特許 6394191 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

(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】6394191

(24)【登録日】2018年9月7日

(45)【発行日】2018年9月26日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/24 20160101AFI20180913BHJP

   H01M 8/2484 20160101ALI20180913BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20180913BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20180913BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20180913BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24

   H01M8/2484

   H01M8/12 101

   H01M8/00 Z

   H01M8/0606

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-175419(P2014-175419)

(22)【出願日】2014年8月29日

(65)【公開番号】特開2016-51562(P2016-51562A)

(43)【公開日】2016年4月11日

【審査請求日】2017年7月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089082

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 脩

(74)【代理人】

【識別番号】100190333

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 群司

(74)【代理人】

【識別番号】100130188

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 喜一

(72)【発明者】

【氏名】杉田 吉隆

【審査官】 菊地 リチャード平八郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２４３７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−３６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０５９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１３５０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６４６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−７１７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９１３２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

（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他方の端部および前記燃料極層の前記他方の内壁面が前記電解質層と同じ材質で製膜されており、（ｄ）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が直線状に並設されて電気的に並列接続されたセル集合体と、
（ｉｉ）有底筒状に形成され前記セル集合体の前記一方の端部側を覆うように収容して各前記燃料極層被接続部と電気的に接続された第一本体部と、前記第一本体部に設けられ各前記燃料極層内に形成された燃料流路の前記一方の端部側に連通する一つまたは複数の第一連通口部とを備えた第一ホルダと、
（ｉｉｉ）有底筒状に形成され前記セル集合体の前記他方の端部側を覆うように収容して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本体部と、前記第二本体部に設けられ各前記燃料流路の前記他方の端部側に連通する一つまたは複数の第二連通口部とを備えた第二ホルダと、
を備えた複数のセルバンドルの長手方向の取り付け向きが互いに同じ方向または逆方向となるように直線状に並設され、隣接する前記セルバンドルの各前記第一ホルダおよび各前記第二ホルダが導電性接着剤または絶縁性接着剤で固定されて、前記複数のセルバンドルを構成する複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが直列接続および並列接続のうちの少なくとも並列接続により電気的に接続されたセルバンドル群と、
（２）前記セルバンドル群の前記一端側に設けられ、前記一端側の各前記第一連通口部および各前記第二連通口部のうちの少なくとも各前記第一連通口部が電気的な絶縁性を備える第一絶縁部材を貫通しており、前記第一絶縁部材を貫通している各前記連通口部を介して前記セル集合体に前記燃料を供給する第一マニホールドと、
（３）前記セルバンドル群の前記他端側に設けられ、前記他端側の各前記第一連通口部および各前記第二連通口部のうちの少なくとも各前記第二連通口部が電気的な絶縁性を備える第二絶縁部材を貫通しており、前記第二絶縁部材を貫通している各前記連通口部を介して前記セルバンドル群から排出された燃料オフガスを回収し、前記燃料オフガスと酸化剤オフガスとを燃焼部に導出する第二マニホールドと、
を備え、
各前記セル集合体を構成する前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルは、隣接する前記燃料極層同士が導電性を備える第一導電性ペーストによって固定されるとともに電気的に接続され、隣接する前記酸化剤ガス極層同士が前記第一導電性ペーストと比べて多孔質な第二導電性ペーストによって固定されるとともに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】

前記第一ホルダは、平板状に形成され前記セル集合体の前記一方の端部側をまとめて貫通可能な長穴状に形成された第一貫通穴を備え、前記第一本体部内において前記セル集合体の前記一方の端部側を位置決めする第一位置決め部材をさらに備え、
前記第二ホルダは、平板状に形成され前記セル集合体の前記他方の端部側をまとめて貫通可能な長穴状に形成された第二貫通穴を備え、前記第二本体部内において前記セル集合体の前記他方の端部側を位置決めする第二位置決め部材をさらに備えている請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。

【請求項3】

前記第一ホルダは、前記セル集合体の前記一方の端部と、前記第一本体部の底壁との間に介在して、前記セル集合体の前記一方の端部側に生じる熱応力を緩和する第一緩衝部材をさらに備え、
前記第二ホルダは、前記セル集合体の前記他方の端部と、前記第二本体部の底壁との間に介在して、前記セル集合体の前記他方の端部側に生じる熱応力を緩和する第二緩衝部材をさらに備えている請求項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】

各前記第一本体部は、隣接する他の前記セルバンドルの前記第二本体部または前記第一本体部と面接触可能で、かつ、互いに平行に形成された一対の第一接触面を備え、
各前記第二本体部は、隣接する他の前記セルバンドルの前記第一本体部または前記第二本体部と面接触可能で、かつ、互いに平行に形成された一対の第二接触面を備えている請求項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】

前記第一絶縁部材は、ガラス系の第一シール部材によって挟まれており、前記第一マニホールドと前記セルバンドル群との間を電気的に絶縁し、
前記第一シール部材は、前記第一絶縁部材を貫通している各前記連通口部と、前記第一絶縁部材との間に介在して、前記第一絶縁部材を貫通している各前記連通口部と前記第一絶縁部材との間を通って前記燃料が前記セルバンドル群側へ流出することを抑制し、
前記第二絶縁部材は、ガラス系の第二シール部材によって挟まれており、前記第二マニホールドと前記セルバンドル群との間を電気的に絶縁し、
前記第二シール部材は、前記第二絶縁部材を貫通している各前記連通口部と、前記第二絶縁部材との間に介在して、前記第二絶縁部材を貫通している各前記連通口部と前記第二絶縁部材との間を通って前記燃料オフガスが前記セルバンドル群側へ逆流することを抑制する請求項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】

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7】

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６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ユニットは、円筒状の燃料電池セルと、燃料電池セルの長手方向両端部に設けられる一対の内側電極端子とを備えている。一対の内側電極端子は、金属製でそれぞれキャップ状に形成されており、内側電極層と電気的に接続されている。また、複数の燃料電池セルユニットの各々には、集電体および外部端子が取り付けられている。複数の燃料電池セルユニットは、集電体および外部端子を介して電気的に接続され、複数の燃料電池セルユニットの全てが直列接続されている。

