JP2002298897A - 固体電解質型燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装着されたセルチューブのメンテナンス（交
換）作業の作業性に優れた固体電解質型燃料電池モジュ
ールを提供する。 【解決手段】 モジュール本体１と、前記モジュール本
体の内部を第１空間１４、１１と第２空間１３に仕切る
ための仕切部２０と、前記第１空間側に設けられ、燃料
電池セル１２ａが形成されたセルチューブ１２とを備
え、前記仕切部には、前記セルチューブの延在方向の概
ね延長線上に前記セルチューブを挿通可能な大きさの開
口部１５０が形成され、前記燃料電池セルにより発電さ
れた電力を取り出すための第１導電型電極部５７ａおよ
び第２導電型電極部５７ｂは、前記第２空間側に設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質型燃料
電池モジュールに関し、特に、セルチューブのメンテナ
ンス（交換）作業の作業性に優れた円筒型固体電解質型
燃料電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、円筒型固体電解質型燃料電池モジ
ュールについては、特開平７−２７２７４１号公報、特
開平９−１２９２５６号公報および特開平１０−１２２
５８号公報に開示された技術が知られている。

【０００３】図４を参照して、従来の円筒型固体電解質
型燃料電池モジュールの概略構造を説明する。

【０００４】図４に示すように、断熱材で包囲されたモ
ジュール本体１内には、天板２、上部管板２０および下
部管板２１が配設され、下部管板２１の下方には、発電
室１１が形成されている。発電室１１の断熱用に断熱ボ
ード３４が設けられている。

【０００５】モジュール本体１内の天板２と上部管板２
０との間には、燃料供給室１３が形成され、上部管板２
０と下部管板２１の間には、燃料排出室１４が形成され
ている。

【０００６】天板２には、燃料供給室１３とモジュール
本体１の外部とを連通する燃料供給管７がモジュール本
体１を貫通して連結されている。燃料供給管７から燃料
供給室１３には、燃料ガス２３が導入される。燃料供給
管７の内側には、燃料排出室１４とモジュール本体１の
外部とを連通するように上部管板２０を貫通する残燃料
排出管８が配設されている。残燃料排出管８からモジュ
ール本体１の外部には、残燃料ガス２２が排出される。

【０００７】燃料ガスが水素（Ｈ_２）ガス以外の場合に
は、モジュール本体１内部の熱を利用できる位置に、例
えばＮｉ系等の触媒を配設して、燃料ガスの改質をする
ようにしている。すなわち、燃料としての天然ガスと水
蒸気は、図示せぬプレリフォーマに供給されて、水素
（Ｈ_２）と一酸化炭素（ＣＯ）とに改質（内部改質）さ
れ、ここで改質された改質ガスが燃料ガスとして燃料供
給室１３に供給される。

【０００８】下部管板２１には、複数のセルチューブ１
２が、それらの上端を燃料排出室１４内に位置させると
共に下方寄りを発電室１１内に位置させるようにして貫
通支持されている。セルチューブ１２の外周部には、単
電池膜（図示せず）が成膜されている。セルチューブ１
２の内側には、当該セルチューブ１２の内部下方側と燃
料供給室１３内とを連通させるように下部管板２１を貫
通する燃料注入管１６が配設されている。

【０００９】セルチューブ１２の単電池膜は、多孔質の
基体管の上に燃料極、固体電解質、空気極の順に形成さ
れ、円筒管である基体管の中を燃料ガス２３が流れ、基
体管の外側を空気２４が流れる。この円筒型固体電解質
膜型燃料電池では、発生した電流をインターコネクタを
介してセルチューブ１２上の隣接する単電池膜の空気極
に流し、最終的には集電部材５または集電キャップ（後
述する）を介して集電される。

【００１０】燃料注入管１６の内側には、その上端を燃
料供給室１３に位置させると共にその下端をセルチュー
ブ１２の下端近傍に位置させた集電棒１０が配設されて
いる。集電棒１０の下端は、上記単電池膜と電気的に接
続すると共にセルチューブ１２の下端を閉塞する集電部
材５に連結している。集電棒１０の上端は、ニッケル製
の集電部材５および導電棒４を介してモジュール本体１
の外部と電気的に接続されている。

【００１１】セルチューブ１２の上端には、上記単電池
膜と電気的に接続する集電コネクタ５７が取り付けられ
ており、当該セルチューブ１２は、他のセルチューブ１
２と集電コネクタ５７を介して並列に接続されている。
また、セルチューブ１２の上端および下端の装着向きが
適宜設定されることにより複数のセルチューブ１２は、
互いに直列接続されている。

【００１２】モジュール本体１の発電室１１の下部に
は、多孔質のセラミックス製の仕切板３が設けられてい
る。仕切板３の下方には、仕切板３を介して発電室１１
と連通する空気予熱室１７が設けられている。

【００１３】空気予熱室１７には、モジュール本体１の
外部と連通する空気供給管１８が接続されている。ま
た、モジュール本体１の発電室１１の内部には、空気排
出管１９の一端側が位置している。この空気排出管１９
は、他端側がモジュール本体１の外側に位置し、中間部
分が空気予熱室１７の内部を通過するように配設され、
熱交換に供されている。

【００１４】次に、上記構造の円筒型固体電解質型燃料
電池モジュールの作用を説明する。

【００１５】発電室１１内を作動温度（約９００〜１０
００℃）に加熱し、燃料供給管７から水素などの燃料ガ
ス２３を供給すると共に、空気供給管１８から酸化剤で
ある空気２４を供給する。燃料供給管７を介して供給さ
れた燃料ガス２３は、燃料供給室１３から燃料注入管１
６を介してセルチューブ１２の下端側まで流入する。一
方、空気予熱室１７を介して仕切板３を通過した空気２
４が発電室１１内に流入する。

