JP2016029610A - 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

Abstract

【課題】 複数の改質器を分散配置するとともに、全体として小型化可能な固体酸化物形燃料電池スタック、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システムを提供する。【解決手段】 本発明の固体酸化物形燃料電池スタック（３０）は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル（３３）の各々が、第一キャップ（７１）および第二キャップ（７２）を備えている。複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル（３３）がベース部材（３１）に立設されたときにベース部材（３１）に近い側に配置される第一キャップ（７１）および第二キャップ（７２）を導入用キャップ（７１ｆ，７２ｆ）とする。導入用キャップ（７１ｆ，７２ｆ）の各本体部には、連通口部から導入された改質用原料を改質して燃料を導出する改質器（５０）がそれぞれ設けられている。【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが複数の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。

上記固体酸化物形燃料電池スタックの一例として、特許文献１に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の発電装置は、複数の改質器と、改質ガス受入れ室と、分配路とを備えている。そして、複数の改質器の各々で改質された改質ガスは、共通の改質ガス受入れ室に導入され、分配路を介して複数のセルスタックに送出される。特許文献１に記載の発明は、改質器を２つ以上に分割して分散配置することにより、複数のセルスタックを収容する収容室内の温度差を低減しようとしている。

特開２００５−２９３９３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、複数のセルスタックの外部において、複数の改質器が分散配置されているので、改質原料の分配に係る配管が複雑になり、発電装置が大型化する。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、複数の改質器を分散配置するとともに、全体として小型化可能な固体酸化物形燃料電池スタック、固体酸化物形燃料電池モジュールおよび固体酸化物形燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池スタックは、ベース部材と、前記ベース部材を貫通して前記ベース部材に立設されて、筒状に形成され燃料が一端側から他端側に向けて流通する燃料極層と、前記燃料極層の外側に積層され酸化剤ガスが前記一端側から前記他端側に向けて流通する酸化剤ガス極層と、前記燃料極層と前記酸化剤ガス極層との間に形成された電解質層と、を備えた複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、前記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、一の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記燃料極層に設けられた燃料極層被接続部と、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酸化剤ガス極層に設けられた酸化剤ガス極層被接続部と、を接続する複数の接続部材と、少なくとも前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルおよび前記複数の接続部材を、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記他端側から覆うように内部に収容するケーシングと、を備えている固体酸化物形燃料電池スタックであって、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、前記燃料極層の一方の端部が露出するとともに前記燃料極層の他方の端部が前記酸化剤ガス極層により覆われており、かつ、前記燃料極層の前記他方の端部および前記燃料極層の前記他方の内壁面が前記電解質層と同じ材質で製膜されており、かつ、前記燃料極層の前記一方の端部の露出部に前記燃料極層被接続部が形成されるとともに前記酸化剤ガス極層の前記他方の端部に前記酸化剤ガス極層被接続部が形成されており、前記複数の接続部材の各々は、前記燃料極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、前記酸化剤ガス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、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、前記燃料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、前記燃料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燃料極層内に形成された燃料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、前記酸化剤ガス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、前記酸化剤ガス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燃料極層内に形成された前記燃料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、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルのうち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、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの長手方向の取り付け向きが互いに逆方向となるように前記ベース部材に配設され、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが前記ベース部材に立設されたときに前記ベース部材に近い側に配置される前記第一キャップおよび前記第二キャップを導入用キャップとするとき、前記導入用キャップの各連通口部は、前記ベース部材に形成された各貫通穴にそれぞれ貫通して設けられ、前記導入用キャップの各本体部には、前記連通口部から導入された改質用原料を改質して前記燃料を導出する改質器がそれぞれ設けられている。

本発明の固体酸化物形燃料電池スタックによれば、固体酸化物形燃料電池スタックは、各固体酸化物形燃料電池筒状セルに接続する導入用キャップ内にそれぞれ改質器が設けられているので、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの外部に設けられる外部改質器および改質用原料の分配に係る配管が不要である。よって、本発明の固体酸化物形燃料電池スタックは、外部改質器および上記配管を備える固体酸化物形燃料電池スタックと比べて、全体として小型化することができる。

