３３】
図３および図５に示すように、第一集電部材４２は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１を一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１，４１ａ１を外側から覆って設けられており、各燃料極層被接続部４１ａ１と電気的に接続されている。
【００３４】
図６に示すように、第一集電部材４２は、本体部４２ａ，４２ｂを備えている。本体部４２ａは、薄板状に形成されており、鍔部４２ａ１，４２ａ１を備えている。同様に、本体部４２ｂは、薄板状に形成されており、鍔部４２ｂ１，４２ｂ１を備えている。第一集電部材４２は、例えば、スポット溶接等により、本体部４２ａの一方の鍔部４２ａ１と、本体部４２ｂの一方の鍔部４２ｂ１とが接合され、本体部４２ａの他方の鍔部４２ａ１と、本体部４２ｂの他方の鍔部４２ｂ１とが接合される。図６に示すように、本体部４２ａと本体部４２ｂとが接合されたときに、第一集電部材４２は、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）に垂直な平面で切断した断面形状が略正三角形に形成されている。
【００３５】
本体部４２ａ，４２ｂは、複数（３つ）の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１，４１ａ１の外周に沿って形成されている。このように、第一集電部材４２は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１，４１ａ１を外側から覆っており、各燃料極層被接続部４１ａ１と電気的に接続されている。なお、鍔部４２ａ１，４２ａ１，４２ｂ１，４２ｂ１は、後述する第一平面部４２ａ３，４２ｂ３を除いて、任意の位置に設けることができる。また、本体部４２ａ，４２ｂは、一体に形成することもできる。
【００３６】
第二集電部材４３は、金属材料で形成されており、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１と電気的に接続される。第二集電部材４３は、第一集電部材４２と同様の金属材料で形成することができる。但し、第二集電部材４３は、多孔質に形成されていると好適である。第二集電部材４３は、例えば、メッシュ金属、エキスパンドメタル、パンチングメタルなどの多孔質金属を用いることができる。これにより、第二集電部材４３は、酸化剤ガス（空気）の流通が可能になっており、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各酸化剤ガス極層４１ｃに酸化剤ガス（空気）を供給することができる。
【００３７】
図３および図５に示すように、第二集電部材４３は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１を他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１，４１ｃ１を外側から覆って設けられており、各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１と電気的に接続されている。
【００３８】
図６に示すように、第二集電部材４３は、本体部４３ａ，４３ｂを備えている。本体部４３ａは、第一集電部材４２の本体部４２ａと同様に、薄板状に形成されており、鍔部４３ａ１，４３ａ１を備えている。また、本体部４３ｂは、第一集電部材４２の本体部４２ｂと同様に、薄板状に形成されており、鍔部４３ｂ１，４３ｂ１を備えている。本体部４３ａおよび本体部４３ｂは、第一集電部材４２と同様にして接合され、第一集電部材４２と同様の断面形状を呈している。第一集電部材４２および第二集電部材４３は、同様の形状を呈しているので、図６では、第一集電部材４２および第二集電部材４３は、符号番号を併記して図示されている。なお、同図では、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１は、最外周の部位（燃料極層被接続部４１ａ１または酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１）のみが図示されている。
【００３９】
第二集電部材４３の本体部４３ａ，４３ｂは、複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１，４１ｃ１の外周に沿って形成されている。このように、第二集電部材４３は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１，４１ｃ１を外側から覆っており、各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１と電気的に接続されている。なお、鍔部４３ａ１，４３ａ１，４３ｂ１，４３ｂ１は、後述する第二平面部４３ａ３，４３ｂ３を除いて、任意の位置に設けることができる。また、本体部４３ａ，４３ｂは、一体に形成することもできる。
【００４０】
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、第一集電部材４２および第二集電部材４３は、金属材料で形成されている。第一集電部材４２は、複数（本実施形態では、３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１を一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１，４１ａ１を外側から覆って設けられ、各燃料極層被接続部４１ａ１と電気的に接続されている。また、第二集電部材４３は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１を他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）で束ねるように当該固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１，４１ｃ１を外側から覆って設けられ、各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１と電気的に接続されている。