【００１６】燃料ガス２３がセルチューブ１２の多孔質
性の基体管を透過して単電池膜に供給され、空気（酸
素）２４が単電池膜に接触すると、該単電池膜が水素
（燃料ガス２３）と空気（酸素）２４とが電気化学的に
反応して電力が発生する。その電力は、集電部材５、上
部集電コネクタ５７ａ、下部集電コネクタ５７ｂ、導電
棒４を介してモジュール本体１の外部に取り出される。

【００１７】燃料ガス２３がセルチューブ１２に供給さ
れて発電に使用された後の残燃料ガス２２は、燃料排出
室１４に集められて、残燃料排出管８を介して外部に排
出される。一方、発電に供された後の残空気２３は、空
気排出管１９を介して外部に排出される。

【００１８】図５に示されるように、複数のセルチュー
ブ１２に均一に燃料ガス２３が供給されるように、燃料
ガス２３が整流された後に複数のセルチューブ１２に供
給されることができる。符号３２は整流ヘッダ、３３は
分配ヘッダをそれぞれ示している。燃料ガス２３は、燃
料供給管７から導入され、整流ヘッダ３２によって整流
された後に、分配ヘッダ３３によって分配されて、燃料
供給室１３に供給される。なお、図５において、図４と
同じ構成要素については同じ符号を付しその説明を省略
する。

【００１９】次に、図６を参照して、セルチューブ１２
および燃料注入管１６の支持構造について説明する。な
お、図６において、図４と同じ構成要素については同じ
符号を付しその説明を省略する。

【００２０】図６に示されるように、上部管板２０に
は、燃料注入管１６を挿通させるための孔４０が形成さ
れている。孔４０は、大径部４１と小径部４２とを有し
ている。燃料注入管１６の内部には、集電棒１０が貫通
するように収容されている。燃料注入管１６の上部外周
部にはフランジ部１６ｆが設けられている。フランジ部
１６ｆの直径は、大径部４１よりも小さく小径部４２よ
りも大きい。フランジ部１６ｆは、孔４０の内面におい
て大径部４１と小径部４２の間に形成された支持台部４
３に引掛けられて支持されている。

【００２１】フランジ部１６ｆの上部であって、大径部
４１の内部には、上部押えリング４４が配設される。上
部押えリング４４の下部には、外側に張り出すフランジ
部が形成され、そのフランジ部の外周部には、ねじ部が
形成されている。大径部４１の上部にはねじ部が形成さ
れ、上部押えリング４４のねじ部と互いに螺合してい
る。上部押えリング４４が大径部４１と螺合することに
よって、フランジ部１６ｆは、支持台部４３に押し付け
られて支持される。

【００２２】フランジ部１６ｆの上部であって燃料注入
管１６の外周部と上部押えリング４４の内周部との間に
は、絶縁碍子リング４５が介装されている。絶縁碍子リ
ング４５は、燃料注入管１６よりも高さ方向において突
出している。

【００２３】集電コネクタ固定用リング４６は、概ね円
筒状に形成され、その円筒部の下端部には外側にフラン
ジ状に張り出すとともに下方に延びる周回壁部４６ａを
有している。周回壁部４６ａの内部に絶縁碍子リング４
５が嵌装され、集電コネクタ固定用リング４６の下面
は、絶縁碍子リング４５の上面に接触して支持されてい
る。

【００２４】上部集電コネクタ５７ａは、複数の集電棒
１０を互いに並列に接続している。上部集電コネクタ５
７ａには、孔部が設けられている。上部集電コネクタ５
７ａの孔部には、集電コネクタ固定用リング４６の円筒
部が挿通される。上部集電コネクタ５７ａは、集電コネ
クタ固定用リング４６の円筒部の下端部の張り出し部分
に相当する周回上面に支持される。

【００２５】その周回上面との間に上部集電コネクタ５
７ａを挟むように、集電コネクタ固定用リング４６の円
筒部の外周部には、集電コネクタ押えリング４７が設け
られる。集電コネクタ押えリング４７の自重により上部
集電コネクタ５７ａが集電コネクタ固定用リング４６の
周囲上面に押圧されることで、上部集電コネクタ５７ａ
は支持される。

【００２６】上部集電コネクタ５７ａ、集電コネクタ固
定用リング４６および集電コネクタ押えリング４７のそ
れぞれは、導電性を有している。集電コネクタ押えリン
グ４７には、集電コイル４８の一端部が電気的に接続さ
れ、その他端部が集電棒１０の上端部に電気的に接続さ
れている。

【００２７】下部管板２１において、孔４０の真下に相
当する位置には、孔５０が形成されている。孔５０に
は、セルチューブ１２が挿通される。そのセルチューブ
１２の内部には、燃料注入管１６が収容され、二重管構
造とされている。

【００２８】孔５０は、大径部５１と小径部５２とを有
している。小径部５２は、セルチューブ１２の外周部よ
りも大径に形成されている。孔５０の内面において大径
部５１と小径部５２の間には、支持台部５３が形成され
ている。支持台部５３には、孔５０とセルチューブ１２
の外周部との間をシールするためのシールリング５４が
設けられている。

【００２９】シールリング５４の上部であって、大径部
５１の内部には、下部押えリング５５が配設される。下
部押えリング５５の外周部には、ねじ部が形成されてい
る。大径部５１の上部には、ねじ部が形成されている。
下部押えリング５５のねじ部は、大径部５１のねじ部と
互いに螺合している。下部押えリング５５が大径部５１
に螺合したときに、シールリング５４は、下部押えリン
グ５５によって支持台部５３に押し付けられて支持され
る。

