JP6296541B2 - 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 - Google Patents

Description

本発明は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが接続部材によって直列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。

固体酸化物形燃料電池スタックの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料電池容器１に収納された少なくとも空気極と電解質と燃料極を有する筒状両端開放の固体酸化物形燃料電池セル１３と、酸化剤供給孔４を有する下部隔壁８と、上部隔壁１４と、前記固体酸化物形燃料電池セル１３の下方端５が前記下部隔壁８に設けられた前記酸化剤供給孔４と気密に接合された接合部７とを有し、前記固体酸化物形燃料電池セル１３の上方端１７が前記上部隔壁１４を貫通し、前記燃料電池容器１と前記下部隔壁８および上部隔壁１４で囲まれた発電室１２に燃料ガスが供給され、前記酸化剤供給孔４から前記固体酸化物形燃料電池セル１３の内側に酸化剤ガスが供給され、発電を行う筒状固体酸化物形燃料電池発電装置であって、前記接合部７周辺に伝熱遮蔽手段９が設けられている。

固体酸化物形燃料電池スタックの他の一形式として、特許文献２に示されているものが知られている。特許文献２の図４に示されているように、固体酸化物形燃料電池スタックは、ガス流路３４を有する複数の燃料電池セル３３を、厚みが２ｍｍ以上のセル支持板５０ａに形成された複数のセル挿入孔５０ａ１にそれぞれ挿入接合して立設し、該燃料電池セル３３が立設したセル支持板５０ａをマニホールド５０に設けてなり、該マニホールド５０内のガスが燃料電池セル３３内のガス流路３４を介して導出されることを特徴とする。

このように構成されている固体酸化物形燃料電池スタックの製法については、特許文献２の図５に示されているように、燃料電池セル３３を、接合材からなる環状のガラスソケット７５の孔に燃料電池セル３３を挿入し、さらに燃料電池セル３３をセル支持板５０ａのセル挿入孔５０ａ１内に挿入し、燃料電池セル３３のセル挿入孔５０ａ１近傍にガラスソケット７５が外嵌された状態で、ガラスソケット７５を形成するガラスの軟化温度以上で加熱し、燃料電池セル３３をセル支持板５０ａに接合し、セル支持板５０ａに燃料電池セル３３を立設するようになっている。

固体酸化物形燃料電池スタックの他の一形式として、特許文献３に示されているものが知られている。特許文献３の図５に示されているように、固体酸化物形燃料電池スタック（燃料電池セルスタック１４）は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の下支持板６８及び上支持板１００により支持されている。これらの下支持板６８及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴６８a及び１００ａがそれぞれ形成されている。燃料電池セルユニット１６の両端部にある内側電極端子８６と外側電極層９２とは、この集電体１０２によって電気的に接続されている。

特開２００４−１１９３００号公報 特開２００５−１５８５３１号公報 特開２０１１−２１０６３２号公報

上述した特許文献１に記載されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、前記固体酸化物形燃料電池セル１３の下方端５が前記下部隔壁８に接合部７にて接続され、前記固体酸化物形燃料電池セル１３の上方端１７が前記上部隔壁１４を貫通しているものの、固体酸化物形燃料電池セル１３を下部隔壁８に組み付ける際には、該セル１３を保持位置決めする治具が必要となる。また、上述した特許文献２に記載されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、燃料電池セル３３をセル支持板５０ａに組み付ける際に、燃料電池セル３３をセル支持板５０ａのセル挿入孔５０ａ１内に挿入することで径方向に位置決めできるものの長手方向に位置決めできない。さらに、上述した特許文献３に記載されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいては、燃料電池セルユニット１６、下支持板６８、上支持板１００および集電体１０２を組み立てる際には、保持位置決めする治具が必要となる。このように、いずれの固体酸化物形燃料電池スタックにおいても、固体酸化物形燃料電池スタックを組み立てる際には、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性が悪いという問題があった。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る固体酸化物形燃料電池スタックの発明は、ベース部材と、ベース部材を貫通して該ベース部材に立設されて、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側から他端側に向けて流通する内側電極層と、内側電極層の外側に積層され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか他方が一端側から他端側に向けて流通する外側電極層と、内側電極層と外側電極層の間に挟まれた電解質層を備えた複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、ベース部材の、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部側に当接して配設されるとともに各固体酸化物形燃料電池筒状セルが各貫通穴にそれぞれ圧入されて、燃焼部側である他端側と一端側とを断熱する断熱部材と、固体酸化物形燃料電池筒状セルと、ベース部材に形成された貫通穴との間をシールするシール部材と、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを電気的に直列接続するとともに、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルの内側電極層に設けられた内側電極層被接続部と、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルに電気的に隣り合う他の固体酸化物形燃料電池筒状セルの外側電極層に設けられた外側電極層被接続部と、を接続する接続部材であって、断熱部材の燃焼部側に一部が当接して配設される接続部材と、を備えている。