【0003】

特許文献２に記載のセルスタックは、複数の燃料電池セルが一列に配設されており、複数の燃料電池セルが電気的に直列接続されている。また、複数の燃料電池セルの配列方向が互いに平行になるように、２つのセルスタックが並設されている。そして、２つのセルスタックの電流引出部同士が導電性の連結部材で連結されており、２つのセルスタックが電気的に並列接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−２１０６３０号公報

【特許文献2】特開２０１３−２１１２６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、集電体は、内側電極端子と電気的に接続される燃料極用接続部と、外側電極層の外周面全体と電気的に接続される空気極用接続部とにより一体的に形成されている。そのため、特許文献１に記載の発明は、集電体の形状が複雑であり、集電体の組み付け時に作業性が低下する。

【0006】

特許文献２に記載の発明では、２つのセルスタックが複数の燃料電池セルの配列方向の一端側で、配列方向と垂直方向に連結されている。そのため、高温環境下において燃料電池セルに、ねじれ応力が発生して燃料電池セルが破損する可能性がある。また、複数の燃料電池セルの直上で未使用の燃料ガスを燃焼させるので、発電に必要とされる水素が失われ、複数の燃料電池セルの直上が酸化雰囲気になる。そのため、燃料極層が再酸化して燃料電池セルが破損する可能性がある。

【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の電気的な接続を簡素化するとともに、固体酸化物形燃料電池筒状セルの破損を抑制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】

【0008】

本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックは、（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他方の端部および前記燃料極層の前記他方の内壁面が前記電解質層と同じ材質で製膜されており、（ｄ）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が直線状に並設されて電気的に並列接続されたセル集合体と、（ｉｉ）有底筒状に形成され前記セル集合体の前記一方の端部側を覆うように収容して各前記燃料極層被接続部と電気的に接続された第一本体部と、前記第一本体部に設けられ各前記燃料極層内に形成された燃料流路の前記一方の端部側に連通する一つまたは複数の第一連通口部とを備えた第一ホルダと、（ｉｉｉ）有底筒状に形成され前記セル集合体の前記他方の端部側を覆うように収容して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本体部と、前記第二本体部に設けられ各前記燃料流路の前記他方の端部側に連通する一つまたは複数の第二連通口部とを備えた第二ホルダと、を備えた複数のセルバンドルの長手方向の取り付け向きが互いに同じ方向または逆方向となるように直線状に並設され、隣接する前記セルバンドルの各前記第一ホルダおよび各前記第二ホルダが導電性接着剤または絶縁性接着剤で固定されて、前記複数のセルバンドルを構成する複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが直列接続および並列接続のうちの少なくとも並列接続により電気的に接続されたセルバンドル群と、（２）前記セルバンドル群の前記一端側に設けられ、前記一端側の各前記第一連通口部および各前記第二連通口部のうちの少なくとも各前記第一連通口部が電気的な絶縁性を備える第一絶縁部材を貫通しており、前記第一絶縁部材を貫通している各前記連通口部を介して前記セル集合体に前記燃料を供給する第一マニホールドと、（３）前記セルバンドル群の前記他端側に設けられ、前記他端側の各前記第一連通口部および各前記第二連通口部のうちの少なくとも各前記第二連通口部が電気的な絶縁性を備える第二絶縁部材を貫通しており、前記第二絶縁部材を貫通している各前記連通口部を介して前記セルバンドル群から排出された燃料オフガスを回収し、前記燃料オフガスと酸化剤オフガスとを燃焼部に導出する第二マニホールドと、を備え、各前記セル集合体を構成する前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルは、隣接する前記燃料極層同士が導電性を備える第一導電性ペーストによって固定されるとともに電気的に接続され、隣接する前記酸化剤ガス極層同士が前記第一導電性ペーストと比べて多孔質な第二導電性ペーストによって固定されるとともに電気的に接続されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明の固体酸化物形燃料電池スタックによれば、セル集合体を一単位としてセルバンドルが構成され、セルバンドルが直線状に並設されてセルバンドル群が構成されている。よって、本発明の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の各々を接続部材で接続する場合と比べて、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの電気的な接続を簡素化することができる。また、セル集合体の隣接する燃料極層同士は、第一導電性ペーストによって固定され、セル集合体の隣接する酸化剤ガス極層同士は、第二導電性ペーストによって固定されている。さらに、第一ホルダおよび第二ホルダで挟まれたセル集合体は、第一ホルダおよび第二ホルダを介して固定されている。よって、本発明の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生じる、ねじれ応力を低減することができ、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの破損を抑制することができる。また、セルバンドル群の他端側には、第二マニホールドが設けられている。よって、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部をセルバンドル群から離間させることができる。そのため、発電時に燃料極層が再酸化することが抑制され、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの破損が抑制される。その結果、本発明の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の電気的な接続の簡素化、および、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの破損の抑制の両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【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３１の長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った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３５、第一マニホールド３７および第二マニホールド３８を紙面右方向から視た側面図である。

【図4】セル集合体３２を模式的に示す模式図である。

【図5】一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１を長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向に切断した部分拡大断面図である。

【図6】図２のVI−VI方向視図である。

【図7】第一位置決め部材３３ｃ，第二位置決め部材３４ｃを示す上面図である。

【図8】図３のVIII−VIII方向視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜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には、改質用原料、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は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管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。

【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。

【0014】

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凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは、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。

【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。

【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）
図２に示すように、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、セルバンドル群３６、第一マニホールド３７および第二マニホールド３８を備えている。セルバンドル群３６は、複数（本実施形態では、５つ）のセルバンドル３５が直線状に並設されている。また、複数（５つ）のセルバンドル３５の各々は、セル集合体３２、第一ホルダ３３および第二ホルダ３４を備えている。さらに、図３に示すように、セル集合体３２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３１，３１，３１が直線状に並設されている。以下、固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の構成から順に説明する。

【0019】

図４に示すように、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３１，３１，３１の各々は、燃料極層３１ａ、電解質層３１ｂおよび酸化剤ガス極層３１ｃ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３１ａは、筒状に形成されており、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原料を改質した改質ガスであり、アノードガスともいう。

【0020】

酸化剤ガス極層３１ｃは、燃料極層３１ａ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。また、後述するように、酸化剤ガスは、図２の紙面奥側から紙面手前側に向かって流通する。電解質層３１ｂは、燃料極層３１ａと酸化剤ガス極層３１ｃ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３１，３１，３１の各々は、径方向の内側から燃料極層３１ａ、電解質層３１ｂ、酸化剤ガス極層３１ｃの順に形成されている。