【００４１】
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（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）に、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１のオーミック抵抗と比べて電気抵抗が小さい電流経路を形成することができる。具体的には、第一集電部材４２は、金属材料で形成されているので、第一集電部材４２の本体部４２ａ，４２ｂによって形成される電流経路は、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１のオーミック抵抗と比べて、電気抵抗が小さい。このことは、第二集電部材４３についても同様である。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、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１を長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）で分割することなく、電気抵抗を低減することができ、ジュール熱による損失を低減することができる。また、第一集電部材４２および第二集電部材４３は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）に並設されるので、隣接するセルバンドル４４，４４同士を電気的に接続することが容易である。
【００４２】
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、各セルバンドル４４の第二集電部材４３は、酸化剤ガス雰囲気中の酸化剤ガスの流通が可能に多孔質に形成されている。そのため、各セルバンドル４４の第二集電部材４３は、酸化剤ガス（空気）の流通が可能であり、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各酸化剤ガス極層４１ｃに酸化剤ガス（空気）を供給することができる。また、第二集電部材４３は、多孔質に形成されているので、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１が熱膨張または熱収縮したときに生じる応力（ねじれ応力）を吸収することができ、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の破損を抑制することができる。
【００４３】
なお、各セルバンドル４４の第一集電部材４２は、第二集電部材４３と比べて、緻密に形成されている。そのため、第一集電部材４２は、第二集電部材４３と比べて、単位面積当たりの電気抵抗を低減することができる。よって、図３に示すように、第一集電部材４２は、第二集電部材４３と比べて、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）の長さが短く設定されているが、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の電気抵抗の増加が抑制されている。
【００４４】
また、酸化剤ガス極層４１ｃ（酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１）は、燃料極層４１ａ（燃料極層被接続部４１ａ１）の外側に積層されているので、第一集電部材４２の本体部４２ａ，４２ｂと第二集電部材４３の本体部４３ａ，４３ｂとが同じ寸法で形成されていると、第一集電部材４２の内壁面４２ａ２，４２ｂ２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間に隙間が生じる。当該隙間は、加工や組み付けの際にも生じる可能性があり、第二集電部材４３の内壁面４３ａ２，４３ｂ２と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間にも隙間が生じる可能性がある。第一集電部材４２の内壁面４２ａ２，４２ｂ２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間に隙間が生じると、隙間がない場合と比べて、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の電気抵抗が増大し、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の導電性が低下する。このことは、第二集電部材４３についても同様であり、第二集電部材４３の内壁面４３ａ２，４３ｂ２と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間に隙間が生じると、隙間がない場合と比べて、第二集電部材４３と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間の電気抵抗が増大し、第二集電部材４３と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間の導電性が低下する。
【００４５】
そこで、図６に示すように、各セルバンドル４４は、第一集電部材４２に第一導電性部材４６ａを備え、第二集電部材４３に第二導電性部材４６ｂを備えていると好適である。第一導電性部材４６ａは、導電性材料で形成される。第一導電性部材４６ａは、例えば、ニッケルなどの導電性材料を用いることができ、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こともできる。また、第一導電性部材４６ａは、シート状に形成されていると好適である。本実施形態では、第一導電性部材４６ａは、シート状に形成されており、導電性接着剤が塗布されて、第一集電部材４２の内壁面４２ａ２，４２ｂ２に貼り合わされている。導電性接着剤は、限定されないが、例えば、第一導電性部材４６ａと同様の成分を含む導電性の接着剤を用いることができる。これにより、導電性接着剤の熱膨張率を第一導電性部材４６ａの熱膨張率と同程度にすることができる。さらに、第一導電性部材４６ａは、緻密に形成され、ガスシール性を有していると好適である。これにより、第一導電性部材４６ａは、燃料ガスをシールすることができる。