固体酸化物形燃料電池システム１の一例を示す構成図である。 固体酸化物形燃料電池モジュール１１を固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向に切断した切断部端面図である。 図２のIII−III方向視図である。 図２の電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３を模式的に示す模式図である。 図２の接続部材３４を示す上面図である。 図４の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３に第一キャップ７１および第二キャップ７２がそれぞれ装着された状態を模式的に示す模式図である。 図２の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の組付状態を示す長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向に切断した部分拡大断面図である。 一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一端側（矢印Ｚ１方向側）、絶縁部材５３および改質器５０が、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆに収納される様子を模式的に示す斜視図である。

＜固体酸化物形燃料電池システム１＞
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池システム１は、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。また、発電ユニット１０は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、電力変換装置１３、水タンク１４および制御装置１５を備えている。

固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、後述するように固体酸化物形燃料電池スタック３０を少なくとも含んで構成される。固体酸化物形燃料電池モジュール１１には、改質用原料、改質水およびカソードガス（空気）が供給されている。具体的には、固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａには、原料ポンプ１１ａ１が設けられている。さらに、固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂには、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードガス（空気）が供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。

熱交換器１２は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図１にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。

熱交換器１２において、固体酸化物形燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、例えば、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。

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。

電力変換装置１３は、固体酸化物形燃料電池スタック３０から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、電力変換装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して固体酸化物形燃料電池システム１の運転を制御する。

＜固体酸化物形燃料電池モジュール１１＞
図２に示すように、固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、固体酸化物形燃料電池スタック３０、混合器４０および燃焼部６０を備えている。また、固体酸化物形燃料電池スタック３０の各固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の導入用キャップ７１ｆ，７２ｆには、改質器５０がそれぞれ設けられている。

（固体酸化物形燃料電池スタック３０）
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、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３、複数の接続部材３４、ケーシング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、ベース部材３１と、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３および複数の接続部材３４とを絶縁する。断熱部材３２は、絶縁性かつ断熱性を有する材料（例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコンまた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。

図３に示すように、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筒状セル３３の立設範囲に配置されている。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、複数の接続部材３４が当接して設置されている。断熱部材３２は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３がベース部材３１に立設されたときに、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向において、接続部材３４を位置決めする際の位置決め用治具として使用されている。また、図３に示す矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向に直交する方向であり、矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向および長手方向（矢印Ｚ方向）は、互いに直交している。

複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、ベース部材３１を貫通してベース部材３１に立設されている。図４に示すように、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の各々は、燃料極層３３ａ、電解質層３３ｂおよび酸化剤ガス極層３３ｃを備えており、これらは、層状に積層されて形成されている。まず、図４の左側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を例に、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の構成について説明する。なお、同図の右側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが逆方向である点を除いて、左側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３と同様の構成を有している。

燃料極層３３ａは、筒状に形成されており、燃料が一端側（矢印Ｚ１方向側）から他端側（矢印Ｚ２方向側）に向けて流通する。本実施形態では、燃料は、後述する天然ガスなどの炭化水素系原料を改質した改質ガスであり、アノードガスともいう。酸化剤ガス極層３３ｃは、燃料極層３３ａの外側に積層されており、酸化剤ガスが一端側（矢印Ｚ１方向側）から他端側（矢印Ｚ２方向側）に向けて流通する。本実施形態では、酸化剤ガスは、空気であり、カソードガスともいう。電解質層３３ｂは、燃料極層３３ａと酸化剤ガス極層３３ｃとの間に形成されている。つまり、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、径方向の内側から燃料極層３３ａ、電解質層３３ｂ、酸化剤ガス極層３３ｃの順に形成されている。