【0021】

なお、電解質層３１ｂと酸化剤ガス極層３１ｃとの間には、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た反応防止層を設けることもできる。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３１，３１，３１の各々は、円筒状に形成されているが、各固体酸化物形燃料電池筒状セル３１は、筒状であれば良く、例えば、断面方形に形成することもできる。

【0022】

燃料極層３１ａ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。

【0023】

電解質層３１ｂ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。

【0024】

酸化剤ガス極層３１ｃ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。

【0025】

図４および図５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３１，３１，３１の各々は、燃料極層３１ａの一方の端部３１ｅ側が露出するとともに、燃料極層３１ａの他方の端部３１ｆ側が酸化剤ガス極層３１ｃ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３１，３１，３１の各々には、燃料極層被接続部３１ａ１と酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１とが形成されている。燃料極層被接続部３１ａ１は、燃料極層３１ａの一方の端部３１ｅ側の露出部に形成されている。酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１は、酸化剤ガス極層３１ｃの他方の端部３１ｈ側に形成されている。

【0026】

燃料極層被接続部３１ａ１には、電解質層３１ｂおよび酸化剤ガス極層３１ｃが形成されておらず、燃料極層３１ａのみが形成されている。また、電解質層３１ｂ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３１，３１，３１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３１ａを形成し、逐次、電解質層３１ｂおよび酸化剤ガス極層３１ｃ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。

【0027】

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３１，３１，３１の各々は、径方向の内側から燃料極層３１ａ、電解質層３１ｂ、酸化剤ガス極層３１ｃ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３１ａが露出する部位や電解質層３１ｂ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３１，３１，３１を作製することも可能である。

【0028】

また、図５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３１，３１，３１の各々は、燃料極層３１ａの他方の端部３１ｆおよび燃料極層３１ａの他方の内壁面３１ｇが電解質層３１ｂと同じ材質で製膜されている。これにより、燃料極層３１ａの他方の端部３１ｆ側において、燃料極層３１ａと酸化剤ガス極層３１ｃとの間の電気的な短絡が抑制されている。電解質層３１ｂは、燃料極層３１ａおよび酸化剤ガス極層３１ｃと比べて緻密に形成されている。

【0029】

なお、図４および図５では、一方の端部側は、第一マニホールド３７が設けられる側である一端側（矢印Ｚ１方向側）として図示されている。また、他方の端部側は、第二マニホールド３８が設けられる側である他端側（矢印Ｚ２方向側）として図示されている。後述するように、本実施形態では、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１は、直列接続および並列接続の両方により電気的に接続される。そのため、固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが、図４および図５で示す取り付け向きと逆方向になる場合がある。この場合は、一方の端部側は、第二マニホールド３８が設けられる側である他端側（矢印Ｚ２方向側）であり、他方の端部側は、第一マニホールド３７が設けられる側である一端側（矢印Ｚ１方向側）である。以下、一方の端部側および他方の端部側は、同様の方向とする。

【0030】

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３１，３１，３１は、直線状に並設されて電気的に並列接続されており、セル集合体３２が構成されている。セル集合体３２を構成する複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１，３１，３１は、隣接する燃料極層３１ａ，３１ａ同士が導電性を備える第一導電性ペースト３２ａによって固定されるとともに電気的に接続されている。また、セル集合体３２を構成する複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１，３１，３１は、隣接する酸化剤ガス極層３１ｃ，３１ｃ同士が第二導電性ペースト３２ｂによって固定されるとともに電気的に接続されている。

【0031】

第一導電性ペースト３２ａ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、ＡＢＯ_３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。

【0032】

第二導電性ペースト３２ｂは、第一導電性ペースト３２ａと比べて多孔質な導電性ペーストを用いることができる。多孔質な導電性ペーストを形成する方法は、限定されない。例えば、第一導電性ペースト３２ａと同様の導電性ペースト材料に、バインダを配合して形成することができる。この場合、加熱によってバインダが除去されて多孔質化され、導電性粒子が焼成されて、多孔質な導電性ペーストが形成される。

【0033】

本実施形態では、セル集合体３２の隣接する燃料極層３１ａ，３１ａ同士は、第一導電性ペースト３２ａによって固定され、セル集合体３２の隣接する酸化剤ガス極層３１ｃ，３１ｃ同士は、第二導電性ペースト３２ｂによって固定されている。そのため、セル集合体３２の隣接する燃料極層３１ａ，３１ａ同士および隣接する酸化剤ガス極層３１ｃ，３１ｃ同士の両方を第一導電性ペースト３２ａによってそれぞれ固定する場合と比べて、セル集合体３２を構成する複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１，３１，３１に生じる、ねじれ応力がさらに低減され、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１，３１，３１の破損がさらに抑制される。

【0034】

セルバンドル３５は、セル集合体３２、第一ホルダ３３および第二ホルダ３４を備えている。具体的には、図６に示すように、セル集合体３２の一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）には、第一ホルダ３３が設けられており、セル集合体３２の他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）には、第二ホルダ３４が設けられている。第一ホルダ３３および第二ホルダ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。

【0035】

第一ホルダ３３は、第一本体部３３ａと第一連通口部３３ｂとを備えている。第一本体部３３ａは、セル集合体３２の一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）を覆うように収容しており、各燃料極層被接続部３１ａ１と電気的に接続されている。具体的には、図６に示すように、第一本体部３３ａは、有底筒状に形成されている。第一本体部３３ａは、第一本体部３３ａの内壁面が複数（３つ）の燃料極層被接続部３１ａ１，３１ａ１，３１ａ１を覆うように配設されている。第一本体部３３ａの内壁面と各燃料極層被接続部３１ａ１との間は、導電性接着剤３３ｅで接続されている。導電性接着剤３３ｅは、例えば、第一導電性ペースト３２ａと同様の導電性ペーストを用いることができる。導電性接着剤３３ｅは、第一本体部３３ａの内壁面と各燃料極層被接続部３１ａ１との間を電気的に接続するとともに、第一本体部３３ａ内に導入された燃料が、酸化剤ガス極層３１ｃ側に漏れ出すガスリークを抑制することができる。

