特許 5984750 セルスタックの製造方法、及びセルスタックの製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5984750

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】セルスタックの製造方法、及びセルスタックの製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/88 20060101AFI20160823BHJP

   H01M 8/24 20160101ALI20160823BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20160823BHJP

【ＦＩ】

   H01M4/88 T

   H01M4/88 Z

   H01M8/24 Z

   H01M8/24 E

   !H01M8/12

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-145851(P2013-145851)

(22)【出願日】2013年7月11日

(65)【公開番号】特開2015-18719(P2015-18719A)

(43)【公開日】2015年1月29日

【審査請求日】2015年10月28日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 「固体酸化物形燃料電池を用いた事業用発電システム要素技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】末森 重徳

(72)【発明者】

【氏名】眞竹 徳久

(72)【発明者】

【氏名】吉田 慎

(72)【発明者】

【氏名】荒木 研太

【審査官】 太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−３２９５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８７６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１９０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３６７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０２１０７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ４／８６ − ４／９８

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／０２

Ｈ０１Ｍ ８／０８ − ８／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管状のセルスタックの製造方法において、
導電性金属を含有する金属酸化物層を含む管状のセルスタック中間品を形成するセルスタック中間品形成工程と、
前記セルスタック中間品の内部に還元ガスを供給し、該セルスタック中間品における両端部間の中間部を加熱して、前記金属酸化物を還元する還元工程と、
前記還元工程を経た前記セルスタック中間品の前記両端部を切断除去する切断工程と、
を実行することを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載のセルスタックの製造方法において、
前記還元工程では、加熱炉内に前記セルスタック中間品の前記中間部を配置し、前記セルスタック中間品の前記両端部を前記加熱炉外に露出させた状態で、前記中間部を加熱する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のセルスタックの製造方法において、
前記切断工程では、前記還元工程を経た前記セルスタック中間品において、前記還元工程での加熱時の温度が予め定められた温度に到達した部位と、それ以外の残部との境界部で前記セルスタック中間品を切断する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のセルスタックの製造方法において、
前記還元工程では、前記セルスタック中間品の前記中間部に対して前記両端部の加熱を抑制する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載のセルスタックの製造方法において、
前記還元工程では、前記加熱炉内から前記両端部への熱輻射を抑制する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項6】

請求項４又は５に記載のセルスタックの製造方法において、
前記還元工程では、前記両端部を冷却する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載のセルスタックの製造方法において、
前記切断工程前に、前記還元工程を経た前記セルスタック中間品内に不活性ガスを供給する還元ガスパージ工程を実行する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか一項に記載のセルスタックの製造方法において、
前記切断工程で切断除去した前記両端部の電気抵抗を調べることにより、前記中間部の品質を確認する検査工程を実行する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。

【請求項9】

一部が導電性金属で形成されている管状のセルスタックの製造装置において、
前記導電性金属を含有する金属酸化物層を含む管状のセルスタック中間品の両端部を支持する中間品支持部と、
前記セルスタック中間品の一方の端部に接続され、該一方の端部から該セルスタック中間品内に還元ガスを供給するガス供給ラインと、
前記セルスタック中間品の他方の端部に接続され、前記一方の端部から前記セルスタック中間品内に供給された前記還元ガスを排気するガス排気ラインと、
前記中間品支持部により前記両端部が支持されている前記セルスタック中間品の中間部を加熱する加熱源と、
前記セルスタック中間品の前記両端部を切断する切断機と、
を備えていることを特徴とするセルスタックの製造装置。

【請求項10】

請求項９に記載のセルスタックの製造装置において、
前記加熱源は、前記中間品支持部で前記両端部が支持されている前記セルスタック中間品の中間部のみに対向する、
ことを特徴とするセルスタックの製造装置。

【請求項11】

請求項１０に記載のセルスタックの製造装置において、
前記中間品支持部は、前記セルスタック中間品の前記中間部が加熱炉内に位置し、前記両端部が前記加熱炉外に露出させた状態で、前記セルスタック中間品を支持する、
ことを特徴とするセルスタックの製造装置。

【請求項12】

請求項９から１１のいずれか一項に記載のセルスタックの製造装置において、
前記加熱源から前記両端部への熱輻射を抑制する熱輻射抑制体を備えている、
ことを特徴とするセルスタックの製造装置。

【請求項13】

請求項９から１２のいずれか一項に記載のセルスタックの製造装置において、
前記両端部を冷却する冷却器を備えている、
ことを特徴とするセルスタックの製造装置。

【請求項14】

請求項９から１３のいずれか一項に記載のセルスタックの製造装置において、
前記ガス供給ラインには、還元ガス発生源からの前記還元ガスと不活性ガス発生源からの不活性ガスとのうち一方のガスのみを選択的に通す切替器が設けられている、
ことを特徴とするセルスタックの製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池セルを有するセルスタックの製造方法、及びセルスタックの製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、低公害で発電効率が高いため、近年、各種分野での利用が期待されている。燃料電池セルは、一般的に、水素や炭化水素系ガス等を含む燃料ガスから改質された一酸化炭素と酸素イオンとの反応場である燃料極と、空気等の酸化剤ガスから酸素イオンを生成する空気極と、この空気極で生成された酸素イオンを燃料極に移動させる固体電解質とを有する。燃料極と固体電解質との界面付近では、燃料極で改質された燃料ガスと固定電解質からの酸素イオンとが電気化学反応して発電が行われる。この燃料電池は、排気ガスがクリーンであることから、例えば、病院や工場等の分散電源として利用されている。

【0003】

このような燃料電池セルを備えた燃料電池モジュールは、例えば、圧力容器と、この圧力容器内に配置される複数のカートリッジと、を備えている。カートリッジは、管状のセルスタックの束である。セルスタックは、円筒形状の基体管と、基体管の外表面に形成された複数の燃料電池セルと、を有している。各燃料電池セルは、前述したように、空気極、固体電解質及び燃料極が積層されたものである。このようなセルスタックは、その内部に燃料ガスを通し、外部に空気を通気することで発電させる。