これによれば、各固体酸化物形燃料電池筒状セルは、断熱部材の各貫通穴にそれぞれ圧入されるため、治具などを使用せずとも仮止めが可能となる。したがって、固体酸化物形燃料電池筒状セルをベース部材に組み付ける際に、ベース部材の燃焼部側面に当接して配設される断熱部材に各固体酸化物形燃料電池筒状セルが仮止めされるため、固体酸化物形燃料電池筒状セルの径方向の位置決めはもちろん固体酸化物形燃料電池筒状セルの長手方向の位置決めも可能となり、固体酸化物形燃料電池筒状セルのベース部材に対する組付性を向上することができる。さらに、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルと他の固体酸化物形燃料電池筒状セルとを接続する接続部材の一部が、断熱部材の燃焼部側に当接して配設することができるため、治具などを使用せずとも接続部材を固体酸化物形燃料電池筒状セルに対して正確に位置決めすることができる。よって、接続部材の固体酸化物形燃料電池筒状セルに対する組付性を向上することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。

また請求項２に係る発明は、請求項１において、ベース部材に組付固定され、固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端が当接して固体酸化物形燃料電池筒状セルを長手方向に位置決め支持する支持板をさらに備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルをベース部材に組み付ける際に、固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端を支持板に当接させることで、固体酸化物形燃料電池筒状セルをより確実に長手方向に位置決めすることができる。よって、固体酸化物形燃料電池筒状セルのベース部材に対する組付性をより向上することができる。

また請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、外側電極層の他端側または一端側に外側電極層被接続部が形成されるとともに内側電極層の一端側または他端側に内側電極層被接続部が形成されている、一種類のタイプから構成されており、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材に配設され、接続部材は、一の固体酸化物形燃料電池筒状セルの外側電極層被接続部と、他の固体酸化物形燃料電池筒状セルの内側電極層被接続部とを接続するように構成されている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが一種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。

また請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２において、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、外側電極層の他端側に第一外側電極層被接続部が形成されるとともに内側電極層の一端側に第一内側電極層被接続部が形成されている第一タイプと、内側電極層の他端側に第二内側電極層被接続部が形成されるとともに外側電極層の一端側に第二外側電極層被接続部が形成されている第二タイプとの、二種類のタイプから構成されており、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材に配設され、接続部材は、一の第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの外側電極層被接続部と、他の第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの内側電極層被接続部とを接続するように構成されている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが二種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。

また請求項５に係る発明は、請求項１または請求項２において、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、内側電極層の一方の端部は露出するとともに、内側電極層の他方の端部は外側電極層により覆われており、かつ、内側電極層の一方の端部の露出部に内側電極層被接続部が形成されるとともに外側電極層の他方の端部に外側電極層被接続部が形成されており、接続部材は、内側電極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、外側電極層被接続部と電気的に接続される第二接続部と、第一接続部と第二接続部とを連結する連結部と、を備え、固体酸化物形燃料電池筒状セルは、内側電極層被接続部と接続部材の第一接続部との間に介在して、内側電極層被接続部と接続部材の第一接続部とを電気的に接続する第一本体部と、第一本体部に設けられて内側電極層内に形成された流路に連通する第一連通口部と、を備えた第一キャップと、外側電極層被接続部と接続部材の第二接続部との間に介在して、外側電極層被接続部と接続部材の第二接続部とを電気的に接続する第二本体部と、第二本体部に設けられて内側電極層内に形成された流路に連通する第二連通口部と、を備えた第二キャップと、をさらに備え、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材に配設され、第一キャップおよび第二キャップのうちベース部材に近い側の各キャップの連通口部が、ベース部材にそれぞれ形成された各貫通穴に貫通して設けられ、シール部材は、ベース部材に近い側のキャップの各連通口部と、各貫通穴との間をシールしている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池筒状セルが一種類のタイプから構成されるとともに、固体酸化物形燃料電池筒状セルの両端部の一方に設けられる第一キャップと固体酸化物形燃料電池筒状セルの両端部の他方に設けられる第二キャップとを備えている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。

また請求項６に係る固体酸化物形燃料電池モジュールの発明は、請求項１乃至請求項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、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、蒸発部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と、を備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、上述した請求項１〜請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用・効果を得ることができる。

また請求項７に係る固体酸化物形燃料電池システムの発明は、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、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、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貯湯槽から供給される貯湯水との間で熱交換を行い、燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器と、熱交換器から排出される凝縮水を純水化する水タンクと、補機を駆動して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。
これによれば、固体酸化物形燃料電池システムにおいて、上述した請求項１〜請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用・効果を得ることができる。

本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第一実施形態の概要を示す概要図である。 図１に示す固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。 図２に示す固体酸化物形燃料電池スタックの空間内（特にカバー、蒸発部および改質部が未搭載である状態）を示す平面図である。 図２に示す一組の第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルおよび第二タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルを示す側面図である。 図２に示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの組付状態を示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った部分拡大断面図である。 図５に示す固体酸化物形燃料電池円筒セルと接続部材との接続部を示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの径方向（長手方向と垂直な面に沿った方向）に沿った部分拡大断面図である。 第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。 図７に示す固体酸化物形燃料電池筒状セルを示す側面図である。 図７に示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの組付状態を示す固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った部分拡大断面図である。 図７に示す接続部材を示す上面図である。 第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。 図１１に示す接続部材を示す側面図である。 図１１に示す接続部材を示す上面図である。

（第一実施形態）
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第一実施形態について説明する。図１はこの固体酸化物形燃料電池システムの概要を示す概要図である。この固体酸化物形燃料電池システムは、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。
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、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。

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ものである。固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。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エア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。

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。

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、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。

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。

さらに、インバータ装置１３（電力変換装置に相当する）、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、インバータ装置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の運転を制御する。