【0036】

第一連通口部３３ｂは、第一本体部３３ａに設けられており、各燃料極層３１ａ内に形成された燃料流路３１ｄの一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）に連通している。第一連通口部３３ｂは、筒状に形成されており、第一本体部３３ａの底壁３３ａ１に設けられた貫通穴３３ａ２から燃料極層３１ａと反対側に向けて立設されている。なお、第一本体部３３ａには、複数の第一連通口部３３ｂを設けることもできる。

【0037】

第二ホルダ３４は、第二本体部３４ａと第二連通口部３４ｂとを備えている。第二本体部３４ａは、セル集合体３２の他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）を覆うように収容しており、各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１と電気的に接続されている。具体的には、図６に示すように、第二本体部３４ａは、有底筒状に形成されている。第二本体部３４ａは、第二本体部３４ａの内壁面が複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１，３１ｃ１，３１ｃ１を覆うように配設されている。第二本体部３４ａの内壁面と各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１との間は、導電性接着剤３４ｅで接続されている。導電性接着剤３４ｅは、例えば、第一導電性ペースト３２ａと同様の導電性ペーストを用いることができる。導電性接着剤３４ｅは、第二本体部３４ａの内壁面と各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１との間を電気的に接続する。

【0038】

第二連通口部３４ｂは、第二本体部３４ａに設けられており、各燃料極層３１ａ内に形成された燃料流路３１ｄの他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）に連通している。第二連通口部３４ｂは、筒状に形成されており、第二本体部３４ａの底壁３４ａ１に設けられた貫通穴３４ａ２から燃料極層３１ａと反対側に向けて立設されている。なお、第二本体部３４ａには、複数の第二連通口部３４ｂを設けることもできる。

【0039】

なお、第一ホルダ３３の第一本体部３３ａおよび第二ホルダ３４の第二本体部３４ａは、同一寸法で形成しても良い。また、第一本体部３３ａの内形寸法は、セル集合体３２の複数（３つ）の燃料極層被接続部３１ａ１，３１ａ１，３１ａ１を直線状に並べたときの外形寸法より若干大きくするとともに、第二本体部３４ａの内形寸法は、セル集合体３２の複数（３つ）の酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１，３１ｃ１，３１ｃ１を直線状に並べたときの外形寸法より若干大きくするように形成してもよい。さらに、第一連通口部３３ｂの長手方向（矢印Ｚ方向）の長さは、少なくとも後述する第一絶縁部材３７ｃおよび第一シール部材３７ｄ，３７ｄを貫通可能に設定し、第二連通口部３４ｂの長手方向（矢印Ｚ方向）の長さは、少なくとも後述する第二絶縁部材３８ｃおよび第二シール部材３８ｄ，３８ｄを貫通可能に設定する。

【0040】

また、第一ホルダ３３は、第一位置決め部材３３ｃをさらに備え、第二ホルダ３４は、第二位置決め部材３４ｃをさらに備えていると好適である。第一位置決め部材３３ｃおよび第二位置決め部材３４ｃは、第一ホルダ３３および第二ホルダ３４と同様の金属材料で形成することができる。図７に示すように、第一位置決め部材３３ｃは、平板状に形成されており、第一貫通穴３３ｃ１を備えている。第一貫通穴３３ｃ１は、長穴状に形成されており、セル集合体３２の一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）をまとめて貫通可能になっている。第一位置決め部材３３ｃは、第一本体部３３ａ内においてセル集合体３２の一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）を位置決めする。

【0041】

同様に、第二ホルダ３４は、平板状に形成されており、第二貫通穴３４ｃ１を備えている。第二貫通穴３４ｃ１は、長穴状に形成されており、セル集合体３２の他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）をまとめて貫通可能になっている。第二位置決め部材３４ｃは、第二本体部３４ａ内においてセル集合体３２の他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）を位置決めする。第一位置決め部材３３ｃおよび第二位置決め部材３４ｃは、同様の形状を呈しているので、同図では、符号番号を併記して図示している。

【0042】

なお、第一位置決め部材３３ｃの形状は、例えば、第一本体部３３ａの内壁面に合わせて形成することができ、その形状は限定されない。また、例えば、固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の外形形状に合わせて第一位置決め部材３３ｃの形状を変形することもできる。以上のことは、第二位置決め部材３４ｃについても同様である。同図では、変形例として、第一位置決め部材３３ｃの外形形状が破線の曲線３３ｃ２で示され、第二位置決め部材３４ｃの外形形状が破線の曲線３４ｃ２で示されている。曲線３３ｃ２は、燃料極層被接続部３１ａ１（燃料極層３１ａ）の外形形状に合わせて第一位置決め部材３３ｃの外形形状が形成された場合を示している。曲線３４ｃ２は、酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１（酸化剤ガス極層３１ｃ）の外形形状に合わせて第二位置決め部材３４ｃの外形形状が形成された場合を示している。

【0043】

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、第一ホルダ３３は、第一位置決め部材３３ｃをさらに備え、第二ホルダ３４は、第二位置決め部材３４ｃをさらに備えている。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、第一ホルダ３３内におけるセル集合体３２の一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）の位置決めが容易であり、第二本体部３４ａ内におけるセル集合体３２の他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）の位置決めが容易である。そのため、第一本体部３３ａの内壁面と各燃料極層被接続部３１ａ１との間に、導電性接着剤３３ｅを確実に充填することができ、第一本体部３３ａと各燃料極層被接続部３１ａ１との間の電気抵抗を低減することができる。同様に、第二本体部３４ａの内壁面と各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１との間に、導電性接着剤３４ｅを確実に充填することができ、第二本体部３４ａと各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１との間の電気抵抗を低減することができる。さらに、セル集合体３２、第一ホルダ３３および第二ホルダ３４を組み付ける際に、セル集合体３２の位置決め治具が不要なので、組み付け作業の作業性が向上する。