【0004】

セルスタックは、例えば、以下の特許文献１に記載されている方法で製造される。具体的に、この特許文献１に記載の製造方法では、まず、最終的にセルスタックとなる管状の中間品を形成する。このセルスタック中間品は、セルスタックの各部を形成するセラミックス材料をセルスタックの形に成形する。セルスタックの各部を形成するセラミックス材料には、燃料極等を形成するニッケル酸化物がある。このニッケル酸化物は、金属酸化物層を形成している。次に、このセルスタック中間品の端部を保持した状態で、焼成炉内に入れて、セルスタック中間品を焼成する。この焼成の際に、このセルスタック中間品の内側に還元ガスを供給して、セルスタック中間品の一部を形成するニッケル酸化物を還元する。この還元処理により、ニッケル酸化物を含んで形成された燃料極等に高い導電性が付与される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−３２９５０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１に記載のセルスタックの製造方法では、焼成中にセルスタック中間品を保持している端部と、それ以外の他の部分との間で温度差が生じ、この端部と他の部分と間での還元雰囲気の乖離に伴う還元後の還元ムラ（還元後のセルスタック軸方向での還元状態の違い）が生じてしまう。この結果、上記特許文献１に記載のセルスタックの製造方法では、セルスタックの性能が低下する、という問題点がある。

【0007】

そこで、本発明は、以上のような問題点に着目し、還元ムラを抑えることができるセルスタックの製造方法、及びセルスタックの製造装置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】

【0008】

上記目的を達成するための本発明の一態様としてのセルスタックの製造方法は、管状のセルスタックの製造方法において、導電性金属を含有する金属酸化物層を含む管状のセルスタック中間品を形成するセルスタック中間品形成工程と、前記セルスタック中間品の内部に還元ガスを供給し、該セルスタック中間品における両端部間の中間部を加熱して、前記金属酸化物を還元する還元工程と、前記還元工程を経た前記セルスタック中間品の前記両端部を切断除去する切断工程と、を実行することを特徴とする。
このように、セルスタック中間品の中間部を加熱して金属酸化物を還元した後、加熱が十分に行われていない両端部を切断除去することで、還元処理が十分になされた部位のみをセルスタックとして用いることができる。

【0009】

当該製造方法では、前記還元工程で、加熱炉内に前記セルスタック中間品の前記中間部を配置し、前記セルスタック中間品の前記両端部を前記加熱炉外に露出させた状態で、前記中間部を加熱するようにしてもよい。
これにより、セルスタック中間品の中間部のみを、加熱炉内で十分に加熱を行える。

【0010】

当該製造方法では、前記切断工程で、前記セルスタック中間品において、前記還元工程での加熱時の温度が予め定められた温度に到達した部位と、それ以外の残部との境界部で前記セルスタック中間品を切断するようにしてもよい。
セルスタック中間品を形成する材料の組成等に応じて、高い導電性を確保するのに十分な還元処理温度が異なる。そこで、十分な還元処理がなされる温度を事前に求め、この温度を切断位置を決める基準の温度とする。そして、加熱時の温度が予め定められた温度に到達した部位と、それ以外の残部との境界部でセルスタック中間品を切断することによって、加熱時の温度が事前に求めた温度に到達した部位のみをセルスタックとして用いることができる。

【0011】

当該製造方法では、前記還元工程で、前記セルスタック中間品の前記中間部に対して前記両端部の加熱を抑制するようにしてもよい。
これにより、セルスタック中間品の内部に還元ガスを供給するためのガスライン等を接続するときに、接続部に用いるゴム系材料等からなるシール部材が熱によって損なわれるのを防ぐことができる。

【0012】

当該製造方法では、前記還元工程で、前記加熱炉内から前記両端部への熱輻射を抑制するようにしてもよい。
これによっても、シール部材が熱によって損なわれるのを防ぐことができる。

【0013】

当該製造方法では、還元工程で、前記両端部を冷却するようにしてもよい。
これによっても、シール部材が熱によって損なわれるのを防ぐことができる。

【0014】

当該製造方法では、前記切断工程前に、前記還元工程を経た前記セルスタック中間品内に不活性ガスを供給する還元ガスパージ工程を実行するようにしてもよい。
これにより、セルスタック中間品を冷却することができるとともに、切断作業を安全に行うことが可能となる。

【0015】

当該製造方法では、前記切断工程で切断除去した前記両端部の電気抵抗を調べることにより、前記中間部の品質を確認する検査工程を実行するようにしてもよい。
これによって、還元処理が確実に行われたか否かを、簡便に検査することができる。

【0016】

上記目的を達成するための本発明の一態様としてのセルスタックの製造装置は、一部が導電性金属で形成されている管状のセルスタックの製造装置において、前記導電性金属を含有する金属酸化物層を含むセルスタック中間品の両端部を支持する中間品支持部と、前記セルスタック中間品の一方の端部に接続され、該一方の端部から該セルスタック中間品内に還元ガスを供給するガス供給ラインと、前記セルスタック中間品の他方の端部に接続され、前記一方の端部から前記セルスタック中間品内に供給された前記還元ガスを排気するガス排気ラインと、前記中間品支持部により前記両端部が支持されている前記セルスタック中間品の中間部を加熱する加熱源と、前記セルスタック中間品の前記両端部を切断する切断機と、を備えていることを特徴とする。
このような製造装置によれば、上記製造方法を実現できる。

【0017】

当該製造装置では、前記加熱源は、前記中間品支持部で前記両端部が支持されている前記セルスタック中間品の中間部のみに対向するようにしてもよい。
これにより、セルスタック中間品の中間部のみを加熱し、両端部については加熱しないようにすることができる。

【0018】

当該製造装置では、前記中間品支持部は、前記セルスタック中間品の前記中間部が加熱炉内に位置し、前記両端部が前記加熱炉外に露出させた状態で、前記セルスタック中間品を支持するようにしてもよい。
これによっても、セルスタック中間品の中間部のみを加熱し、両端部については加熱しないようにすることができる。

【0019】

当該製造装置では、前記加熱源から前記両端部への熱輻射を抑制する熱輻射抑制体を備えているようにしてもよい。
これによっても、セルスタック中間品の中間部のみを加熱し、両端部については加熱しないようにすることができる。

【0020】

当該製造装置では、前記両端部を冷却する冷却器を備えているようにしてもよい。
これにより、両端部の温度上昇を抑えることができる。その結果、シール部材が熱によって損なわれるのを防ぐことができる。

【0021】

当該製造装置では、前記ガス供給ラインには、還元ガス発生源からの前記還元ガスと不活性ガス発生源からの不活性ガスとのうち一方のガスのみを選択的に通す切替器が設けられているようにしてもよい。
これにより、還元処理を行うときには還元ガス発生源から還元ガスをセルスタック中間品に供給し、切断処理を行うに際しては、不活性ガスをセルスタック中間品に供給することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、還元ムラの少ないセルスタックを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明に係る一実施形態における燃料電池モジュールの概略構成を示す模式図である。