【００４６】
第一導電性部材４６ａは、第一集電部材４２の内壁面４２ａ２，４２ｂ２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の隙間を埋めるように第一集電部材４２の内壁面４２ａ２，４２ｂ２に沿って設けられて、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間を電気的に接続する。これにより、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の電気抵抗が低減され、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の導電性が良好になる。また、第一導電性部材４６ａがシート状に形成されていると、第一集電部材４２の内壁面４２ａ２，４２ｂ２に沿って一面に電流経路を形成することができ、信頼性が向上する。
【００４７】
第二導電性部材４６ｂは、導電性材料で形成される。第二導電性部材４６ｂは、例えば、ＬＳＣ（ランタンストロンチウムコバルタイト）やＬＳＣＦ（ランタンストロンチウム鉄コバルタイト）などの導電性セラミックスを用いることができる。また、第二導電性部材４６ｂは、シート状に形成されていると好適である。本実施形態では、第二導電性部材４６ｂは、シート状に形成されており、導電性接着剤が塗布されて、第二集電部材４３の内壁面４３ａ２，４３ｂ２に貼り合わされている。導電性接着剤は、限定されないが、例えば、第二集電部材４３と同様の成分を含む導電性の接着剤を用いることができる。これにより、導電性接着剤の熱膨張率を第二導電性部材４６ｂの熱膨張率と同程度にすることができる。さらに、第二導電性部材４６ｂは、第二集電部材４３と同様に、多孔質に形成されていると好適である。これにより、第二導電性部材４６ｂは、第二集電部材４３と同様に、酸化剤ガス（空気）の流通が可能になっている。
【００４８】
第二導電性部材４６ｂは、第二集電部材４３の内壁面４３ａ２，４３ｂ２と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間の隙間を埋めるように第二集電部材４３の内壁面４３ａ２，４３ｂ２に沿って設けられて、第二集電部材４３と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間を電気的に接続する。これにより、第二集電部材４３と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間の電気抵抗が低減され、第二集電部材４３と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間の導電性が良好になる。また、第二導電性部材４６ｂがシート状に形成されていると、第二集電部材４３の内壁面４３ａ２，４３ｂ２に沿って一面に電流経路を形成することができ、信頼性が向上する。
【００４９】
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、各セルバンドル４４は、第一集電部材４２に第一導電性部材４６ａを備え、第二集電部材４３に第二導電性部材４６ｂを備えている。そのため、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の電気抵抗が低減され、第一集電部材４２と各燃料極層被接続部４１ａ１との間の導電性が良好になる。また、第二集電部材４３と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間の電気抵抗が低減され、第二集電部材４３と各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１との間の導電性が良好になる。
【００５０】
また、図６に示すように、各セルバンドル４４は、第三導電性部材４８ａを備えていると好適である。本実施形態では、第三導電性部材４８ａは、第一隙間形成部材４７ａに設けられている。第一隙間形成部材４７ａは、第一集電部材４２の内側に設けられ、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１同士が接触しないように当該燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１の間に隙間を形成する。第三導電性部材４８ａは、第一隙間形成部材４７ａの外壁面４７ａ１に沿って設けられており、各燃料極層被接続部４１ａ１の間を電気的に接続する。
【００５１】
第一隙間形成部材４７ａは、円柱状に形成されており、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の中心に配設されている。第一隙間形成部材４７ａの外径は、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１同士の接触を規制し、当該燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１の間に隙間を形成することができるように設定されている。なお、第一隙間形成部材４７ａの形状は、円柱状や円筒状に限定されない。第一隙間形成部材４７ａは、例えば、図６の断面形状が三角形、六角形などの多角形に形成することもできる。
【００５２】
また、本実施形態では、第一隙間形成部材４７ａの外壁面４７ａ１に沿って第三導電性部材４８ａが設けられているので、第一隙間形成部材４７ａの材料等は、限定されない。つまり、第一隙間形成部材４７ａは、導電性材料で形成しても良く、絶縁性材料で形成しても良い。なお、第一隙間形成部材４７ａを導電性材料で形成し、導電性材料で形成された第一隙間形成部材４７ａを第三導電性部材４８ａとすることもできる。導電性材料は、第一導電性部材４６ａと同様の成分を含むと良い。これにより、第一隙間形成部材４７ａの熱膨張率を第一導電性部材４６ａの熱膨張率と同程度にすることができる。