【0044】

また、第一ホルダ３３は、第一緩衝部材３３ｄをさらに備え、第二ホルダ３４は、第二緩衝部材３４ｄをさらに備えていると好適である。図６に示すように、第一緩衝部材３３ｄは、平板状に形成されており、セル集合体３２の一方の端部３２ｃと、第一本体部３３ａの底壁３３ａ１との間に介在している。第一緩衝部材３３ｄは、例えば、ニッケル系合金、ステンレス系合金、銅系合金などの多孔質金属やメッシュ状に形成されたメッシュ金属を用いることができる。多孔質金属やメッシュ金属は、一般の金属材料と比べて空孔率が高い。そのため、高温雰囲気中において、固体酸化物形燃料電池筒状セル３１に熱応力が発生した際に、第一緩衝部材３３ｄは、固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の熱応力による影響（例えば、変形など）を緩和することができる。また、第一緩衝部材３３ｄの孔径を小さくする程、各燃料流路３１ｄにおける圧力損失が増大する。そのため、第一緩衝部材３３ｄの孔径は、各燃料流路３１ｄにおける圧力損失に基づいて、各セルバンドル３５に対して燃料を均等に配流することが可能に設定され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、燃料供給の不均一に起因する発電のばらつきを抑制することができる。

【0045】

同様に、第二緩衝部材３４ｄは、平板状に形成されており、セル集合体３２の他方の端部３２ｄと、第二本体部３４ａの底壁３４ａ１との間に介在している。第二緩衝部材３４ｄは、第一緩衝部材３３ｄと同様の多孔質金属やメッシュ金属を用いることができ、第一緩衝部材３３ｄ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。

【0046】

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、第一ホルダ３３は、第一緩衝部材３３ｄをさらに備え、第二ホルダ３４は、第二緩衝部材３４ｄをさらに備えている。よって、第一緩衝部材３３ｄは、セル集合体３２の一方の端部側（矢印Ｚ１方向側）に生じる熱応力を緩和することができる。また、第二緩衝部材３４ｄは、セル集合体３２の他方の端部側（矢印Ｚ２方向側）に生じる熱応力を緩和することができる。そのため、第一緩衝部材３３ｄおよび第二緩衝部材３４ｄは、固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の熱応力による破損を抑制することができる。

【0047】

図２および図８に示すように、複数（５つ）のセルバンドル３５は、長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが互いに逆方向となるように直線状に並設されており、セルバンドル群３６が構成されている。セルバンドル群３６では、隣接するセルバンドル３５，３５の各第一ホルダ３３および各第二ホルダ３４が導電性接着剤３６ａまたは絶縁性接着剤３６ｂで固定されて電気的に接続されている。

【0048】

具体的には、一のセルバンドル３５の第一本体部３３ａと、隣接する他のセルバンドル３５の一方の第二本体部３４ａとの間には、導電性接着剤３６ａが介在しており、一のセルバンドル３５の第一本体部３３ａと、隣接する他のセルバンドル３５の他方の第二本体部３４ａとの間には、絶縁性接着剤３６ｂが介在している。また、一のセルバンドル３５の第二本体部３４ａと、隣接する他のセルバンドル３５の一方の第一本体部３３ａとの間には、絶縁性接着剤３６ｂが介在しており、一のセルバンドル３５の第二本体部３４ａと、隣接する他のセルバンドル３５の他方の第一本体部３３ａとの間には、導電性接着剤３６ａが介在している。このようにして、複数（５つ）のセルバンドル３５が電気的に直列接続され、セルバンドル群３６を構成する複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１は、直列接続および並列接続の両方により電気的に接続されている。

【0049】

導電性接着剤３６ａは、隣接する第一本体部３３ａと第二本体部３４ａとを固定することができ、これらを電気的に接続することができれば限定されない。導電性接着剤３６ａは、例えば、第一導電性ペースト３２ａと同様の導電性材料を用いることができる。また、絶縁性接着剤３６ｂは、隣接する第一本体部３３ａと第二本体部３４ａとを固定することができ、これらを電気的に絶縁することができれば限定されない。絶縁性接着剤３６ｂは、例えば、アルミナなどの絶縁性シムやセラミック系の接着剤を用いることができる。

【0050】

また、各第一本体部３３ａは、一対の第一接触面３３ａ３，３３ａ３を備え、各第二本体部３４ａは、一対の第二接触面３４ａ３，３４ａ３を備えていると好適である。図８に示すように、一対の第一接触面３３ａ３，３３ａ３は、第一本体部３３ａの外壁面に形成されており、隣接する他のセルバンドル３５の第二本体部３４ａと面接触可能で、かつ、互いに平行に形成されている。同様に、一対の第二接触面３４ａ３，３４ａ３は、第二本体部３４ａの外壁面に形成されており、隣接する他のセルバンドル３５の第一本体部３３ａと面接触可能で、かつ、互いに平行に形成されている。

【0051】

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、各第一本体部３３ａは、一対の第一接触面３３ａ３，３３ａ３を備え、各第二本体部３４ａは、一対の第二接触面３４ａ３，３４ａ３を備えている。よって、複数（５つ）のセルバンドル３５を積み重ねることが容易であり、セルバンドル群３６を容易に構成することができる。また、セルバンドル群３６をコンパクトにすることができ、複数（５つ）のセルバンドル３５を組み付ける際の作業性も向上する。さらに、第一ホルダ３３および第二ホルダ３４を介して、隣接する燃料極層被接続部３１ａ１と酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１とを最短距離で接続することができるので、固体酸化物形燃料電池スタック３０の内部抵抗を低減することができる。

【0052】

図２に示すように、第一マニホールド３７は、金属材（例えば、ステンレス鋼など）で箱状に形成されており、セルバンドル群３６の一端側（矢印Ｚ１方向側）に設けられている。第一マニホールド３７は、第一隔壁３７ａによって、第一マニホールド３７の内部と外部とが区画されている。第一隔壁３７ａには、燃料を第一マニホールド３７の内部に導入する燃料吸入口３７ｂが設けられており、燃料供給管３７ｂ１の一端が接続されている。燃料供給管３７ｂ１の他端は、改質部５０に接続されており、後述する改質部５０によって改質された燃料が、燃料供給管３７ｂ１、燃料吸入口３７ｂの順に流通して、第一マニホールド３７の内部に供給される。

【0053】

第一隔壁３７ａは、図２の上方に開口する開口部３７０を有しており、開口部３７０は、第一絶縁部材３７ｃによって塞がれている。第一絶縁部材３７ｃは、電気的な絶縁性を備えており、第一マニホールド３７の内部を密閉するとともに、第一マニホールド３７とセルバンドル群３６との間を電気的に絶縁する。第一絶縁部材３７ｃは、第一マニホールド３７の内部を密閉可能であり、第一マニホールド３７とセルバンドル群３６との間を電気的に絶縁することができれば限定されない。第一絶縁部材３７ｃは、例えば、アルミナなどのセラミック材料を用いることができる。

