JP2002313374A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】円筒型の燃料電池が複数の支持部を有し、複数
点の支持部の相対的な位置がずれた場合でもセルチュー
ブが破損せず、燃料電池にかかる力が支持部の一点に集
中しない、構造的に強い燃料電池を得る。 【解決手段】第一のガス１を供給する第一の供給室８
と、第一の供給室８から離れて設けられ、第一のガス１
を排出する排出室９と、第一の供給室８と排出室９との
間に隔離されて設けられ、第二のガス２を供給する第二
の供給室１８と、基体管の表面に燃料電池を形成した燃
料電池セル管３とを具備し、燃料電池セル管３の一端部
である第一の支持部４は、第一の供給室８に開放されて
接合され、燃料電池セル管３と第一の供給室８との接合
部に支持され、燃料電池セル管３の他端部である第二の
支持部５は、排出室９に開放されて接合され、燃料電池
セル管３と排出室９との接合部に支持され、燃料電池セ
ル管３の発電部分は、第二の供給室１８に含まれてい
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、燃料電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の円筒型固体電解質燃料電池の概略
構成の一例を図１０に示す。また、円筒型固体電解質燃
料電池の１本のセルのうち、その上端側（一端側）及び
下端側（他端側）の概略構成を図１１に示す。図１０及
び図１１では、発電された電力の集電に関わる部分は省
略している。

【０００３】図１０を参照して、燃料電池は、ガス供給
部であるヘッダ１１０と、発電部であるセルチューブ１
１１とを具備する。ヘッダ１１０は、仕切板１１０ａ、
底板１１０ｂ、供給室１１０ｃ、排出室１１０ｄを有す
る。また、セルチューブは、案内管１１２を有する。

【０００４】ヘッダ１１０の内部は、仕切板１１０ａに
より上下方向に区分けされ、上方が供給室１１０ｃ、下
方が排出室１１０ｄとして構成されている。ヘッダ１１
０の底板１１０ｂには、セルチューブ１１１の上端側
（一端側）が上記排出室１１０ｄとガスの出入りが出来
るように連結され、支持されている。セルチューブ１１
１の下端側（他端側）は、閉塞されている。セルチュー
ブ１１１の内部には、案内管１１２が、同軸をなして挿
入されている。案内管１１２は、その一端側（上端側）
が、上記供給室１１０ｃとガスの出入りが出来るよう
に、上記仕切板１１０ａに連結され、支持されている。
このようなセルチューブ１１１及び案内管１１２は、複
数本存在し、ヘッダ１１０に連結され、支持されてい
る。ここで、セルチューブ１１１は、多孔質の基体管の
外周面に燃料電池薄膜を形成された燃焼電池を構成する
円筒型セルチューブである。

【０００５】一方、図１１を参照して、セルチューブ１
１１の上端部には、筒状をなす集電キャップ１１３が取
付けられている。集電キャップ１１３は、セルチューブ
１１１の燃料電池と電気的に接続している。また、セル
チューブ１１１の下端部には、シールキャップ１１４が
取付けられ、セルチューブ１１１が閉塞されている。そ
して、案内管１１２から来たガスは、シールキャップ１
１４で折り返し、案内管１１２の外部であってセルチュ
ーブ１１１の内部に流れる。

【０００６】このような構成をなす燃料電池では、供給
室１１０ｃ内に水素やメタンのような燃料ガス１を供給
すると共に、セルチューブ１１１の外周面に沿って酸素
や空気のような酸化剤ガス２を供給する。そうすると、
燃料ガス１が各案内管１１２に対してばらつきの無い流
量で流入して、案内管１１２の先端まで達する。しかる
後、燃料ガス１は、セルチューブ１１１内のシールキャ
ップ１１４により折り返し、セルチューブ１１１の他端
側から一端側へ向かって流通する。そして、燃料ガス１
と酸化剤ガス２がセルチューブ１１１の前記燃料電池薄
膜で電気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集
電キャップ１１３などを介して外部に取出される。

【０００７】発電に供された燃料ガス１の内、余った燃
料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ１
１１の上端と案内管１１２との隙間から、排出室１１０
ｄ内に送出された後、外部に排出される。一方、発電に
供された使用済みの酸化剤ガス２は、図示しない排出管
を介して外部に送出される。

【０００８】上述のような円筒型の燃料電池は、支持部
分が一点（セルチューブ１１１と底板１１０ｂの連結部
分）だけである。従って、熱応力やガスシールに対して
対処し易く、作動時における信頼性が高い。その反面、
振動や衝撃に対して、その一点に力がかかることになる
ため、その部分が劣化しやすく、そこから破損し易い、
という問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、筒型の燃料電池が構造的に強くなる燃料電池を提供
することである。

【００１０】また、別の目的としては、筒型の燃料電池
にかかる力が、支持部の一点に集中しない燃料電池を提
供することである。

【００１１】また、別の目的としては、複数の支持部を
有する筒型の燃料電池を提供することである。

【００１２】更に別の目的は、筒型の燃料電池を支持す
る複数点の支持部の相対的な位置がずれた場合でも、セ
ルチューブが破損しない燃料電池を提供することであ
る。

【００１３】更に別の目的は、案内管が不要で、内部に
流すガスを一方向にのみ流通させる燃料電池を提供する
ことである。

【００１４】更に別の目的は、部品点数を削減し、コス
トを低減することが可能な燃料電池を提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本課題を解決するための
手段の項における、図番号、符号は、特許請求の範囲と
発明の実施の形態との対応を示すために記したものであ
り、特許請求の範囲の解釈に用いてはならない。

【００１６】上記課題を解決するために、本発明の燃料
電池システムは、容器内に設けられ、第一のガス（図
１、１）を供給する第一の供給室（図１、８）と、前記
容器内に前記第一の供給室（図１、８）から離れて設け
られ、前記第一のガス（図１、１）を排出する排出室
（図１、９）と、前記容器内に前記第一の供給室（図
１、８）と前記排出室（図１、９）との間に隔離されて
設けられ、第二のガス（図１、２）を供給する第二の供
給室（図１、１８）と、基体管の表面に燃料電池を形成
した燃料電池セル管（図１、３）とを具備する。そし
て、前記燃料電池セル管（図１、３）の一端部である第
一の支持部（図１、４）は、前記第一の供給室（図１、
８）に開放されて接合され、前記燃料電池セル管（図
１、３）と前記第一の供給室（図１、８）との接合部に
支持される。また、前記燃料電池セル管（図１、３）の
他端部である第二の支持部（図１、５）は、前記排出室
（図１、９）に開放されて接合され、前記燃料電池セル
管（図１、３）と前記排出室（図１、９）との接合部に
支持される。そして、前記燃料電池セル管（図１、３）
の発電部分は、前記第二の供給室（図１、１８）に含ま
れている。

【００１７】また、本発明の燃料電池システムは、容器
（図１、８＋９＋１８）内の一方の端の近傍に設けられ
た第一の仕切板（図１、６）と、前記一方の端とで形成
され、第一のガス（図１、１）を供給する第一の供給室
（図１、８）と、前記容器（図１、８＋９＋１８）内の
他方の端の近傍に設けられた第二の仕切板（図１、７）
と、前記他方の端とで形成され、前記第一のガス（図
１、１）を排出する排出室（図１、９）と、前記容器
（図１、８＋９＋１８）内に前記第一の供給室（図１、
８）と前記排出室（図１、９）との間に隔離されて設け
られ、第二のガス（図１、２）を供給する第二の供給室
（図１、１８）と、基体管の表面に燃料電池を形成した
燃料電池セル管（図１、３）とを具備する。そして、前
記燃料電池セル管（図１、３）の一端部である第一の支
持部（図１、４）は、前記第一の仕切板（図１、６）に
開放されて接合され、支持される。また、前記燃料電池
セル管（図１、３）の他端部である第二の支持部（図
１、５）は、前記第二の仕切板（図１、７）に開放され
て接合され、支持される。そして、前記燃料電池セル管
（図１、３）の発電部分は、前記第二の供給室（図１、
１８）に含まれている。