【００５３】
第三導電性部材４８ａは、導電性材料で形成される。導電性材料は、限定されないが、第一導電性部材４６ａと同様の成分を含むと良い。これにより、燃料ガスをシールすることができ、第三導電性部材４８ａの熱膨張率を第一導電性部材４６ａの熱膨張率と同程度にすることができる。また、第三導電性部材４８ａは、シート状に形成されていると好適である。本実施形態では、第三導電性部材４８ａは、シート状に形成されており、導電性接着剤が塗布されて、第一隙間形成部材４７ａの外壁面４７ａ１に貼り合わされている。導電性接着剤は、限定されないが、例えば、第一導電性部材４６ａと同様の成分を含む導電性の接着剤を用いることができる。これにより、導電性接着剤の熱膨張率を第一導電性部材４６ａの熱膨張率と同程度にすることができる。
【００５４】
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、各セルバンドル４４は、第三導電性部材４８ａを備えている。第三導電性部材４８ａは、第一集電部材４２の内側に設けられ、導電性材料で形成されており、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の燃料極層被接続部４１ａ１同士を電気的に接続する。そのため、第三導電性部材４８ａによって、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１，４１ａ１を電気的に接続する電流経路を形成することができ、各燃料極層被接続部４１ａ１間の導電性が良好になる。また、第三導電性部材４８ａがシート状に形成されていると、第一隙間形成部材４７ａの外壁面４７ａ１に沿って一面に電流経路を形成することができ、信頼性が向上する。
【００５５】
なお、本実施形態では、各セルバンドル４４は、第一隙間形成部材４７ａと第三導電性部材４８ａとを備えている。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、第一集電部材４２の内側において、第三導電性部材４８ａを配設することが容易であり、後述する第二隙間形成部材４７ｂを並設することが容易である。また、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の燃料極層被接続部４１ａ１，４１ａ１同士が接触した状態で、第三導電性部材４８ａを設けることもできる。この場合、第三導電性部材４８ａは、例えば、第一隙間形成部材４７ａの外径より小径の支持部材の外壁面に沿って設けることができ、各燃料極層被接続部４１ａ１の間を電気的に接続することができる。この場合、後述する第二隙間形成部材４７ｂを並設することはできなくなるが、第三導電性部材４８ａについて既述した作用効果は、得ることができる。
【００５６】
図６に示すように、各セルバンドル４４は、第二隙間形成部材４７ｂ（本発明の隙間形成部材に相当）を備えていると好適である。第二隙間形成部材４７ｂは、第二集電部材４３の内側に設けられ、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１同士が接触しないように当該酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１の間に隙間を形成する。
【００５７】
第二隙間形成部材４７ｂは、第一隙間形成部材４７ａと同様に形成されており、第一隙間形成部材４７ａと同様に、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の中心に配設されている。第二隙間形成部材４７ｂの外径は、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１同士の接触を規制し、当該酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１の間に隙間を形成することができるように設定されている。
【００５８】
なお、第二隙間形成部材４７ｂの形状の変形例や材料等は、第一隙間形成部材４７ａと同様である。但し、導電性材料は、第二導電性部材４６ｂと同様の成分を含むと良い。これにより、酸化剤ガス（空気）が流通可能になり、第二隙間形成部材４７ｂの熱膨張率を第二導電性部材４６ｂの熱膨張率と同程度にすることができる。また、第一隙間形成部材４７ａおよび第二隙間形成部材４７ｂは、一体に形成することができる。この場合、第一隙間形成部材４７ａおよび第二隙間形成部材４７ｂは、絶縁性材料で形成されていると良い。絶縁性材料は、例えば、アルミナ等を用いることができる。これにより、各セルバンドル４４の組み付けが容易になる。また、部品点数を削減することもできる。
【００５９】
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、各セルバンドル４４は、第二隙間形成部材４７ｂ（本発明の隙間形成部材に相当）を備えている。そのため、第二隙間形成部材４７ｂは、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１，４１ｃ１によって、閉領域が形成されることを規制することができる。よって、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１は、略全周に亘って酸化剤ガス（空気）の供給を受けることができ、発電性能が向上する。
【００６０】
図６に示すように、各セルバンドル４４は、第四導電性部材４８ｂを備えていると好適である。本実施形態では、第四導電性部材４８ｂは、第二隙間形成部材４７ｂに設けられている。第四導電性部材４８ｂは、第二隙間形成部材４７ｂの外壁面４７ｂ１に沿って設けられており、各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１の間を電気的に接続する。
【００６１】