なお、電解質層３３ｂと酸化剤ガス極層３３ｃとの間には、例えば、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ＹＤＣ（イットリアドープセリア）、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）等の希土類をドープしたセリア混合体を用いた反応防止層を設けることもできる。また、本実施形態では、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、円筒状に形成されているが、各固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、筒状であれば良く、例えば、断面方形に形成することもできる。

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、Ｙ、Ｓｍなどの希土類元素から少なくとも１種をドープしたセリアとの混合体、ＮｉやＦｅなどの触媒金属とＳｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも１種をドープしたランタンガレートとの混合体の少なくとも１種から形成される。

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、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。

酸化剤ガス極層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。

図４に示すように、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の各々は、燃料極層３３ａの一方の端部が露出するとともに、燃料極層３３ａの他方の端部が酸化剤ガス極層３３ｃにより覆われている。ここで、一方の端部とは、同図の左側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３では、他端側（矢印Ｚ２方向側）の端部をいい、同図の右側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３では、一端側（矢印Ｚ１方向側）の端部をいう。また、他方の端部とは、同図の左側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３では、一端側（矢印Ｚ１方向側）の端部をいい、同図の右側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３では、他端側（矢印Ｚ２方向側）の端部をいう。以下、一方の端部および他方の端部は、同様の方向とする。

固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の各々には、燃料極層被接続部３３ａ１と、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１とが形成されている。燃料極層被接続部３３ａ１は、燃料極層３３ａの一方の端部の露出部に形成されている。酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１は、酸化剤ガス極層３３ｃの他方の端部に形成されている。

燃料極層被接続部３３ａ１には、電解質層３３ｂおよび酸化剤ガス極層３３ｃが形成されておらず、燃料極層３３ａのみが形成されている。また、電解質層３３ｂの一部は、露出している。固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の形成方法は、特に限定されないが、例えば、公知の押し出し、プレス、鋳込み等の方法で燃料極層３３ａを形成し、逐次、電解質層３３ｂおよび酸化剤ガス極層３３ｃ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筒状セル３３は、径方向の内側から燃料極層３３ａ、電解質層３３ｂ、酸化剤ガス極層３３ｃの順に、既述の電極材料が層状に積層される。また、製膜の段階で部位に応じてマスキングを行うことで、上述の燃料極層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。なお、局所的に製膜を行うことで、任意の部位の外径を変更した固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を作製することも可能である。

複数の接続部材３４は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を電気的に直列接続する。図５に示すように、複数の接続部材３４の各々は、平板状に形成されており、第一接続部３４ａ、第二接続部３４ｂおよび連結部３４ｃを備えている。接続部材３４は、例えば、フェライト系ステンレス、ランタンクロマイトなどを用いて形成することができる。

第一接続部３４ａには、貫通穴３４ａ１が形成されている。貫通穴３４ａ１は、後述する第一キャップ７１の第一連通口部７１ｂが貫通する。よって、貫通穴３４ａ１は、第一キャップ７１の第一連通口部７１ｂの外径より大きく設定されている。第二接続部３４ｂには、貫通穴３４ｂ１が形成されている。貫通穴３４ｂ１は、後述する第二キャップ７２の第二連通口部７２ｂが貫通する。よって、貫通穴３４ｂ１は、第二キャップ７２の第二連通口部７２ｂの外径より大きく設定されている。貫通穴３４ａ１および貫通穴３４ｂ１の外径寸法は、同程度の寸法に設定することができる。

接続部材３４は、一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の燃料極層３３ａに設けられた燃料極層被接続部３３ａ１と、一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３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３３の酸化剤ガス極層３３ｃに設けられた酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１とを接続する。詳細には、第一接続部３４ａは、第一キャップ７１の第一本体部７１ａを介して、燃料極層被接続部３３ａ１と電気的に接続される。第二接続部３４ｂは、第二キャップ７２の第二本体部７２ａを介して、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１と電気的に接続される。連結部３４ｃは、第一接続部３４ａと第二接続部３４ｂとを連結する。