【図2】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックの要部の拡大断面図である。

【図3】本発明に係る一実施形態におけるカートリッジの断面図である。

【図4】本発明に係る一実施形態におけるカートリッジの斜視図である。

【図5】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックの製造装置を示す平面図である。

【図6】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックの製造装置の要部立面図である。

【図7】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックの製造装置の側断面図である。

【図8】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックとガス供給ライン・ガス排出ラインとの接続構造を示す断面図である。

【図9】本発明に係る一実施形態における切断装置の構成を示す側断面図である。

【図10】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックの長手方向の位置と加熱時の温度分布との関係の一例を示す図である。

【図11】本発明に係る一実施形態におけるセルスタックの製造方法の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明に係るセルスタックの製造方法及び製造装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0025】

「燃料電池モジュールの実施形態」
まず、本発明での製造対象であるセルスタックを備えている燃料電池モジュールの実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

【0026】

図１において、燃料電池モジュールＭは、容器中心軸Ａｖを中心として容器中心軸方向Ｄｖに延びる円筒形状の圧力容器１０と、この圧力容器１０内に配置された、複数のカートリッジ２０１を備えたカートリッジ群２００と、複数の各種配管３００と、を備えている。

【0027】

配管３００としては、燃料ガス供給源１からの燃料ガスＧｆを圧力容器１０内のカートリッジ群２００の各カートリッジ２０１に導く燃料ガス供給配管３１０と、各カートリッジ２０１を通過した燃料ガスＧｆを圧力容器１０外に導く燃料ガス排出配管３２０と、酸化剤ガス供給源２からの酸化剤ガスＧｏを圧力容器１０内のカートリッジ群２００の各カートリッジ２０１に導く酸化剤ガス供給配管３３０と、各カートリッジ２０１を通過した酸化剤ガスＧｏを圧力容器１０外に導く酸化剤ガス排出配管３４０とがある。

【0028】

燃料ガスＧｆとしては、例えば、水素、一酸化炭素、メタン等の炭化水素系ガス、石炭等の炭素質原料のガス化により得られた炭化水素を含むガス、又は、これらの２以上の成分を含むガス等が利用される。また、酸化剤ガスＧｏとしては、例えば、酸素を１５〜３０vol％含むガス等が利用される。代表的な酸化剤ガスＧｏとしては、空気であるが、燃焼排気ガスと空気との混合ガスや、酸素と空気との混合ガスを利用してもよい。

【0029】

圧力容器１０は、例えば、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約５ＭＰａ、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用される。このため、この圧力容器１０は、耐圧性を考慮して、円筒形状の胴部１１と、圧力容器１０の容器中心軸方向Ｄｖにおける両端部に形成されている半球状の鏡部１２とを有している。この圧力容器１０は、全体として円筒形状を成し、その容器中心軸Ａｖが上下方向に延びるよう設置されている。また、この圧力容器１０は、耐圧性が要求されると共に、使用条件によって、酸化剤ガスＧｏ中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性も要求される場合には、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス系材で形成されている。

【0030】

カートリッジ２０１は、複数のセルスタックの束で構成されている。図２に示すように、セル集合体であるセルスタック１０１は、管状（又は円筒状）の基体管１０３と、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されているインターコネクタ１０７とを有する。燃料電池セル１０５は、燃料極１１２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。セルスタック１０１は、さらに、基体管１０３の外周面に形成されている複数の燃料電池セル１０５のうちで、基体管１０３の軸方向において最も端に形成されている燃料電池セル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ているリード膜１１５を有する。

【0031】

本実施形態では、管状（又は円筒状）のセルスタック１０１の内周側に燃料ガスＧｆが通り、セルスタック１０１の外周側に酸化剤ガスＧｏが通る。

【0032】

基体管１０３は、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ_２（ＣＳＺ）、Ｙ_２Ｏ_３安定化ＺｒＯ₂（ＹＳＺ）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４等のいずれかで形成されている多孔質体である。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とを支持する役目を担っている。さらに、この基体管１０３は、内周側に供給された燃料ガスＧｆ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電池セル１０５に拡散させる役目も担っている。

【0033】

燃料極１１２は、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で形成されている。この場合、燃料極１１２は、燃料極１１２の成分であるＮｉが燃料ガスＧｆに対して触媒として作用する。この触媒としての作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガスＧｆ中に、例えば、メタン（ＣＨ_４）と水蒸気とが含まれている場合、これら相互を反応させ、水素（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する作用である。

【0034】

空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ_３系酸化物、又はＬａＣｏＯ_３系酸化物で形成されている。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される酸化剤ガスＧｏ中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ^２−）を生成する。

【0035】

固体電解質１１１は、例えば、主としてＹＳＺで形成されている。このＹＳＺは、ガスを通しにくい気密性と、高温下での高い酸素イオン導電性とを有している。この固体電解質１１１は、空気極１１３で生成された酸素イオン（Ｏ^２−）を燃料極１１２に移動させる。

【0036】

前述の燃料極１１２では、固体電解質１１１との界面付近において、改質により得られた水素（Ｈ_２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、固体電解質１１１から供給された酸素イオン（Ｏ^２−）とが反応し、水（Ｈ_２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。この燃料電池セル１０５では、この反応過程で酸素イオンから電子が放出されて、発電が行われる。

【0037】

インターコネクタ１０７は、例えば、ＳｒＴｉＯ_３系などのＭ_１−ｘＬ_ｘＴｉＯ_３（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で形成されている。このインターコネクタ１０７は、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとが混合しないように緻密な膜で、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１１２とを電気的に接続する。つまり、このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５同士を電気的に直列接続する。

【0038】

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、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で形成されている。このリード膜１１５は、インターコネクタ１０７により電気的に直列接続されてい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る役目を担っている。