【0054】

また、一端側（矢印Ｚ１方向側）の各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂは、第一絶縁部材３７ｃを貫通している。第一マニホールド３７は、第一絶縁部材３７ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）を介して、セル集合体３２に燃料を供給する。そのため、第一絶縁部材３７ｃは、ガラス系の第一シール部材３７ｄ，３７ｄによって挟まれていると好適である。

【0055】

第一シール部材３７ｄ，３７ｄは、例えば、電気的な絶縁性を備えるガラス系のシール部材を用いることができる。第一シール部材３７ｄ，３７ｄは、それぞれシート状に形成されていると良い。また、第一シール部材３７ｄ，３７ｄは、結晶化ガラスを用いると好適である。結晶化ガラスは、例えば、アルミナ、シリカ等を主成分とする結晶化ガラスを用いることができる。結晶化ガラスは、最初の昇温時に軟化して、第一絶縁部材３７ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）と、第一絶縁部材３７ｃとの間を流動する。軟化した後にさらに昇温すると、結晶化ガラスは、結晶化して、固体酸化物形燃料電池スタック３０の作動温度までに固体状態になり、固体状態が維持される。結晶化ガラスは、非結晶化ガラスと比べて、高温雰囲気中において軟化し難い。そのため、第一シール部材３７ｄ，３７ｄは、結晶化ガラスを用いることにより、電気的な絶縁およびガスシールが図られることに加えて、高温雰囲気中においても固体酸化物形燃料電池スタック３０の構造を維持することが容易である。

【0056】

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、第一シール部材３７ｄ，３７ｄは、第一絶縁部材３７ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）と、第一絶縁部材３７ｃとの間に介在している。よって、第一シール部材３７ｄ，３７ｄは、第一絶縁部材３７ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）と第一絶縁部材３７ｃとの間を通って燃料がセルバンドル群３６側へ流出することを抑制することができる。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、セルバンドル群３６と第一マニホールド３７との間の燃料のガスリークを抑制することができる。

【0057】

第二マニホールド３８は、金属材（例えば、ステンレス鋼など）で箱状に形成されており、セルバンドル群３６の他端側（矢印Ｚ２方向側）に設けられている。第二マニホールド３８は、第二隔壁３８ａによって、第二マニホールド３８の内部と外部とが区画されている。第二隔壁３８ａには、燃料オフガスおよび酸化剤オフガスを燃焼部６０に導出する複数（例えば、３つ）のオフガス吐出口３８ｂ，３８ｂ，３８ｂが設けられている。各オフガス吐出口３８ｂから吐出された燃料オフガスと酸化剤オフガスとは、燃焼部６０において燃焼される。

【0058】

第二隔壁３８ａは、図２の下方に開口する開口部３８０を有しており、開口部３８０は、第二絶縁部材３８ｃによって塞がれている。第二絶縁部材３８ｃは、電気的な絶縁性を備えており、第二マニホールド３８の内部を密閉するとともに、第二マニホールド３８とセルバンドル群３６との間を電気的に絶縁する。第二絶縁部材３８ｃは、第二マニホールド３８の内部を密閉可能であり、第二マニホールド３８とセルバンドル群３６との間を電気的に絶縁することができれば限定されない。第二絶縁部材３８ｃは、例えば、第一絶縁部材３７ｃと同様の絶縁部材を用いることができる。

【0059】

また、他端側（矢印Ｚ２方向側）の各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂは、第二絶縁部材３８ｃを貫通している。第二マニホールド３８は、第二絶縁部材３８ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）を介して、セルバンドル群３６から排出された燃料オフガスを回収し、燃料オフガスと酸化剤オフガスとを燃焼部６０に導出する。そのため、第二絶縁部材３８ｃは、ガラス系の第二シール部材３８ｄ，３８ｄによって挟まれていると好適である。

【0060】

第二シール部材３８ｄ，３８ｄは、第一シール部材３７ｄ，３７ｄと同様のガラス系のシール部材を用いることができる。また、第一シール部材３７ｄ，３７ｄと同様にして、第二シール部材３８ｄ，３８ｄは、第二絶縁部材３８ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）と、第二絶縁部材３８ｃとの間に介在することができる。なお、第二シール部材３８ｄ，３８ｄは、それぞれシート状に形成されていると良い。また、第二シール部材３８ｄ，３８ｄは、結晶化ガラスを用いると好適である。結晶化ガラスを用いることによる作用効果は、第一シール部材３７ｄ，３７ｄで既述の作用効果と同様である。

【0061】

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、第二シール部材３８ｄ，３８ｄは、第二絶縁部材３８ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）と、第二絶縁部材３８ｃとの間に介在している。よって、第二シール部材３８ｄ，３８ｄは、第二絶縁部材３８ｃを貫通している各連通口部（各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂ）と第二絶縁部材３８ｃとの間を通って燃料オフガスがセルバンドル群３６側へ逆流することを抑制することができる。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、セルバンドル群３６と第二マニホールド３８との間の燃料オフガスのガスリークを抑制することができる。

【0062】

本実施形態では、図２および図８に示すように、複数（５つ）のセルバンドル３５のうちの隣接するセルバンドル３５，３５は、長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが互いに逆方向となるように配設されている。そのため、複数（５つ）のセルバンドル３５を構成する複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１が直列接続および並列接続の両方により電気的に接続されている。

【0063】

具体的には、セルバンドル群３６は、一端側（矢印Ｚ１方向側）に各燃料極層被接続部３１ａ１が配設され、他端側（矢印Ｚ２方向側）に各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１が配設されるセルバンドル３５と、一端側（矢印Ｚ１方向側）に各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１が配設され、他端側（矢印Ｚ２方向側）に各燃料極層被接続部３１ａ１が配設されるセルバンドル３５とが交互に繰り返すように、複数（５つ）のセルバンドル３５が並設されている。