【００３０】セルチューブ１２の上端部には、導電性の
集電キャップ５６が載せられている。集電キャップ５６
は、概ね円筒状に形成され、その円筒部の高さ方向中間
位置に外側に張り出すフランジ部が形成されている。集
電キャップ５６の円筒部の外径は、セルチューブ１２の
内径よりも若干小さく形成され、円筒部の下部はセルチ
ューブ１２の内部に収められる。集電キャップ５６のフ
ランジ部の外径は、セルチューブ１２の外径と概ね等し
く形成され、そのフランジ部がセルチューブ１２の上端
面に支持される。

【００３１】集電キャップ５６のフランジ部の上面に
は、複数のセルチューブ１２を互いに直列接続するため
の下部集電コネクタ５７ｂが電気的に接続されている。
集電キャップ５６の円筒部には、そのフランジ部との間
に下部集電コネクタ５７ｂを挟んだ状態で集電コネクタ
押えリング５８が設けられている。集電コネクタ押えリ
ング５８の自重により下部集電コネクタ５７ｂが集電キ
ャップ５６のフランジ部の上面に押圧されることで、下
部集電コネクタ５７ｂは支持されている。

【００３２】セルチューブ１２の内部下端部において、
集電棒１０は、導電部材５によってセルチューブ１２に
電気的に接続されている。セルチューブ１２の下端部に
は、シールキャップ５ａが設けられている。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
円筒型固体電解質型燃料電池モジュールでは、集電を上
部管板２０よりも上の還元雰囲気で行うに際し、燃料供
給室１３内と燃料排出室１４内とで両極（＋、−）の集
電を行っていた。そのため、万一、セルチューブ１２の
１本でも異常になった場合等のメンテナンス（交換）作
業は、天板２を開放した後に燃料供給室１３の部品を全
て分解した後に、上部管板２０を開放して行う必要があ
った。

【００３４】セルチューブ１２は、上部管板２０の下方
に位置する下部集電コネクタ５７ｂに集電キャップ５６
および集電コネクタ押えリング５８を介して接続されて
いるため、そのセルチューブ１２を取り出すべく下部集
電コネクタ５７ｂなどとの接続状態を解除するために
は、上部管板２０を開放しなければならなかった。

【００３５】上部管板２０に形成された燃料注入管１６
を挿通・支持するための孔４０は、下部管板２１に形成
されたセルチューブ１２を挿通・支持するための孔５０
よりも孔径が小さいため、セルチューブ１２を取り出す
ためには、上部管板２０を開放する必要があった。

【００３６】上記のことから、セルチューブのメンテナ
ンス作業が大掛かりな作業となり、時間がかかってメン
テナンス性が悪いという欠点があった。

【００３７】本発明の目的は、装着されたセルチューブ
のメンテナンス（交換）作業の作業性に優れた固体電解
質型燃料電池モジュールを提供することである。本発明
の他の目的は、天板を開放するのみでセルチューブのメ
ンテナンス作業が可能な固体電解質型燃料電池モジュー
ルを提供することである。

【００３８】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中の請求
項対応の技術的事項には、括弧（）つき、番号、記号等
が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応の
技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも一つ
の形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にしてい
るが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術
的事項に限定されることを示されるためのものではな
い。

【００３９】本発明の固体電解質型燃料電池モジュール
は、モジュール本体（１）と、前記モジュール本体
（１）の内部を第１空間（１４、１１）と第２空間（１
３）に仕切るための仕切部（２０）と、前記第１空間
（１４、１１）側に設けられ、燃料電池セル（１２ａ）
が形成されたセルチューブ（１２）とを備え、前記仕切
部（２０）には、前記セルチューブ（１２）の延在方向
の概ね延長線上に前記セルチューブ（１２）を挿通可能
な大きさの開口部（１５０）が形成され、前記燃料電池
セル（１２ａ）により発電された電力を取り出すための
第１導電型電極部（５７ａ）および第２導電型電極部
（５７ｂ）は、前記第２空間（１３）側に設けられてい
る。

【００４０】上記において、前記第１空間（１４、１
１）は、燃料排出室（１４）および発電室（１１）を含
む空間であることができる。前記第２空間（１３）は、
燃料供給室（１３）であることができる。前記仕切部
（２０）は、上部管板（２０）であることができる。前
記第１導電型電極部（５７ａ）は、上部集電コネクタ
（５７ａ）または集電棒（１０）であることができる。
前記第２導電型電極部（５７ｂ）は、下部集電コネクタ
（５７ｂ）または集電キャップ（５６）であることがで
きる。

【００４１】本発明の固体電解質型燃料電池モジュール
において、前記モジュール本体（１）の内部には、前記
セルチューブ（１２）が複数設けられ、前記第１導電型
電極部（５７ａ）および前記第２導電型電極部（５７
ｂ）は、前記第２空間（１３）側で、他の前記セルチュ
ーブ（１２）に対応する前記第１導電型電極部（５７
ａ）および前記第２導電型電極部（５７ｂ）とそれぞれ
接続されている。

【００４２】本発明の固体電解質型燃料電池モジュール
において、前記第１導電型電極部（５７ａ）および前記
第２導電型電極部（５７ｂ）と、前記他のセルチューブ
（１２）に対応する前記第１導電型電極部（５７ａ）お
よび前記第２導電型電極部（５７ｂ）との接続状態の解
除作業は、前記仕切部（２０）を外すことなく前記第２
空間（１３）側で実施可能とされ、前記セルチューブ
（１２）は、前記接続状態が解除されたときに、前記仕
切部（２０）を外すことなく前記開口部（１５０）を介
して前記第２空間（１３）側に移動可能に構成されてい
る。