【0039】

カートリッジ２０１は、図３、図４に示すように、複数のセルスタック１０１の束と、複数のセルスタック１０１の束の一方の端部を覆う第一カートリッジヘッダ２２０ａと、複数のセルスタック１０１の束の他方の端部を覆う第二カートリッジヘッダ２２０ｂと、を有している。複数のセルスタック１０１の束は、互いに平行で且つその長手方向における互いの位置が揃って、全体として円柱形状を成している。また、第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、円柱形状を成している複数のセルスタック１０１の束の外径よりわずかに大きな外径の円筒形状を成している。このため、カートリッジ２０１は、全体として、セルスタック１０１の長手方向に長い円柱形状を成している。なお、カートリッジ２０１は、円柱形状でなくてもよく、例えば、角柱形状であってもよい。

【0040】

図３に示すように、第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂは、いずれも、複数のセルスタック１０１の束の端部が開口２２８から内部に入り込む円筒形状のケーシング２２９ａ，２２９ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの開口２２８を塞ぐ仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂと、ケーシング２２９ａ，２２９ｂの内部空間をセルスタック１０１の長手方向で２つの空間に仕切る管板２２５ａ，２２５ｂと、を有している。管板２２５ａ，２２５ｂ等は、高温耐久性のある金属材料で形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂ及び仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂには、複数のセルスタック１０１の端部のそれぞれが挿通可能な貫通孔が形成されている。管板２２５ａ，２２５ｂは、その貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の端部をシール部材又は接着剤２３７を介して支持する。このため、この管板２２５ａ，２２５ｂには貫通孔が形成されているものの、この管板２２５ａ，２２５ｂを基準にしてケーシング２２９ａ，２２９ｂ内の一方の空間に対する他方の空間の気密性が確保されている。仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内径は、ここに挿通されるセルスタック１０１の外径よりも大きく形成されている。つまり、仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されたセルスタック１０１の外周面との間には隙間２３５ａ，２３５ｂが存在する。

【0041】

第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、燃料ガスＧｆが供給される燃料ガス供給室２１７を形成している。このケーシング２２９ａには、燃料ガス供給配管３１０からの燃料ガスＧｆを燃料ガス供給室２１７に導くための燃料ガス供給孔２３１ａが形成されている。この燃料ガス供給室２１７内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。燃料ガス供給配管３１０から燃料ガス供給室２１７に導かれた燃料ガスＧｆは、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に流れ込む。この際、燃料ガスＧｆは、燃料ガス供給室２１７により、複数のセルスタック１０１の各基体管１０３に対してほぼ均等流量に配分される。このため、複数のセルスタック１０１における各発電量の均一化を図ることができる。

【0042】

第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、セルスタック１０１の基体管１０３内を通過した燃料ガスＧｆが流れ込む燃料ガス排出室２１９を形成している。このケーシング２２９ｂには、燃料ガス排出室２１９に流れ込んだ燃料ガスＧｆを燃料ガス排出配管３２０に導くための燃料ガス排出孔２３１ｂが形成されている。この燃料ガス排出室２１９内には、複数のセルスタック１０１における基体管１０３の端部が位置し、ここで開放している。複数のセルスタック１０１の各基体管１０３内を通過した燃料ガスＧｆは、前述したように、燃料ガス排出室２１９に流入した後、燃料ガス排出配管３２０を通って、圧力容器１０外へ排出される。

【0043】

第二カートリッジヘッダ２２０ｂのケーシング２２９ｂと仕切断熱板２２７ｂと管板２２５ｂとで形成されている空間は、酸化剤ガス供給室２１６を形成している。このケーシング２２９ｂには、酸化剤ガス供給配管３３０からの酸化剤ガスＧｏを酸化剤ガス供給室２１６に導くための酸化剤ガス供給孔２３３ｂが形成されている。この酸化剤ガス供給室２１６内に導かれた酸化剤ガスＧｏは、仕切断熱板２２７ｂの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ｂから、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５へと流出する。

【0044】

第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間の発電室２１５には、複数のセルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置されている。このため、この発電室２１５では、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとが電気化学的反応して、発電が行われる。なお、この発電室２１５で、セルスタック１０１の長手方向における中央部付近の温度は、燃料電池モジュールＭの定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気になる。また、この発電室２１５は、第一カートリッジヘッダ２２０ａと第二カートリッジヘッダ２２０ｂとの間であって、外周側が複数のカートリッジ２０１の相互間に充填された断熱材１６で囲まれた空間である。この断熱材１６は、例えば、アルミナシリカ系の材料で形成されている。

【0045】

第一カートリッジヘッダ２２０ａのケーシング２２９ａと仕切断熱板２２７ａと管板２２５ａとで形成されている空間は、発電室２１５を通った酸化剤ガスＧｏが流入する酸化剤ガス排出室２１８を形成している。このケーシング２２９ａには、酸化剤ガス排出室２１８に流れ込んだ酸化剤ガスＧｏを酸化剤ガス排出配管３４０に導くための酸化剤ガス排出孔２３３ａが形成されている。発電室２１５中の酸化剤ガスＧｏは、仕切断熱板２２７ａの貫通孔の内周面と、この貫通孔に挿通されているセルスタック１０１の外周面との間の隙間２３５ａから酸化剤ガス排出室２１８内に流入した後、酸化剤ガス排出配管３４０を通って、圧力容器１０外へ排出される。

【0046】

発電室２１５の高温化に伴って、各カートリッジヘッダ２２０ａ，２２０ｂの管板２２５ａ，２２５ｂが高温化する。第一カートリッジヘッダ２２０ａ及び第二カートリッジヘッダ２２０ｂの仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂは、この管板２２５ａ，２２５ｂが高温化による強度低下や酸化剤ガスＧｏ中に含まれている酸化剤による腐食を抑える。さらに、この仕切断熱板２２７ａ，２２７ｂは、管板２２５ａ，２２５ｂの熱変形も抑える。

【0047】

前述したように、発電室２１５中の酸化剤ガスＧｏと、この発電室２１５に配置されている複数のセルスタック１０１の内側を通る燃料ガスＧｆとは、セルスタック１０１における複数の燃料電池セル１０５で電気化学反応する。この結果、複数の燃料電池セル１０５で発電が行われる。

【0048】

複数の燃料電池セル１０５での発電で得られた直流電流は、複数の燃料電池セル１０５相互間に設けられているインターコネクタ１０７を経て、セルスタック１０１の端部側へ流れ、このセルスタック１０１のリード膜１１５に流れ込む。そして、この直流電流は、リード膜１１５から、第一カートリッジヘッダ２２０ａ内に設けられた集電板（不図示）を介して、カートリッジ２０１の集電棒（不図示）に流れ、カートリッジ２０１外部へ取り出される。複数のカートリッジ２０１にそれぞれ設けられた集電棒は、互いに直列及び／又は並列接続されている。集電棒のうち、最も下流側の集電棒は、例えば、図示されていないインバータに接続されている。カートリッジ２０１外部に取り出された直流電流は、直列及び／又は並列接続されている複数の集電棒を経て、例えば、インバータに流れ、ここで交流電流に変換されて、電力負荷へと供給される。