図６に示すように、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の各々は、第一キャップ７１と第二キャップ７２とを備えている。第一キャップ７１および第二キャップ７２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３３ａ１と接続部材３４の第一接続部３４ａとの間に介在して、燃料極層被接続部３３ａ１と接続部材３４の第一接続部３４ａとを電気的に接続する。具体的には、図７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被接続部３３ａ１を覆うように配設されている。第一本体部７１ａの内壁面と燃料極層被接続部３３ａ１とは、導電性接着剤７１ｃで接続されている。導電性接着剤７１ｃは、燃料極層３３ａ内に導入された燃料が、酸化剤ガス極層３３ｃ側に漏れ出すガスリークを抑制することができる。

導電性接着剤７１ｃは、例えば、白金、銀、銅または銀−パラジウム合金などの導電性ペーストや導電性セラミックスを用いることができる。導電性セラミックスは、例えば、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物などを用いることができ、比較的電気伝導性が高いランタンコバルタイト系酸化物や酸化還元雰囲気で安定なランタンクロマイト系酸化物を用いると良い。

第一連通口部７１ｂは、第一本体部７１ａに設けられており、燃料極層３３ａ内に形成された燃料流路３３ｄに連通している。第一連通口部７１ｂは、筒状に形成されており、第一本体部７１ａの底壁から燃料極層３３ａ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、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１と接続部材３４の第二接続部３４ｂとの間に介在して、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１と接続部材３４の第二接続部３４ｂとを電気的に接続する。具体的には、図７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の内壁面が酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１を覆うように配設されている。第二本体部７２ａの内壁面と酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１とは、導電性接着剤７１ｃと同様の導電性接着剤７２ｃで接続されている。導電性接着剤７２ｃは、燃料極層３３ａ内に導入された燃料が、酸化剤ガス極層３３ｃ側に漏れ出すガスリークを抑制することができる。

第二連通口部７２ｂは、第二本体部７２ａに設けられており、燃料極層３３ａ内に形成された燃料流路３３ｄに連通している。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３３ａと反対側に向けて立設されている。

なお、第一キャップ７１の第一本体部７１ａおよび第二キャップ７２の第二本体部７２ａは、同一寸法で形成しても良い。また、第一本体部７１ａおよび第二本体部７２ａは、第一本体部７１ａの内径寸法を燃料極層３３ａ（燃料極層被接続部３３ａ１）の外径寸法より若干大きくするとともに、第二本体部７２ａの内径寸法を酸化剤ガス極層３３ｃ（酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１）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、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの各連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）の長手方向長さは、接続部材３４、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。導出用キャップ７１ｓ，７２ｓの各連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）の長手方向長さは、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの各連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）と同一でも良く、また、短くても良い。但し、導出用キャップ７１ｓ，７２ｓの各連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）の長手方向長さは、接続部材３４の厚みより大きい値に少なくとも設定されている。

また、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の各々は、燃料極層３３ａの他方の端部３３ａ２および燃料極層３３ａの他方の内壁面３３ａ３が電解質層３３ｂと同じ材質で製膜されており、絶縁部３３ｂ１が形成されている。絶縁部３３ｂ１は、燃料極層３３ａと第二キャップ７２とを絶縁する。電解質層３３ｂは、燃料極層３３ａおよび酸化剤ガス極層３３ｃと比べて緻密に形成されている。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、燃料極層３３ａの他方の端部３３ａ２および燃料極層３３ａの他方の内壁面３３ａ３は、電解質層３３ｂと同じ材質で製膜されている。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一端側（矢印Ｚ１方向側）において燃料極層３３ａ内に導入された燃料が、燃料極層３３ａの上記部位と第二キャップ７２との間を通って、酸化剤ガス極層３３ｃ側に漏れ出すガスリークを抑制することができる。

