JP2008243750A - 固体酸化物形燃料電池サブモジュールおよび固体酸化物形燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モジュール化が容易なＳＯＦＣサブモジュールを提供する。また、このサブモジュールを複数個接続してモジュール化したＳＯＦＣモジュールを提供する。
【解決手段】第１電極管と、これの外周に積層された固体電解質層と、これの外周に積層された第２電極層とを有する複数本の管状単セルと、互いに離間されて平行に配列された各単セル同士をそれぞれの両端部を突出させた状態で一体的に接合し、第２電極層と接している、第２電極材料よりなる管接合電極部とを備え、各単セルの一端部側では、第１電極管の外表面と固体電解質層の外表面とが露出されており、他端部側では、第２電極層の外表面が露出されているサブモジュールとする。このサブモジュールを複数個並べ、隣り合うサブモジュール間の一方のサブモジュールの第２電極層の外表面と他方のサブモジュールの第１電極管の外表面とを、インターコネクタを介して電気的に接続してモジュールとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池サブモジュールおよび固体酸化物形燃料電池モジュールに関するものである。

固体酸化物形燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」ということがある。）は、電解質として酸素イオン導電性を有する固体電解質を用いた燃料電池である。ＳＯＦＣの基本的な要素は、空気極、固体電解質、燃料極であり、これら３つの要素を順に積層したものが、通常、単セルと称されている。また、必要に応じて、電極（空気極、燃料極）と固体電解質との間には、中間層を介在させることも行われている。

単セルの構造を幾何学的な形状により分類すると、平面型と管状型とに分類することができる。この内、管状単セルには、管の内側から外側に向かって燃料極／固体電解質／空気極が接合され、管の内側に燃料ガス、管の外側に酸化剤ガスを流す形式と、管の内側から外側に向かって空気極／固体電解質／燃料極が接合され、管の内側に酸化剤ガス、管の外側に燃料ガスを流す形式とが知られている。

この種のＳＯＦＣを用いて高効率で発電するためには、高電圧、低電流で運転させることが望ましい。通常、単セルは、電圧が約１Ｖと低い。そのため、実際にシステム等で運転する際には、単セル同士を直列接続することにより、電圧を高める必要がある。

平面状単セルの場合、セル間にインターコネクタを挟んだ積層構造とすることによって比較的簡単にセル同士を直列接続することができる。

これに対し、管状単セルの場合、そのままの構造で集積することが困難である。そのため、一般に、縦縞型または横縞型（以下、「縦縞型等」という。）と呼ばれるセル構造が用いられることが多い。しかし、縦縞型等の管状単セルを集積するには、複雑な製造工程が必要となり、小型化も困難である。

そのため、本件出願人による特許文献１では、燃料極管の外側面に固体電解質層が積層された複数本の電解質電極接合管を、その両端部を突出させた状態で空気極材料により一体的に固め、サブモジュールとすることで、製造工程の簡略化、小型化などを実現している。

特開２００４−３３５２７７号公報

しかしながら、例えば、図１５に示すサブモジュール１００のように、管接続部１０２から突出した電解質電極接合管１０４（１０６は燃料極管、１０８は固体電解質層）の両端部において、燃料極管１０６が露出した構造とした場合には、以下のような問題があった。

すなわち、このサブモジュール１００を複数個直列接続し、モジュール化しようとした場合、図１６に示す矢印Ｃ１間で電気的接続、矢印Ｃ２間および矢印Ｃ３間で絶縁が必要にある。

ところが、このサブモジュールの構造では、モジュール化時に、矢印Ｃ２間および矢印Ｃ３間で絶縁性を確保するには高い精度が要求される。そのため、モジュール化が難しいといった問題があった。この種の問題は、サブモジュール１００が小型化されるに従い、顕著になってくる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、従来に比較して、モジュール化が容易なＳＯＦＣサブモジュールを提供することにある。また、このＳＯＦＣサブモジュールを複数個接続してモジュール化したＳＯＦＣモジュールを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るＳＯＦＣサブモジュールは、第１電極管と、上記第１電極管の外周に積層された固体電解質層と、上記固体電解質層の外周に積層された第２電極層とを有する複数本の管状単セルと、互いに離間されて平行に配列された各管状単セル同士をそれぞれの両端部を突出させた状態で一体的に接合し、上記第２電極層と接している、第２電極材料よりなる管接合電極部とを備え、各管状単セルの一端部側では、上記第１電極管の外表面と、上記固体電解質層の外表面とが露出されており、各管状単セルの他端部側では、上記第２電極層の外表面が露出されていることを要旨とする。

ここで、各管状単セルの他端部側では、さらに、上記固体電解質層の外表面が露出されていても良い。

また、上記管状単セルは、その他端部側における、上記第１電極管の端面、または、上記第１電極管の端面および上記第１電極管の内周面の一部が、上記固体電解質層により被覆されていると良い。

また、上記管状単セルは、上記第１電極管の外周に、上記第１電極管の表面積よりもその表面積が小さい上記固体電解質層、上記固体電解質層の表面積よりもその表面積が小さい上記第２電極層が順に積層されて形成されていると良い。

また、上記管接合電極部は、立方体、直方体または略円柱形状に形成されていると良い。

上記サブモジュールは、上記第１電極管が燃料極管であり、上記第２電極層が空気極層であり、上記第２電極材料が空気極材料であっても良い。また、上記第１電極管が空気極管であり、上記第２電極層が燃料極層であり、上記第２電極材料が燃料極材料であっても良い。

本発明に係る一つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸をほぼ一致させて同一方向に複数個並べられており、隣り合うサブモジュール間において、一方のサブモジュールの第２電極層の外表面と、他方のサブモジュールの第１電極管の外表面とが、インターコネクタを介して電気的に接続された電池列を有することを要旨とする。

ここで、上記インターコネクタには、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成されており、上記挿通孔内に、隣り合うサブモジュールの各管状単セルの端部が挿通されることにより、上記接続がなされていると良い。

また、他方のサブモジュールの管接合電極部と上記インターコネクタとの間には、絶縁部材が介在されていると良い。

本発明に係る２つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に複数個並べられた部分を備え、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、隣り合うサブモジュール間は、上記挿通された管状単セルの端部同士がインターコネクタを介して電気的に接続されていることを要旨とする。

具体的には、本発明に係る２つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に互い違い向きに複数個並べられた部分を備え、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、各板状絶縁体側または何れか一方の板状絶縁体側において、隣り合う一方のサブモジュールの第１電極管の外表面と、他方のサブモジュールの第２電極層の外表面とが、インターコネクタを介して電気的に接続された構造を有していると良い。

また、本発明に係る２つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に同方向に複数個並べられた部分を備え、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、各板状絶縁体側において、隣り合うサブモジュールの第１電極管の外表面同士、隣り合うサブモジュールの第２電極層の外表面同士が、インターコネクタを介して電気的に接続された構造を有していると良い。

ここで、上記２つ目のＳＯＦＣモジュールにおいて、上記第１板状絶縁体または上記第２板状絶縁体の何れか一方の外側には、各管状単セルの第１電極管内に流すガスを供給するマニホールドが設けられており、上記マニホールド内における各管状単セルの端部手前側に、圧損材料が配置されていると良い。