【００１８】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
第一の支持部（図１、４）又は前記第二の支持部（図
１、５）のうち少なくとも一つは、２次元的に可動する
ように支持されている。

【００１９】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
第一の支持部（図１、４）又は前記第二の支持部（図
１、５）のうち少なくとも一つは、３次元的に可動する
ように支持されている。

【００２０】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
第一の供給室（図１、８）は、前記第一のガス（図１、
１）を供給するガス供給口（図１、８−１）を具備す
る。また、前記排出室（図１、９）は、前記第一のガス
（図１、１）を排出するガス排出口（図１、９−１）を
具備する。そして、前記第一のガス（図１、１）は、前
記ガス供給口（図１、８−１）から前記第一の供給室
（図１、８）に供給され、前記燃料電池セル管（図１、
３）を通過し、前記排出室（図１、９）に入り、前記ガ
ス排出口（図１、９−１）から排出される。

【００２１】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
第一の支持部（図１、４）又は前記第二の支持部（図
１、５）のうち少なくとも一つは、ベローズ（図２
（ｂ）、１５ａ／図３、１５ａ／図４、５）で支持して
いる。

【００２２】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
第一の支持部（図１、４）又は前記第二の支持部（図
１、５）のうち少なくとも一つは、金属板（図６
（ａ）、１５ｂ／図６（ｂ）、１５ｃ／図７（ａ）、７
／図７（ｂ）、７／図８（ａ）、１５ｄ／図８（ｂ）、
１５ｅ）で支持している。

【００２３】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
第一のガス（図１、１）は燃料ガスであり、前記燃料電
池セル管（図１、３）の内側に供給される。また、前記
第二のガス（図１、２）は酸化剤ガスであり、前記燃料
電池セル管（図１、３）の外側に供給される。そして、
前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスにより、前記燃料電池
セル管（図１、３）で発電を行なう。

【００２４】更に、本発明の燃料電池システムは、前記
ベローズ（図２（ｂ）、１５ａ／図３、１５ａ／図４、
５）が、前記第一のガス（図１、１）をスローにリーク
させる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明である燃料電池の実
施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。本実
施例において、筒型のうち円筒型の燃料電池の支持構造
について２点支持の構造を例に示して説明するが、複数
点で支持する他の筒型構造を有する燃料電池にも適用が
可能である。

【００２６】なお、各実施例の説明及び図面において、
燃料電池にて発電した電力を取り出すための集電関連の
冶具や部品についての詳細は省略している。

【００２７】（実施例１）では、本発明である燃料電池
の第一の実施の形態に関して、図面を参照して説明す
る。図１は、本発明である燃料電池の第一の実施の形態
の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃
料電池セル管としてのセルチューブ３、第一の支持部と
しての供給側支持部４、第二の支持部としての排出側支
持部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−
１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口
９−１を有する排出室９、第二の供給室としての酸化剤
供給室１８からなる。なお、図１の構成は、図示しない
断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置さ
れている。

【００２８】本発明においては、セルチューブ３は、供
給室８の供給側支持部４及び排出室９の排出側支持部５
の２点で支持されている。従って、従来（図９）の１点
支持と比較して、振動や衝撃に強い構造となる。また、
燃料ガス１は、供給室８からセルチューブ３に進入し、
排出室９へ排出されるという一方向（ワンスルー）のガ
スの流れである。従って、案内管が不用となり、従来の
場合（図１０）と比較して、部品点数を減らせるので、
コストの削減と信頼性の向上が可能となる。以上の２点
が、前述の従来例（図１０）と大きく異なる。

【００２９】以下に各構成を詳細に説明する。燃料電池
セル管としてのセルチューブ３は、多孔質セラミックス
の基体管の外周面に燃料電池薄膜を形成された、燃料電
池を構成する円筒型の管である。セルチューブ３は、一
端側を供給室８（後述）に、他端側を排出室９（後述）
に嵌合され、支持されている。そして、一端側が供給室
８（後述）と、他端側が排出室９（後述）とガスの出入
りが出来るように開放されている。材質は、ジルコニア
である。基体管の長手方向の一定の幅毎に、外周面上に
燃料極、電解質、空気極が順に積層され、セルを形成し
ている。それぞれのセル同士は、インターコネクタ膜で
接合されている。燃料ガス１が、セルチューブ３内部に
供給され、基体管の厚み方向に孔中を拡散し燃料極に達
し、セルチューブ３の外側を流れる酸化剤ガス２と共に
発電に寄与する。

【００３０】第一の支持部としての供給側支持部４は、
セルチューブ３が、供給室８（後述）の供給側管板６に
おいて、支持されている場所である。通常、固定的に支
持されている。また、供給室８の燃料ガス１と酸化剤ガ
ス２との間のガスシールの役割も果たす。詳細は後述す
る。

【００３１】第二の支持部としての排出側支持部５は、
セルチューブ３が、排出室９（後述）の排出側管板７に
おいて、支持されている場所である。可動であり、セル
チューブ３の位置が多少ずれたり振動が起きても、その
ずれや振動を吸収し、セルの損傷を防ぐように支持され
ている。また、排出室９の燃料ガス１と酸化剤ガス２と
の間のガスシールの役割も果たす。詳細は後述する。

【００３２】第一の供給室としての供給室８は、セルチ
ューブ３の上端（一端）の上部にあり、中空の直方体又
は円柱状の形をしているガス分配室である。本実施例で
は、直方体である。内部にガスの流れを整える整流板の
ような機構（図示せず）が付属している場合も有る。底
面は供給側管板６（後述）であり、セルチューブ３が取
付けられている。セルチューブ３は、供給室８に入った
燃料ガス１がセルチューブ３へ供給されるように供給側
管板６と連結、接合している。複数存在する各セルチュ
ーブ３へ、均等に燃料ガス１を供給する。それと共に、
各セルチューブ３の支持も行なう、金属製の室である。
そして、ガスの供給を受けるためのガス供給口８−１を
有する。ガスは燃料ガス１（後述）である。

【００３３】排出室９は、セルチューブ３の下端（他
端）の下部にあり、中空の直方体又は円柱状の形をして
いるガス分配室である。本実施例では、直方体である。
内部にガスの流れを整える整流板のような機構（図示せ
ず）が付属している場合も有る。上部の天板は排出側管
板７（後述）であり、セルチューブ３が取付けられてい
る。セルチューブ３は、セルチューブ３から排出される
使用済み燃料ガス１を収集可能なように排出側管板７と
連結、接合している。それと共に、セルの支持も行な
う、金属製の室である。そして、ガスの排出を行なうた
めのガス排出口９−１を有する。ガスは燃料ガス１（後
述）である。

【００３４】第一の仕切板としての供給側管板６は、供
給室８の底面の板であり、セルチューブ３を接続するた
めの穴が（セルチューブ３の数だけ）開口している。セ
ルチューブ３と、セルチューブ３の上端側（一端側）で
ガスの出入りが出来るように連結し、接合している。そ
して、１本又は複数のセルチューブ３を強固に支持して
いる、金属製の板である。なお、高温側（セルチューブ
３側）に、断熱材や耐火材を貼り付けることにより、金
属の耐高温性を上げることも可能である。それにより、
金属の材質を下げ、コストを低減できる。

【００３５】第二の仕切板としての排出側管板７は、排
出室９の上部の天板であり、セルチューブ３を接続する
ための穴が（セルチューブ３の数だけ）開口している。
また、セルチューブ３とセルチューブ３の下端側（他端
側）でガスの出入りが出来るように排出側支持部５を介
して連結し、可動的に接合している。そして、１本又は
複数のセルチューブ３を支持している、金属製の板であ
る。なお、高温側（セルチューブ３側）に、断熱材や耐
火材を貼り付けることにより、金属の耐高温性を上げる
ことも可能である。それにより、金属の材質を下げ、コ
ストを低減できる。

【００３６】第二の供給室としての酸化剤供給室１８
は、供給室８と排出室９との間にあり、セルチューブ３
を含んでいる。セルチューブ３に酸化剤ガスを供給する
部屋である。