【0049】

セルスタック１０１の内周側を流れる燃料ガスＧｆとセルスタック１０１の外周側を流れる酸化剤ガスＧｏとは、このセルスタック１０１を介して熱交換する。この結果、燃料ガスＧｆは、酸化剤ガスＧｏにより加熱され、酸化剤ガスＧｏは、逆に燃料ガスＧｆにより冷却される。本実施形態では、これら燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる。このため、燃料ガスと酸化剤ガスとの熱交換率が高まり、セルスタック１０１の上部において、燃料ガスによる酸化剤ガスの冷却効率、及び、セルスタック１０１の下部において、酸化剤ガスによる燃料ガスの冷却効率が高まる。よって、本実施形態において、酸化剤ガスＧｏは、第一カートリッジヘッダ２２０ａを形成する管板２２５ａ等が座屈変形等しない温度に冷却されてから、この第一カートリッジヘッダ２２０ａの酸化剤ガス排出室２１８に流れ込む。また、本実施形態において、燃料ガスＧｆは、発電室２１５内のセルスタック１０１内で、ヒータ等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温される。

【0050】

なお、本実施形態では、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとがセルスタック１０１の内周側と外周側とを対向して流れる、つまり燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとが逆向きに流れるが、必ずしもこの必要はなく、例えば、燃料ガスＧｆと酸化剤ガスＧｏとがセルスタック１０１の内周側と外周側で同じ向きに流れてもよいし、酸化剤ガスＧｏが燃料ガスＧｆの流れに対して直交する方向に流れてもよい。

【0051】

円柱形状の複数のカートリッジ２０１は、いずれも、カートリッジ中心軸Ａｃが圧力容器１０の容器中心軸Ａｖと平行になるよう、圧力容器１０内に配置されている。つまり、本実施形態では、カートリッジ中心軸Ａｃは、容器中心軸Ａｖと同様、上下方向に延びている。本実施形態において、所定数のカートリッジ２０１は、容器中心軸方向Ｄｖ（上下方向）における位置が互いに同じ位置になり、且つ容器中心軸Ａｖに対して垂直な仮想面を含む方向で互いに隣接するよう配置されて、カートリッジ群２００を構成している。本実施形態の燃料電池モジュールＭは、このカートリッジ群２００を２つ備えている。

【0052】

「セルスタックの製造方法及び製造装置の実施形態」
次に、本発明に係るセルスタックの製造方法及び製造装置の実施形態について、図５〜図１１に基づいて説明する。

【0053】

上記したセルスタック１０１を製造するには、まず、最終的にセルスタック１０１となる管状のセルスタック中間品を形成する。このセルスタック中間品は、基体管１０３、燃料極１１２、固体電解質１１１、空気極１１３をそれぞれ積層した複数の燃料電池セル１０５と、互いに隣り合う燃料電池セル１０５間のインターコネクタ１０７と、リード膜１１５とをそれぞれ形成するために、上記に示した材料により成形されたものである。このうち、燃料極１１２、およびインターコネクタ１０７、リード膜１１５を形成する材料は、導電性の金属酸化物であるニッケル酸化物である。この金属酸化物は、セルスタック中間品内で金属酸化物層を成している。
このセルスタック中間品を焼成することによって、セルスタック１０１を得る。この焼成の際に、セルスタック中間品の内側に還元ガスを供給して、ニッケル酸化物を還元し、燃料極１１２、およびリード膜１１５に高い導電性を付与する。
この還元処理には、以下に示すようなセルスタック１０１の製造装置を用いる。

【0054】

図５に示すように、本実施形態のセルスタック１０１の製造装置３０は、セルスタック中間品１０２を焼成するとともに還元処理を施す熱処理部４０と、熱処理部を経たセルスタック中間品１０２の両端部を切断する切断部９０と、を備える。

【0055】

図５〜図７に示すように、熱処理部４０は、熱処理炉（加熱炉）４１と、セルスタック中間品１０２を熱処理炉４１で熱処理するに際してセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂを支持した状態でセルスタック中間品１０２を搬送するチューブ搬送機構５０と、を備える。なお、図６は、熱処理炉４１にセルスタック中間品１０２が投入される側の製造装置３０の要部立面図である。また、図７は、セルスタック中間品１０２が搬送される方向に対して垂直な面での断面図である。

【0056】

熱処理炉４１は、ガス炉、電気炉等を用いることができる。また、熱処理炉４１は、熱処理対象のセルスタック中間品１０２を、規定時間の間、固定したままの状態で熱処理を行い、熱処理後に取り出すバッチ炉を用いることもできるが、本実施形態では、以下に示すような連続炉を用いる。
本実施形態における熱処理炉４１は、一端４１ａ側から他端４１ｂ側に向けて、熱処理対象物を搬送しつつ、炉内に設けた加熱源４２で発する熱によって、熱処理対象物を加熱して熱処理を行う。

【0057】

この熱処理炉４１は、その外周部を覆う炉壁４３に、一端４１ａ側に投入口４４が形成されるとともに、他端４１ｂ側に搬出口４５が形成されている。さらに、炉壁４３には、投入口４４から搬出口４５に向かう搬送方向に直交した幅方向両側に、搬送方向に沿って連続する開口部４６が形成されている。この開口部４６は、投入口４４および搬出口４５に連続して形成されている。つまり、炉壁４３は、床面上に設けられた下部炉壁４７と、下部炉壁４７の上端部４７ａから鉛直上方に間隔を隔てて設けられた上部炉壁４８、とから形成されている。なお、上部炉壁４８は、セルスタック中間品１０２の熱処理に干渉しないよう設けられた図示しない支柱等によって支持されている。

【0058】

チューブ搬送機構５０として、炉壁４３の外周側に、開口部４６が形成された両側の側面４３ａ，４３ａから搬送方向に直交した幅方向に間隔をあけて、一対の搬送装置５１，５１が設けられている。この搬送装置５１は、例えば、床面上に設置した不図示の基部に、搬送方向に沿って循環駆動される無限軌道５１ｂが設けられている。無限軌道５１ｂには、搬送方向に所定の間隔を隔ててチューブ保持部（中間品支持部）５３が設けられている。