また、上記第１板状絶縁体と上記第２板状絶縁体との間に形成された隙間部分には、圧損材料が充填されていると良い。

また、上記第２板状絶縁体または上記第１板状絶縁体の何れか一方の外側には、各管状単セルの第１電極管内を流れたガスを排出するマニホールドが設けられており、上記マニホールドの外部に、上記インターコネクタの取り出し電極が突出されていると良い。

本発明に係るＳＯＦＣサブモジュールは、管接合電極部から各管状単セルの両端部が突出されている。そして、各管状単セルの一端部側では、第１電極管の外表面と、固体電解質層の外表面とが露出されており、各管状単セルの他端部側では、第２電極層の外表面が露出されている。

そのため、隣り合うサブモジュール間を直列接続する際に、従来構造のものと比較して、一方のサブモジュールが有する第１電極管と、他方のサブモジュールが有する第１電極管との短絡の危険性が低くなり、精度の高い絶縁が不要になる。また、１つのサブモジュール内における第１電極管と第２電極層との絶縁、第１電極管と管接合電極部との絶縁についても、片側だけ注意すれば良くなることから、短絡の可能性を半減させることができる。

したがって、本発明に係るＳＯＦＣサブモジュールによれば、従来のサブモジュールよりもモジュール化が容易になる。また、モジュール化時の部品点数も少なくすることができる。また、より小型化されたサブモジュールを用いても、モジュール化が行いやすい。

また、各管状単セルの他端部側において、固体電解質層の外表面が露出されている場合には、サブモジュール内における第２電極層と第１電極管との距離が遠くなる。そのため、絶縁性が増し、サブモジュール内における短絡の危険性がより小さくなる。

また、管状単セルの他端部側において、第１電極管の端面、または、第１電極管の端面および第１電極管の内周面の一部が、固体電解質層により被覆されている場合には、サブモジュール内における第２電極層と第１電極管との距離が近くても、両者の絶縁性が高い。そのため、サブモジュール内における短絡の危険性がより小さくなる。さらに、モジュール化時に、隣り合うサブモジュール間における第１電極管同士の短絡の危険性がより小さくなる。

また、上記管状単セルが、第１電極管の外周に、第１電極管の表面積よりもその表面積が小さい固体電解質層、固体電解質の表面積よりもその表面積が小さい第２電極層が順に積層されて形成されている場合には、当該サブモジュールの製造性に優れる。

また、管接合電極部が、立方体、直方体または略円柱形状に形成されている場合には、規則的な立体構造を採りやすく、よりモジュール化しやすくなる。

本発明に係る１つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸をほぼ一致させて同一方向に複数個並べられており、隣り合うサブモジュール間において、一方のサブモジュールの第２電極層の外表面と、他方のサブモジュールの第１電極管の外表面とが、インターコネクタを介して電気的に接続されている電池列を有している。

そのため、簡易な構成で、かつ、短絡の危険性が少なく接続信頼性に優れた直列接続のモジュールが得られる。

この際、上記インターコネクタに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成されており、上記挿通孔内に、隣り合うサブモジュールの各管状単セルの端部が挿通されることにより、上記接続がなされている場合には、モジュール化時における組立性などを向上させることができる。

また、他方のサブモジュールの管接合電極部とインターコネクタとの間に絶縁部材が介在されている場合には、一方のサブモジュールの管接合電極部と他方のサブモジュールの管接合電極部との間の絶縁性が増し、接続信頼性を向上させることができる。

本発明に係る２つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に複数個並べられた部分を備え、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、隣り合うサブモジュール間は、上記挿通された各管状単セルの端部同士がインターコネクタを介して電気的に接続されている。

そのため、簡易な構成で、かつ、短絡の危険性が少なく接続信頼性に優れた、直列もしくは並列あるいは直列と並列とを組み合わせたモジュールが得られる。

ここで、本発明に係る２つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に互い違い向きに複数個並べられた部分を備え、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、各板状絶縁体側または何れか一方の板状絶縁体側において、隣り合う一方のサブモジュールの第１電極管の外表面と、他方のサブモジュールの第２電極層の外表面とが、インターコネクタを介して電気的に接続された構造を有していると良い。

この場合には、簡易な構成で、かつ、短絡の危険性が少なく接続信頼性に優れた直列接続を含むモジュールが得られる。

また、本発明に係る２つ目のＳＯＦＣモジュールは、上記サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に同方向に複数個並べられた部分を備え、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、各板状絶縁体側において、隣り合うサブモジュールの第１電極管の外表面同士、隣り合うサブモジュールの第２電極層の外表面同士とが、インターコネクタを介して電気的に接続された構造を有していると良い。

この場合には、簡易な構成で、かつ、短絡の危険性が少なく接続信頼性に優れた並列接続を含むモジュールが得られる。

上記２つ目のＳＯＦＣモジュールは、第１電極管内に、同じように新鮮なガス（燃料ガスまたは酸化剤ガス）を供給することができる。そのため、接続後段ほどガス濃度が薄くなるなどといった問題を回避しやすい。また、モジュールの最適容量に合わせて、サブモジュールの向き、インターコネクタの配列を種々変えることで、直列もしくは並列あるいはその両者を組み合わせた接続を構成できるなど、直列・並列の組み合わせを選択する自由度が高い。そのため、設置面積の増加を抑制しつつ、最適な立体構造を構築しやすい利点がある。

また、上記２つ目のＳＯＦＣモジュールにおいて、第１板状絶縁体または第２板状絶縁体の何れか一方の外側に、各管状単セルの第１電極管内に流すガスを供給するマニホールドが設けられており、このマニホールド内における各管状単セルの端部手前側に、圧損材料が配置されている場合には、次の利点がある。

サブモジュールの第１電極管は、その製造時における寸法精度などに起因して、個々の第１電極管同士ではガスの圧損バラツキがある。しかし、上記構成を採用し、第１電極管内にガスを導入する手前で圧力損失をつけることにより、ガスが均圧化される。そのため、個々の第１電極管同士の圧損バラツキの影響を緩和することが可能になる。

また、上記２つ目のＳＯＦＣモジュールにおいて、第１板状絶縁体と第２板状絶縁体との間に形成された隙間部分に、圧損材料が充填されている場合には、管接合電極部の周りに酸化剤ガスなどのガスが流れてしまうのを抑制することができ、管接合電極部内に所望のガスを押し込みやすくなる。

また、上記２つ目のＳＯＦＣモジュールにおいて、第２板状絶縁体または第１板状絶縁体の何れか一方の外側に、各管状単セルの第１電極管内を流れたガスを排出するマニホールドが設けられており、このマニホールドの外部に、インターコネクタの取り出し電極が突出されている場合には、より温度の低い部分で発電による電気を取り出すことができる。そのため、電気抵抗を低くすることができる。

以下に、本発明の一実施形態に係るＳＯＦＣサブモジュール（以下、「本サブモジュール」ということがある）、および、これを用いたＳＯＦＣモジュール（以下、「本モジュール」ということがある）について詳細に説明する。