固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、図２に示すように、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スタック３０は、ベース部材３１、断熱部材３２、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３（固体酸化物形燃料電池筒状セルに相当する）、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。

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。ベース部材３１の上面には、断熱部材３２が設けられている。断熱部材３２は、後述する燃焼部６０側である他端側と一端側とを断熱する。さらに断熱部材３２は、ベース部材３１と、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３および接続部材３４とを絶縁する。断熱部材３２は、絶縁性、断熱性および柔軟性（弾性）を有する材料（例えば、アルミナ、マグネシア、シリカあるいはそれらの混合材料を原料としたセラミック）で方形状の板状に形成されている。断熱部材３２は、ベース部材３１側の温度が所定温度以下となるように、厚みおよび材料が決定されている。所定温度は、シール部材３１ｂの耐熱温度以下であることが望ましい。本実施形態では、シール部材３１ｂは柔軟性のあるシリコーン系のシール材料であり、その耐熱温度は例えば２００℃である。断熱部材３２は、ベース部材３１の中央部、すなわち固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の立設範囲に配置されている。この立設範囲に複数の貫通穴３２ａが形成されている。断熱部材３２は柔軟性を有しているため、貫通穴３２ａを固体酸化物形燃料電池円筒セル３３より若干小径としても、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３を貫通穴３２ａに圧入することが可能となる。
断熱部材３２は、ベース部材３１の上面に当接して設置されている。断熱部材３２の上面には、接続部材３４の少なくとも一部が当接して設置されている。断熱部材３２は、接続部材３４の高さ方向（固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の長手方向に沿った方向）の位置決め用治具として使用されている。

固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、円筒状に形成されたセルである。固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、基本的には、径方向に内側から順番に積層された燃料極層３３ａ、電解質層３３ｂ、反応防止層（図示省略）および空気極層３３ｃから構成されている。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）等の希土類をドープしたセリア混合体を用いている。燃料極層３３ａは、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側（下端側）から他端側（上端側）に向けて流通する内側電極層である。空気極層３３ｃは、燃料極層３３ａの外側に積層され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか他方が一端側から他端側に向けて流通する外側電極層である。

燃料極層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や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や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。

空気極層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。

固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、図４に示すように、２つのタイプから構成されている。一方の第一タイプ３３−Ａ（図４にて右側に示す）は、空気極層３３ｃの他端側（上端側）に第一空気極層被接続部３３ｃ１（第一外側電極層被接続部に相当する）が形成されるとともに燃料極層３３ａの一端側（下端側）に第一燃料極層被接続部３３ａ１（第一内側電極層被接続部に相当する）が形成されている。第一燃料極層被接続部３３ａ１の部位には、電解質層３３ｂおよび空気極層３３ｃは形成されておらず、燃料極層３３ａのみが設けられている。尚、前記第一空気極層被接続部と前記第一燃料極層被接続部の位置は端側ではなく、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の長手方向の所定の位置にあってもよい。

他方の第２タイプ３３−Ｂ（図４にて左側に示す）は、燃料極層３３ａの他端側に第二燃料極層被接続部３３ａ２（第二内側電極層被接続部に相当する）が形成されるとともに空気極層３３ｃの一端側に第二空気極層被接続部３３ｃ２（第二外側電極層被接続部）が形成されている。第二燃料極層被接続部３３ａ２の部位には、電解質層３３ｂおよび空気極層３３ｃは形成されておらず、燃料極層３３ａのみが設けられている。尚、前記第二燃料極層被接続部と前記第二空気極層被接続部の位置は端側ではなく、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の長手方向の所定の位置にあってもよい。
なお、両タイプ３３−Ａ，３３−Ｂの一端側であって、第一燃料極層被接続部３３ａ１および第二空気極層被接続部３３ｃ２より一端側には、空気極層３３ｃが形成されていない。また、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は円筒形に形成されているが、筒状であれば、断面方形に形成するようにしてもよい。

固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の形成方法は、特に限定されないが、例えば、押し出し、プレス、鋳込み等の方法で内側電極層を形成し、逐次、電解質および外側電極層を印刷、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、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、径方向の内側から燃料極層３３ａ、電解質層３３ｂおよび空気極層３３ｃの順に、既述の電極材料が層状に積層され、製膜の段階で応じてマスキングを行うことで、上述の燃料極層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。また、局所的に製膜を行うことで、任意の部分の径を変えて作製することも可能である。

図５に示すように、複数の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、ベース部材３１および断熱部材３２を貫通して立設されている。断熱部材３２には、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の外径より若干小径の貫通穴３２ａが複数形成されている。各固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は対応する貫通穴３２ａに圧入されており、各固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の外周壁面は、貫通穴３２ａの内周面に密着している。ベース部材３１には、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の外径より若干大径の貫通穴３１ａが複数形成されている。各固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は対応する貫通穴３１ａに挿入されている。ベース部材３１の貫通穴３１ａと固体酸化物形燃料電池円筒セル３３との間は、シール部材３１ｂでシールされている。シール部材３１ｂは、シリコーン系のシール材で形成されている。