ここで、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３がベース部材３１に立設されたときに、ベース部材３１に近い側に配置される第一キャップ７１を導入用キャップ７１ｆとする。同様に、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３がベース部材３１に立設されたときに、ベース部材３１に近い側に配置される第二キャップ７２を導入用キャップ７２ｆとする。図７に示すように、導入用キャップ７１ｆの第一連通口部７１ｂは、接続部材３４の貫通穴３４ａ１、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。また、第一連通口部７１ｂと貫通穴３４ａ１（第一接続部３４ａ）とは、導電性接着剤７１ｃと同様の導電性接着剤３４ｄで接続されている。同様に、導入用キャップ７２ｆの第二連通口部７２ｂは、接続部材３４の貫通穴３４ｂ１、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。また、第二連通口部７２ｂと貫通穴３４ｂ１（第二接続部３４ｂ）とは、導電性接着剤３４ｄ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の外径より若干小さく形成されている。各第一連通口部７１ｂおよび各第二連通口部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および各第二連通口部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の外径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と固体酸化物形燃料電池筒状セル３３との間は、絶縁性シール部材３１ｂでシールされていると好適である。絶縁性シール部材３１ｂは、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とベース部材３１の貫通穴３１ａとの間をシールし、かつ、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とベース部材３１とを電気的に絶縁する。具体的には、図７に示すように、絶縁性シール部材３１ｂは、導入用キャップ７１ｆの第一連通口部７１ｂと貫通穴３１ａとの間をシールし、導入用キャップ７２ｆの第二連通口部７２ｂと貫通穴３１ａとの間をシールしている。

また、絶縁性シール部材３１ｂは、導入用キャップ７１ｆの第一連通口部７１ｂの外径より大径のリング状のガラス系シール部材であると好適である。同様に、絶縁性シール部材３１ｂは、導入用キャップ７２ｆの第二連通口部７２ｂの外径より大径のリング状のガラス系シール部材であると好適である。ベース部材３１には、貫通穴３１ａより大径の大径部３１ａ１が貫通穴３１ａと同軸に形成されている。大径部３１ａ１は、断熱部材３２側が開口しており、昇温前において、絶縁性シール部材３１ｂは、大径部３１ａ１に収容されている。

ガラス系シール部材は、例えば、結晶化ガラスを用いることができる。結晶化ガラスは、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）等を主成分とする結晶化ガラスを用いることができる。結晶化ガラスは、最初の昇温時に軟化してベース部材３１の貫通穴３１ａと固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）との間を流動する。軟化した後にさらに昇温すると、結晶化ガラスは、結晶化して、固体酸化物形燃料電池スタック３０の作動温度までに固体状態になり、固体状態が維持される。なお、結晶化ガラスに変えて、アモルファスガラスを用いることもできる。

図７に示すように、導入用キャップ７１ｆの各第一本体部７１ａには、第一連通口部７１ｂから導入された改質用原料を改質して燃料を導出する改質器５０がそれぞれ設けられている。同様に、導入用キャップ７２ｆの各第二本体部７２ａには、第二連通口部７２ｂから導入された改質用原料を改質して燃料を導出する改質器５０がそれぞれ設けられている。

図８に示すように、改質器５０は、ハニカム担体５１と改質触媒５２とを備えている。ハニカム担体５１は、複数の通路５１ａを有しており、図７に示すように、複数の通路５１ａは、第一連通口部７１ｂから導入された改質用原料を燃料流路３３ｄに向かって流通させる。同様に、複数の通路５１ａは、第二連通口部７２ｂから導入された改質用原料を燃料流路３３ｄに向かって流通させる。改質用原料の流通方向（図７に示す固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向であり、以下、同じ。）に垂直な平面でハニカム担体５１を切断したときの各通路５１ａの断面形状は、ハニカム担体５１の外周部分を除いて、例えば、四角形、六角形等の多角形とすることができる。ハニカム担体５１は、例えば、コージェライトやアルミナなどのセラミックで形成することができる。コージェライトは、セラミックの中でも熱膨張率が小さく、耐熱衝撃性に優れ、高温環境下においても機械的強度が強く好適である。