１．本サブモジュール
図１は、本サブモジュールの一例を模式的に示した図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は正面図である。

本サブモジュール１０は、複数本の管状単セル１２ａと、管接合電極部１４とを備えている。

（管状単セル）
図２は、本ＳＯＦＣサブモジュールが備える管状単セルの一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は長手方向の断面図である。

管状単セル１２ａは、第１電極管１６と、固体電解質層１８と、第２電極層２０とを有している。

第１電極管１６は、第１電極材料より管状に形成された多孔質体である。第１電極管１６は、第１電極としての機能を有するとともに支持管としての機能も兼ね備えている。

第１電極管１６は、具体的には、燃料極材料より形成された燃料極管、または、空気極材料より形成された空気極管の何れか一方である。

燃料極材料としては、例えば、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄなどの触媒を用いることができる。好ましくは、Ｎｉ、ＮｉＯ、Ｃｏ、Ｃｕなどである。より好ましくは、他の金属と比べ安価であり、燃料ガスとの反応性が良いなどの観点から、Ｎｉ、ＮｉＯなどである。また、触媒と固体電解質との複合材料を用いることもできる。この場合、固体電解質としては、例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３などで安定化されたジルコニア（ＹＳＺ、ＳｃＳＺなど）、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３などの第二元素の酸化物を含むスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＣｅＳＺ、ＳｃＹＳＺなど、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３などの酸化物を含むＣｅＯ_２（ＳＤＣ、ＧＤＣなど）、ＬａＳｒＧａＭｇＯ_３（ＬＳＧＭ）などが挙げられる。触媒と固体電解質との混合比（重量％）は、８０：２０〜３０：７０の範囲が好ましい。より好ましくは、７０：３０〜４０：６０の範囲であると良い。

一方、空気極材料としては、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ_３、ＬａＣａＭｎＯ_３、ＬａＭｇＭｎＯ_３、ＬａＳｒＣｏＯ_３、ＬａＣａＣｏＯ_３、ＬａＳｒＦｅＯ_３、ＬａＳｒＣｏＦｅＯ_３、ＬａＳｒＮｉＯ_３、ＬａＮｉＦｅＯ_３、ＳｍＳｒＣｏＯ_３などの遷移金属ペロブスカイト型酸化物を用いることができる。また、遷移金属ペロブスカイト型酸化物と固体電解質との複合材料を用いることもできる。この場合、固体電解質としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳｃＣｅＳＺ、ＳｃＹＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＬＳＧＭなどが挙げられる。遷移金属ペロブスカイト型酸化物と固体電解質との混合比（重量％）は、９０：１０〜５０：５０の範囲が好ましい。より好ましくは、９０：１０〜８０：２０の範囲であると良い。

第１電極管１６が燃料極管である場合、その管内には、水素、一酸化炭素、メタンなどの燃料ガスが供給される。一方、第１電極管１６が空気極管である場合、その管内には、空気、酸素などの酸化剤ガスが供給される。

燃料極管は、例えば、各種触媒の粉末、または、各種触媒の粉末と各種固体電解質の粉末とを所定比率で混合し、この混合粉末に、メチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどの結合剤、炭素粉末などの気孔生成剤などを加えて水で練り、得られた塑性物を押し出し成形法などを用いて、所定の管径、管長さ、管厚みの管状成形体とし、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして製造することができる。

一方、空気極管は、各種遷移金属ペロブスカイト型酸化物の粉末、または、各種遷移金属ペロブスカイト型酸化物の粉末と各種固体電解質の粉末とを所定比率で混合した混合粉末に、上記結合剤、気孔生成剤などを加えて水で練り、得られた塑性物を押し出し成形法などを用いて、所定の管径、管長さ、管厚みの管状成形体とし、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして製造することができる。

固体電解質層１８は、固体電解質材料より薄膜状に形成された緻密質体であり、第１電極管１６の外周に積層されている。この場合、固体電解質材料としては、例えば、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳｃＣｅＳＺ、ＳｃＹＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ＬＳＧＭなどが挙げられる。

固体電解質層１８は、具体的には、図２に示すように、第１電極管１６の一端部側の外表面が露出するように第１電極管１６の外周に積層されている。したがって、固体電解質層１８の表面積は、第１電極管１６の表面積よりも小さくされている。

固体電解質層１８は、第１電極管１６（焼結体）または管状成形体（未焼成体）の所定位置に固体電解質材料を含むスラリーを付着させた後、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして製造することができる。なお、管状成形体に固体電解質材料を含むスラリーを付着させて焼成（共焼結法）した場合には、製造コストを抑制することができるなどの利点がある。

固体電解質材料を含むスラリーを付着させる方法としては、具体的には、例えば、第１電極管１６（焼結体）または管状成形体（未焼成体）の端部を、焼成時に消失しうる物質（ポリマーなど）で密栓し、固体電解質材料を含むスラリー中に浸漬して引き抜くディッピング法、第１電極管１６（焼結体）または管状成形体（未焼成体）の所定位置にマスクを施し、スプレー法、ハケ塗り法、ロールコート法などを用いて、固体電解質材料を含むスラリーを塗布する方法などを例示することができる。

この際、管状単セル１２ａの他端部側において、第１電極管１６の端面と固体電解質層１８の端面とは、ともに一致していても良い。好ましくは、少なくとも第１電極管１６の端面が、固体電解質層１８により被覆されていると良い。第１電極管１６と第２電極層２０との絶縁性が高まり、サブモジュール１０内における短絡の危険性が小さくなるし、モジュール化時に、隣り合うサブモジュール１０間における第１電極管１６同士の短絡の危険性が小さくなるなどの効果があるからである。

より好ましくは、上記効果を確実なものにするなどの観点から、図２（ｂ）に示すように、第１電極管１６の端面および第１電極管１６の内周面の一部が、固体電解質層１８により被覆されていると良い。

このような構造は、例えば、図２（ｂ）中の位置Ｓにポリマーなどを詰め、ディッピング法を適用するなどすれば得ることができる。

第２電極層２０は、第２電極材料より薄膜状に形成された多孔質体であり、固体電解質層１８の外周に積層されている。

具体的には、図２に示すように、第２電極層２０は、固体電解質層１８の一端部側の外表面が露出するように固体電解質層１８の外周に積層されている。したがって、第２電極層２０の表面積は、固体電解質層１８の表面積よりも小さくされている。

第２電極層２０は、第１電極管１６とは異なる電極種を構成する。つまり、第１電極管１６が燃料極管である場合、第２電極層２０は、空気極材料より形成された空気極層とされる。一方、第１電極管１６が空気極管である場合、第２電極層２０は、燃料極材料より形成された燃料極層とされる。

空気極材料、燃料極材料としては、例えば、ともに、第１電極管１６で説明した材料と同様の材料を挙げることができる。

第２電極層２０は、固体電解質層１８が成膜された第１電極管１６の所定位置に第２電極材料を含むスラリーを付着させた後、これを組成に応じた最適な温度で焼成するなどして製造することができる。