【００３７】なお、第一のガスとしての燃料ガス１は、
水素、メタン、あるいは、プロパン等の有機炭化水素の
改質ガスと水蒸気との混合ガスである。また、第二のガ
スとしての酸化剤ガスは、酸素、空気、あるいはそれら
を含む混合ガスである。

【００３８】次に、図２を参照して、供給側支持部４及
び排出側支持部５について説明する。図２（ａ）は、供
給側支持部４及びその周辺部を示す図（断面図）であ
る。セルチューブ３（の上端側（一端側））、供給側管
板６（の供給側支持部４近傍）、供給側集電キャップ１
１、押えリング１２、供給側シールリング１３からな
る。供給側支持部４は、従来と同様に、シールリング１
３を強固に支持する部分である。

【００３９】供給側集電キャップ１１は、セルチューブ
３の上端（一端）に接合している筒状の端子である。セ
ルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を
外部と電気的に接続するための端子でもある。ニッケル
などの金属を使用し、その上部に取出し電線を接続す
る。

【００４０】供給側シールリング１３は、セルチューブ
３を供給側管板６に取り付ける際、供給側管板６の孔と
セルチューブ３との間の隙間を埋め、セルチューブ３を
供給側管板６に強固に支持させるための環状の部材であ
る。それと同時に、供給室８の燃料ガス１と、供給室８
の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールするためのシ
ール部材でもある。セルチューブと同程度の熱膨張率を
有する、例えばアルミナやジルコニア、マグネシアスピ
ネルのようなセラミックス製である。

【００４１】押えリング１２は、供給側シールリング１
３の上部にある環状の部材である。供給側シールリング
１３を供給側管板６及びセルチューブ３の隙間に押し込
めるための押え部材として使用される。ステンレスなど
の金属、又は、セラミックス製である。

【００４２】セルチューブ３は、図１で説明したセルチ
ューブ３と同一であるので説明は省略する。ただし、図
中には、燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示し
ていない。供給側管板６は、図１で示した供給側管板６
と同一であるので説明は省略する。

【００４３】図２（ｂ）は、排出側支持部５及びその周
辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の下
端側（他端側））、排出側管板７（の排出側支持部５近
傍）、排出側集電キャップ１４、チューブ側取付部１５
ａ−１と可動部１５ａ−２と管板側取付部１５ａ−３と
を有する可動支持体Ａ１５ａ、排出側シールリング１６
からなる。排出側支持部５は、従来に無かった部分であ
り、かつ、供給側支持部４とは異なり、可動である。

【００４４】排出側集電キャップ１４は、セルチューブ
３の下端（他端）に接合している筒状の端子である。セ
ルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を
外部と電気的に接続するための端子でもある。ニッケル
などの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続す
る。

【００４５】可動支持体Ａ１５ａは、チューブ側取付部
１５ａ−１と可動部１５ａ−２と管板側取付部１５ａ−
３とを有し、セルチューブ３の下端（他端）を排出側管
板７に可動的に支持させるための、ベローズである。可
動支持体Ａ１５ａは、側面の可動部１５ａ−２が蛇腹状
の円柱で、セルチューブ３の円筒直径よりも直径が大き
い。

【００４６】可動支持体Ａ１５ａは、セルチューブ３と
同軸をなし、セルチューブ３の下端（他端）を囲むよう
に配置される。そして、可動支持体Ａ１５ａの下端（他
端）のチューブ側取付部１５ａ−１とセルチューブ３の
下端（他端）の排出側シールリング１６（後述）とが同
軸をなして、チューブ側取付部１５ａ−１で接合してい
る。接合方法は、絶縁体製のネジによるネジ止めなどで
ある。ガスがリークしないようにする。また、可動支持
体Ａ１５ａの上端（一端）の管板側取付部１５ａ−３
は、排出側管板７と、セルチューブ３が排出側管板７を
貫通する孔を囲むように同軸をなして接合している。接
合方法は、溶接やネジ止めなどである。

【００４７】ベローズは、その可動部１５ａ−２の伸縮
自在性により、上下方向に可動である他、蛇腹の形状に
より前後左右の横方向や、斜め上方又は下方の方向にも
可動である。また、ベローズは、その可動部１５ａ−２
の緩衝性により、振動や衝撃を緩和、吸収することが出
来る。そして、セルチューブ３は、可動的に排出側管板
７に支持される。可動支持体Ａ１５ａは、それと同時
に、排出室９の使用済み燃料ガス１と、排出室９の外側
の酸化剤ガス２との間をガスシールするためのシール部
材でもある。金属性である。

【００４８】排出側シールリング１６は、可動支持体Ａ
１５ａの下端（他端）のチューブ側取付部１５ａ−１と
排出側集電キャップ１４との間にある。セルチューブ３
を供給側管板６に、可動支持体Ａ１５ａにより支持させ
る際、可動支持体Ａ１５ａと排出側集電キャップ１４と
を電気的に絶縁させるために用いる。それと同時に、排
出室９の使用済み燃料ガス１と、排出室９の外側の酸化
剤ガス２との間をガスシールするためのシール部材でも
ある。アルミナやジルコニアのようなセラミックス製で
ある。

【００４９】セルチューブ３は、図１で説明したセルチ
ューブ３と同一であるので説明は省略する。ただし、図
中には、燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示し
ていない。排出側管板７は、図１で示した排出側管板７
と同一であるので説明は省略する。

【００５０】では、本発明である燃料電池の第一の実施
の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。図１
を参照して、このような構成をなす燃料電池において、
供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供
給口８−１から供給される。それと共に、酸化剤供給室
１８内のセルチューブ３の外周面に沿って酸素や空気の
ような酸化剤ガス２が供給される。そうすると、燃料ガ
ス１は、各セルチューブ３に対してばらつきの無い流量
で流入して、基体管内を一方向に流れる。すなわち、セ
ルチューブ３の一端側（上端側）から他端側（下端側）
へ向かって一方向に流通する（ワンスルー）。そして、
燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ３の燃料電池
薄膜（図示せず）で電気化学的に反応して電力を発生
し、当該電力が集電キャップ（供給側集電キャップ１１
及び排出側集電キャップ１４）を介して外部に取出され
る。

【００５１】発電に供された燃料ガス１の内、余った燃
料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３
を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチュ
ーブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排
出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供され
た使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送
出される。

【００５２】原則的に、図１に示すような、セルチュー
ブ３を上端の供給側支持部４で支持させる場合には、そ
の鉛直直下の位置に、セルチューブ３の下端の排出側支
持部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池
始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチュ
ーブ３の上端周辺と下端周辺との間で温度差が生じた場
合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側支持部４の
鉛直直下の位置から排出側支持部５がずれることがあり
うる。しかしその場合でも、可動支持体Ａ１５ａ（ベロ
ーズ）の伸縮自在性により、その上下方向や前後左右の
横方向、斜め上方又は下方位置のずれを吸収できるの
で、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。

【００５３】本発明では、供給側支持部４と排出側支持
部５との二点支持なので、供給側支持部４の一点だけの
支持であった場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上して
いる。加えて、可動支持体Ａ１５ａ（ベローズ）を用い
ているので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃
や振動に対しても、可動支持体Ａ１５ａの可動部１５ａ
−２の緩衝性により、それらを緩和、吸収することが出
来る。すなわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損
し難く、損傷を受けることが無い。

【００５４】また、ガスは、一方向に流れるだけで良い
ので、案内管１１２（従来の技術の項及び図１０参照）
を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分
の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数
を減らすことが出来、コストの削減につながる。加え
て、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う
関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等
の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつなが
る。

【００５５】加えて、ガスが一方向に流れるので、セル
チューブ３の上部に設置していた排出室９を下側に設置
することが可能となる。従って、セルチューブ３の本数
を増加し、燃料電池システムを大型化した場合でも、従
来型に比較して、セルチューブ３の上部の構造を軽量化
かつ簡略化することが出来る。