【0064】

いずれのセルバンドル３５においても、セル集合体３２の隣接する燃料極層３１ａ，３１ａ同士が第一導電性ペースト３２ａによって固定されるとともに電気的に接続され、セル集合体３２の隣接する酸化剤ガス極層３１ｃ，３１ｃ同士が第二導電性ペースト３２ｂによって固定されるとともに電気的に接続されている。なお、セルバンドル群３６の両端部は、バスバー接続部材３６ｃを介して、バスバー３６ｄにそれぞれ接続されている。

【0065】

隣接するセルバンドル３５，３５は、長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが互いに同じ方向となるように配設することもできる。この場合、隣接するセルバンドル３５，３５を構成する複数（６つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１は、電気的に並列接続される。具体的には、隣接するセルバンドル３５，３５は、一端側（矢印Ｚ１方向側）に各燃料極層被接続部３１ａ１が配設され、他端側（矢印Ｚ２方向側）に各酸化剤ガス極層被接続部３１ｃ１が配設される。

【0066】

また、この場合、一対の第一接触面３３ａ３，３３ａ３は、隣接する他のセルバンドル３５の第一本体部３３ａと面接触可能で、かつ、互いに平行に形成されている。同様に、一対の第二接触面３４ａ３，３４ａ３は、隣接する他のセルバンドル３５の第二本体部３４ａと面接触可能で、かつ、互いに平行に形成されている。さらに、一のセルバンドル３５の第一本体部３３ａと、隣接する他のセルバンドル３５の第一本体部３３ａとの間には、導電性接着剤３６ａが介在し、一のセルバンドル３５の第二本体部３４ａと、隣接する他のセルバンドル３５の第二本体部３４ａとの間には、導電性接着剤３６ａが介在している。なお、第一絶縁部材３７ｃを貫通している連通口部は、各第一連通口部３３ｂのみであり、第二絶縁部材３８ｃを貫通している連通口部は、各第二連通口部３４ｂのみである。

【0067】

このように、複数（５つ）のセルバンドル３５のうちの全部または一部のセルバンドル３５の長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが互いに同じ方向または逆方向となるように直線状に並設されて、セルバンドル群３６が構成される。これにより、複数（５つ）のセルバンドル３５を構成する複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１は、直列接続および並列接続のうちの少なくとも並列接続により電気的に接続される。また、一端側（矢印Ｚ１方向側）の各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂのうちの少なくとも各第一連通口部３３ｂが電気的な絶縁性を備える第一絶縁部材３７ｃを貫通している。同様に、他端側（矢印Ｚ２方向側）の各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂのうちの少なくとも各第二連通口部３４ｂが電気的な絶縁性を備える第二絶縁部材３８ｃを貫通している。

【0068】

セルバンドル群３６、第一マニホールド３７および第二マニホールド３８を組み付ける方法は限定されないが、例えば、以下の第１工程〜第６工程を有する方法を用いることができる。第１工程は、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１，３１，３１を直線状に並設して、隣接する燃料極層３１ａ，３１ａおよびその間に第一導電性ペースト３２ａを塗布し、隣接する酸化剤ガス極層３１ｃ，３１ｃおよびその間に第二導電性ペースト３２ｂを塗布して乾燥する工程である。これにより、複数（３つ）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１，３１，３１が固定されるとともに電気的に並列接続されてセル集合体３２が得られる。

【0069】

第２工程は、第一ホルダ３３の第一本体部３３ａ内に、第一緩衝部材３３ｄおよび第一位置決め部材３３ｃをこの順に装着し、第二ホルダ３４の第二本体部３４ａ内に、第二緩衝部材３４ｄおよび第二位置決め部材３４ｃをこの順に装着する工程である。第３工程は、第１工程で得られたセル集合体３２の一方の端部側を、第２工程で得られた第一ホルダ３３に収容し、第一ホルダ３３の第一本体部３３ａ内に導電性接着剤３３ｅを充填して乾燥する工程である。第４工程は、第１工程で得られたセル集合体３２の他方の端部側を、第２工程で得られた第二ホルダ３４に収容し、第二ホルダ３４の第二本体部３４ａ内に導電性接着剤３４ｅを充填して乾燥する工程である。なお、第３工程および第４工程の順序は問わない。また、第１工程〜第４工程を繰り返すことにより、複数（５つ）のセルバンドル３５が得られる。

【0070】

第５工程は、隣接するセルバンドル３５，３５間に、導電性接着剤３６ａおよび絶縁性接着剤３６ｂを塗布して固定する工程である。具体的には、複数（５つ）のセルバンドル３５の長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが互いに逆方向となるように直線状に並設する。そして、一のセルバンドル３５の第一本体部３３ａと、隣接する他のセルバンドル３５の一方の第二本体部３４ａとの間に、導電性接着剤３６ａを塗布し、一のセルバンドル３５の第一本体部３３ａと、隣接する他のセルバンドル３５の他方の第二本体部３４ａとの間に、絶縁性接着剤３６ｂを塗布する。また、一のセルバンドル３５の第二本体部３４ａと、隣接する他のセルバンドル３５の一方の第一本体部３３ａとの間に、絶縁性接着剤３６ｂを塗布し、一のセルバンドル３５の第二本体部３４ａと、隣接する他のセルバンドル３５の他方の第一本体部３３ａとの間に、導電性接着剤３６ａを塗布する。これを繰り返すことにより、複数（５つ）のセルバンドル３５は固定されて、複数（５つ）のセルバンドル３５を構成する複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１が直列接続および並列接続の両方により電気的に接続されたセルバンドル群３６が得られる。

【0071】

第６工程は、セルバンドル群３６、第一マニホールド３７および第二マニホールド３８を固定する工程である。具体的には、セルバンドル群３６の一端側（矢印Ｚ１方向側）の各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂを、第一シール部材３７ｄ，３７ｄによって挟まれた第一絶縁部材３７ｃの各貫通穴に挿入する。同様に、セルバンドル群３６の他端側（矢印Ｚ２方向側）の各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂを、第二シール部材３８ｄ，３８ｄによって挟まれた第二絶縁部材３８ｃの各貫通穴に挿入する。そして、セルバンドル群３６の一端側（矢印Ｚ１方向側）から第一マニホールド３７を装着し、セルバンドル群３６の他端側（矢印Ｚ２方向側）から第二マニホールド３８を装着して、電気炉等で焼成する。これにより、セルバンドル群３６、第一マニホールド３７および第二マニホールド３８が固定される。