第２電極材料を含むスラリーとしては、具体的には、各種触媒の粉末、または各種触媒の粉末と各種固体電解質の粉末とを含むスラリー（燃料極層の成膜時）、あるいは、各種遷移金属ペロブスカイト型酸化物の粉末、または、各種遷移金属ペロブスカイト型酸化物の粉末と各種固体電解質の粉末とを含むスラリー（空気極層の成膜時）を用いることができる。

第２電極材料を含むスラリーを付着させる方法としては、具体的には、例えば、
固体電解質層１８が成膜された第１電極管１６の所定位置にマスクを施し、スプレー法、ハケ塗り法、ロールコート法などを用いて、第２電極材料を含むスラリーを塗布する方法、固体電解質層１８が成膜された第１電極管１６の端部を焼成時に消失しうる物質（ポリマーなど）で密栓し、第２電極材料を含むスラリー中に浸漬して引き抜くディッピング法などを例示することができる。

図２に例示した管状単セル１２ａは、その一端部側において、固体電解質層１８、第２電極層２０の被覆位置がずらされている。そのため、管状単セル１２ａの一端部側には、段部２２が形成されている。一方、管状単セル１２ａの他端部側は、第１電極管１６の端面付近まで固体電解質層１８、第２電極層２０が成膜されている。そのため、管状単セル１２ａの他端部側には、段部２２は形成されていない。

図３は、管状単セルの他の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は長手方向の断面図である。この管状単セル１２ｂは、図２に示した管状単セル１２ａに比較して、その他端部側まで第２電極層１８が被覆されておらず、その他端部側において固体電解質層１８の外表面が露出されている点で大きく異なっている。そのため、管状単セル１２ｂの両端部に段部２２が形成されている。

このような構造とした場合には、サブモジュール１０内における第２電極層２０と第１電極管１６との距離が遠くなる。そのため、絶縁性が増し、サブモジュール１０内における短絡の危険性がより小さくなる。

また、図３（ｂ）では、管状単セル１２ｂの他端部側において、第１電極管１６の端面と固体電解質１８の端面とは、ともに一致している。

好ましくは、モジュール化時に、隣り合うサブモジュール１０間における第１電極管１６同士の短絡の危険性が小さくなるなどの観点から、図３（ｂ）においても、図２（ｂ）と同様に、第１電極管１６の端面、または、第１電極管１６の端面および第１電極管１６の内周面の一部が、固体電解質層１８により被覆されていると良い。

なお、管状単セル１２ａ、１２ｂにおいて、第１電極管１６、固体電解質層１８および第２電極層２０の露出量は、後述する管接合電極部１４を形成したときに、本発明の構成を採ることができれば、特に限定されるものではない。

また、管状単セル１２ａ、１２ｂにおける、第１電極管１６、固体電解質層１８および第２電極層２０の厚みなどは、特に限定されるものではなく、サブモジュール１０、モジュールの大きさ、発電特性などを考慮して最適な値を選択することができる。

（管接合電極部）
管接合電極部１４は、第２電極材料より形成された通気性のある多孔質体である。管接合電極部１４は、第１電極管１６とは異なる電極種を構成し、第２電極層とは同じ電極種を構成する。

つまり、第１電極管１６が燃料極管、第２電極層２０が空気極層である場合、管接合電極部１４は、空気極材料より形成され、空気極として機能する。そして、管接合電極部１４には、空気、酸素などの酸化剤ガスが供給される。

一方、第１電極管１６が空気極管、第２電極層２０が燃料極層である場合、管接合電極部１４は、燃料極材料より形成され、燃料極として機能する。そして、管接合電極部１４には、水素、一酸化炭素、メタンなどの燃料ガスが供給される。

空気極材料、燃料極材料としては、例えば、ともに、第１電極管１６で説明した材料と同様の材料を挙げることができる。

なお、管接合電極部１４を形成する第２電極材料は、第２電極層を形成する第２電極材料と同じ組成であっても良いし、異なる組成であっても良く、特に限定されるものではない。

管接合電極部１４は、図１に示すように、互いに離間されて平行に配列された各管状単セル１２ａ同士を、それぞれの両端部を突出させた状態で一体的に接合している。

隣り合う各管状単セル１２ａ同士の間隔は、特に限定されるものではないが、管状単セル１２ａ同士の間隔を狭くすれば狭くするほど小型集積化を図ることが可能となる。本サブモジュール１０によれば、例えば、数１００μｍ程度〜数１０μｍ程度の間隔とすることもできる。

また、図１では、管接合電極部１４中に各管状単セル１２ａが３行×３列の配列とされたものを例示しているが、この配列に特に限定されるものではない。管接合電極１４中に各管状単セル１２ａが複数行×複数列、単数行×複数列、複数列×単数行配列されていても良い。

また、管接合電極部１４から突出する管状単セル１２ａの突出量は、特に限定されるものではなく、モジュール化時におけるインタコネクタとの接続性などを考慮して、適宜調節することができる。

ここで、本サブモジュール１０において、管接合電極部１４から突出した管状単セル１２ａの一端部側では、少なくとも、第１電極管１６の外表面と、固体電解質層１８の外表面とが露出されている。また、管接合電極部１４から突出した管状単セル１２ａの他端部側では、少なくとも、第２電極層２０の外表面が露出されている（以下、これを「本発明の露出条件」ということがある。）。以下に、この点につき、図４〜図６を用いて詳しく説明する。

図４は、図１における管状単セルと管接合電極部との関係を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図の一部、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

この場合、管状単セル１２ａの両端部の露出状態は、図４（ａ）に示す通り、本発明の露出条件を満たしている。また、図４（ｂ）に示すように、第２電極層２０の端面２４と、管電極接合部１４の端面２６とは、ほぼ一致している。そして、管電極接合部１４は、その内部で第２電極層２０と接している。

次に、図５は、固体電解質層および第２電極層の露出量が、図２の管状単セルと異なる管状単セル（固体電解質層の露出量が多目）を用いた場合における、管状単セルと管接合電極部との関係の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図の一部、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

この場合、管状単セル１２ｃの両端部の露出状態は、図５（ａ）に示す通り、本発明の露出条件を満たしている。外観上は、図４（ａ）と同じである。しかし、図５（ｂ）に示すように、管電極接合部１４は、その内部において、第２電極層２０以外に、固体電解質層１８とも接している。

次に、図６は、固体電解質層および第２電極層の露出量が、図２の管状単セルと異なる管状単セル（固体電解質層の露出量が少な目）を用いた場合における、管状単セルと管接合電極部との関係の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図の一部、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

この場合、管状単セル１２ｄの両端部の露出状態は、図６（ａ）に示す通り、本発明の露出条件を満たしている。但し、図４（ａ）とは、管状単セル１２ｄの一端部側において第２電極層２０の一部が露出されている点で、外観上の違いがある。つまり、第２電極層２０の端面２４と、管電極接合部１４の端面２６とは一致していない。そして、管電極接合部１４は、その内部で第２電極層２０と接している。

以上、図４〜図６に例示した通り、本発明の露出条件は、固体電解質層１８および第２電極層２０の被覆位置が異なる種々の管状単セルを用いても満たすことが可能である。そして、管接合電極部１４と第２電極層２０とが接することにより、電気的な接続がなされておれば、管接合電極部１４の内部の状態は、特に限定されるものではない。