第四導電性部材４８ｂは、導電性材料で形成される。導電性材料は、限定されないが、第二導電性部材４６ｂと同様の成分を含むと良い。これにより、酸化剤ガス（空気）が流通可能になり、第四導電性部材４８ｂの熱膨張率を第二導電性部材４６ｂの熱膨張率と同程度にすることができる。また、第四導電性部材４８ｂは、シート状に形成されていると好適である。本実施形態では、第四導電性部材４８ｂは、シート状に形成されており、導電性接着剤が塗布されて、第二隙間形成部材４７ｂの外壁面４７ｂ１に貼り合わされている。導電性接着剤は、限定されないが、例えば、第二導電性部材４６ｂと同様の成分を含む導電性の接着剤を用いることができる。これにより、導電性接着剤の熱膨張率を第二導電性部材４６ｂの熱膨張率と同程度にすることができる。
【００６２】
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、各セルバンドル４４は、第四導電性部材４８ｂを備えている。第四導電性部材４８ｂは、第二集電部材４３の内側に設けられ、導電性材料で形成されており、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１同士を電気的に接続する。そのため、第四導電性部材４８ｂによって、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１，４１ｃ１を電気的に接続する電流経路を形成することができ、各酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１間の導電性が良好になる。また、第四導電性部材４８ｂがシート状に形成されていると、第二隙間形成部材４７ｂの外壁面４７ｂ１に沿って一面に電流経路を形成することができ、信頼性が向上する。なお、本実施形態では、各セルバンドル４４は、第二隙間形成部材４７ｂと第四導電性部材４８ｂとを備えている。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、第二集電部材４３の内側において、第四導電性部材４８ｂを配設することが容易である。
【００６３】
図３および図７に示すように、複数（６つ）のセルバンドル４４は、各セルバンドル４４の第一集電部材４２および第二集電部材４３を介して電気的に接続されて、セルバンドル群４０が構成されている。セルバンドル群４０は、複数（６つ）のセルバンドル４４の複数（６つ）の第一集電部材４２によって、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）視で、外形が略六角形状を呈している。なお、図７では、第一隙間形成部材４７ａ、第三導電性部材４８ａの記載が省略されている。隣接するセルバンドル４４，４４を電気的に接続する方法は、限定されないが、セルバンドル群４０は、セルバンドル接続部材４５を備えていると好適である。セルバンドル接続部材４５は、隣接するセルバンドル４４，４４を電気的に接続する。
【００６４】
図６に示すように、各セルバンドル４４は、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３と第二平面部４３ａ３，４３ｂ３とを備えていると好適である。第一平面部４２ａ３，４２ｂ３は、第一集電部材４２の本体部４２ａ，４２ｂの外壁面に平面状に形成されている。第二平面部４３ａ３，４３ｂ３は、第二集電部材４３の本体部４３ａ，４３ｂの外壁面に平面状に形成されている。
【００６５】
図８に示すように、セルバンドル接続部材４５は、第一接続部４５ａ、第二接続部４５ｂ、連結部４５ｃおよび止め部４５ｄを備えている。セルバンドル接続部材４５は、第一集電部材４２および第二集電部材４３と同様の金属材料で形成することができる。第一接続部４５ａは、平板状に形成されており、隣接するセルバンドル４４，４４のうちの一方のセルバンドル４４（同図では、紙面左側のセルバンドル４４）の第一平面部４２ａ３，４２ｂ３または第二平面部４３ａ３，４３ｂ３（本実施形態では、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３）と面接触して電気的に接続可能である。同図に示す第一面接触部４５ａ１は、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３と面接触している部位である。
【００６６】
第二接続部４５ｂは、平板状に形成されており、隣接するセルバンドル４４，４４のうちの他方のセルバンドル４４（同図では、紙面右側のセルバンドル４４）の第一平面部４２ａ３，４２ｂ３または第二平面部４３ａ３，４３ｂ３（本実施形態では、第二平面部４３ａ３，４３ｂ３）と面接触して電気的に接続可能である。同図に示す第二面接触部４５ｂ１は、第二平面部４３ａ３，４３ｂ３と面接触している部位である。
【００６７】
連結部４５ｃは、平板状に形成されており、第一接続部４５ａと第二接続部４５ｂとを連結して電気的に接続する。連結部４５ｃの一端側は、第一接続部４５ａのうちの第一面接触部４５ａ１の下端側（矢印Ｚ２方向側）と接続され、連結部４５ｃの他端側は、第二接続部４５ｂのうちの第二面接触部４５ｂ１の上端側（矢印Ｚ１方向側）と接続されている。そのため、連結部４５ｃは、第一接続部４５ａと第二接続部４５ｂとの間を最短距離で接続することができる。
【００６８】
止め部４５ｄは、鉤形に形成されており、第一接続部４５ａのうちの第一面接触部４５ａ１の上端側（矢印Ｚ１方向側）に設けられている。止め部４５ｄは、第一集電部材４２の本体部４２ａ，４２ｂまたは第二集電部材４３の本体部４３ａ，４３ｂ（本実施形態では、第一集電部材４２の本体部４２ａ，４２ｂ）にひっかけることができる。そのため、止め部４５ｄが設けられていない場合と比べて、セルバンドル４４とセルバンドル接続部材４５との固定が容易である。
【００６９】
第一面接触部４５ａ１と第一平面部４２ａ３，４２ｂ３との間には、導電性接着剤が塗布されており、第一接続部４５ａと第一平面部４２ａ３，４２ｂ３とが固定されるとともに電気的に接続可能になっている。また、第二面接触部４５ｂ１と第二平面部４３ａ３，４３ｂ３との間には、導電性接着剤が塗布されており、第二接続部４５ｂと第二平面部４３ａ３，４３ｂ３とが固定されるとともに電気的に接続可能になっている。導電性接着剤は、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ことができる。
【００７０】