【００４３】本発明の固体電解質型燃料電池モジュール
は、モジュール本体（１）と、前記モジュール本体
（１）の内部空間を概ね第１空間（１３）と第２空間
（１４、１１）に仕切る第１仕切板（２０）と、前記第
２空間（１４、１１）を概ね第３空間（１４）と第４空
間（１１）に仕切る第２仕切板（２１）と、前記モジュ
ール本体（１）の内部に設けられ、燃料電池セル（１２
ａ）が前記第４空間（１１）に位置するように形成さ
れ、その開口部が前記第３空間（１４）に開口するよう
に設けられた概ね有底円筒状のセルチューブ（１２）
と、その一端開口部が前記セルチューブ（１２）の内部
空間に開口するように設けられ、その他端開口部が前記
第１空間（１３）に開口するように設けられた気体供給
管（１６）とを備えた固体電解質型燃料電池モジュール
であって、前記第２仕切板（２１）は、前記セルチュー
ブ（１２）を挿通させた状態で支持し、前記第１仕切板
（２０）は、前記セルチューブ（１２）を挿通可能な大
きさに形成された開口部（１５０）を有し、前記気体供
給管（１６）を前記開口部（１５０）に挿通させた状態
で支持し、前記固体電解質型燃料電池モジュールは、更
に、前記セルチューブ（１２）の底部に電気的に接続し
前記燃料電池セル（１２ａ）により発電された電力を取
り出すための第１導電型電極部（１０）と、前記セルチ
ューブ（１２）の前記開口部に電気的に接続し前記燃料
電池セル（１２ａ）により発電された電力を取り出すた
めの第２導電型電極部（１９０）とを備え、前記第１導
電型電極部（１０）および前記第２導電型電極部（１９
０）は、前記開口部（１５０）を介して前記第１空間
（１３）に設けられている。

【００４４】上記において、前記第１空間（１３）は、
燃料供給室（１３）であることができる。前記第２空間
（１４、１１）は、燃料排出室（１４）および発電室
（１１）を含む空間であることができる。前記第１仕切
板（２０）は、上部管板（２０）であることができる。
前記第３空間（１４）は、燃料排出室（１４）であるこ
とができる。前記第４空間（１１）は、発電室（１１）
であることができる。前記第２仕切板（２１）は、下部
管板（２１）であることができる。前記気体供給管（１
６）は、燃料注入管（１６）であることができる。前記
第１導電型電極部（１０）は、集電棒（１０）であるこ
とができる。前記第２導電型電極部（１９０）は、下部
集電コイル（１９０）であることができる。

【００４５】本発明の固体電解質型燃料電池モジュール
において、前記モジュール本体（１）の内部には、前記
セルチューブ（１２）が複数設けられ、前記第１導電型
電極部（１０）および前記第２導電型電極部（１９０）
は、前記第１空間（１３）で、他の前記セルチューブ
（１２）の前記第１導電型電極部（１０）および前記第
２導電型電極部（１９０）とそれぞれ接続され、前記接
続状態の解除作業は、前記第１仕切板（２０）を外すこ
となく前記第１空間（１３）で実施可能とされ、前記セ
ルチューブ（１２）は、前記接続状態が解除されたとき
に、前記第１仕切板（２０）を外すことなく前記開口部
（１５０）を介して前記第１空間（１３）側に移動可能
に構成されている。

【００４６】本発明の固体電解質型燃料電池モジュール
において、前記第２導電型電極部（１９０）は、少なく
ともその一部が伸縮自在に構成されている。

【００４７】上記において、伸縮自在とは主として熱膨
張を考慮し、例えばコイル状または蛇腹状に形成される
ことができる。

【００４８】

【発明の実施の形態】本発明の固体電解質型燃料電池モ
ジュールの一実施形態として、円筒型固体電解質型燃料
電池モジュールについて説明する。

【００４９】図１および図２を参照して、第１実施形態
の円筒型固体電解質型燃料電池モジュールについて説明
する。図１および図２において、図４から図６と同じ構
成要素については、同じ符号を付してその説明を省略す
る。図２は、図１に示した円筒型固体電解質型燃料電池
モジュールの上部管板２０における支持構造を拡大して
示した図である。

【００５０】上部管板２０において、下部管板２１の孔
５０の略真上位置には、下部管板２１の孔５０よりも大
径の孔１５０が形成されている。なお、孔５０は、図６
の孔５０と同じ符号が付されていることからも明らかな
ように、その孔径は同じである。また、上部管板２０お
よび下部管板２１は、金属製である。

【００５１】孔１５０の孔径は、セルチューブ１２を出
し入れ可能な大きさに形成されている。孔１５０は、小
径部１５１と大径部１５２とを有している。孔１５０の
内面において小径部１５１と大径部１５２の間には、支
持台部１５３が形成されている。

【００５２】支持台部１５３には、平板状の第１絶縁リ
ング１６１が載せられている。第１絶縁リング１６１
は、その断面が横長矩形状に形成されている。第１絶縁
リング１６１は、支持台部１５３に載せられているのみ
で固定されていない。第１絶縁リング１６１の外径は、
大径部１５２の径よりも小さく形成され、クリアランス
が確保されている。固体電解質型燃料電池の反応温度は
９００〜１０００℃と高温であることから、各部材の熱
膨張を考慮してクリアランスが設けられる（以下のクリ
アランスについても同じ。）

【００５３】第１絶縁リング１６１の上面には、その断
面が縦長矩形状に形成された第２絶縁リング１６２が載
せられている。第２絶縁リング１６２は、第１絶縁リン
グ１６１の上面に載せられているのみで固定されていな
い。第２絶縁リング１６２の外径は、大径部１５２の径
よりも小さく形成され、クリアランスが確保されてい
る。