改質触媒５２は、ハニカム担体５１に担持されている。改質触媒５２は、第一連通口部７１ｂから導入された改質用原料を改質する。同様に、改質触媒５２は、第二連通口部７２ｂから導入された改質用原料を改質する。改質触媒５２は、改質用原料に合わせた改質触媒を用いることができる。改質用原料として、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挙げられる。本実施形態では、改質用原料として天然ガスなどの炭化水素系原料を用いるので、改質触媒５２は、炭化水素系原料の改質触媒（例えば、ニッケル、白金、銅、ルテニウムなど）を用いることができる。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、導入用キャップ７１ｆの各第一本体部７１ａには、第一連通口部７１ｂから導入された改質用原料を改質して燃料を導出する改質器５０がそれぞれ設けられている。同様に、導入用キャップ７２ｆの各第二本体部７２ａには、第二連通口部７２ｂから導入された改質用原料を改質して燃料を導出する改質器５０がそれぞれ設けられている。つまり、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、各固体酸化物形燃料電池筒状セル３３に接続する導入用キャップ７１ｆ，７２ｆ内にそれぞれ改質器５０が設けられているので、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の外部に設けられる外部改質器および改質用原料の分配に係る配管が不要である。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、外部改質器および上記配管を備える固体酸化物形燃料電池スタックと比べて、全体として小型化することができる。

また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、改質器５０は、導入用キャップ７１ｆの各第一本体部７１ａにそれぞれ設けられ、改質器５０は、導入用キャップ７２ｆの各第二本体部７２ａにそれぞれ設けられているので、改質用原料の分配に係る配管などが不要であり、固体酸化物形燃料電池スタック３０を低コスト化することができる。さらに、改質反応に伴う吸熱が、ケーシング３５内において分散され、改質器５０一つ当たりの吸熱量を低減させることができる。また、発熱体である固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の直近に改質器５０が配設されているので、発熱および吸熱の熱バランスの改善が図られる。

なお、改質用原料の流通方向に垂直な平面でハニカム担体５１を切断したときのハニカム担体５１の断面積が一定の場合において通路５１ａの数５Ｎが多くなると、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の圧力損失は増加する。一方、改質用原料の流通方向に垂直な平面でハニカム担体５１を切断したときのハニカム担体５１の断面積が一定の場合において通路５１ａの数５Ｎが少なくなると、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の圧力損失は減少する。また、各ハニカム担体５１に担持する改質触媒５２の量（体積）は、各ハニカム担体５１における通路５１ａの数５Ｎと、改質用原料の流通方向の通路５１ａの長さ５Ｌとによって決まる。

そこで、各ハニカム担体５１における通路５１ａの数５Ｎおよび改質用原料の流通方向の通路５１ａの長さ５Ｌは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一本当たりの圧力損失が許容値を超えないように、空間速度に基づいて設定されていると好適である。ここで、一のハニカム担体５１の複数の通路５１ａを流通する改質用原料の単位時間当たりの流量を単位流量とすると、空間速度は、単位流量を当該ハニカム担体５１に担持されている改質触媒５２の体積で除した値で表すことができる。単位流量は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一本当たりの改質用原料の流量から規定される。また、単位流量から改質反応に必要な空間速度が定まり、空間速度から改質触媒５２の担持量が導出される。なお、改質触媒５２の体積は、例えば、改質触媒５２の密度から算出することができる。