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、セルバンドル接続部材４５を備え、セルバンドル接続部材４５は、第一接続部４５ａと第二接続部４５ｂと連結部４５ｃとを備えている。また、各セルバンドル４４は、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３と、第二平面部４３ａ３，４３ｂ３とを備えている。そのため、第一接続部４５ａは、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３または第二平面部４３ａ３，４３ｂ３（本実施形態では、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３）と面接触して、第一集電部材４２または第二集電部材４３（本実施形態では、第一集電部材４２）とセルバンドル接続部材４５との間を電気的に接続することができる。また、第二接続部４５ｂは、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３または第二平面部４３ａ３，４３ｂ３（本実施形態では、第二平面部４３ａ３，４３ｂ３）と面接触して、第一集電部材４２または第二集電部材４３（本実施形態では、第二集電部材４３）とセルバンドル接続部材４５との間を電気的に接続することができる。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、第一集電部材４２とセルバンドル接続部材４５との間が点接触または線接触によって電気的に接続される場合と比べて、第一集電部材４２とセルバンドル接続部材４５との間の電気抵抗を低減することができ、ジュール熱による損失を低減することができる。このことは、第二集電部材４３とセルバンドル接続部材４５との間についても同様である。また、セルバンドル接続部材４５は、隣接するセルバンドル４４，４４を最短距離で電気的に接続することが可能であり、接続部材の形状を簡素化することができる。
【００７１】
また、各セルバンドル４４は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１が並列接続されている。さらに、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、複数（６つ）のセルバンドル４４が直列接続されてセルバンドル群４０が構成されている。つまり、セルバンドル群４０を構成する複数（１８本）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１は、直列接続と並列接続とが併用されて電気的に接続されている。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、出力電圧および出力電流等を任意に設定することができ、スタック設計の自由度が向上する。
【００７２】
なお、第一接続部４５ａは、第二平面部４３ａ３，４３ｂ３と面接触して、第二集電部材４３とセルバンドル接続部材４５との間を電気的に接続することもできる。また、第二接続部４５ｂは、第一平面部４２ａ３，４２ｂ３と面接触して、第一集電部材４２とセルバンドル接続部材４５との間を電気的に接続することもできる。さらに、複数（６つ）のセルバンドル４４のうちの全部または一部を並列接続することもできる。この場合、並列接続する箇所は、一のセルバンドル接続部材４５が、隣接するセルバンドル４４の第一集電部材４２同士を接続し、他の一のセルバンドル接続部材４５が、隣接するセルバンドル４４の第二集電部材４３同士を接続する。
【００７３】
図２および図７に示すように、直列接続された複数（６つ）のセルバンドル４４の両端は、バスバー３５に接続されている。バスバー３５は、一対のバスバー接続部材３５ａ，３５ａと、一対のバスバー本体部３５ｂ，３５ｂと、を備えている。バスバー３５は、銅やアルミニウムなどの金属材料で形成されている。一対のバスバー接続部材３５ａ，３５ａは、それぞれ板状に形成されており、一対のバスバー本体部３５ｂ，３５ｂは、それぞれ棒状に形成されている。
【００７４】
直列接続された複数（６つ）のセルバンドル４４の一端側のセルバンドル４４の第一集電部材４２は、一対のバスバー接続部材３５ａ，３５ａのうちの一方のバスバー接続部材３５ａに接続されている。当該バスバー接続部材３５ａは、一対のバスバー本体部３５ｂ，３５ｂのうちの一方のバスバー本体部３５ｂに接続されている。また、直列接続された複数（６つ）のセルバンドル４４の他端側のセルバンドル４４の第二集電部材４３は、一対のバスバー接続部材３５ａ，３５ａのうちの他方のバスバー接続部材３５ａに接続されている。当該バスバー接続部材３５ａは、一対のバスバー本体部３５ｂ，３５ｂのうちの他方のバスバー本体部３５ｂに接続されている。一対のバスバー本体部３５ｂ，３５ｂは、ベース部材３１を貫通して設けられており、複数（１８本）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１で発電された直流電力を外部に取り出すことが可能になっている。
【００７５】
図２および図３に示すように、セルバンドル群４０を構成する複数（１８本）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１は、ベース部材３１を貫通して設けられている。ベース部材３１には、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の外径より若干大径の貫通穴（図示略）が複数（１８個）形成されており、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１は、対応する貫通穴に挿入されている。ベース部材３１の貫通穴と各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１との間は、シール部材３６でシールされている。シール部材３６は、例えば、ガラス系のシール材を用いることができる。
【００７６】