電気的に隣り合う第一タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ａと第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂは、図２に示すように、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材３１に配設されている。
接続部材３４は、電気的に隣り合う２つの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３（すなわち第一タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ａと第２タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂ）の、他端側の電極層被接続部同士または一端側の電極層被接続部同士を電気的に接続する。一端側の接続部材３４は、第一燃料極層被接続部３３ａ１と第二空気極層被接続部３３ｃ２とを接続する。図６に示すように、接続部材３４は、第一燃料極層被接続部３３ａ１（燃料極層被接続部：他端側では第二燃料極層被接続部３３ａ２）と接続される第一接続部３４ａと、第二空気極層被接続部３３ｃ２（空気極層被接続部：第一空気極層被接続部３３ｃ１）と接続される第二接続部３４ｂと、第一接続部３４ａと第二接続部３４ｂとを連結する連結部３４ｃと、を備えている。第一接続部３４ａには、貫通穴３４ａ１が形成され、第二接続部３４ｂには、貫通穴３４ｂ１が形成されている。貫通穴３４ａ１および貫通穴３４ｂ１は、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の外径より大きく設定されている。貫通穴３４ａ１および貫通穴３４ｂ１の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。

他端側の接続部材３４も、一端側の接続部材３４と同様に構成されており、第二燃料極層被接続部３３ａ２と第一空気極層被接続部３３ｃ１とを接続する。このように、複数の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、複数の接続部材３４によって直列接続されている。なお、燃料極層被接続部（第一燃料極層被接続部３３ａ１または第二燃料極層被接続部３３ａ２）と第一接続部３４ａとは、導電性接着剤３４ｄで接続されている。空気極層被接続部（第一空気極層被接続部３３ｃ１または第二空気極層被接続部３３ｃ２）と第二接続部３４ｂとは、導電性接着剤３４ｄで接続されている。導電性接着剤３４ｄは、例えば、白金、銀、銅あるいは銀−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を用いることができ、特にＡサイトにＬａを有する遷移金属型ペロブスカイト型酸化物を用いると良い。その中でも、導電性セラミックスは、比較的低温での電気伝導性が高いランタンコバルタイト系酸化物を用いると好適である。

また、下部（断熱部材３２側）に位置する接続部材３４の下面全体は、断熱部材３２の上面に当接している。また、直列に接続された固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の両端の接続部は、バスバー接続部材３８ａを介してバスバー３８ｂにそれぞれ接続されている。接続部材３４，３８ａおよびバスバー３８ｂ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。

カバー３５は、図２に示すように、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、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の上部、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が形成されており、フランジ３５ａがベース部材３１の上面に当接されて、ベース部材３１にネジ３５ｂによりねじ止め固定されている。カバー３５の天井部には排気口３５ｃが形成されており、燃焼排ガスが排気口３５ｃを通って排気される。

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、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の下部が収容されている。アノードガスマニホールド３６内には、金属製の支持板３６ａが設けられている。固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の下端面（一端面）が支持板３６ａに当接して配設されるため、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は長手方向に位置決めされる。

なお、支持板３６ａと固体酸化物形燃料電池円筒セル３３との間には、両部材３６ａ，３３を絶縁する絶縁板３６ｂが設けられている。また、支持板３６ａおよび絶縁板３６ｂの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３に対応する位置（図２にて矢印位置）には、アノードガスが通過する貫通穴３６ａ１，３６ｂ１（図５参照）がそれぞれ形成されている。また、アノードガスマニホールド３６には、一端が改質部５０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３６ｃが接続されている。

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より上方に突出している固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の下方に配設されている。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、カソードガスが供給されるカソードガス供給管３７ａが接続されている。

蒸発部４０は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、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ものである。蒸発部４０は、このように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に供給するものである。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、本実施形態においては天然ガスにて説明する。

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。

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から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。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ガス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）。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（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。

燃焼部６０は、各固体酸化物形燃料電池円筒セル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、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３からのアノードオフガス（燃料オフガス）と固体酸化物形燃料電池円筒セル３３からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて改質部５０を加熱する。

上述した第一実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、ベース部材３１と、ベース部材３１を貫通して該ベース部材３１に立設されて、筒状に形成され燃料が一端側（下端側）から他端側（上端側）に向けて流通する燃料極層３３ａ（内側電極層）と、燃料極層３３ａの外側に積層され酸化剤ガスが一端側から他端側に向けて流通する空気極層３３ｃ（外側電極層）と、を備えた複数の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３と、ベース部材３１の、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部６０側に当接して配設されるとともに各固体酸化物形燃料電池円筒セル３３が各貫通穴３２ａにそれぞれ圧入されて、燃焼部６０側である他端側と一端側とを断熱する断熱部材３２と、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３と、ベース部材３１に形成された貫通穴３１ａとの間をシールするシール部材３１ｂと、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の燃料極層３３ａに備えられた内側電極層被接続部と、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３に隣り合う他の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の空気極層３３ｃに備えられた外側電極層被接続部と、を接続する接続部材であって、前記断熱部材３２の燃焼部６０側に一部が当接して配設される接続部材３４と、を備えている。

これによれば、各固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、断熱部材３２の各貫通穴３２ａにそれぞれ圧入されるため、治具などを使用せずとも仮止めが可能となる。したがって、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３をベース部材３１に組み付ける際に、ベース部材３１の燃焼部６０側面に当接して配設される断熱部材３２に各固体酸化物形燃料電池円筒セル３３が仮止めされるため、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の径方向の位置決めはもちろん固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の長手方向の位置決めも可能となり、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３のベース部材３１に対する組付性を向上することができる。さらに、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３と他の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３とを接続する接続部材３４の一部が、断熱部材３２の燃焼部６０側に当接して配設することができるため、治具などを使用せずとも接続部材３４を固体酸化物形燃料電池円筒セル３３に対して正確に位置決めすることができる。よって、接続部材３４の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３に対する組付性を向上することができる。したがって、固体酸化物形燃料電池スタック３０自体の組立性を向上することができる。