各ハニカム担体５１における通路５１ａの数５Ｎは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一本当たりの圧力損失が許容値を超えないように設定すると良い。例えば、圧力損失の許容値は、改質用原料を送出する原料ポンプ１１ａ１によって吐出される改質用原料の流量、圧力、流速等に基づいて設定することができる。また、各ハニカム担体５１における改質用原料の流通方向の通路５１ａの長さ５Ｌは、次のように設定することができる。例えば、原料ポンプ１１ａ１から吐出される改質用原料の単位時間当たりの吐出流量が流量Ｑ１であったとする。このとき、改質用原料の単位流量ＵＱ１は、流量Ｑ１を、ベース部材３１に立設される固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の本数で除した値になる。改質用原料の単位流量ＵＱ１と、上述の空間速度とに基づいて、ハニカム担体５１に担持される改質触媒５２の体積が導出される。通路５１ａを区画するハニカム担体５１に改質触媒５２は担持されるので、通路５１ａの数５Ｎおよび担持する改質触媒５２の体積が決まると、改質用原料の流通方向の通路５１ａの長さ５Ｌが決まる。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、ハニカム担体５１の通路５１ａの数５Ｎを変更することにより、燃料流路３３ｄにおける圧力損失を調整することができるので、燃料の流量を均一化（等配流）することができる。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、燃料の流量の不均一に起因する発電のばらつきを抑制することができる。また、各ハニカム担体５１における通路５１ａの数５Ｎおよび改質用原料の流通方向の通路５１ａの長さ５Ｌは、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一本当たりの圧力損失が許容値を超えないように、空間速度に基づいて設定されている。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の圧力損失を最適化するとともに、各ハニカム担体５１の形状（通路５１ａの数５Ｎおよび改質用原料の流通方向の通路５１ａの長さ５Ｌ）を規定することが容易である。

また、図７に示すように、導入用キャップ７１ｆの第一本体部７１ａは、第一本体部７１ａの内壁が段付きに形成されており、第一筒状部７１ａ１と第二筒状部７１ａ２とを備えている。第一筒状部７１ａ１は、筒状に形成されており、内径が導入用キャップ７１ｆの第一連通口部７１ｂの内径より大径に設定されている。第二筒状部７１ａ２は、第一筒状部７１ａ１と同軸に筒状に形成されており、内径が第一筒状部７１ａ１の内径より大径に設定されている。

第一筒状部７１ａ１には、改質器５０が収納されている。一方、第二筒状部７１ａ２は、第二筒状部７１ａ２の内壁面が燃料極層被接続部３３ａ１を覆うように配設されている。また、第一筒状部７１ａ１および第二筒状部７１ａ２の内径差によって生じる段部７１ａ３には、絶縁部材５３が設けられている。絶縁部材５３は、改質器５０と一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３との間に介在して、改質器５０と一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とを電気的に絶縁する。

同様に、導入用キャップ７２ｆの第二本体部７２ａは、第二本体部７２ａの内壁が段付きに形成されており、第一筒状部７２ａ１と第二筒状部７２ａ２とを備えている。第一筒状部７２ａ１は、筒状に形成されており、内径が導入用キャップ７２ｆの第二連通口部７２ｂの内径より大径に設定されている。第二筒状部７２ａ２は、第一筒状部７２ａ１と同軸に筒状に形成されており、内径が第一筒状部７２ａ１の内径より大径に設定されている。

第一筒状部７２ａ１には、改質器５０が収納されている。一方、第二筒状部７２ａ２は、第二筒状部７２ａ２の内壁面が酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１を覆うように配設されている。また、第一筒状部７２ａ１および第二筒状部７２ａ２の内径差によって生じる段部７２ａ３には、絶縁部材５３が設けられている。絶縁部材５３は、改質器５０と一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３との間に介在して、改質器５０と一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とを電気的に絶縁する。