【0059】

熱処理炉４１を挟んでその両側に設けられた一対の搬送装置５１のそれぞれにおいては、それぞれ、上側の無限軌道５１ｂに位置する各チューブ保持部５３で、セルスタック中間品１０２の端部１０２ａ，１０２ｂを支持する。このようにして両端部１０２ａ，１０２ｂが支持されたセルスタック中間品１０２は、無限軌道５１ｂが駆動されることによって、熱処理炉４１に対し、投入口４４から搬出口４５に向けて搬送される。投入口４４と搬出口４５との間において、セルスタック中間品１０２は、両端部１０２ａ，１０２ｂが開口部４６，４６から熱処理炉４１の両側に露出し、両端部１０２ａ，１０２ｂの間の中間部１０２ｃが、熱処理炉４１内を通るようになっている。

【0060】

熱処理炉４１内には、投入口４４から搬出口４５に向けてセルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃが通過する領域の上下に、加熱源４２として例えば電気ヒータ４２ａ，４２ｂが設けられている。この電気ヒータ４２ａ，４２ｂは、熱処理炉４１内の炉壁４３に設けられているため、チューブ搬送機構５０で両端部１０２ａ，１０２ｂが支持されているセルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃと対向し、炉壁４３外に露出している両端部１０２ａ，１０２ｂとは対向しない。したがって、電気ヒータ４２ａ，４２ｂは、セルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃのみを加熱する。
ここで、電気ヒータ４２ａ，４２ｂは、前記チューブ搬送機構５０に支持されたセルスタック中間品１０２の長手方向における中間部１０２ｃの各位置までの距離が等しくなるよう設置されている。また、電気ヒータ４２ａ，４２ｂは、搬送方向に沿って間隔を隔てて並ぶ複数のセルスタック中間品１０２のそれぞれの中間部１０２ｃまでの距離が等しくなるよう設定されている。このようにして、電気ヒータ４２ａ，４２ｂは、熱処理炉４１内でセルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃをなるべく均一に加熱するよう配置されている。

【0061】

このような電気ヒータ４２ａ，４２ｂに対し、チューブ搬送機構５０で両端部１０２ａ，１０２ｂが支持されているセルスタック中間品１０２は、搬送方向に沿って搬送されることによって、各セルスタック中間品１０２が、電気ヒータ４２ａ，４２ｂに対して相対移動する。各セルスタック中間品１０２は、熱処理炉４１内で電気ヒータ４２ａ，４２ｂに対して相対移動する間、中間部１０２ｃが加熱され、熱処理が施される。したがって、チューブ搬送機構５０における各セルスタック中間品１０２の搬送速度を調整することによって、各セルスタック中間品１０２の熱処理時間が調整できる。

【0062】

熱処理炉４１には、搬送方向幅方向両側の開口部４６，４６には、その上下、つまり下部炉壁４７の上端部４７ａと、上部炉壁４８の下端部に、電気ヒータ４２ａ，４２ｂから熱処理炉４１外への熱輻射を抑制するため、断熱材からなる熱輻射抑制体５５がそれぞれ設けられている。この熱輻射抑制体５５は、搬送方向に沿って連続して設けられている。この熱輻射抑制体５５により、電気ヒータ４２ａ，４２ｂからセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂへの熱輻射を抑制し、両端部１０２ａ，１０２ｂの加熱を抑える。

【0063】

また、熱処理炉４１には、開口部４６，４６から熱処理炉４１の外部に向けて突出したセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂを冷却する冷却装置（冷却器）６５が設けられている。
この冷却装置６５は、炉壁４３の幅方向両側とチューブ搬送機構５０との間において、開口部４６，４６から熱処理炉４１の外部に向けて突出したセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂの上方と下方にそれぞれ設けられている。冷却装置６５は、搬送方向に沿って複数の送風口６５ａを有しており、図示しない冷却空気供給源から送給された冷却空気が各送風口６５ａからセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂに向けて吹き付けられるようになっている。

【0064】

また、熱処理炉４１内で、セルスタック中間品１０２の焼成とともに還元処理を行うため、チューブ搬送機構５０で搬送されるセルスタック中間品１０２には、水素や、水素と水蒸気との混合体を送り込むようになっている。
このため、チューブ搬送機構５０で搬送されるセルスタック中間品１０２の一方の端部１０２ａに、一方の端部１０２ａからセルスタック中間品１０２内に還元ガスを供給するガス供給ライン７１がジョイント部材７０を介して接続されている。また、セルスタック中間品１０２の他方の端部１０２ｂに、一方の端部１０２ａからセルスタック中間品１０２内に供給された還元ガスを排気するガス排気ライン７２がジョイント部材７０を介して接続されている。

【0065】

図８に示すように、ジョイント部材７０は、ガス供給ライン７１、ガス排気ライン７２の端部が嵌め込まれた雄ネジ部材７３と、セルスタック中間品１０２の端部１０２ａ，１０２ｂが挿入される円筒状の雌ネジ部材７４と、雌ネジ部材７４内に収容され、セルスタック中間品１０２の端部１０２ａ，１０２ｂが圧入されたリング状のカラー７５と、フッ素ゴム等からなるシールリング７６と、を備えている。

【0066】

雄ネジ部材７３は、外周部にネジ溝７３ａが形成され、内周部に筒状面７３ｂを有している。この筒状面７３ｂは、ガス供給ライン７１、ガス排気ライン７２の外径と同等の内径を有し、ガス供給ライン７１、ガス排気ライン７２の端部が挿入される。また雄ネジ部材７３の先端部は、筒状面７３ｂよりも大きな内径を有した大径筒状面７３ｃとされて、その内部にカラー７５およびシールリング７６が収容される。また、筒状面７３ｂと大径筒状面７３ｃとの間は、その内径が、筒状面７３ｂ側から大径筒状面７３ｃに向けて漸次拡大するテーパ面７３ｄとされている。
雌ネジ部材７４は、内周面にネジ溝７４ａが形成されている。雌ネジ部材７４に雄ネジ部材７３をねじ込むと、雌ネジ部材７４内に収容されたカラー７５と雄ネジ部材７３のテーパ面７３ｄとの間にシールリング７６が挟み込まれ、これによってジョイント部材７０におけるシール性が確保されるようになっている。
そして、雄ネジ部材７３には、セルスタック中間品１０２の端部１０２ａ，１０２ｂの開口に突き当たる部分に貫通孔７７が形成され、これによって、ガス供給ライン７１、ガス排気ライン７２とセルスタック中間品１０２とが連通する。