【００５４】集電リング１７０は、導電性部材である。
集電リング１７０は、上部よりも下部が厚肉とされた概
ね円筒状に形成されている。集電リング１７０の下部の
第１内径部１７５は、集電リング１７０の上部の第２内
径部１７６に比べて、小さく形成されている。集電リン
グ１７０の下部の第１外径部１７７は、集電リング１７
０の上部の第２外径部１７８に比べて大きく形成されて
いる。集電リング１７０の下部には、内側に張り出した
第１フランジ部１７１が形成されている。

【００５５】燃料注入管１６の外周部には、外側に張り
出すフランジ部１６ｆが形成されている。フランジ部１
６ｆは、大径フランジ部１６ｇと小径フランジ部１６ｈ
とを有している。小径フランジ部１６ｈの径は、第１フ
ランジ部１７１の内径よりも小さく形成され、クリアラ
ンスが確保されている。大径フランジ部１６ｇの径は、
第１内径部１７５の径よりも小さく形成され、クリアラ
ンスが確保されている。大径フランジ部１６ｇの径は、
第１フランジ部１７１の内径よりも大きく形成されてい
る。第１フランジ部１７１には、燃料注入管１６のフラ
ンジ部１６ｆ（大径フランジ部１６ｇ）が支持されてい
る。第１フランジ部１７１には、大径フランジ部１６ｇ
が載せられているだけで固定されていない。

【００５６】第１外径部１７７の径は、第１絶縁リング
１６１の内径よりも小さく形成され、クリアランスが確
保されている。第１絶縁リング１６１の内径部と外径部
との間の径方向の長さは、第１絶縁リング１６１の外径
部が大径部１５２に直接接触し、かつその接触部方向に
集電リング１７０が移動したときであっても、第１絶縁
リング１６１の内径部が小径部１５１よりも突出し、第
１外径部１７７が小径部１５１に接触しない大きさに設
定されている。

【００５７】集電リング１７０の高さ方向中間位置に
は、外側に張り出す第２フランジ部１７２が形成されて
いる。第２フランジ部１７２の外径は、小径部１５１の
径よりも大きく、第２絶縁リング１６２の内径よりも小
さい。第１絶縁リング１６１の上面であって第２絶縁リ
ング１６２の内側には、第２フランジ部１７２が載せら
れている。第１絶縁リング１６１の上面には、第２フラ
ンジ部１７２が載せられているだけで固定はされていな
い。第２フランジ部１７２の高さは、第２絶縁リング１
６２の高さよりも高い。

【００５８】第２フランジ部１７２の上面には、その断
面が横長矩形状（平板状）に形成された第３絶縁リング
１６３が載せられている。第３絶縁リング１６３は、第
２フランジ部１７２の上面に載せられているだけで固定
されていない。第３絶縁リング１６３の外径は、大径部
１５２の径よりも小さく形成され、クリアランスが確保
されている。第３絶縁リング１６３の内径は、第２外径
部１７８の径よりも大きく形成され、クリアランスが確
保されている。

【００５９】大径部１５２において、上記のように配置
された第３絶縁リング１６３の上方に位置する内周面に
は、ねじ部１５２ｎが形成されている。このねじ部１５
２ｎには、第１上部押えリング１６４が螺合される。

【００６０】第１上部押えリング１６４は、概ね短尺の
円筒形状に形成されている。第１上部押えリング１６４
の下部には、外側に張り出すフランジ部が形成され、そ
のフランジ部の外周面に刻設されたねじ部が上記ねじ部
１５２ｎと互いに螺合する。第１上部押えリング１６４
をねじ部１５２ｎに螺合させることで、第３絶縁リング
１６３、第２フランジ部１７２および第１絶縁リング１
６１には、下向きの押圧力が作用し、これにより、第２
フランジ部１７２が支持台部１５３に堅固に支持され
る。

【００６１】第１上部押えリング１６４の内側であっ
て、第３絶縁リング１６３の上面には、絶縁スリーブ１
６５が載せられている。絶縁スリーブ１６５の高さは、
第１上部押えリング１６４の高さよりも高く形成されて
いる。絶縁スリーブ１６５の高さは、第３絶縁リング１
６３の上面に載置されたときに集電リング１７０の高さ
よりも低く設定されている。絶縁スリーブ１６５の内径
は、第２外径部１７８の径よりも大きく形成され、絶縁
スリーブ１６５の外径は、第１上部押えリング１６４の
内径よりも小さく形成されている。いずれもクリアラン
スが確保される。

【００６２】第１絶縁リング１６１、第２絶縁リング１
６２、第３絶縁リング１６３および絶縁スリーブ１６５
は、集電リング１７０と、第１上部押えリング１６４お
よび上部管板２０とを電気的に絶縁させている。

【００６３】集電リング１７０の上面部１７０ａには、
導電性の下部集電コネクタ５７ｂが直接接触した状態で
載せられている。集電リング１７０には、上下方向に貫
通する貫通孔１７９が形成されている。下部集電コイル
１９０は、燃料注入管１６の周囲を燃料注入管１６と非
接触状態で巻回し、その一端部が導電性の集電キャップ
５６に電気的に接続されている。下部集電コイル１９０
の他端部は、貫通孔１７９を通って集電リング１７０の
上面部１７０ａに導かれ、下部集電コネクタ５７ｂに電
気的に接続されて集電に供される。

【００６４】第１内径部１７５の上部、すなわち、第１
内径部１７５のうち第１フランジ部１７１に支持された
状態のフランジ部１６ｆよりも上方に位置する内周面に
は、ねじ部１７５ｎが形成されている。ねじ部１７５ｎ
には、第２上部押えリング１８０が螺合される。