また、各セルバンドル４４の第二集電部材４３の下端とベース部材３１との間には、断熱部材を設けることもできる。断熱部材は、絶縁性かつ断熱性を有する材料（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）で形成することができる。これにより、シール部材３６のシール部分の温度を低減することができる。そのため、シール部材３６は、柔軟性を有するシリコン系のシール材を用いることができ、良好なガスシール性が得られ好適である。
【００７７】
図２に示すように、カバー３２は、ベース部材３１の上面に取り付けられている。カバー３２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３２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、セルバンドル群４０の上部、蒸発部５０および改質部６０が収容されている。カバー３２の開口部には、外方に向けて形成されたフランジ３２ａが形成されており、フランジ３２ａがベース部材３１の上面に当接して、ベース部材３１にネジ３２ｂにより、ねじ止め固定されている。カバー３２の天井部には、排気口３２ｃ，３２ｃが形成されており、燃焼排ガスが排気口３２ｃ，３２ｃを通って排気される。
【００７８】
アノードガスマニホールド３３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３３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３３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、セルバンドル群４０の下部が収容されている。アノードガスマニホールド３３内には、支持板（図示略）が設けられている。セルバンドル群４０を構成する複数（１８本）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の下端面が支持板に当接して配設されることにより、セルバンドル群４０は、固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の長手方向に沿った方向（矢印Ｚ方向）において、位置決めされる。
【００７９】
なお、支持板と複数（１８本）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１との間には、両部材を絶縁する絶縁板（図示略）が設けられている。また、支持板および絶縁板には、複数（１８個）の貫通穴（図示略）がそれぞれ形成されており、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の燃料極層４１ａによって形成される各燃料流路にアノードガスをそれぞれ供給することができる。アノードガスマニホールド３３には、一端が改質部６０に接続されてアノードガスが供給されるアノードガス供給管３３ａが接続されている。なお、支持板のアノードガスが通過する貫通穴には、アノードガスの流量を絞るオリフィスを備えていると好適である。これにより、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の圧力損失を均一にすることができ、アノードガスの配流を均一化することができる。よって、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、燃料供給の不均一に起因する発電のばらつきを抑えることができる。
【００８０】
カソードガスマニホールド３４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３４は、セルバンドル群４０を構成する複数（６つ）の第二集電部材４３を外側から取り囲むように設けられている。カソードガスマニホールド３４には、複数（６つ）の第二集電部材４３に向かってカソードガス（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３４には、カソードガス（空気）が供給されるカソードガス供給管３４ａが接続されている。
【００８１】
（蒸発部５０）
蒸発部５０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５０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６０に供給する。改質用燃料としては天然ガス、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あり、本実施形態では、改質用燃料は、天然ガスを用いている。
【００８２】
蒸発部５０には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部５０には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用燃料供給管１１ａの他端が接続されている。供給源Ｇｓは、例えば、都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。
【００８３】
（改質部６０）
改質部６０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５０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６０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）。
【００８４】
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、固体酸化物形燃料電池スタック３０のアノードガスマニホールド３３を介して、各固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の各燃料流路に導出される。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６０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。
【００８５】
（燃焼部７０）