【0067】

図１に示したように、ガス供給ライン７１には、水素等の還元ガスの還元ガス供給源７８Ａと、窒素等の不活性ガスの不活性ガス供給源７８Ｂが、切替弁（切替器）７８Ｃを介して接続されている。
また、ガス排気ライン７２には、還元ガスを回収する還元ガス回収部７９Ａと、不活性ガスを回収する不活性ガス回収部７９Ｂとが、切替弁（切替器）７９Ｃを介して接続されている。
これにより、切替弁７８Ｃ，７９Ｃを適宜切り替えることによって、セルスタック中間品１０２内に、水素等と還元ガスと、窒素等の不活性ガスが、選択的に供給できるようになっている。

【0068】

図５に示すように、切断部９０は、上記のような熱処理部４０に対して搬送方向下流側に設けられている。図９に示すように、切断部９０は、チューブ搬送機構５０で両端部１０２ａ，１０２ｂが支持されているセルスタック中間品１０２を、チューブ搬送機構５０よりも内側で支持する支持部材９１と、支持部材９１で支持されたセルスタック中間品１０２を所定の位置で切断する切断機９２と、を備える。
支持部材９１は、チューブ搬送機構５０と同様の構成のものを用いてもよいし、床面上に固定的に設けた台状のものとしてもよい。

【0069】

切断機９２は、例えば円板状のカッター９２ａが回転する回転カッターであり、支持部材９１に支持されたセルスタック中間品１０２を、支持部材９１の両側で切断し、両端部１０２ａ，１０２ｂを除去する。セルスタック中間品１０２の切断位置Ｃ１，Ｃ２は、熱処理炉４１内において加熱されることで、予め定めた規定温度以上まで温度が上昇した部位のみを残すように設定する。
すなわち、図１０に示すように、セルスタック中間品１０２を熱処理炉４１内において加熱したときのセルスタック中間品１０２の温度分布は、熱処理炉４１内に位置する中間部１０２ｃでは高く、熱処理炉４１外に露出している両端部１０２ａ，１０２ｂでは低くなっている。そして、セルスタック中間品１０２の燃料極１１２、およびインターコネクタ１０７、リード膜１１５を形成する材料である、導電性の金属酸化物であるニッケル酸化物で形成されている金属酸化物層の十分な還元処理を行うには、その材料組成等に応じて決まる規定の温度以上まで、加熱を行う必要がある。

【0070】

表１に示すように、燃料極１１２、およびインターコネクタ１０７、リード膜１１５を形成する材料である、導電性の金属酸化物であるニッケル酸化物の金属酸化物層は、加熱された温度に応じ、還元処理後の電気抵抗値が異なる。

【0071】

【表1】

【0072】

そこで、予め、加熱試験等を実施して、熱処理炉４１で熱処理を行ったときのセルスタック中間品１０２の各部の温度を計測し、規定温度以上まで温度上昇した部位と、規定温度以上まで温度上昇しなかった部位との境界部に、切断機９２による切断位置Ｃ１，Ｃ２を設定する。
本実施形態では、表１に示すように、５５０℃以上まで加熱を行うと、燃料極１１２、およびインターコネクタ１０７、リード膜１１５の電気抵抗が顕著に低くなり、高い導電性が得られることから、図１０で示した温度分布に基づいて切断位置Ｃ１，Ｃ２を設定するものとする。
なお、この温度分布や、電気抵抗が低くなる規定温度は、用いる材料の組成等に応じて変動し得るため、上記に示した５５０℃を境界として設定した切断位置Ｃ１，Ｃ２は一例に過ぎない。

【0073】

次に、上記したような製造装置３０におけるセルスタック１０１の製造方法について説明する。
図１１は、上記製造装置３０におけるセルスタック１０１の製造方法の流れを示す。以下、この図１１を参照しつつ説明を行う。

【0074】

（セルスタック中間品形成工程）
まず、セルスタック中間品１０２を形成する（ステップＳ２０１）。このセルスタック中間品１０２の形成では、例えば、特開２００２−３２９５０５号公報に詳細に記載されているように、円筒状に形成した基体管１０３を形成する材料の表面に、燃料極１１２、固体電解質１１１、空気極１１３、インターコネクタ１０７、リード膜１１５を形成する材料を所定の厚さで成膜しておく。

【0075】

（焼成・還元工程）
次いで、形成したセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂをチューブ搬送機構５０で支持し、さらに両端部１０２ａ，１０２ｂにジョイント部材７０を介してガス供給ライン７１、ガス排気ライン７２を接続する。
そして、ガス供給ライン７１からセルスタック中間品１０２内に水素等の還元ガスを供給した状態で、チューブ搬送機構５０によりセルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃを投入口４４から熱処理炉４１内に投入し、セルスタック中間品１０２の焼成処理、およびセルスタック中間品１０２に含まれる金属酸化物の還元処理を施す（ステップＳ２０３）。
熱処理炉４１においては、投入口４４から搬出口４５までセルスタック中間品１０２が搬送されるのに要する規定時間の間、電気ヒータ４２ａ，４２ｂにより、セルスタック中間品１０２における両端部１０２ａ，１０２ｂ間の中間部１０２ｃを加熱する。すると、多孔質体からなる基体管１０３を通して、還元ガスが基体管１０３外表面の金属酸化物に供給され、還元処理がなされる。

【0076】

この還元工程では、セルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂを熱処理炉４１の外部に露出させる。また、セルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃにのみ電気ヒータ４２ａ，４２ｂを対向させ、両端部１０２ａ，１０２ｂには電気ヒータ４２ａ，４２ｂを対向させないようにする。さらに、開口部４６に熱輻射抑制体５５を設けることで、電気ヒータ４２ａ，４２ｂから両端部１０２ａ，１０２ｂへの熱輻射を抑制するようにする。なお、熱輻射抑制体５５は、例えば、断熱材で形成されている。加えて、冷却装置６５により、セルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂを冷却する。このようにして、セルスタック中間品１０２において、中間部１０２ｃに対して両端部１０２ａ，１０２ｂの加熱を抑制する。