なお、図３に示した管状単セル１２ｂを用いた場合には、管接合電極部１４から突出した管状単セル１２ｂの他端部側において、第２電極層２０の外表面以外にも、さらに、固体電解質層１８の外表面が露出されることになる。

管接合電極部１４の外形としては、モジュール化時の立体構造、集積性などを考慮して選択することができる。好ましくは、規則的な立体構造を採用しやすく、モジュール化しやすいなどの観点から、立方体、直方体、略円柱形状などが良い。それ以外にも、三角柱、六角柱など、他の形状であっても良い。

以上のような構造となるように、複数本の管状単セル１２ａ等（１２ａ〜１２ｄ、以下省略）を管接合電極部１４により一体的に接合する方法としては、例えば、以下のような方法を採用することができる。

すなわち、複数本の管状単セル１２ａ等を、互いに離間させて長手方向に平行に配列固定する。配列固定は、例えば、ステンレスなどの金属やジルコニア、アルミナなどのセラミックスなどよりなる基体上に管状単セル１２ａ等を立設するなどすれば良い。この際、形成される管電極接合部１４の一方側の端面と基体表面とがほぼ一致するように、管状単セル１２ａ等の立設状態を適宜調節する。なお、必要に応じて、管状単セル１２ａ等と基体との間をシールしたり、接着剤により固定したりしても良い。

次いで、配列固定された管状単セル１２ａ等の最外周を樹脂などよりなる容器で覆う。なお、この容器の形状により、管接合電極部１４の外形を決定することができる。

次いで、上記容器内に、第２電極材料を含むスラリーを流し込み、配列された管状単セル１２ａ等同士の隙間に当該スラリーを充填する。当該スラリーの充填量によって、形成される管電極接合部１４の一方側の端面と他方側の端面との距離を決定することができる。

次いで、容器内部に充填された当該スラリーを乾燥させて乾燥体とし、基体を取り外す。

次いで、第２電極材料の組成に応じた最適な温度で乾燥体を焼成する。この際、容器は、乾燥体とともに焼成しても良いし、取り外しても良く、特に限定されるものではない。なお、樹脂製の容器をつけたまま乾燥体を焼成した場合には、焼成時の昇温時に容器自体は消失する。

以上により、本サブモジュール１０を製造することができる。

他にも例えば、以下のような方法を採用することもできる。すなわち、第２電極材料に、必要に応じてポリマー材料（例えば、ポリメチルメタクリレートなど）を添加し、これと水等とを混合して、粘土状の塑性物とする。

次いで、金型などを用いて、上記塑性物を押し出し成形することにより、管状単セル１２ａ等を挿入可能な挿入孔を有する成形体を形成する。

次いで、得られた成形体の挿通孔内に、管状単セル１２ａ等を挿通し、これを第２電極材料の組成に応じた最適な温度で焼成する。

以上によっても、本サブモジュール１０を製造することができる。

２．本モジュール
以下では、説明を簡略化するため、第１電極管１６が燃料極管、第２電極層２０が空気極層、管接合電極部１４が空気極の機能を有する場合を前提にして説明を行う。第１電極管１６が空気極管、第２電極層２０が燃料極層、管接合電極部１４が燃料極の機能を有する場合については、以下の説明を反対に解釈して適用すれば良い。

また、本モジュールは、本サブモジュール１０を複数個並べてインターコネクタにより電気的に接続した構造を有している。

２．１ 第１モジュール
図７は、第１モジュールの断面図である。第１モジュール３０は、サブモジュール１０を、各管状単セル１２ａの軸をほぼ一致させて複数個（図７では３個）直列接続したものである。第１モジュール３０において、隣り合うサブモジュール１０同士は、互いの各管状単セル１２ａが接触しないように、所定距離離間されて同一方向に並べられている。

隣り合うサブモジュール１０間は、インターコネクタ３２を介して電気的に接続されている。

ここで、第１モジュール３０では、一方のサブモジュール１０の第２電極層２０の外表面と、他方のサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面とが、インターコネクタ３２を介して電気的に接続されている。

インターコネクタ３２は、ＬａＣｒＯ_３、ＬａＣｏＯ_３などの導電性セラミックス、ステンレスなどの耐熱性合金材料などにより、所定の厚みを有する板状に形成されている。インターコネクタ３２には、各管状単セル１２ａの位置に対応して、各管状単セル１２ａを挿通可能な挿通孔３４が複数形成されている。隣り合うサブモジュール１０の各管状単セル１２ａの端部は、これら挿通孔３４内に挿通されることにより上記電気的な接続がなされている。

上記形状を有するインターコネクタ３２は、例えば、板状のインターコネクタ材料を打ち抜いて挿通孔３４を形成するなどして製造することができる。

第１モジュール３０の組立時には、インタコネクタ３２の挿通孔３４内や、第２電極層２０の外表面、第１電極管１６の外表面などに、ペースト状の集電材料を予め塗布しておくと良い。このようにした場合には、第２電極層２０の外表面、第１電極管１６の外表面およびインターコネクタ３２の挿通孔３４の内周面との間の隙間を埋めやすくなる。そのため、接触抵抗が小さくなり、効率良く集電することが可能になる。また、上記集電材料は、塗布する部位に応じて、集電機能以外にガスシール性を兼ね備えていても良い。例えば、第１電極管１６の外表面には、ガスシール性を備えた集電材料を塗布すると良い。

第１モジュール３０では、サブモジュール１０における管接合電極部１４の左端とインターコネクタ３２の右端との間に、絶縁部材３６が介在されていると良い。隣り合うサブモジュール１０間の管接合電極部１４同士が、インターコネクタ３２を介して電気的に繋がらないようにしやすいからである。

絶縁部材３６は、例えば、アルミナ、ジルコニアなどの絶縁セラミックス、ガラスセラミックス、ガラスペースト、ガラスシートなどの絶縁材料により、所定の厚みを有する板状に形成されている。絶縁部材３６には、各管状単セル１２ａの位置に対応して、各管状単セル１２ａを挿通可能な挿通孔（図示せず）が複数形成されている。絶縁部材３６は、第１モジュールの組立時に、インターコネクタ３２を取り付ける前に、予め、絶縁部材３６の挿通孔内に各管状単セル１２ａの一端部側を挿通しておくことにより、取り付けることができる。

絶縁部材３６は、例えば、板状の絶縁材料を打ち抜いて挿通孔を形成するなどすれば製造することができる。

なお、絶縁部材３６は、絶縁機能以外に、ガスシール機能を有していても良い。この場合には、ガスリークの防止にも役立つ。また、絶縁部材３６がガスシール機能を有していない場合には、別部材としてシール部材を介在させるなどすれば良い。

また、その他の場所についても、必要に応じて、ガスリークを防止するため、各部材の接続面などに導電性または絶縁性のシール部材が設けられていても良い。

例えば、サブモジュール１０における管接合電極部１４の右端とインターコネクタ３２の左端との間には、シール機能を備える導電性ペーストなど、導電性のシール部材（図示せず）をさせると良い。