燃焼部７０は、セルバンドル群４０と、蒸発部５０および改質部６０との間に設けられている。燃焼部７０には、セルバンドル群４０を構成する複数（１８本）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１から排出された発電に使用されなかった燃料ガス（アノードオフガスといい、燃料オフガスともいう。）が供給される。また、燃焼部７０には、発電に使用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガスといい、酸化剤オフガスともいう。）が供給される。燃焼部７０では、アノードオフガスとカソードオフガスとが燃焼されて、蒸発部５０および改質部６０を加熱する。
【００８６】
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、上記固体酸化物形燃料電池スタック３０、蒸発部５０および改質部６０を備えてい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、上記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を備えている発電ユニット１０と、貯湯槽２１とを備えてい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。
【００８７】
＜第二実施形態＞
本実施形態は、第一実施形態と比べて、各セルバンドル４４の複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の配置が異なる。以下、第一実施形態と異なる点について説明する。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対応させて記載されており、重複する説明を省略する。
【００８８】
図９に示すように、各セルバンドル４４の複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１は、直線状に並設されている。そのため、図１０に示すように、第一集電部材４２および第二集電部材４３は、それぞれ扁平状に形成されている。本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０においても、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。固体酸化物形燃料電池モジュール１１および固体酸化物形燃料電池システム１についても同様である。
【００８９】
なお、本実施形態では、各セルバンドル４４の複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１は、直線状に並設されているので、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１，４１の複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部４１ｃ１，４１ｃ１，４１ｃ１によって、閉領域は形成されない。そのため、各セルバンドル４４は、第二隙間形成部材４７ｂを備えていない。また、各セルバンドル４４は、第一隙間形成部材４７ａ、第三導電性部材４８ａおよび第四導電性部材４８ｂを備えていない。しかしながら、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０においても、各セルバンドル４４は、第一隙間形成部材４７ａおよび第二隙間形成部材４７ｂのうちの少なくとも一方を備えることができる。また、各セルバンドル４４は、第三導電性部材４８ａおよび第四導電性部材４８ｂのうちの少なくとも一方を備えることができる。この場合、これらは、隣接する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１，４１の間に設けることができる。
【００９０】
＜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、各セルバンドル４４を構成する固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の本数は、３本に限定されるものではなく、複数本であれば良い。また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル４１の配置は、三角形状や直線状に限定されるものではなく、任意の形状（例えば、四角形、五角形等の多角形状など）にすることができる。同様に、セルバンドル群４０を構成するセルバンドル４４の数は、６つに限定されるものではなく、複数であれば良い。また、複数のセルバンドル４４の配置は、六角形状に限定されるものではなく、任意の形状（例えば、直線状、多角形状など）にすることができる。
【符号の説明】
【００９１】
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、
４０：セルバンドル群、
４１：固体酸化物形燃料電池筒状セル、
４１ａ：燃料極層、４１ａ１：燃料極層被接続部、
４１ｂ：電解質層、
４１ｃ：酸化剤ガス極層、４１ｃ１：酸化剤ガス極層被接続部、
４２：第一集電部材、
４２ａ２，４２ｂ２：内壁面、４２ａ３，４２ｂ３：第一平面部、
４３：第二集電部材、
４３ａ２，４３ｂ２：内壁面、４３ａ３，４３ｂ３：第二平面部、
４４：セルバンドル、
４５：セルバンドル接続部材、
４５ａ：第一接続部、４５ｂ：第二接続部、４５ｃ：連結部、
４６ａ：第一導電性部材、４６ｂ：第二導電性部材、
４７ａ：第一隙間形成部材、
４７ｂ：第二隙間形成部材（本発明の隙間形成部材に相当）、
４８ａ：第三導電性部材、４８ｂ：第四導電性部材、
５０：蒸発部、
６０：改質部、
７０：燃焼部。
【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】
2017033627.tif 000009
【図８】
2017033627.tif 000010
【図９】
2017033627.tif 000011
【図１０】
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