【００５６】また。、図２（ｂ）に示す排出側支持部５
について、図３に示すような構造にすることも可能であ
る。この場合、可動支持体Ａ１５ａ（ベローズ）は、チ
ューブ側取付部１５ａ−１において排出側集電キャップ
１４に溶接で取付けられる。また、管板側取付部１５ａ
−３において、ボルト２４で固定される。ボルト２４は
金属性の場合、図３に示すように、絶縁体のリングであ
る絶縁体Ａ２２（ベローズと同軸をなし、排出側管板７
のセルチューブ３を通す孔の直径以上の内径を有し、ボ
ルト２４用の排出側管板７のネジ穴を覆うような形状、
ただし、ボルト２４用のネジ穴部に当たる位置には、絶
縁体Ａ２２に孔が開いている）と、ボルト２４が管板側
取付部１５ａ−３でベローズ（１５ａ−２）に接触しな
いための絶縁体のワッシャーである絶縁体Ｂ２３とを用
いて固定される。また、絶縁体のボルトを用いると、絶
縁体Ｂ２３は省略できる。絶縁体は、アルミナやジルコ
ニアのようなセラミックスを用いる。

【００５７】また、図１〜図３で示した、排出側支持部
５のベローズは、セルチューブ３の下端部（他端部）の
外側を覆うように取付けられている。しかし、図４に示
すように、ベローズをセルチューブ３の内側に、セルチ
ューブと同軸をなして取付けることも可能である。その
際、図３の取付け方法と同様に、チューブ側取付け部１
５ａ−１は溶接で行ない、管板側取付部１５ａ−３は絶
縁を考慮した上述のボルト締めで行なう。

【００５８】ベローズは金属性なので、第二の供給室に
供給される酸化剤ガス２により酸化される恐れがある。
それに対する対策として、図２（ｂ）又は図３におい
て、可動支持体Ａ１５ａの取付部（１５ａ−１又は１５
ａ−３）をネジ又はボルト締めしていた場合、それらを
少し緩める方法がある。すなわち、燃料ガス１（還元剤
ガス）をスローリークさせることにより、可動支持体Ａ
１５ａ（ベローズ）が曝される酸化雰囲気を緩和する。
そうすることにより、ベローズの酸化による劣化を防止
することが可能となる。もしネジ止めしていない場合に
は、ベローズの一部に非常に小さな孔を開口しガスをス
ローリークさせる方法も可能である。

【００５９】なお、本実施例においては、図１の上部か
ら下部へ、燃料ガス１が流れているが、逆方向（下部か
ら上部へ）に流れるようにしても、本発明を実施するこ
とは可能である。そして、その効果も同等のものが得ら
れる。

【００６０】（実施例２）では、本発明である燃料電池
の第二の実施の形態に関して、図面を参照して説明す
る。図５は、本発明である燃料電池の第二の実施の形態
の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃
料電池セル管としてのセルチューブ３、第一の支持部と
しての供給側支持部４、第二の支持部としての排出側支
持部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−
１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口
９−１を有する排出室９、第二の供給室としての酸化剤
供給室１８からなる。なお、図５の構成は、図示しない
断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置さ
れている。

【００６１】また、図６に排出側支持部５びその周辺部
の構成を示す。セルチューブ３（の下端側（他端
側））、排出側管板７（の排出側支持部５近傍）、排出
側集電キャップ１４、シール部１５ｂ−１及び保持部１
５ｂ−２を有する可動支持体Ｂ１５ｂ、充填材１７から
なる。排出側支持部５は、従来に無かった部分であり、
かつ、供給側支持部４とは異なり、可動である。本実施
例においては、排出側支持部５の構造が、図６に示すよ
うな可動支持体を用いる点が、実施例１と異なる。供給
側支持部４は同じ構造なので説明は省略する。

【００６２】以下に各構成を詳細に説明する。図５にお
けるセルチューブ３、供給側支持部４、排出側支持部
５、供給側管板６、排出側管板７、供給室８、排出室
９、酸化剤供給室１８は、実施例１での図１に示すセル
チューブ３、供給側支持部４、排出側支持部５、供給側
管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する供給
室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、酸化剤供給
室１８と同様であるので、その説明を省略する。

【００６３】次に、図２（ａ）及び図６を参照して、供
給側支持部４及び排出側支持部５について説明する。図
２（ａ）は、供給側支持部４及びその周辺部を示す図
（断面図）である。図２（ａ）におけるセルチューブ３
（の上端側（一端側））、供給側管板６（の供給側支持
部４近傍）、供給側集電キャップ１１、押えリング１
２、供給側シールリング１３は、実施例１と同様である
ので、その説明を省略する。

【００６４】図６（ａ）は、排出側支持部５及びその周
辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の下
端側（他端側））、排出側管板７（の排出側支持部５近
傍）、排出側集電キャップ１４、シール部１５ｂ−１及
び保持部１５ｂ−２を有する可動支持体Ｂ１５ｂ、充填
材１７からなる。排出側支持部５は、従来に無かった部
分であり、かつ、供給側支持部４とは異なり、可動であ
る。

【００６５】排出側集電キャップ１４は、セルチューブ
３の下端（他端）に接合している筒状の端子である。セ
ルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を
外部と電気的に接続するための端子でもある。ステンレ
スなどの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続す
る。

【００６６】可動支持体Ｂ１５ｂは、シール部１５ｂ−
１及び保持部１５ｂ−２を有し、セルチューブ３の下端
（他端）を排出側管板７に可動的に支持させるための、
薄い金属板である。可動支持体Ｂ１５ｂは、薄いリング
状の金属板である。

【００６７】可動支持体Ｂ１５ｂのリングの内径は、セ
ルチューブ３の直径よりも若干小さい程度である。すな
わち、図５（ａ）で示すように可動支持体Ｂ１５ｂにセ
ルチューブ３を通した時、可動支持体Ｂ１５ｂの穴部の
内周部分が、セルチューブ３を通した方向に内側に変形
し、セルチューブ３の外周部と可動支持体Ｂ１５ｂの内
側部分が密着する程度である。可動支持体Ｂ１５ｂの内
側部分であるシール部１５ｂ−１は、セルチューブ３と
密接する際、上方（供給室側）への湾曲に伴うシール部
１５ｂ−１の弾性力により密着し、ガスシール性を発揮
する。それと同時に、保持部１５ｂ−２及びシール部１
５ｂ−１の弾性力により可動性、振動及び衝撃吸収性が
発揮される。

【００６８】外径は、排出側管板７のセルチューブ３を
通す穴の直径よりもやや大きい程度である。すなわち、
排出側管板７と可動支持体Ｂ１５ｂの保持部１５ｂ−２
（可動支持体Ｂ１５ｂのシール部１５ｂ−１以外の部
分）との重なり部分で、可動支持体Ｂ１５ｂを排出側管
板７に適切な手法（ねじ止め、溶接、ハンダ、接着等）
で取付け可能な程度である。ステンレスなどの金属を使
用する。

【００６９】可動支持体Ｂ１５ｂの薄い金属板は、その
伸縮自在性により、上下方向に可動である他、前後左右
の横方向や、斜め方向についてもある程度の範囲まで可
動である。そして、セルチューブ３は、可動的に排出側
管板７に支持される。また、可動支持体Ｂ１５ｂは、そ
れと同時に、排出室９の使用済み燃料ガス１と、排出室
９の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールするための
シール部材でもある。

【００７０】充填材１７は、セルチューブ３と可動支持
体Ｂ１５ｂとが接触する付近の隙間がある可能性がある
領域に充填されるガスシール材である。その隙間を埋
め、排出室９の使用済み燃料ガス１と、排出室９の外側
の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その周辺の最
高使用温度に合わせたハンダや、最高使用温度がそれほ
ど高く無い場合には、樹脂などが使用できる。

【００７１】セルチューブ３は、図５のセルチューブ３
と同一であるので説明は省略する。ただし、図中には、
燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示していな
い。排出側管板７は、図５の排出側管板７と同一である
ので説明は省略する。