さらに、断熱部材３２は、ベース部材３１側の温度がシール部材３１ｂの耐熱温度（所定温度）以下となるように、厚みおよび材料が設定されている。その結果、固体酸化物形燃料電池システムの発電中において断熱部材３２の他端側（上面側）の温度は６００〜１０００℃であるが、断熱部材３２の一端側（下面側）の温度は２００℃以下とすることができる。これにより、ベース部材３１の貫通穴３１ａと固体酸化物形燃料電池円筒セル３３との間のシール部材３１ｂを、ガラス系のシール材料から柔軟性のあるシリコーン系のシール材料に変更することができる。よって、ベース部材３１の貫通穴３１ａと固体酸化物形燃料電池円筒セル３３との間は、シリコーン系のシール材料からなるシール部材３１ｂでシールされている。これにより、固体酸化物形燃料電池システムの起動・停止による熱サイクル時にシール部材３１ｂに発生する熱応力をシール部材３１ｂ自身の変形により吸収（抑制）することができる。また、柔軟性のあるシール材料を使用することで、容易にシール加工することができるとともに、シール性を確実に確保することができる。

また、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、ベース部材３１に組付固定され、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の一端が当接して固体酸化物形燃料電池円筒セル３３を長手方向に位置決め支持する支持板３６ａをさらに備えている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３をベース部材３１に組み付ける際に、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の一端を支持板３６ａに当接させることで、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３をより確実に長手方向に位置決めすることができる。よって、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３のベース部材３１に対する組付性をより向上することができる。

また、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、空気極層３３ｃの他端側に第一空気極層被接続部３３ｃ１（第一外側電極層被接続部）が形成されるとともに燃料極層３３ａの一端側に第一燃料極層被接続部３３ａ１（第一内側電極層被接続部）が形成されている第一タイプ３３−Ａと、燃料極層３３ａの他端側に第二燃料極層被接続部３３ａ２（第二内側電極層被接続部）が形成されるとともに空気極層３３ｃの一端側に第二空気極層被接続部３３ｃ２（第二外側電極層被接続部）が形成されている第二タイプ３３−Ｂとの、二種類のタイプから構成されており、接続部材３４は、一の第一タイプ３３−Ａの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の外側電極層被接続部（第一空気極層被接続部３３ｃ１または第二空気極層被接続部３３ｃ２）と、他の第二タイプ３３−Ｂの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の内側電極層被接続部（第二燃料極層被接続部３３ａ２または第一燃料極層被接続部３３ａ１）とを接続するように構成されている。
これによれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３が二種類のタイプから構成されている固体酸化物形燃料電池スタック３０において、固体酸化物形燃料電池スタック３０自体の組立性を向上することができる。

また、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と、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と、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と、を備えている。これによれば、固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、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、固体酸化物形燃料電池システムは、発電ユニット１０と、貯湯水を貯湯する貯湯槽２１と、を備えている固体酸化物形燃料電池システムであって、発電ユニット１０は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１と、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と貯湯槽２１から供給される貯湯水との間で熱交換を行い、燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を排出する熱交換器１２と、熱交換器１２から排出される凝縮水を純水化する水タンク１４と、補機を駆動して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１５と、少なくとも固体酸化物形燃料電池モジュール１１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インバータ装置１３（電力変換装置）と、を備えている。これによれば、固体酸化物形燃料電池システムは、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。

なお、上述した実施形態においては、内側電極層を燃料極層３３ａとし、外側電極層を空気極層３３ｃとしたが、内側電極層を空気（酸化剤ガス）が流通する空気極層３３ｃとし、外側電極層を燃料が流通する燃料極層３３ａとするようにしてもよい。

（第二実施形態）
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第二実施形態について説明する。図７は、第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。第二実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池スタック１３０は、以下の点で上述した固体酸化物形燃料電池スタック３０と異なる。固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３は、２種類で構成されておらず、１種類で構成されている。接続部材１３４は、平板状に形成されている。固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３の両端には、両端の各被接続部１３３ａ１，１３３ｃ１（または１３３ａ２，１３３ｃ２）と接続部材１３４とを電気的に接続する第一および第二キャップ７１，７２が設けられている。アノードガスマニホールド３６には、金属製の支持板３６ａ（絶縁板３６ｂ）が設けられていない。なお、第一実施形態と同様に構成されるものは、同一符号を付してその説明を省略する。

固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３（固体酸化物形燃料電池筒状セルに相当する）は、図８に示すように、燃料極層１３３ａ（内側電極層に相当する）の一方の端部（図８にて上端部）は露出するとともに、燃料極層１３３ａの他方の端部（図８にて下端部）は空気極層１３３ｃ（外側電極層に相当する）により覆われるように形成されている。燃料極層１３３ａの上端部の露出部に燃料極層被接続部１３３ａ１が形成されるとともに、空気極層１３３ｃの下端部に空気極層被接続部１３３ｃ１が形成されている。