【００６５】第２上部押えリング１８０は、概ね円筒状
に形成されている。第２上部押えリング１８０の内径部
は、燃料注入管１６の外径よりも大きく形成されてい
る。第２上部押えリング１８０の下端部には、外側に張
り出す第１フランジ部１８１が形成され、第２上部押え
リング１８０の上端部には、外側に張り出す第２フラン
ジ部１８２が形成されている。第１フランジ部１８１の
外周部には、第１ねじ部１８１ｎが刻設されている。第
２フランジ部１８２の外周部には、第２ねじ部１８２ｎ
が刻設されている。

【００６６】集電リング１７０のねじ部１７５ｎには、
第２上部押えリング１８０の第１ねじ部１８１ｎが螺合
している。これにより、フランジ部１６ｆに下方に向く
押圧力が作用し、フランジ部１６ｆは第１フランジ部１
７１に堅固に支持される。

【００６７】集電リング１７０のねじ部１７５ｎに第２
上部押えリング１８０の第１ねじ部１８１ｎが螺合した
とき、第２フランジ部１８２の第２ねじ部１８２ｎは、
下部集電コネクタ５７ｂよりも上方に位置する。この状
態の第２フランジ部１８２の第２ねじ部１８２ｎに、下
部集電コネクタ押えリング１８５が螺合する。

【００６８】下部集電コネクタ押えリング１８５は、そ
の断面が横長矩形状に形成された概ね円筒状に形成さ
れ、その内周部には、第２ねじ部１８２ｎに螺合するね
じ部１８５ｎが形成されている。下部集電コネクタ押え
リング１８５のねじ部１８５ｎを第２ねじ部１８２ｎに
螺合させることによって、下部集電コネクタ５７ｂには
下方に向く押圧力が作用し、下部集電コネクタ５７ｂ
は、上面部１７０ａに押し付けられ支持される。

【００６９】下部集電コネクタ押えリング１８５の外径
は、集電リング１７０の第２外径部１７８よりも大きく
形成されている。また、下部集電コネクタ押えリング１
８５の外径部と内径部との間の径方向寸法は、集電リン
グ１７０の上部（上面部１７０ａ）の第２外径部１７８
と第２内径部１７６との間の径方向寸法よりも大きく形
成されている。これらのことから、下部集電コネクタ押
えリング１８５は、比較的大きな面積で下部集電コネク
タ５７ｂを上面部１７０ａに押し付けることができる。

【００７０】第２上部押えリング１８０の上面であっ
て、燃料注入管１６の外周部との間には、絶縁碍子１８
６が設けられている。絶縁碍子１８６は、概ね円筒状に
形成され、その内径部は燃料注入管１６の外径よりも大
きく形成され、クリアランスが確保されている。絶縁碍
子１８６は、外径が大きく肉厚の大外径部１８６ａと、
外径が小さく薄肉の小外径部１８６ｂとを有している。
絶縁碍子１８６の外周面において、大外径部１８６ａと
小外径部１８６ｂとの間には段部１８６ｃが形成されて
いる。絶縁碍子１８６の段部１８６ｃは、第２上部押え
リング１８０の上面１８０ａに支持される。

【００７１】段部１８６ｃが上面１８０ａに支持された
状態において、小外径部１８６ｂは、第２上部押えリン
グ１８０の内周部と燃料注入管１６の外周部との間で、
上面１８０ａより下方に延在するように設けられてい
る。これにより、第２上部押えリング１８０と燃料注入
管１６とが接触することが抑制される。小外径部１８６
ｂは、第２上部押えリング１８０の内周部と概ね接触し
ている。

【００７２】絶縁碍子１８６の上面１８６ｄには、上部
集電コネクタ固定用リング１８７が載せられている。上
部集電コネクタ固定用リング１８７は、概ね円筒状に形
成され、その下端部には外側に張り出すフランジ部１８
７ａが形成されている。フランジ部１８７ａの外周部に
は、下側に立設された周回壁部１８７ｂが形成されてい
る。フランジ部１８７ａの下面は、絶縁碍子１８６の上
面１８６ｄに載せられている。フランジ部１８７ａの下
面は、絶縁碍子１８６の上面１８６ｄに固定されていな
い。周回壁部１８７ｂの内径は、絶縁碍子１８６の上面
１８６ｄの外径よりも大きく形成され、クリアランスが
確保されている。絶縁碍子１８６は、上部集電コネクタ
固定用リング１８７と第２上部押えリング１８０との間
の電気的絶縁性を確保している。

【００７３】フランジ部１８７ａの上面には、上部集電
コネクタ５７ａが載せられている。上部集電コネクタ固
定用リング１８７の外周部には、上部集電コネクタ押え
リング１８８が配設される。上部集電コネクタ押えリン
グ１８８は、上部集電コネクタ５７ａの上面に載せられ
る。これにより、上部集電コネクタ５７ａと上部集電コ
ネクタ押えリング１８８とが電気的に接続される。

【００７４】燃料注入管１６内に収容された集電棒１０
の上端部は、上部集電コネクタ固定用リング１８７の上
方から突出するように設けられる。集電棒１０の上端部
には、導電部材５が電気的に接続されている。上部集電
コイル１８９は、集電棒１０の周囲を巻回し、その一端
部が導電部材５に、その他端部が上部集電コネクタ押え
リング１８８に、それぞれ電気的に接続されている。

【００７５】次に、セルチューブ１２のメンテナンス作
業を行うときの作業手順について説明する。

【００７６】まず、天板２を開放する。次いで、上部集
電コネクタ押えリング１８８を上部集電コネクタ固定用
リング１８７から外す。次に、上部集電コネクタ５７ａ
を上部集電コネクタ固定用リング１８７から外す。次い
で、上部集電コネクタ固定用リング１８７、絶縁碍子１
８６の順に取り外す。