【００７２】では、本発明である燃料電池の第二の実施
の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。図５
を参照して、このような構成をなす燃料電池において、
供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供
給口８−１から供給される。それと共に、酸化剤供給室
１８内のセルチューブ３の外周面に沿って酸素や空気の
ような酸化剤ガス２が供給される。そうすると、燃料ガ
ス１は、各セルチューブ３に対してばらつきの無い流量
で流入して、基体管内を一方向に流れる。すなわち、セ
ルチューブ３の一端側（上端側）から他端側（下端側）
へ向かって一方向に流通する（ワンスルー）。そして、
燃料ガス１と酸化剤ガス２がセルチューブ３の燃料電池
薄膜（図示せず）で電気化学的に反応して電力を発生
し、当該電力が集電キャップ（供給側集電キャップ１１
及び排出側集電キャップ１４）を介して外部に取出され
る。

【００７３】発電に供された燃料ガス１の内、余った燃
料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３
を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチュ
ーブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排
出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供され
た使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送
出される。

【００７４】原則的に、図５に示すような、セルチュー
ブ３を上端の供給側支持部４で支持させる場合には、そ
の鉛直直下の位置に、セルチューブ３の下端の排出側支
持部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池
始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチュ
ーブ３の上端周辺と下端周辺との間などで温度差が生じ
た場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側支持部
４の鉛直直下の位置から排出側支持部５がずれることが
ありうる。しかしその場合でも、可動支持体Ｂ１５ｂ
（薄い金属板）の伸縮自在性により、その上下方向や前
後左右の横方向、斜め上方又は下方位置のずれを吸収で
きるので、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。

【００７５】また、供給側支持部４と排出側支持部５と
の二点支持なので、供給側支持部４の一点だけの支持で
あった場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。
加えて、可動支持体Ｂ１５ｂ（薄い金属板）を用いてい
るので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振
動に対しても、可動支持体Ｂ１５ｂ（薄い金属板）の緩
衝性により、それらを緩和、吸収することが出来る。す
なわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、
損傷を受けることが無い。

【００７６】また、ガスは、一方向に流れるだけで良い
ので、案内管１１２（従来の技術の項及び図１０参照）
を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分
の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数
を減らすことが出来、コストの削減につながる。加え
て、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う
関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等
の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつなが
る。

【００７７】また、ガスが一方向に流れるので、セルチ
ューブ３の上部に設置していた排出室９を下側に設置す
ることが可能となる。従って、セルチューブ３の本数を
増加し、燃料電池システムを大型化した場合でも、従来
型に比較して、セルチューブ３の上部の構造を軽量化か
つ簡略化することが出来る。

【００７８】また、本実施例において、図６（ａ）のほ
かに、図６（ｂ）のような構造でも、同様の効果を得る
ことが可能である。図６（ｂ）は、排出側支持部５及び
その周辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３
（の下端側（他端側））、排出側管板７（の排出側支持
部５近傍）、排出側集電キャップ１４、シール部１５ｃ
−１及び保持部１５ｃ−２を有する可動支持体Ｃ１５
ｃ、充填材１７からなる。可動支持体Ｃ１５ｃのシール
部１５ｃ−１の反る方向が、可動支持体Ｂ１５ｂと逆で
ある点が、本実施例と異なる。しかし、基本的な構成及
び効果は同様である。

【００７９】なお、本実施例においては、図５の上部か
ら下部へ、燃料ガス１が流れているが、逆方向（下部か
ら上部へ）に流れるようにしても、本発明を実施するこ
とは可能である。そして、その効果も同等のものが得ら
れる。

【００８０】（実施例３）次に、本発明である燃料電池
の第三の実施の形態に関して、図面を参照して説明す
る。図５は、本発明である燃料電池の第三の実施の形態
の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃
料電池セル管としてのセルチューブ３、第一の支持部と
しての供給側支持部４、第二の支持部としての排出側支
持部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−
１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口
９−１を有する排出室９、第二の供給室としての酸化剤
供給室１８からなる。なお、図５の構成は、図示しない
断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置さ
れている。

【００８１】また、図７は排出側支持部５びその周辺部
の構成を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の
下端側（他端側））、シール部７−１及び保持部７−２
を有する排出側管板７（の排出側支持部５近傍）、排出
側集電キャップ１４、充填材１７からなる。排出側支持
部５は、従来に無かった部分であり、かつ、供給側支持
部４とは異なり、可動である。本実施例においては、排
出側支持部５の構造が、図７に示すような可動支持体を
用いる点が、実施例１と異なる。供給側支持部４は同じ
なので説明は省略する。

【００８２】以下に各構成を詳細に説明する。図５にお
けるセルチューブ３、供給側支持部４、排出側支持部
５、供給側管板６、排出側管板７、供給室８、排出室
９、酸化剤供給室１８は、実施例１での図１に示すセル
チューブ３、供給側支持部４、排出側支持部５、供給側
管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する供給
室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、酸化剤供給
室１８と同様であるので、その説明を省略する。排出側
管板７は、一部異なる点があるので、その点のみ後述す
る。

【００８３】次に、図２（ａ）及び図７を参照して、供
給側支持部４及び排出側支持部５について説明する。図
２（ａ）は、供給側支持部４及びその周辺部を示す図
（断面図）である。図２（ａ）におけるセルチューブ３
（の上端側（一端側））、供給側管板６（の供給側支持
部４近傍）、供給側集電キャップ１１、押えリング１
２、供給側シールリング１３は、実施例１と同様である
ので、その説明を省略する。

【００８４】図７（ａ）は、排出側支持部５及びその周
辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の下
端側（他端側））、シール部７−１及び保持部７−２を
有する排出側管板７（の排出側支持部５近傍）、排出側
集電キャップ１４、充填材１７からなる。排出側支持部
５は、従来に無かった部分であり、かつ、供給側支持部
４とは異なり、可動である。

【００８５】排出側集電キャップ１４は、セルチューブ
３の下端（他端）に接合している筒状の端子である。セ
ルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を
外部と電気的に接続するための端子でもある。ニッケル
などの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続す
る。

【００８６】本実施例では、排出側管板７そのもの（セ
ルチューブ３を通す穴の部分）が、可動支持体（主に可
動を担う部分がシール部７−１、主に支持を担う部分が
保持部７−２）となっていることが、実施例１及び２と
異なる点である。排出側管板７のセルチューブ３を通す
穴の直径を、セルチューブ３の直径より、やや小さくす
る。すなわち、図７（ａ）で示すように排出側管板７の
穴部にセルチューブ３を通した時、排出側管板７の穴部
の内周部分（シール部７−１）が、セルチューブ３を通
した方向に内側に変形し、セルチューブ３の外周部とシ
ール部７−１が密着する程度である。排出側管板７の穴
部の内側部分であるシール部７−１は、セルチューブ３
と密接する際、上方（供給室側）への湾曲に伴うシール
部７−１の弾性力により密着し、ガスシール性を発揮す
る。それと同時に、保持部７−２及びシール部７−１の
弾性力により可動性、振動及び衝撃吸収性が発揮され
る。ステンレスなどの薄い金属の板を使用する。

【００８７】排出側管板７（薄い金属板）は、その伸縮
自在性により、上下方向に可動である他、前後左右の横
方向や、斜め上下方向にもある程度の範囲まで可動であ
る。そして、セルチューブ３は、可動的に排出側管板７
に支持される。また、排出側管板７は、それと同時に、
排出室９の使用済み燃料ガス１と、排出室９の外側の酸
化剤ガス２との間をガスシールするために、下記の充填
材１７を利用する。排出側管板７の他の部分は、実施例
１の図１で示した排出側管板７と同一であるのでその説
明は省略する。

【００８８】充填材１７は、セルチューブ３と排出側管
板７の穴部とが接触する付近の隙間がある可能性がある
領域に充填されるガスシール材である。その隙間を埋
め、排出室９の使用済み燃料ガス１と、排出室９の外側
の酸化剤ガス２との間をガスシールする。その周辺の最
高使用温度に合わせたハンダや、最高使用温度がそれほ
ど高く無い場合には、樹脂などが使用できる。