固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３は、第一キャップ７１と第二キャップ７２とをさらに備えている。第一キャップ７１および第二キャップ７２は、ベース部材と同様に、金属材（例えば、フェライト系ステンレス鋼）で形成されている。第一キャップ７１は、第一本体部７１ａと第一連通口部７１ｂとを備えている。第一本体部７１ａは、燃料極層被接続部１３３ａ１と接続部材１３４の第一接続部１３４ａとの間に介在して、燃料極層被接続部１３３ａ１と第一接続部１３４ａとを電気的に接続する。詳細には、図９に示すように、第一本体部７１ａは、有底筒状に形成されている。第一本体部７１ａは、第一本体部７１ａの内壁面が燃料極層１３３ａの露出部（燃料極層被接続部１３３ａ１を含む）を覆うように配設されている。第一本体部７１ａの内壁面（内周側面と底面を含む）と燃料極層被接続部１３３ａ１とは、上述した導電性接着剤３４ｄと同様な導電性接着剤７１ｃで接続されている。なお、第一本体部７１ａの内壁面と燃料極層被接続部１３３ａ１とは直接接触している部分（例えば底面）もある。

第一連通口部７１ｂは、第一本体部７１ａに設けられて燃料極層１３３ａ内に形成された流路に連通する。第一連通口部７１ｂは、筒状に形成され第一本体部７１ａの底壁から燃料極層１３３ａと反対側に向けて立設されている。

第二キャップ７２は、第二本体部７２ａと第二連通口部７２ｂとを備えている。第二本体部７２ａは、空気極層被接続部１３３ｃ１と接続部材１３４の第二接続部１３４ｂとの間に介在して、空気極層被接続部１３３ｃ１と第二接続部１３４ｂとを電気的に接続する。詳細には、図９に示すように、第二本体部７２ａは、有底筒状に形成されている。第二本体部７２ａは、第二本体部７２ａの内壁面が空気極層１３３ｃの端部（空気極層被接続部１３３ｃ１）を覆うように配設されている。第二本体部７２ａの内壁面（内周側面と底面を含む）と空気極層被接続部１３３ｃ１とは、上述した導電性接着剤３４ｄと同様な導電性接着剤７２ｃで接続されている。なお、第二本体部７２ａの内壁面と空気極層被接続部１３３ｃ１とは直接接触している部分（例えば底面）もある。また、燃料極層１３３ａの端部および内壁面は、電解質層１３３ｂと同じ材質で製膜され、絶縁部１３３ｂ１が形成されている。絶縁部１３３ｂ１は、燃料極層１３３ａと第二キャップ７２とを絶縁する。

第二連通口部７２ｂは、第二本体部７２ａに設けられて燃料極層１３３ａ内に形成された流路に連通する。第二連通口部７２ｂは、筒状に形成され第二本体部７２ａの底壁から燃料極層１３３ａと反対側に向けて立設されている。

第一キャップ７１および第二キャップ７２のうちベース部材３１と遠い側に配置される連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）は、接続部材１３４の貫通穴（貫通穴１３４ａ１または貫通穴１３４ｂ１）を貫通している。第一連通口部７１ｂと貫通穴１３４ａ１（第一接続部１３４ａ）とは、導電性接着剤３４ｄと同様な導電性接着剤１３４ｄで接続されている。第二連通口部７２ｂと貫通穴１３４ｂ１（第二接続部１３４ｂ）も、導電性接着剤１３４ｄで接続されている。

第一キャップ７１および第二キャップ７２のうちベース部材３１に近い側に配置される連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）は、接続部材１３４の貫通穴（貫通穴１３４ａ１または貫通穴１３４ｂ１）、断熱部材３２の貫通穴３２ａおよびベース部材３１の貫通穴３１ａを貫通している。各連通口部と各貫通穴は、導電性接着剤１３４ｄで接続されている。

断熱部材３２の貫通穴３２ａは、第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂの外形より若干小さく形成されている。各第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂは対応する貫通穴３２ａに圧入されており、各第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂの外壁面は、貫通穴３２ａの内壁面に密着している。また、ベース部材３１の貫通穴３１ａは、第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂの外形より若干大きく形成されている。ベース部材３１の貫通穴３１ａと第一連通口部７１ｂおよび第二連通口部７２ｂとの間は、シリコーン系のシール部材３１ｂでシールされている。
電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３は、図９に示すように、長手方向の取り付け向きが逆となるようにベース部材３１に配設されている。

なお、第一本体部７１ａおよび第二本体部７２ａは、同一寸法で形成してもよく、第一本体部７１ａの内径寸法を燃料極層１３３ａの外径寸法より若干大きくするとともに第二本体部７２ａの内径寸法を空気極層１３３ｃの外径寸法より若干大きくするように形成してもよい。また、第一キャップ７１および第二キャップ７２のうちベース部材３１に近い側に配置される連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）の長手方向長さは、接続部材１３４、断熱部材３２およびベース部材３１の各厚みの合計より大きい値に少なくとも設定されている。第一キャップ７１および第二キャップ７２のうちベース部材３１と遠い側に配置される連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）の長手方向長さは、近い側に配置される連通口部と同一でもよく、また、短くてもよい（ただし、接続部材１３４の厚みより大きい値に設定される）。

接続部材１３４は、図１０に示すように、燃料極層被接続部１３３ａ１（内側電極層被接続部）と電気的に接続される第一接続部１３４ａと、空気極層被接続部１３３ｃ１（外側電極層被接続部）と電気的に接続される第二接続部１３４ｂと、第一接続部１３４ａと第二接続部１３４ｂとを連結する連結部１３４ｃと、を備えている。接続部材１３４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。