以上説明した第１モジュール３０によれば、左側のサブモジュール１０の管状単セル１２ａの管内に、燃料供給用マニホールド（図示せず）から燃料ガスＦを供給すると、燃料ガスＦは、管状単セル１２ａの第１電極管１６内を流れて電池反応に使用される。電池反応に使用されなかった残余の燃料ガスＦは、インターコネクタ３２の挿通孔３４を通って、後段となる真ん中のサブモジュール１０の管状単セル１２ａに供給される。そして同様にして、燃料ガスＦは、さらに後段となる右端のサブモジュール１０の管状単セル１２ａに供給される。そして、最後に、残余の燃料ガスＦは、燃料ガス排出用マニホールド（図示せず）から排出される。

一方、酸化剤ガス供給用マニホールド（図示せず）から酸化剤ガスＡを供給すると、酸化剤ガスＡは、管接合電極部１４の内部を流れて電池反応に使用される。電池反応に使用されなかった残余の酸化剤ガスＡは、酸化剤ガス排出用マニホールド（図示せず）から排出される。

そして、図７に示すように、第１モジュール３０は、第１モジュール３０の左側にマイナスの出力電圧を、第１モジュール３０の右側にプラスの出力電圧をそれぞれ出力することができる。

第１モジュール３０において、第１電極管１６内に供給されるガスは、後段に行くほど、薄くなることが考えられる。そのため、安定して発電を行うなどの観点から、直列接続するサブモジュール１０の個数は、サブモジュール１０の大きさなどによっても異なるが、好ましくは、５個以下、より好ましくは、４個以下、さらに好ましくは、３個以下であると良い。

もっとも、第１電極管１６内に供給されるガスの不足を補うため、インターコネクタ３２にガス供給孔（図示せず）を設け、このガス供給孔から新たなガスをつぎ足すなどしても良い。

２．２ 第２モジュール
図８は、第２モジュールを模式的に示した外観斜視図である。図９は、第２モジュールの側面図である。図１０は、第２モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。なお、以下の図において、管状単セル１２ａにおける第１電極管１６は、管内部が詰まった状態に図示されており、ガス流路孔が図示されていないが、これは単に便宜上のものである。

第２モジュール４０ａは、サブモジュール１０を、各管状単セル１２ａの軸とほぼ垂直な同一平面内に複数個（図８では８個）並べて電気的に接続したものである。第２モジュール４０ａにおいて、隣り合うサブモジュール１０同士は、行方向および列方向にわたって、互い違い向き方向となるように配置されている。また、隣り合うサブモジュール１０同士は、互いの管接合電極部１４が接触しないように、所定距離離間されて並べられている。これは互いの管接合電極部１４同士の絶縁性を確保するためである。したがって、これ以外にも、例えば、図示はしないが、互いの管接合電極部１４の間に絶縁材料が介在されることにより、管接合電極部１４同士が接触しないようにされていても良い。

第２モジュール４０ａは、第１板状絶縁体４２と、第２板状絶縁体４４とを有している。

第１板状絶縁体４２、第２板状絶縁体４４は、例えば、アルミナ、ジルコニアなどの絶縁セラミックス、ガラスセラミックス、ガラスペースト、ガラスシートなどの絶縁材料により、所定の厚みを有する板状に形成されている。なお、第１板状絶縁体４２、第２板状絶縁体４４の厚みは、管接合電極部１４から突出した管状単セル１２ａの突出長さよりも薄くされている。

第１板状絶縁体４２、第２板状絶縁体４４には、それぞれ、各管状単セル１２ａの位置に対応して、各管状単セル１２ａの端部を挿通可能な挿通孔（図示せず）が複数形成されている。

上記形状を有する第１板状絶縁体４２、第２板状絶縁体４４は、例えば、板状の絶縁材料を打ち抜いてそれぞれの挿通孔を形成するなどして製造することができる。

第１板状絶縁体４２の各挿通孔内には、第１板状絶縁体４２に対向する側に配置されている管状単セル１２ａの端部が挿通される。したがって、第１板状絶縁体４２の外側には、管状単セル１２ａの一端部と他端部とが、サブモジュール１０毎に交互に突出して表れることになる。

同様に、第２板状絶縁体４４の各挿通孔内には、第２板状絶縁体４４に対向する側に配置されている管状単セル１２ａの端部が挿通される。したがって、第２板状絶縁体４４の外側には、管状単セル１２ａの一端部と他端部とが、サブモジュール１０毎に交互に突出して表れることになる。

ここで、第２モジュール４０ａでは 隣り合うサブモジュール１０間は、インターコネクタ４６を介して電気的に接続されている。

インターコネクタ４６は、ＬａＣｒＯ_３、ＬａＣｏＯ_３などの導電性セラミックス、ステンレスなどの耐熱性合金材料などにより、所定の厚みを有する板状に形成されている。インターコネクタ４６には、各管状単セル１２ａの位置に対応して、各管状単セル１２ａを挿通可能な挿通孔（図示せず）が複数形成されている。

上記形状を有するインターコネクタ４６は、例えば、板状のインターコネクタ材料を打ち抜いて挿通孔を形成するなどして製造することができる。

第２モジュール４０ａでは、第１板状絶縁体４２の外側において、第１板状絶縁体４２の各挿通孔から突出した、隣り合う一方のサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面と、他方のサブモジュール１０の第２電極層２０の外表面とが、インターコネクタ４６を介して電気的に接続されている。この際、上記電気的な接続は、インターコネクタ４６の挿通孔内に、管状単セル１２ａの端部が挿通されることにより行われている。

同様に、第２モジュール４０ａでは、第２板状絶縁体４４の外側において、第２板状絶縁体４４の各挿通孔から突出した、隣り合う一方のサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面と、他方のサブモジュール１０の第２電極層２０の外表面とが、インターコネクタ４６を介して電気的に接続されている。この際、上記電気的な接続は、インターコネクタ４６の挿通孔内に、管状単セル１２ａの端部が挿通されることにより行われている。

これにより、サブモジュール１０同士を直列接続することができる。なお、図１０に示したインターコネクタ４６上の各矢印は、第２モジュール４０の発電時における電流の流れを示している。

なお、第２モジュール４０ａの組立時には、第１モジュール３０の組立時と同様に、インタコネクタ４６の挿通孔内や、第２電極層２０の外表面、第１電極管１６の外表面などに、ペースト状の集電材料を予め塗布しておくと良い。

以上説明した第２モジュール４０ａによれば、図９に示すように、第１板状絶縁体４２の外側に配置されたサブモジュール１０の各管状単セル１２ａの管内に、燃料供給用マニホールド（図示せず）から燃料ガスＦを同時に供給すると、燃料ガスＦは、管状単セル１２ａの第１電極管１６内を流れて電池反応に使用される。電池反応に使用されなかった残余の燃料ガスＦは、第２板状絶縁体４４の外側に設けられた燃料ガス排出用マニホールド（図示せず）から排出される。

一方、酸化剤ガス供給用マニホールド（図示せず）から酸化剤ガスＡを供給すると、酸化剤ガスＡは、管接合電極部１４の内部を流れて電池反応に使用される。電池反応に使用されなかった残余の酸化剤ガスＡは、酸化剤ガス排出用マニホールド（図示せず）から排出される。