【００８９】セルチューブ３は、図５のセルチューブ３
と同一であるので説明は省略する。ただし、図中には、
燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示していな
い。

【００９０】では、本発明である燃料電池の第三の実施
の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。図５
を参照して、このような構成をなす燃料電池において、
供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供
給口８−１から供給される。それと共に、セルチューブ
３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が
供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチュー
ブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内
を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側
（上端側）から他端側（下端側）へ向かって一方向に流
通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガ
ス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電
気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャ
ップ（供給側集電キャップ１１及び排出側集電キャップ
１４）を介して外部に取出される。

【００９１】発電に供された燃料ガス１の内、余った燃
料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３
を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチュ
ーブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排
出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供され
た使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送
出される。

【００９２】原則的に、図５に示すような、セルチュー
ブ３を上端の供給側支持部４で支持させる場合には、そ
の鉛直直下の位置に、セルチューブ３の下端の排出側支
持部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池
始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチュ
ーブ３の上端周辺と下端周辺との間などで温度差が生じ
た場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側支持部
４の鉛直直下の位置から排出側支持部５がずれることが
ありうる。しかしその場合でも、排出側管板７の穴部
（薄い金属板）で、その位置のずれを吸収できるので、
セルチューブ３が損傷を受けることが無い。

【００９３】また、供給側支持部４と排出側支持部５と
の二点支持なので、供給側支持部４の一点だけの支持で
あった場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。
加えて、排出側管板７には薄い金属板を用いているの
で、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振動に
対しても、排出側管板７の緩衝性により、それらを緩
和、吸収することが出来る。すなわち、構造的に強く、
セルチューブ３が破損し難く、損傷を受けることが無
い。

【００９４】また、ガスは、一方向に流れるだけで良い
ので、案内管１１２（従来の技術の項及び図１０参照）
を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分
の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数
を減らすことが出来、コストの削減につながる。加え
て、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う
関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等
の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつなが
る。

【００９５】また、ガスが一方向に流れるので、セルチ
ューブ３の上部に設置していた排出室９を下側に設置す
ることが可能となる。従って、セルチューブ３の本数を
増加し、燃料電池システムを大型化した場合でも、従来
型に比較して、セルチューブ３の上部の構造を軽量化か
つ簡略化することが出来る。

【００９６】また、本実施例において、図７（ａ）のほ
かに、図７（ｂ）のような構造でも、同様の効果を得る
ことが可能である。図７（ｂ）は、排出側支持部５及び
その周辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３
（の下端側（他端側））、シール部７−１及び保持部７
−２を有する排出側管板７（の排出側支持部５近傍）、
排出側集電キャップ１４、充填材１７からなる。排出側
管板７のシール部７−１の穴部の反る方向が、図７
（ａ）の場合と逆である点が、本実施例と異なる。しか
し、基本的な構成及び効果は同様である。

【００９７】なお、本実施例においては、図１の上部か
ら下部へ、燃料ガス１が流れているが、逆方向（下部か
ら上部へ）に流れるようにしても、本発明を実施するこ
とは可能である。そして、その効果も同等のものが得ら
れる。

【００９８】（実施例４）次に、本発明である燃料電池
の第四の実施の形態に関して、図面を参照して説明す
る。図５は、本発明である燃料電池の第四の実施の形態
の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２０は、燃
料電池セル管としてのセルチューブ３、第一の支持部と
しての供給側支持部４、第二の支持部としての排出側支
持部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−
１を有する第一の供給室としての供給室８、ガス排出口
９−１を有する排出室９、第二の供給室としての酸化剤
供給室１８からなる。なお、図５の構成は、図示しない
断熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置さ
れている。

【００９９】また、図８は排出側支持部５びその周辺部
の構成を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の
下端側（他端側））、排出側管板７（の排出側支持部５
近傍）、排出側集電キャップ１４、シール部１５ｄ−１
及び保持部１５ｄ−２を有する可動支持体Ｄ１５ｄ、か
らなる。排出側支持部５は、従来に無かった部分であ
り、かつ、供給側支持部４とは異なり、可動である。本
実施例においては、排出側支持部５の構造が、図８に示
すような可動支持体を用いる点が、実施例１と異なる。
供給側支持部４は同じ構造なので説明は省略する。

【０１００】以下に各構成を詳細に説明する。図５にお
けるセルチューブ３、供給側支持部４、排出側支持部
５、供給側管板６、排出側管板７、供給室８、排出室
９、酸化剤供給室１８は、実施例１での図１に示すセル
チューブ３、供給側支持部４、排出側支持部５、供給側
管板６、排出側管板７、ガス供給口８−１を有する供給
室８、ガス排出口９−１を有する排出室９、酸化剤供給
室１８と同様であるので、その説明を省略する。

【０１０１】次に、図２（ａ）及び図８を参照して、供
給側支持部４及び排出側支持部５について説明する。図
２（ａ）は、供給側支持部４及びその周辺部を示す図
（断面図）である。図２（ａ）におけるセルチューブ３
（の上端側（一端側））、供給側管板６（の供給側支持
部４近傍）、供給側集電キャップ１１、押えリング１
２、供給側シールリング１３は、実施例１と同様である
ので、その説明を省略する。

【０１０２】図８（ａ）は、排出側支持部５及びその周
辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３（の下
端側（他端側））、排出側管板７（の排出側支持部５近
傍）、排出側集電キャップ１４、シール部１５ｄ−１及
び保持部１５ｄ−２を有する可動支持体Ｄ１５ｄ、充填
材１７からなる。排出側支持部５は、従来に無かった部
分であり、かつ、供給側支持部４とは異なり、可動であ
る。

【０１０３】排出側集電キャップ１４は、セルチューブ
３の下端（他端）に接合している筒状の端子である。セ
ルチューブ３の燃料電池の一方の極であり、燃料電池を
外部と電気的に接続するための端子でもある。ステンレ
スなどの金属を使用し、その下部に取出し電線を接続す
る。

【０１０４】可動支持体Ｄ１５ｄは、シール部１５ｄ−
１及び保持部１５ｄ−２を有し、セルチューブ３の下端
（他端）を排出側管板７に可動的に支持させるための、
薄い金属板である。可動支持体Ｄ１５ｄは、薄いリング
状の金属板である。

【０１０５】可動支持体Ｄ１５ｄのリングの内径は、セ
ルチューブ３の直径よりも若干小さい程度である。すな
わち、図８（ａ）で示すように可動支持体Ｄ１５ｄにセ
ルチューブ３を通した時、可動支持体Ｄ１５ｄの穴部の
内周部分が、セルチューブ３を通した方向に内側に変形
し、セルチューブ３の外周部と可動支持体Ｄ１５ｄの内
側部分が密着する程度である。可動支持体Ｄ１５ｄは、
焼きばめの手法（熱した可動支持体Ｄ１５ｄの穴に、可
動支持体Ｄ１５ｄよりも低温のセルチューブ３を差込
み、可動支持体Ｄ１５ｄの熱収縮で密着させる）で取り
付ける。その際、可動支持体Ｄ１５ｄの内側部分である
シール部１５ｄ−１は、下方（排出室側）への熱収縮に
伴うシール部１５ｄ−１の弾性力により密着し、ガスシ
ール性を発揮する。それと同時に、保持部１５ｄ−２の
弾性力により可動性、振動及び衝撃吸収性が発揮され
る。

【０１０６】外径は、排出側管板７のセルチューブ３を
通す穴の直径よりもやや大きい程度である。すなわち、
排出側管板７と可動支持体Ｄ１５ｄ保持部１５ｄ−２
（可動支持体Ｄ１５ｄのシール部１５ｄ−１以外の部
分）との重なり部分で、可動支持体Ｄ１５ｄを排出側管
板７に適切な手法（ねじ止め、溶接、ハンダ、接着等）
で取付け可能な程度である。ステンレスなどの金属を使
用する。