【００７７】その後、下部集電コネクタ押えリング１８
５のねじ部１８５ｎと、第２上部押えリング１８０の第
２ねじ部１８２ｎとの螺合を解いて、下部集電コネクタ
押えリング１８５を第２上部押えリング１８０から取り
外す。

【００７８】次に、第２上部押えリング１８０の第１ね
じ部１８１ｎと集電リング１７０のねじ部１７５ｎとの
螺合を解いて、第２上部押えリング１８０を集電リング
１７０から取り外す。

【００７９】次に、下部集電コネクタ５７ｂを集電リン
グ１７０の上面１７０ａから外す。次いで、第２外径部
１７８の外周側であって第３絶縁リング１６３の上面に
設けられた絶縁スリーブ１６５を取り外す。次に、上部
押えリング１６４とねじ部１５２ｎとの螺合を解除し、
上部押えリング１６４を取り外す。

【００８０】次に、第３絶縁リング１６３を取り外す。
その後、集電リング１７０と燃料注入管１６と集電キャ
ップ５６を孔１５０を介して燃料供給室１３側に取り出
す。次に、第１絶縁リング１６１を取り出す。

【００８１】次いで、下部押えリング５５と大径部５１
との螺合を解除して、下部押えリング５５を、孔１５０
を介して燃料供給室１３側に取り出す。次に、シールリ
ング５４を支持台部５３から取り外して、孔５０および
孔１５０を介して燃料供給室１３側に取り出す。次い
で、セルチューブ１２および集電棒１０を孔５０および
孔１５０を介して燃料供給室１３側に取り出す。

【００８２】なお、上記の取り外しの作業手順は一例に
過ぎない。図１および図２を参照して上記において説明
した構成において、各部材間の干渉等がおきなければ、
上記以外の作業手順であることができる。

【００８３】メンテナンス作業の後に、セルチューブ１
２を孔５０および孔１５０に挿通させる作業方法は、上
記の取り外しの作業方法と逆の順番で行われる。

【００８４】上記のように、セルチューブ１２をメンテ
ナンスする場合には、天板２を開放した後に、上部管板
２０の上方に位置する上部集電コネクタ５７ａおよび下
部集電コネクタ５７ｂと各種部品との接続（結合）状態
を解除するだけで、上部管板２０を開放することなく、
セルチューブ１２を取り出すことができる。したがっ
て、メンテナンス作業の作業性に優れている。

【００８５】第１実施形態によれば、セルチューブ１２
の交換等のメンテナンス作業が格段に容易になる。従来
は、そのメンテナンス作業に１週間程度かかっていた
が、本実施形態によれば、１日程度で済むという効果が
得られる。

【００８６】次に、図３を参照して、本発明の円筒型固
体電解質型燃料電池モジュールの第２実施形態について
説明する。図３において、図１および図２と同じ構成要
素については同じ符号を付し、その詳細な説明に付いて
は省略する。

【００８７】第１実施形態においては、集電キャップ５
６と下部集電コネクタ５７ｂとは、下部集電コイル１９
０により電気的に接続されていたが、第２実施形態で
は、この下部集電コイル１９０に代えて以下の構成が採
用される。

【００８８】集電リング１７０の第１フランジ部１７１
の下端部と、集電キャップ５６の上端部との間には、蛇
腹状の導電リング１９５が設けられる。導電リング１９
５は、第１フランジ部１７１の下端部に電気的に接続さ
れ、且つ機械的に固定されている。同様に、導電リング
１９５は、集電キャップ５６の上端部に電気的に接続さ
れ、且つ機械的に固定されている。

【００８９】導電リング１９５が蛇腹状に形成されるの
は、燃料電池の反応時の熱膨張により集電キャップ５６
と集電リング１７０との間の距離が変動することがある
ためである。なお、上部集電コイル１８９および下部集
電コイル１９０において、伸縮自在なコイル状に形成さ
れているのも上記と同じ理由に基づくものである。

【００９０】上記第２実施形態においても、上記第１実
施形態と同様の効果が得られる。

【００９１】上記の実施形態におけるそれぞれの円筒型
固体電解質型燃料電池モジュールは、例えば発電レベル
が数１０ｋＷ級のものである。

【００９２】また、上記の実施形態におけるそれぞれの
円筒型固体電解質型燃料電池モジュールのセルチューブ
１２の単電池膜は、基体管の上に燃料極、固体電解質、
空気極の順に形成され、基体管の中を燃料ガス２３が流
れ、基体管の外側を空気２４が流れる構成として説明し
たが、この構成に代えて、基体管の上に空気極、固体電
解質、燃料極の順に形成され、基体管の中を空気２４が
流れ、基体管の外側を燃料ガス２３が流れる構成とする
ことができる。その場合には、燃料注入管１６には燃料
ガス２３に代えて空気２４が供給され、燃料排出室１４
には燃料電池反応後に残った（未反応の）空気が導入さ
れ、発電室１１には空気２４に代えて燃料ガス２３が供
給される。

【００９３】

【発明の効果】本発明の固体電解質型燃料電池モジュー
ルによれば、セルチューブのメンテナンス（交換）作業
の作業性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施形態の円筒型固体電
解質型燃料電池モジュールを示す側面図である。