そして、第２モジュール４０ａは、図８〜図１０に示すように、マイナスの出力電圧、プラスの出力電圧を出力することができる。

図１１は、第２モジュール４０ａの変形例を示した断面図である。図１１に示すように、第２モジュール４０ｂは、第１板状絶縁体４２の外側に、燃料ガス供給用マニホールド４８が取り付けられている。燃料ガス供給用マニホールド４８は、一端面が開口されているとともに、その内部が空洞になっており、第１板状絶縁体４２の外側に配置されている各管状単セル１２ａの全ての端部を覆い、管内に燃料ガスＦを同時に供給することができる。

一方、第２モジュール４０ｂは、第２板状絶縁体４４の外側に、燃料ガス排出用マニホールド５０が取り付けられている。燃料ガス排出用マニホールド５０は、一端面が開口されているとともに、その内部が空洞になっており、第２板状絶縁体４４の外側に配置されている各管状単セル１２ａの全ての端部を覆い、電池反応に使用されなかった残余の燃料ガスＦを外部に排出することができる。

ここで、第２モジュール４０ｂにおいて、燃料ガス供給用マニホールド４８内には、各管状単セル１２ａの端部手前側に、圧損材料５２が配置されている。圧損材料５２を配置した場合には、各サブモジュール１０に均一に燃料ガスＦを供給しやすくなる。

用いる圧損材料５２としては、例えば、Ｎｉフェルトなどの発泡金属、多孔質セラミックス、ガラスファイバー、セラミックファイバー、金属メッシュ、ジルコニアボール、アルミナボールなどを例示することができる。

また、第２モジュール４０ｂにおいて、第１板状絶縁体４２と第２板状絶縁体４４との間に形成された隙間部分には、圧損材料５４が充填されている。圧損材料５４を充填した場合には、管接合電極部１４の周りの隙間に酸化剤ガスＡが流れてしまうのを抑制することができ、管接合電極部１４に酸化剤ガスＡを押し込みやすくなる。

圧損材料５４は、酸化剤ガスＡによる高温酸化雰囲気に曝される。用いる圧損材料５４としては、酸化雰囲気下で安定な材料であることが好ましく、例えば、多孔質セラミックス、ガラスファイバー、セラミックファイバー、ジルコニアボール、アルミナボールなどを例示することができる。

また、第２モジュール４０ｂにおいて、燃料ガス排出用マニホールド５０側には、燃料ガス排出用マニホールド５０の外部に、インターコネクタ４６の取り出し電極５６、５８が突出されている。なお、図１１中、プラス側の取り出し電極５６は、手前側に配置されているサブモジュール１０から突出されている。一方、マイナス側の取り出し電極５８は、奥行き方向に配置されているサブモジュール１０から突出されている。

上記構成とした場合には、より温度の低い部分で発電による電気を取り出すことができるため、電気抵抗を低くすることができる。

なお、取り出し電極５６、５８は、燃料ガス排出用マニホールド５０の外部ではなく、燃料ガス供給用マニホールド４８の外部に突出されていても良い。

また、第１板状絶縁体４２の内側面、および／または、第２板状絶縁体４４の内側面に、第１シール部材６０、第２シール部材６２が積層されていても良い。

上記構成とした場合には、ガスリークを抑制しやすくなる。

また、第２モジュール４０ｂにおいて、第１板状絶縁体４２、第２板状絶縁体４４の内側では、各サブモジュール１０が有する管状単セル１２ａの第２電極層２０（ここでは空気極層になる）と管電極接合部１４の端面とがインターコネクタ６４により電気的に接続されている。

上記構成として場合には、面での集電ができるため、集電効率が向上し、さらに、ガスリークの抑制にも寄与することができる。

２．３ 第３モジュール
図１２は、第３モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。

第３モジュール６５は、サブモジュール１０を、各管状単セル１２ａの軸とほぼ垂直な同一平面内に複数個（図８では８個）並べて電気的に接続したものである。この点では、第２モジュール４０ａと同様である。

しかしながら、第３モジュール６５は、隣り合うサブモジュール１０同士が、行方向にわたって同一方向となるように配置されているとともに、列方向にわたって互い違い方向となるように配置されている点で、第２モジュール４０ａと大きく異なっている。

また、第３モジュール６５は、第１板状絶縁体４２の外側において、第１板状絶縁体４２の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面同士がインターコネクタ６６を介して電気的に接続されている。また、第１板状絶縁体４２の外側において、第１板状絶縁体４２の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第２電極層２０の外表面同士がインターコネクタ６６を介して電気的に接続されている。

一方、第２板状絶縁体４４の外側において、列方向では、第２板状絶縁体４４の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面と第２電極層２０の外表面とがインターコネクタ６７を介して電気的に接続されている。また、行方向では、第２板状絶縁体４４の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面同士、第２電極層２０の外表面同士が、上記と同じインターコネクタ６７を介して電気的に接続されている。これらの点でも、第２モジュール４０ａとは大きく異なっている。

このようにサブモジュール１０の配置、インターコネクタ６６、６７の配列を変更することで、サブモジュール１０同士を直列接続、並列接続することができる。なお、図１２に示したインターコネクタ６６、６７上の各矢印は、第３モジュール６５の発電時における電流の流れを示している。

２．４ 第４モジュール
図１３は、第４モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。

第４モジュール７０は、サブモジュール１０を、各管状単セル１２ａの軸とほぼ垂直な同一平面内に複数個（図８では８個）並べて電気的に接続したものである。この点では、第２モジュール４０ａと同様である。

しかしながら、第４モジュール７０は、隣り合うサブモジュール１０同士が、行方向および列方向にわたって、同一方向となるように配置されている点で、第２モジュール４０ａと大きく異なっている。

また、第４モジュール７０は、第１板状絶縁体４２の外側において、第１板状絶縁体４２の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面同士がインターコネクタ７２を介して電気的に接続されており、第２板状絶縁体４４の外側において、第２板状絶縁体４４の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第２電極層２０の外表面同士がインターコネクタ７２を介して電気的に接続されている点で、第２モジュール４０ａと大きく異なっている。

このようにサブモジュール１０の配置、インターコネクタ７２の配列を変更することで、サブモジュール１０同士を並列接続することができる。なお、図１３に示したインターコネクタ７２上の各矢印は、第３モジュール７０の発電時における電流の流れを示している。

２．５ 第５モジュール
図１４は、第５モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。

第５モジュール８０は、サブモジュール１０を、各管状単セル１２ａの軸とほぼ垂直な同一平面内に複数個（図８では８個）並べて電気的に接続したものである。この点では、第４モジュール７０と同様である。

しかしながら、第５モジュール８０は、隣り合うサブモジュール１０同士が、行方向にわたって同一方向となるように配置されているとともに、列方向にわたって互い違い方向となるように配置されている点で、第４モジュール７０と大きく異なっている。

また、第５モジュール８０は、第１板状絶縁体４２の外側において、第１板状絶縁体４２の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面同士がインターコネクタ８２を介して電気的に接続されている。また、第１板状絶縁体４２の外側において、第１板状絶縁体４２の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第２電極層２０の外表面同士がインターコネクタ８２を介して電気的に接続されている。