【０１０７】可動支持体Ｄ１５ｄ（薄い金属板）は、そ
の伸縮自在性により、上下方向に可動である他、前後左
右の横方向や、斜め上下方向にもある程度の範囲まで可
動である。そして、セルチューブ３は、可動的に排出側
管板７に支持される。また、可動支持体Ｄ１５ｄは、そ
れと同時に、排出室９の使用済み燃料ガス１と、排出室
９の外側の酸化剤ガス２との間をガスシールするための
シール部材でもある。

【０１０８】セルチューブ３は、図５のセルチューブ３
と同一であるので説明は省略する。ただし、図中には、
燃料電池部分及びその引き出し電極部分を示していな
い。排出側管板７は、図５の排出側管板７と同一である
ので説明は省略する。

【０１０９】では、本発明である燃料電池の第四の実施
の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。図５
を参照して、このような構成をなす燃料電池において、
供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供
給口８−１から供給される。それと共に、セルチューブ
３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が
供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチュー
ブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内
を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側
（上端側）から他端側（下端側）へ向かって一方向に流
通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガ
ス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電
気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャ
ップ（供給側集電キャップ１１及び排出側集電キャップ
１４）を介して外部に取出される。

【０１１０】発電に供された燃料ガス１の内、余った燃
料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３
を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチュ
ーブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排
出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供され
た使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送
出される。

【０１１１】原則的に、図５に示すような、セルチュー
ブ３を上端の供給側支持部４で支持させる場合には、そ
の鉛直直下の位置に、セルチューブ３の下端の排出側支
持部５が来るように設計されている。しかし、燃料電池
始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセルチュ
ーブ３の上端周辺と下端周辺との間などで温度差が生じ
た場合や衝撃や振動が発生した場合など、供給側支持部
４の鉛直直下の位置から排出側支持部５がずれることが
ありうる。しかしその場合でも、可動支持体Ｄ１５ｄ
（薄い金属板）の伸縮自在性により、その上下方向や前
後左右の横方向、斜め上方又は下方位置のずれを吸収で
きるので、セルチューブ３が損傷を受けることが無い。

【０１１２】また、供給側支持部４と排出側支持部５と
の二点支持なので、供給側支持部４の一点だけの支持で
あった場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。
加えて、可動支持体Ｄ１５ｄ（薄い金属板）を用いてい
るので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振
動に対しても、可動支持体Ｄ１５ｄ（薄い金属板）の緩
衝性により、それらを緩和、吸収することが出来る。す
なわち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、
損傷を受けることが無い。

【０１１３】また、ガスは、一方向に流れるだけで良い
ので、案内管１１２（従来の技術の項及び図１０参照）
を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分
の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数
を減らすことが出来、コストの削減につながる。加え
て、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う
関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等
の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつなが
る。

【０１１４】また、ガスが一方向に流れるので、セルチ
ューブ３の上部に設置していた排出室９を下側に設置す
ることが可能となる。従って、セルチューブ３の本数を
増加し、燃料電池システムを大型化した場合でも、従来
型に比較して、セルチューブ３の上部の構造を軽量化か
つ簡略化することが出来る。

【０１１５】また、本実施例において、図８（ａ）のほ
かに、図８（ｂ）のような構造でも、同様の効果を得る
ことが可能である。図８（ｂ）は、排出側支持部５及び
その周辺部を示す図（断面図）である。セルチューブ３
（の下端側（他端側））、排出側管板７（の排出側支持
部５近傍）、排出側集電キャップ１４、シール部１５ｅ
−１及び保持部１５ｅ−２を有する可動支持体Ｅ１５
ｅ、充填材１７からなる。可動支持体Ｅ１５ｅのシール
部１５ｅ−１の反る方向が、可動支持体Ｄ１５ｄと逆で
ある点が、本実施例と異なる。しかし、基本的な構成及
び効果は同様である。

【０１１６】なお、本実施例においては、図５の上部か
ら下部へ、燃料ガス１が流れているが、逆方向（下部か
ら上部へ）に流れるようにしても、本発明を実施するこ
とは可能である。そして、その効果も同等のものが得ら
れる。

【０１１７】なお、上記実施例１〜実施例４において、
供給側支持部４は、全て図２（ａ）に示す固定型の支持
部を使用している。しかし、図２（ｂ）、図３、あるい
は図６〜図８に示すような可動型の支持部も利用するこ
とが可能である。又逆に、排出側支持部５については、
全て可動型の支持部を利用しているが、固定型の支持部
を利用することも可能である。これらの場合、少なくと
も供給側支持部４又は排出側支持部５のいずれか一方
が、図２（ｂ）、図３、あるいは図６〜図８に示すよう
な可動型の支持部を用いることで、本発明は実施可能で
ある。

【０１１８】（実施例５）では、本発明である燃料電池
の第五の実施の形態に関して、図面を参照して説明す
る。図９は、本発明である燃料電池の第五の実施の形態
の構成を示す図（断面図）であり、燃料電池２１は、燃
料電池セル管としてのセルチューブ３、第一の支持部と
しての供給側支持部４、第二の支持部としての排出側支
持部５、供給側管板６、排出側管板７、ガス供給口８−
１を有する第一供給室としての供給室８、ガス排出口９
−１を有する排出室９、第二の供給室としての酸化剤供
給室１８からなる。なお、図９の構成は、図示しない断
熱及びガスリークの安全性を考慮した容器内に設置され
ている。

【０１１９】本実施例においては、燃料電池２１の構造
が、図１及び図５の燃料電池２０ような縦型ではなく、
図９に示すように横型である点が、実施例１〜実施例４
と異なる。しかし、各部の構成及び機能は実施例１と同
様であるので、その説明は省略する。

【０１２０】供給側支持部４は、全て図２（ａ）に示す
固定型の支持部だけでなく、図２（ｂ）、図３、あるい
は図６〜図８に示すような可動型の支持部も利用するこ
とが可能である。同様に、排出側支持部５についても、
全て図２（ｂ）、図３、あるいは図６〜図８に示す可動
型の支持部だけでなく、固定型の支持部を利用すること
も可能である。これらの場合、少なくとも供給側支持部
４又は排出側支持部５のいずれか一方が、図２（ｂ）、
図３、あるいは図６〜図８に示すような可動型の支持部
を用いることで、本発明は実施可能である。

【０１２１】図２、図３、図６〜図８に示す本発明であ
る燃料電池の第五の実施の形態の供給側支持部４又は排
出側支持部５の構成については、横型であること以外
は、実施例１〜４と同様であるので、説明は省略する。

【０１２２】では、本発明である燃料電池の第五の実施
の形態の動作に関して、図面を参照して説明する。図９
を参照して、このような構成をなす燃料電池において、
供給室８内に水素やメタンのような燃料ガス１がガス供
給口８−１から供給される。それと共に、セルチューブ
３の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス２が
供給される。そうすると、燃料ガス１は、各セルチュー
ブ３に対してばらつきの無い流量で流入して、基体管内
を一方向に流れる。すなわち、セルチューブ３の一端側
（上端側）から他端側（下端側）へ向かって一方向に流
通する（ワンスルー）。そして、燃料ガス１と酸化剤ガ
ス２がセルチューブ３の燃料電池薄膜（図示せず）で電
気化学的に反応して電力を発生し、当該電力が集電キャ
ップ（供給側集電キャップ１１及び排出側集電キャップ
１４）を介して外部に取出される。

【０１２３】発電に供された燃料ガス１の内、余った燃
料ガスである使用済みの燃料ガス１は、セルチューブ３
を通り抜けて排出室９に達する。そこで、他のセルチュ
ーブからの使用済み燃料ガス１とまとめられて、ガス排
出口９−１から外部に排出される。一方、発電に供され
た使用済みの酸化剤ガス２は、排出管を介して外部に送
出される。

【０１２４】原則的に、図９に示すような、セルチュー
ブ３を一端部の供給側支持部４で支持させる場合には、
その水平方向の位置に、セルチューブ３の他端部の排出
側支持部５が来るように設計されている。しかし、燃料
電池始動時又は停止時、あるいは、何らかの原因でセル
チューブ３の一端部周辺と他端部周辺との間などで温度
差が生じた場合衝撃や振動が発生した場合など、供給側
支持部４の水平方向の位置から排出側支持部５がずれる
ことがありうる。しかしその場合でも、可動支持体や薄
い管板（金属板）により、上下、前後左右、斜め上下方
向の位置のずれを吸収することが可能であるので、セル
チューブ３が損傷を受けることが無い。