【0072】

セルバンドル群３６および第二マニホールド３８、並びに、後述する蒸発部４０および改質部５０は、発電室３９内に設けられている。発電室３９は、金属材（例えば、ステンレス鋼など）で箱状に形成されており、酸化剤ガス（空気）が供給される。発電室３９は、隔壁３９ａによって、発電室３９の内部と外部とが区画されている。隔壁３９ａは、図２の下方に開口する開口部３９０を有しており、開口部３９０は、第一マニホールド３７の第一隔壁３７ａによって塞がれている。これにより、発電室３９の内部は密閉されている。

【0073】

開口部３９０近傍の隔壁３９ａには、酸化剤ガスを発電室３９の内部に導入する酸化剤ガス導入管３９ｂが貫通して設けられており、カソードエア供給管１１ｃの一端が接続されている。酸化剤ガスは、カソードエア供給管１１ｃ、酸化剤ガス導入管３９ｂの順に流通して、発電室３９の内部に供給される。酸化剤ガス導入管３９ｂには、複数（５つ）のセル集合体３２に向かって酸化剤ガスを流出させる複数（例えば、６つ）の流出孔３９ｃが設けられている。

【0074】

各流出孔３９ｃから流出した酸化剤ガスは、発電室３９の内部において、図２の紙面奥側から紙面手前側に向かって流通する。このようにして、複数（５つ）のセル集合体３２の各酸化剤ガス極層３１ｃに対して、酸化剤ガスが供給される。なお、発電に使用されなかった酸化剤ガス（酸化剤オフガス）は、第二マニホールド３８の酸化剤ガス吸入管３８ｅを介して回収される。同図では、酸化剤オフガスの流通方向は、矢印Ｄｃ１方向を用いて模式的に示されている。

【0075】

発電室３９では、供給された酸化剤ガスと、第一マニホールド３７から導出された燃料とによって発電する。燃料は、一端側（矢印Ｚ１方向側）の各第一連通口部３３ｂおよび各第二連通口部３４ｂを介して、発電室３９内のセルバンドル群３６に供給される。また、燃料オフガスおよび酸化剤オフガスは、第二マニホールド３８によって回収され、燃焼部６０に導出される。燃焼部６０では、燃料オフガスおよび酸化剤オフガスが燃焼される。また、発電室３９の天井部には、１つまたは複数（例えば、２つ）の排気口３９ｄ，３９ｄが設けられており、燃焼排ガスが複数（２つ）の排気口３９ｄ，３９ｄを通って排気される。図２では、各排気口３９ｄにおける燃焼排ガスの流通方向は、矢印Ｄｅ１方向を用いて模式的に示されている。

【0076】

（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原料を予熱する。蒸発部４０は、生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部５０に供給する。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体原料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体原料があり、本実施形態では、改質用原料は、天然ガスを用いている。

【0077】

蒸発部４０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４０には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａ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。

【0078】

（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原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）。

【0079】

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の第一マニホールド３７を介して各固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の各燃料極層３１ａ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、改質用原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。

【0080】

（燃焼部６０）
燃焼部６０は、第二マニホールド３８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、セルバンドル群３６からのアノードオフガス（燃料オフガス）とカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて蒸発部４０および改質部５０を加熱する。

【0081】

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、セル集合体３２を一単位としてセルバンドル３５が構成され、セルバンドル３５が直線状に並設されてセルバンドル群３６が構成されている。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、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の各々を接続部材で接続する場合と比べて、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の電気的な接続を簡素化することができる。また、セル集合体３２の隣接する燃料極層３１ａ，３１ａ同士は、第一導電性ペースト３２ａによって固定され、セル集合体３２の隣接する酸化剤ガス極層３１ｃ，３１ｃ同士は、第二導電性ペースト３２ｂによって固定されている。さらに、第一ホルダ３３および第二ホルダ３４で挟まれたセル集合体３２は、第一ホルダ３３および第二ホルダ３４を介して固定されている。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、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１に生じる、ねじれ応力を低減することができ、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の破損を抑制することができる。また、セルバンドル群３６の他端側（矢印Ｚ２方向側）には、第二マニホールド３８が設けられている。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、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部６０をセルバンドル群３６から離間させることができる。そのため、発電時に燃料極層３１ａが再酸化することが抑制され、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の破損が抑制される。その結果、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の電気的な接続の簡素化、および、複数（１５個）の固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の破損の抑制の両立を図ることができる。

【0082】

本実施形態の固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、上記固体酸化物形燃料電池スタック３０、蒸発部４０および改質部５０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は、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。

【0083】

＜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、セル集合体３２を構成する固体酸化物形燃料電池筒状セル３１の本数、セルバンドル群３６を構成するセルバンドル３５の数は、適宜、変更することができる。また、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、複数のセルバンドル群３６を備えることもできる。

【符号の説明】

【0084】

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、
３１：固体酸化物形燃料電池筒状セル、
３１ａ：燃料極層、３１ａ１：燃料極層被接続部、３１ｂ：電解質層、
３１ｃ：酸化剤ガス極層、３１ｃ１：酸化剤ガス極層被接続部、
３１ｄ：燃料流路、
３２：セル集合体、３２ａ：第一導電性ペースト、３２ｂ：第二導電性ペースト、
３３：第一ホルダ、３３ａ：第一本体部、３３ａ１：底壁、
３３ａ３：第一接触面、
３３ｂ：第一連通口部、３３ｃ：第一位置決め部材、３３ｃ１：第一貫通穴、
３３ｄ：第一緩衝部材、
３４：第二ホルダ、３４ａ：第二本体部、３４ａ１：底壁、
３４ａ３：第二接触面、
３４ｂ：第二連通口部、３４ｃ：第二位置決め部材、３４ｃ１：第二貫通穴、
３４ｄ：第二緩衝部材、
３５：セルバンドル、
３６：セルバンドル群、３６ａ：導電性接着剤、３６ｂ：絶縁性接着剤、
３７：第一マニホールド、３７ａ：第一隔壁、３７ｃ：第一絶縁部材、
３７ｄ：第一シール部材、
３８：第二マニホールド、３８ａ：第二隔壁、３８ｃ：第二絶縁部材、
３８ｄ：第二シール部材、
４０：蒸発部、
５０：改質部、
６０：燃焼部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】