一方、第２板状絶縁体４４の外側において、第２板状絶縁体４４の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第１電極管１６の外表面同士がインターコネクタ８２を介して電気的に接続されている。また、第２板状絶縁体４４の外側において、第２板状絶縁体４４の各挿通孔から突出した、隣り合うサブモジュール１０の第２電極層２０の外表面同士がインターコネクタ８２を介して電気的に接続されている。これらの点でも、第４モジュール７０とは大きく異なっている。

このようにサブモジュール１０の配置、インターコネクタ７２の配列を変更することで、サブモジュール１０同士を並列接続することができる。なお、図１４に示したインターコネクタ８２上の各矢印は、第５モジュール８０の発電時における電流の流れを示している。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

本サブモジュールの一例を模式的に示した図であり、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は正面図である。 本ＳＯＦＣサブモジュールが備える管状単セルの一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は長手方向の断面図である。 管状単セルの他の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は長手方向の断面図である。 図１における管状単セルと管接合電極部との関係を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図の一部、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 固体電解質層および第２電極層の露出量が、図２の管状単セルと異なる管状単セル（固体電解質層の露出量が多目）を用いた場合における、管状単セルと管接合電極部との関係の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図の一部、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 固体電解質層および第２電極層の露出量が、図２の管状単セルと異なる管状単セル（固体電解質層の露出量が少な目）を用いた場合における、管状単セルと管接合電極部との関係の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は正面図の一部、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 第１モジュールの断面図である。 第２モジュールを模式的に示した外観斜視図である。 第２モジュールの側面図である。 第２モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。 第２モジュール４０ａの変形例を示した断面図である。 第３モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。 第４モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。 第５モジュールの表面を模式的に示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。 従来のサブモジュールを模式的に示した図である。 従来のサブモジュールを直列接続する際の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１０ サブモジュール
１２ａ 管状単セル
１２ｂ 管状単セル
１２ｃ 管状単セル
１２ｄ 管状単セル
１４ 管接合電極部
１６ 第１電極管
１８ 固体電解質層
２０ 第２電極層
２２ 段部
２４ 第２電極層の端面
２６ 管電極接合部の端面
３０ 第１モジュール
３２ インターコネクタ
３４ 挿通孔
４０ａ 第２モジュール
４０ｂ 第２モジュール
４２ 第１板状絶縁体
４４ 第２板状絶縁体
４６ インターコネクタ
４８ 燃料ガス供給用マニホールド
５０ 燃料ガス排出用マニホールド
５２ 圧損材料
５４ 圧損材料
５６ 取り出し電極（＋）
５８ 取り出し電極（−）
６０ 第１シール部材
６２ 第２シール部材
６４ インターコネクタ
６５ 第３モジュール
６６ インターコネクタ
６７ インターコネクタ
７０ 第４モジュール
７２ インターコネクタ
８０ 第５モジュール
８２ インターコネクタ

Claims (16)

1. 第１電極管と、前記第１電極管の外周に積層された固体電解質層と、前記固体電解質層の外周に積層された第２電極層とを有する複数本の管状単セルと、
   互いに離間されて平行に配列された各管状単セル同士をそれぞれの両端部を突出させた状態で一体的に接合し、前記第２電極層と接している、第２電極材料よりなる管接合電極部とを備え、
   各管状単セルの一端部側では、前記第１電極管の外表面と、前記固体電解質層の外表面とが露出されており、
   各管状単セルの他端部側では、前記第２電極層の外表面が露出されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池サブモジュール。
2. 各管状単セルの他端部側では、さらに、前記固体電解質層の外表面が露出されていることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュール。
3. 前記管状単セルは、その他端部側における、前記第１電極管の端面、または、前記第１電極管の端面および前記第１電極管の内周面の一部が、前記固体電解質層により被覆されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュール。
4. 前記管状単セルは、前記第１電極管の外周に、前記第１電極管の表面積よりもその表面積が小さい前記固体電解質層、前記固体電解質層の表面積よりもその表面積が小さい前記第２電極層が順に積層されて形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュール。
5. 前記管接合電極部は、立方体、直方体または略円柱形状に形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュール。
6. 前記第１電極管は燃料極管であり、前記第２電極層は空気極層であり、前記第２電極材料は空気極材料であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュール。
7. 前記第１電極管は空気極管であり、前記第２電極層は燃料極層であり、前記第２電極材料は燃料極材料であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュール。
8. 請求項１から７の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュールが、各管状単セルの軸をほぼ一致させて同一方向に複数個並べられた部分を備え、
   隣り合うサブモジュール間において、一方のサブモジュールの第２電極層の外表面と、他方のサブモジュールの第１電極管の外表面とが、インターコネクタを介して電気的に接続された電池列を有することを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。
9. 前記インターコネクタには、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成されており、前記挿通孔内に、隣り合うサブモジュールの各管状単セルの端部が挿通されることにより、前記接続がなされていることを特徴とする請求項８に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
10. 他方のサブモジュールの管接合電極部と前記インターコネクタとの間には、絶縁部材が介在されていることを特徴とする請求項８または９に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
11. 請求項１から７の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に複数個並べられた部分を備え、
    各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、
    隣り合うサブモジュール間は、前記挿通された各管状単セルの端部同士がインターコネクタを介して電気的に接続されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池モジュール。
12. 請求項１から７の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に互い違い向きに複数個並べられた部分を備え、
    各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、
    各板状絶縁体側または何れか一方の板状絶縁体側において、隣り合う一方のサブモジュールの第１電極管の外表面と、他方のサブモジュールの第２電極層の外表面とが、インターコネクタを介して電気的に接続された構造を有していることを特徴とする請求項１１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
13. 請求項１から７の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池サブモジュールが、各管状単セルの軸とほぼ垂直な同一平面内に同方向に複数個並べられた部分を備え、
    各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第１板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの一方側の端部が挿通されるとともに、各管状単セルの位置に対応して挿通孔が形成された第２板状絶縁体の各挿通孔内に、各管状単セルの他方側の端部が挿通され、
    各板状絶縁体側において、隣り合うサブモジュールの第１電極管の外表面同士、隣り合うサブモジュールの第２電極層の外表面同士が、インターコネクタを介して電気的に接続された構造を有していることを特徴とする請求項１１に記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
14. 前記第１板状絶縁体または前記第２板状絶縁体の何れか一方の外側に、各管状単セルの第１電極管内に流すガスを供給するマニホールドが設けられており、
    前記マニホールド内における各管状単セルの端部手前側に、圧損材料が配置されていることを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
15. 前記第１板状絶縁体と前記第２板状絶縁体との間に形成された隙間部分に、圧損材料が充填されていることを特徴とする請求項１１から１４の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。
16. 前記第２板状絶縁体または前記第１板状絶縁体の何れか一方の外側に、各管状単セルの第１電極管内を流れたガスを排出するマニホールドが設けられており、
    前記マニホールドの外部に、前記インターコネクタの取り出し電極が突出されていることを特徴とする請求項１１から１５の何れかに記載の固体酸化物形燃料電池モジュール。

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