【０１２５】また、供給側支持部４と排出側支持部５と
の二点支持なので、供給側支持部４の一点だけの支持で
あった場合に比べて、各段に耐衝撃性が向上している。
加えて、可動支持体や薄い管板（金属板）を用いている
ので、上下、前後左右、斜め上下方向の強い衝撃や振動
に対しても、可動支持体や薄い管板（金属板）の緩衝性
により、それらを緩和、吸収することが出来る。すなわ
ち、構造的に強く、セルチューブ３が破損し難く、損傷
を受けることが無い。

【０１２６】また、ガスは、一方向に流れるだけで良い
ので、案内管１１２（従来の技術の項及び図１０参照）
を用いる必要が無く、セルチューブ３及びその周辺部分
の構造を簡単にすることが出来る。すなわち、部品点数
を減らすことが出来、コストの削減につながる。加え
て、部品点数が減ることにより、部品相互で拘束し合う
関係が減少する為、設計の自由度の向上や部品の破損等
の問題が減り、全体としての信頼性の向上にもつなが
る。

【０１２７】

【発明の効果】本発明により、円筒型の燃料電池が複数
の支持部を有し、燃料電池にかかる力が支持部の一点に
集中せず、複数点の支持部の相対的な位置がずれた場合
でもセルチューブが破損しない、構造的に強い燃料電池
とすることが可能となる。

【０１２８】また、本発明により、円筒型の燃料電池に
おいて、燃料電池案内管が不要で、内部に流すガスを一
方向にのみ流通させて燃料電池部品点数を削減し、コス
トを低減及び信頼性を向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明である燃料電池の第一の実施の形態を示
す構成図である。

【図２】（ａ）本発明である燃料電池の実施の形態の供
給側支持部を示す構成図である。 （ｂ）本発明である燃料電池の第一の実施の形態の排出
側支持部を示す構成図である。

【図３】本発明である燃料電池の第一の実施の形態の他
の排出側支持部を示す構成図である。

【図４】本発明である燃料電池の第一の実施の形態の他
の構成を示す図である。

【図５】本発明である燃料電池の第二〜第四の実施の形
態を示す構成図である。

【図６】（ａ）本発明である燃料電池の第二の実施の形
態の排出側支持部を示す構成図である。 （ｂ）本発明である燃料電池の第二の実施の形態の他の
排出側支持部を示す構成図である。

【図７】（ａ）本発明である燃料電池の第三の実施の形
態の排出側支持部を示す構成図である。 （ｂ）本発明である燃料電池の第三の実施の形態の他の
排出側支持部を示す構成図である。

【図８】（ａ）本発明である燃料電池の第四の実施の形
態の排出側支持部を示す構成図である。 （ｂ）本発明である燃料電池の第四の実施の形態の他の
排出側支持部を示す構成図である。

【図９】本発明である燃料電池の第五の実施の形態を示
す構成図である。

【図１０】従来の技術の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図１１】従来の技術の実施の形態の供給支持部及び排
出支持部を示す構成図である。

【符号の説明】

１ 燃料ガス ２ 酸化剤ガス ３ セルチューブ ４ 供給側支持部 ５ 排出側支持部 ６ 供給側管板 ７ 排出側管板 ７−１ シール部 ７−２ 保持部 ８ 供給室 ８−１ ガス供給口 ９ 排出室 ９−１ ガス排出口 １１ 供給側集電キャップ １２ 押えリング １３ 供給側シールリング １４ 排出側集電キャップ １５ａ 可動支持体Ａ １５ａ−１ チューブ側取付部 １５ａ−２ 可動部 １５ａ−３ 管板側取付部 １５ｂ 可動支持体Ｂ １５ｂ−１ シール部 １５ｂ−２ 保持部 １５ｃ 可動支持体Ｃ １５ｃ−１ シール部 １５ｃ−２ 保持部 １５ｄ 可動支持体Ｄ １５ｄ−１ シール部 １５ｄ−２ 保持部 １５ｅ 可動支持体Ｅ １５ｅ−１ シール部 １５ｅ−２ 保持部 １６ 排出側シールリング １７ 充填材 １８ 酸化剤供給室 ２０ 燃料電池 ２１ 燃料電池 ２２ 絶縁体Ａ ２３ 絶縁体Ｂ ２４ ボルト １１０ ヘッダ １１０ａ 仕切板 １１０ｂ 底板 １１０ｃ 供給室 １１０ｄ 排出室 １１１ セルチューブ １１２ 案内管 １１３ 集電キャップ １１４ シールキャップ

フロントページの続き (72)発明者 橋本 彰 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 井上 好章 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 小阪 健一郎 長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC06 CV02 CV06 CX08 HH03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器内に設けられ、第一のガスを供給する
   第一の供給室と、 前記容器内に前記第一の供給室から離れて設けられ、前
   記第一のガスを排出する排出室と、 前記容器内に前記第一の供給室と前記排出室との間に隔
   離されて設けられ、第二のガスを供給する第二の供給室
   と、 基体管の表面に燃料電池を形成した燃料電池セル管と、 を具備し、 前記燃料電池セル管の一端部である第一の支持部は、前
   記第一の供給室に開放されて接合され、前記燃料電池セ
   ル管と前記第一の供給室との接合部に支持され、 前記燃料電池セル管の他端部である第二の支持部は、前
   記排出室に開放されて接合され、前記燃料電池セル管と
   前記排出室との接合部に支持され、 前記燃料電池セル管の発電部分は、前記第二の供給室に
   含まれている、 燃料電池システム。
2. 【請求項２】容器内の一方の端の近傍に設けられた第一
   の仕切板と、前記一方の端とで形成され、第一のガスを
   供給する第一の供給室と、 前記容器内の他方の端の近傍に設けられた第二の仕切板
   と、前記他方の端とで形成され、前記第一のガスを排出
   する排出室と、 前記容器内に前記第一の供給室と前記排出室との間に隔
   離されて設けられ、第二のガスを供給する第二の供給室
   と、 基体管の表面に燃料電池を形成した燃料電池セル管と、 を具備し、 前記燃料電池セル管の一端部である第一の支持部は、前
   記第一の仕切板に開放されて接合され、支持され、 前記燃料電池セル管の他端部である第二の支持部は、前
   記第二の仕切板に開放されて接合され、支持される、 前記燃料電池セル管の発電部分は、前記第二の供給室に
   含まれている、 燃料電池システム。
3. 【請求項３】前記第一の支持部又は前記第二の支持部の
   うち少なくとも一つは、２次元的に可動するように支持
   されている、 請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 【請求項４】前記第一の支持部又は前記第二の支持部の
   うち少なくとも一つは、３次元的に可動するように支持
   されている、 請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
5. 【請求項５】前記第一の供給室は、前記第一のガスを供
   給するガス供給口を具備し、 前記排出室は、前記第一のガスを排出するガス排出口を
   具備し、 前記第一のガスは、前記ガス供給口から前記第一の供給
   室に供給され、前記燃料電池セル管を通過し、前記排出
   室に入り、前記ガス排出口から排出される、 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システ
   ム。
6. 【請求項６】前記第一の支持部又は前記第二の支持部の
   うち少なくとも一つは、ベローズで支持している、 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システ
   ム。
7. 【請求項７】前記第一の支持部又は前記第二の支持部の
   うち少なくとも一つは、金属板で支持している、 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システ
   ム。
8. 【請求項８】前記第一のガスは燃料ガスであり、前記燃
   料電池セル管の内側に供給され、 前記第二のガスは酸化剤ガスであり、前記燃料電池セル
   管の外側に供給され、 前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスにより、前記燃料電池
   セル管で発電を行なう、 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池システ
   ム。
9. 【請求項９】前記ベローズは、前記第一のガスをスロー
   にリークさせる、請求項６に記載の燃料電池システム。