第一接続部１３４ａには、第一キャップ７１の第一連通口部７１ｂが貫通する貫通穴１３４ａ１が形成されている。第二接続部１３４ｂには、第二キャップ７２の第二連通口部７２ｂが貫通する貫通穴１３４ｂ１が形成されている。貫通穴１３４ａ１は、第一連通口部７１ｂの外径より大きく設定されている。貫通穴１３４ｂ１は、第二連通口部７２ｂの外径より大きく設定されている。貫通穴１３４ａ１および貫通穴１３４ｂ１の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。

このように構成された第二実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３が一種類のタイプから構成されるとともに、固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３の両端部の一方に設けられる第一キャップ７１と固体酸化物形燃料電池円筒セル１３３の両端部の他方に設けられる第二キャップ７２とを備えている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
また、第二実施形態によっても、上述した第一実施形態による作用・効果を得ることができる。

（第三実施形態）
以下、本発明による固体酸化物形燃料電池システムの第三実施形態について説明する。図１１は、第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池モジュールを固体酸化物形燃料電池円筒セルの長手方向に沿った方向に切断した切断部端面図である。第三実施形態に係る固体酸化物形燃料電池システムの固体酸化物形燃料電池スタック２３０は、以下の点で上述した固体酸化物形燃料電池スタック２３０と異なる。固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、２種類で構成されておらず、２種類のうちいずれか一方の１種類（本実施形態では第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂ）のみで構成されている。電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材３１に配設されている。接続部材２３４は、第一接続部２３４ａと第二接続部２３４ｂとが固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の長手方向にて異なる位置となるように形成されている。なお、第一実施形態と同様に構成されるものは、同一符号を付してその説明を省略する。

図１１に示すように、第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂが、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材３１に配設されている。すなわち、全ての固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、燃料極層３３ａの他端側が露出されている方が上端側となるようにベース部材３１に配設されている。この露出部に第二燃料極層被接続部３３ａ２（内側電極層被接続部）が形成されている。また、第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂの下端面（一端面）が支持板３６ａに当接して長手方向に位置決めされるため、第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂの空気極層３３ｃの一端側に形成された第二空気極層被接続部３３ｃ２（外側電極層被接続部）が、断熱部材３２の上面から所定距離上方に設定された位置に位置決めされる。

接続部材２３４は、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂの第二空気極層被接続部３３ｃ２と、一の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂと電気的に隣り合う他の固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂの第二燃料極層被接続部３３ａ２とを接続するように構成されている。接続部材２３４は、図１２および図１３に示すように、第一接続部２３４ａと第二接続部２３４ｂとが固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の長手方向にて異なる位置となるように形成されている。

接続部材２３４は、燃料極層被接続部３３ａ２と電気的に接続される第一接続部２３４ａと、空気極層被接続部３３ｃ２と電気的に接続される第二接続部２３４ｂと、第一接続部２３４ａと第二接続部２３４ｂとを連結する連結部２３４ｃと、を備えている。接続部材２３４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。

第一接続部２３４ａには、貫通穴２３４ａ１が形成され、第二接続部２３４ｂには、貫通穴２３４ｂ１が形成されている。貫通穴２３４ａ１および貫通穴２３４ｂ１は、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の外径より大きく設定されている。貫通穴２３４ａ１および貫通穴２３４ｂ１の外径寸法は、同一に設定されることが望ましい。燃料極層被接続部３３ａ２と第一接続部２３４ａと、および第二空気極層被接続部３３ｃ２と第二接続部２３４ｂとは、導電性接着剤３４ｄで接続されている。

連結部２３４ｃは、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３の長手方向に沿って延設されており、空気極層３３ｃの全長（固体酸化物形燃料電池円筒セル３３が断熱部材３２の上面から突出している部分）にわたって空気極層３３ｃに接触するように配置されている。この接触部分は、導電性接着剤３４ｄにより接着されているのが望ましい。
また、接続部材２３４の第二接続部２３４ｂは、断熱部材３２の上面に当接して配設されている。これにより、接続部材２３４は、長手方向に位置決めされる。

このように構成された第三実施形態によれば、固体酸化物形燃料電池円筒セル３３が一種類のタイプから構成されるとともに、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池円筒セル３３は、長手方向の取り付け向きが同一となるようにベース部材３１に配設されている固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、固体酸化物形燃料電池スタック自体の組立性を向上することができる。
また、第三実施形態によっても、上述した第一実施形態による作用・効果を得ることができる。

なお、前述した実施形態においては、固体酸化物形燃料電池円筒セルは第二タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ｂを採用したが、固体酸化物形燃料電池円筒セルは第一タイプの固体酸化物形燃料電池円筒セル３３−Ａを採用するようにしてもよい。