【0077】

（パージ工程）
セルスタック中間品１０２が、熱処理炉４１の搬出口４５から搬出されたら、切替弁７８Ｃおよび７９Ｃを切り替え、セルスタック中間品１０２内の還元ガスを還元ガス回収部７９Ａで回収するとともに、不活性ガス供給源７８Ｂから窒素等の不活性ガスを供給し、セルスタック中間品１０２内を不活性ガスに置換（パージ）する（ステップＳ２０３）。
この不活性ガスへの置換により、セルスタック中間品１０２の冷却、および、後の切断工程における安全性向上を図る。

【0078】

（切断工程）
この後、セルスタック中間品１０２を切断部９０に移動させ、この切断部９０において、
セルスタック中間品１０２を所定の切断位置Ｃ１，Ｃ２で切断する（ステップＳ２０４）。これにより、セルスタック中間品１０２において、中間部１０２ｃの、還元工程での加熱時の温度が規定温度以上になっている部位を残し、両端部１０２ａ，１０２ｂを除去する。

【0079】

（検査工程）
続いて、上記切断工程で切断除去したセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂの電気抵抗を計測する。両端部１０２ａ，１０２ｂの電気抵抗は、セルスタック１０２の中間部１０２ｃに比較すると高いが、この両端部１０２ａ，１０２ｂにおいて、セルスタック中間品１０２の熱処理温度に応じて、電気抵抗が変動する。そこで、両端部１０２ａ，１０２ｂの電気抵抗を計測することによって、セルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃの還元処理が異常なく行われたか否か、中間部１０２ｃの品質を確認する（ステップ２０５）。

【0080】

このようにして、セルスタック中間品１０２を焼成・還元処理を施し、両端部１０２ａ，１０２ｂを切除することによって、優れた品質のセルスタック１０１を製造することができている。

【0081】

上述したように、セルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂを熱処理炉４１の外部に露出させて焼成・還元処理を行い、処理後、両端部１０２ａ，１０２ｂを切除するようにした。これにより、熱処理炉４１内で均一に加熱された部分であるセルスタック中間品１０２の中間部１０２ｃがセルスタック１０１となるので、還元ムラを抑えて優れた品質のセルスタック１０１を製造することができる。

【0082】

また、セルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂの熱処理炉４１の外部への露出、熱輻射抑制体５５による両端部１０２ａ，１０２ｂへの熱輻射の抑制、冷却装置６５による両端部１０２ａ，１０２ｂの冷却によって。セルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂの加熱を抑制することができる。これにより、シールリング７６が、その耐熱温度を上回る温度になるのを防ぐことができ、ジョイント部材７０のシール性が損なわれるのを防ぐことができる。

【0083】

「変形例」
上記実施形態において、チューブ搬送機構５０は、チェーン状のものを用いるようにしたが、これに限るものではない。例えば、下部に走行車輪を有した台車の上部にチューブ保持部５３を形成し、この台車を移動させることによって、チューブ保持部５３で支持したセルスタック中間品１０２を搬送方向に移動させる構成としてもよい。
また、上記実施形態では、熱処理炉４１に、セルスタック中間品１０２を支持する支持台を固定的に設けて、所定時間熱処理を行うようにしてもよい。

【0084】

また、上記実施形態では、セルスタック中間品１０２を長手方向が横方向に一致するように支持して熱処理を行うようにしたが、セルスタック中間品１０２を縦方向に支持したり、斜めに支持してもよい。いずれの場合においても、セルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂを熱処理炉４１から外部に露出させ、中間部１０２ｃを加熱する。

【0085】

さらに、加熱源４２としてパネル式の電気ヒータ４２ａ，４２ｂを備えるようにしたが、パネル状とは限らない。また、電気ヒータ４２ａ，４２ｂに限らず、ガスを燃焼させるガスヒータを加熱源として用いることができる。この場合、ガスを燃焼させるバーナは、熱処理炉４１内のいかなる位置に設けてもよいが、セルスタック中間品１０２をなるべく均一に加熱できるようにするのが好ましい。

【0086】

また、チューブ搬送機構５０においては、熱処理炉４１において、セルスタック中間品１０２を、床面に平行に搬送する構成を示したが、これに限るものではない。例えば、セルスタック中間品１０２を、投入口４４側から搬出口４５に向けて傾斜させて搬送してもよい。そのような場合も、電気ヒータ４２ａ，４２ｂは、搬送方向に平行に設けるのが好ましい。

【0087】

また、冷却装置６５においては、送風口６５ａから冷却空気をセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂに向けて吹き付けるようにしたが、これに限るものではなく、熱処理炉４１の両側に配列した複数のファンによりセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂに風を当てて冷却を図るようにしても良い。さらには、ジョイント部材７０に冷媒を通す流路を形成し、この流路に、水をはじめとする冷媒を流通させることによって、ジョイント部材７０を介してセルスタック中間品１０２の両端部１０２ａ，１０２ｂを冷却することも可能である。

【0088】

さらに、切断機９２に、円板状のカッター９２ａが回転駆動される回転カッターを用いるようにしたが、これに代えて、直線状の切断刃が往復動するジグソーであってもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記に示した構成を適宜の変更・追加・削除等を行うことができる。

【符号の説明】

【0089】

１…燃料ガス供給源、２…酸化剤ガス供給源、１０…圧力容器、３０…製造装置、４０…熱処理部、４１…熱処理炉（加熱炉）、４１ａ…一端、４１ｂ…他端、４２…加熱源、４２ａ，４２ｂ…電気ヒータ、４６…開口部、５０…チューブ搬送機構、５１…搬送装置、５３…チューブ保持部（中間品支持部）、５５…熱輻射抑制体、６１，６２…電気ヒータ、６５…冷却装置（冷却器）、７０…ジョイント部材、７１…ガス供給ライン、７２…ガス排気ライン、７８Ａ…還元ガス供給源、７８Ｂ…不活性ガス供給源、７８Ｃ…切替弁（切替器）、７９Ａ…還元ガス回収部、７９Ｂ…不活性ガス回収部、７９Ｃ…切替弁（切替器）、９０…切断部、９２…切断機、１０１…セルスタック、１０２…セルスタック中間品、１０２ａ，１０２ｂ…端部、１０２ｃ…中間部、２００…カートリッジ群、２０１…カートリッジ、Ｃ１，Ｃ２…切断位置（境界部）、Ｍ…燃料電池モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】