【図２】図２は、本発明の第１実施形態の円筒型固体電
解質型燃料電池モジュールの要部を拡大して示す側面図
である。

【図３】図３は、本発明の第２実施形態の円筒型固体電
解質型燃料電池モジュールを示す側面図である。

【図４】図４は、従来の円筒型固体電解質型燃料電池モ
ジュールを示す側面図である。

【図５】図４は、従来の他の円筒型固体電解質型燃料電
池モジュールを示す側面図である。

【図６】図６は、従来の円筒型固体電解質型燃料電池モ
ジュールにおける、燃料注入管およびセルチューブの支
持構造を示す側面図である。

【符号の説明】

５ 導電部材 １０ 集電棒 １２ セルチューブ １６ 燃料注入管 １６ｆ フランジ部 １６ｇ 大径フランジ部 １６ｈ 小径フランジ部 ２０ 上部管板 ２１ 下部管板 ５０ 孔 ５６ 集電キャップ ５７ａ 上部集電コネクタ ５７ｂ 下部集電コネクタ １５０ 孔 １５１ 小径部 １５２ 大径部 １５２ｎ ねじ部 １５３ 支持台部 １６１ 第１絶縁リング １６２ 第２絶縁リング １６３ 第３絶縁リング １６４ 第１上部押えリング １６５ 絶縁スリーブ １７０ 集電リング １７０ａ 上面部 １７１ 第１フランジ部 １７２ 第２フランジ部 １７５ 第１内径部 １７５ｎ ねじ部 １７６ 第２内径部 １７７ 第１外径部 １７８ 第２外径部 １７９ 貫通孔 １８０ 第２上部押えリング １８０ａ 上面 １８１ 第１フランジ部 １８１ｎ 第１ねじ部 １８２ 第２フランジ部 １８２ｎ 第２ねじ部 １８５ 下部集電コネクタ押えリング １８５ｎ ねじ部 １８６ 絶縁碍子 １８６ａ 大外径部 １８６ｂ 小外径部 １８６ｃ 段部 １８６ｄ 上面 １８７ 上部集電コネクタ固定用リング １８７ａ フランジ部 １８７ｂ 周回壁部 １８８ 上部集電コネクタ押えリング １８９ 上部集電コイル １９０ 下部集電コイル １９５ 導電リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC06 CV02 5H027 AA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モジュール本体と、 前記モジュール本体の内部を第１空間と第２空間に仕切
   るための仕切部と、 前記第１空間側に設けられ、燃料電池セルが形成された
   セルチューブとを備え、 前記仕切部には、前記セルチューブの延在方向の概ね延
   長線上に前記セルチューブを挿通可能な大きさの開口部
   が形成され、 前記燃料電池セルにより発電された電力を取り出すため
   の第１導電型電極部および第２導電型電極部は、前記第
   ２空間側に設けられている固体電解質型燃料電池モジュ
   ール。
2. 【請求項２】 請求項１記載の固体電解質型燃料電池モ
   ジュールにおいて、 前記モジュール本体の内部には、前記セルチューブが複
   数設けられ、 前記第１導電型電極部および前記第２導電型電極部は、
   前記第２空間側で、他の前記セルチューブに対応する前
   記第１導電型電極部および前記第２導電型電極部とそれ
   ぞれ接続されている固体電解質型燃料電池モジュール。
3. 【請求項３】 請求項２記載の固体電解質型燃料電池モ
   ジュールにおいて、 前記第１導電型電極部および前記第２導電型電極部と、
   前記他のセルチューブに対応する前記第１導電型電極部
   および前記第２導電型電極部との接続状態の解除作業
   は、前記仕切部を外すことなく前記第２空間側で実施可
   能とされ、 前記セルチューブは、前記接続状態が解除されたとき
   に、前記仕切部を外すことなく前記開口部を介して前記
   第２空間側に移動可能に構成されている固体電解質型燃
   料電池モジュール。
4. 【請求項４】 モジュール本体と、前記モジュール本体
   の内部空間を概ね第１空間と第２空間に仕切る第１仕切
   板と、 前記第２空間を概ね第３空間と第４空間に仕切る第２仕
   切板と、 前記モジュール本体の内部に設けられ、燃料電池セルが
   前記第４空間に位置するように形成され、その開口部が
   前記第３空間に開口するように設けられた概ね有底円筒
   状のセルチューブと、 その一端開口部が前記セルチューブの内部空間に開口す
   るように設けられ、その他端開口部が前記第１空間に開
   口するように設けられた気体供給管とを備えた固体電解
   質型燃料電池モジュールであって、 前記第２仕切板は、前記セルチューブを挿通させた状態
   で支持し、 前記第１仕切板は、前記セルチューブを挿通可能な大き
   さに形成された開口部を有し、前記気体供給管を前記開
   口部に挿通させた状態で支持し、 前記固体電解質型燃料電池モジュールは、 更に、 前記セルチューブの底部に電気的に接続し前記燃料電池
   セルにより発電された電力を取り出すための第１導電型
   電極部と、 前記セルチューブの前記開口部に電気的に接続し前記燃
   料電池セルにより発電された電力を取り出すための第２
   導電型電極部とを備え、 前記第１導電型電極部および前記第２導電型電極部は、
   前記開口部を介して前記第１空間に設けられている固体
   電解質型燃料電池モジュール。
5. 【請求項５】 請求項４記載の固体電解質型燃料電池モ
   ジュールにおいて、 前記モジュール本体の内部には、前記セルチューブが複
   数設けられ、 前記第１導電型電極部および前記第２導電型電極部は、
   前記第１空間で、他の前記セルチューブの前記第１導電
   型電極部および前記第２導電型電極部とそれぞれ接続さ
   れ、 前記接続状態の解除作業は、前記第１仕切板を外すこと
   なく前記第１空間で実施可能とされ、 前記セルチューブは、前記接続状態が解除されたとき
   に、前記第１仕切板を外すことなく前記開口部を介して
   前記第１空間側に移動可能に構成されている固体電解質
   型燃料電池モジュール。
6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の固体電解質型
   燃料電池モジュールにおいて、 前記第２導電型電極部は、少なくともその一部が伸縮自
   在に構成されている固体電解質型燃料電池モジュール。