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…インバータ装置、１４…水タンク、１５…制御装置、１６ａ…系統電源、１６ｂ…電源ライン、１６ｃ…外部電力負荷、２０…排熱回収システム、２１…貯湯槽、２２…貯湯水循環ライン、３０…固体酸化物形燃料電池スタック、３１…ベース部材、３１ａ…貫通穴、３１ｂ…シール部材、３２…断熱部材、３２ａ…貫通穴、３３…固体酸化物形燃料電池円筒セル（固体酸化物形燃料電池筒状セル）、３３ａ…燃料極層（内側電極層）、３３ａ１…第一燃料極層被接続部（第一内側電極層被接続部）、３３ａ２…第二燃料極層被接続部（第一内側電極層被接続部）、３３ｂ…電解質層、３３ｃ…空気極層（外側電極層）、３３ｃ１…第一空気極層被接続部（第一外側電極層被接続部）、３３ｃ２…第二空気極層被接続部（第二外側電極層被接続部）、３４…接続部材、３４ａ…第一接続部、３４ａ１…貫通穴、３４ｂ…第二接続部、３４ｂ１…貫通穴、３４ｃ…連結部、３４ｄ…導電性接着剤、３５…カバー、３６…アノードガスマニホールド、３６ａ…支持板、３６ａ１，３６ｂ１…貫通穴、３６ｂ…絶縁板、４０…蒸発部、５０…改質部、６０…燃焼部、７１…第一キャップ、７１ａ…第一本体部、７１ｂ…第一連通口部、７１ｃ…導電性接着剤、７２…第二キャップ、７２ａ…第二本体部、７２ｂ…第二連通口部、７２ｃ…導電性接着剤、１３０…固体酸化物形燃料電池スタック、１３３…固体酸化物形燃料電池円筒セル、１３４…接続部材、２３０…固体酸化物形燃料電池スタック、２３４…接続部材。

Claims (7)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材を貫通して該ベース部材に立設されて、筒状に形成され燃料および酸化剤ガスのうちいずれか一方が一端側から他端側に向けて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いずれか他方が前記一端側から前記他端側に向けて流通する外側電極層と、内側電極層と外側電極層の間に挟まれた電解質層を備えた複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、
   前記ベース部材の、燃料オフガスと酸化剤オフガスとが燃焼する燃焼部側に当接して配設されるとともに前記各固体酸化物形燃料電池筒状セルが各貫通穴にそれぞれ圧入されて、前記燃焼部側である前記他端側と前記一端側とを断熱する断熱部材と、
   前記固体酸化物形燃料電池筒状セルと、前記ベース部材に形成された貫通穴との間をシールするシール部材と、
   複数の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルを電気的に直列接続するとともに、一の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記内側電極層に設けられた内側電極層被接続部と、前記一の固体酸化物形燃料電池筒状セルに電気的に隣り合う他の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層に設けられた外側電極層被接続部と、を接続する複数の接続部材であって、前記断熱部材の燃焼部側に一部が当接して配設される接続部材と、
   を備えた固体酸化物形燃料電池スタック。
2. 前記ベース部材に組付固定され、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの一端が当接して前記固体酸化物形燃料電池筒状セルを長手方向に位置決め支持する支持板をさらに備えた請求項１記載の燃料電池スタック。
3. 前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記外側電極層の前記他端側または前記一端側に前記外側電極層被接続部が形成されるとともに前記内側電極層の前記一端側または前記他端側に前記内側電極層被接続部が形成されている、一種類のタイプから構成されており、
   電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが同一となるように前記ベース部材に配設され、
   前記接続部材は、前記一の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層被接続部と、前記他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とを接続するように構成されている請求項１または請求項２記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
4. 前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記外側電極層の前記他端側に第一外側電極層被接続部が形成されるとともに前記内側電極層の前記一端側に第一内側電極層被接続部が形成されている第一タイプと、前記内側電極層の前記他端側に第二内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記一端側に第二外側電極層被接続部が形成されている第二タイプとの、二種類のタイプから構成されており、
   電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるように前記ベース部材に配設され、
   前記接続部材は、前記一の第一タイプの固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記外側電極層被接続部と、前記他の第二タイプ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とを接続するように構成されている請求項１または請求項２記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
5. 前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記内側電極層の一方の端部は露出するとともに、前記内側電極層の他方の端部は前記外側電極層により覆われており、かつ、前記内側電極層の前記一方の端部の剥き出し部に前記内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記他方の端部に前記外側電極層被接続部が形成されており、
   前記接続部材は、前記内側電極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、前記外側電極層被接続部と電気的に接続される第二接続部と、前記第一接続部と前記第二接続部とを連結する連結部と、を備え、
   前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、前記内側電極層被接続部と前記接続部材の前記第一接続部との間に介在して、前記内側電極層被接続部と前記接続部材の前記第一接続部とを電気的に接続する第一本体部と、前記第一本体部に設けられて前記内側電極層内に形成された流路に連通する第一連通口部と、を備えた第一キャップと、前記外側電極層被接続部と前記接続部材の前記第二接続部との間に介在して、前記外側電極層被接続部と前記接続部材の前記第二接続部とを電気的に接続する第二本体部と、前記第二本体部に設けられて前記内側電極層内に形成された前記流路に連通する第二連通口部と、を備えた第二キャップと、をさらに備え、
   電気的に隣り合う前記固体酸化物形燃料電池筒状セルは、長手方向の取り付け向きが逆となるように前記ベース部材に配設され、
   前記第一キャップおよび前記第二キャップのうち前記ベース部材に近い側の各キャップの連通口部が、前記ベース部材にそれぞれ形成された各貫通穴に貫通して設けられ、
   前記シール部材は、前記ベース部材に近い側の前記キャップの各連通口部と、前記各貫通穴との間をシールしている請求項１または請求項２記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
6. 請求項１乃至請求項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、
   を備えている固体酸化物形燃料電池モジュール。
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。
   
   

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