図８に示すように、絶縁部材５３は、円環状に形成されており、絶縁材料（例えば、コージェライトやアルミナ等のセラミックなど）で形成することができる。また、図７に示すように、燃料極層被接続部３３ａ１の一方の端部は、絶縁部材５３に接しており、円環状の絶縁部材５３の外周部は、第一本体部７１ａの第二筒状部７１ａ２の内壁面に接している。同様に、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１の他方の端部は、絶縁部材５３に接しており、円環状の絶縁部材５３の外周部は、第二本体部７２ａの第二筒状部７２ａ２の内壁面に接している。よって、絶縁部材５３は、導電性接着剤７１ｃ，７２ｃを塗布する際の塗布代として用いることができる。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、導入用キャップ７１ｆの各第一本体部７１ａには、絶縁部材５３が設けられており、導入用キャップ７２ｆの各第二本体部７２ａには、絶縁部材５３が設けられている。よって、改質器５０と一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とを電気的に絶縁することができる。また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、図８に示すように、改質器５０、絶縁部材５３、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の順に、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆに収納することにより、容易に製作することができる。そのため、例えば、第一筒状部７１ａ１と第二筒状部７１ａ２との境界部分（内壁）に突起部を形成し、突起部により改質器５０と一の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３とを離間させて両者を絶縁する場合と比べて、製作が容易であり、生産性が向上する。この効果は、第一筒状部７２ａ１と第二筒状部７２ａ２との境界部分（内壁）に突起部を設ける場合に対しても、同様に言える。

なお、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の他端側（矢印Ｚ２方向側）では、アノードオフガス（燃料オフガス）と、カソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼される。よって、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の他端側（矢印Ｚ２方向側）は、一端側（矢印Ｚ１方向側）と比べて高温になる。また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一端側（矢印Ｚ１方向側）である導入用キャップ７１ｆ，７２ｆには、改質器５０が設けられているので、改質反応に伴う吸熱によって、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一端側（矢印Ｚ１方向側）は、他端側（矢印Ｚ２方向側）と比べてさらに低温になる。

そこで、固体酸化物形燃料電池スタック３０は、断熱部材３２を備えていると好適である。具体的には、図２に示すように、断熱部材３２は、ケーシング３５の内部に設けられており、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の他端側（矢印Ｚ２方向側）のベース部材３１に当接して配設されている。また、導入用キャップ７１ｆの各第一本体部７１ａは、断熱部材３２の他端側（矢印Ｚ２方向側）に配設され、導入用キャップ７２ｆの各第二本体部７２ａは、断熱部材３２の他端側（矢印Ｚ２方向側）に配設されている。さらに、既述のとおり、導入用キャップ７１ｆの各第一連通口部７１ｂは、断熱部材３２に形成された各貫通穴３２ａにそれぞれ圧入されており、導入用キャップ７２ｆの各第二連通口部７２ｂは、断熱部材３２に形成された各貫通穴３２ａにそれぞれ圧入されている。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、断熱部材３２は、ケーシング３５の内部から、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一端側（矢印Ｚ１方向側）のケーシング３５の外部への放熱を抑制する。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、断熱部材３２を設けない場合と比べて、当該放熱による複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一端側（矢印Ｚ１方向側）の温度低下を抑制することができる。つまり、アノードオフガスとカソードオフガスとの燃焼、および、改質器５０における改質反応に伴う吸熱によって、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一端側（矢印Ｚ１方向側）と他端側（矢印Ｚ２方向側）との間で温度差が生じるが、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、断熱部材３２が設けられているので、当該温度差が拡大することを抑制することができる。

次に、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３がベース部材３１に立設されたときに、ベース部材３１から遠い側に配置される第一キャップ７１を導出用キャップ７１ｓとする。同様に、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３がベース部材３１に立設されたときに、ベース部材３１から遠い側に配置される第二キャップ７２を導出用キャップ７２ｓとする。図７に示すように、導出用キャップ７１ｓの第一連通口部７１ｂは、接続部材３４の貫通穴３４ａ１を貫通している。また、第一連通口部７１ｂと貫通穴３４ａ１（第一接続部３４ａ）とは、導電性接着剤７１ｃと同様の導電性接着剤３４ｄで接続されている。同様に、導出用キャップ７２ｓの第二連通口部７２ｂは、接続部材３４の貫通穴３４ｂ１を貫通している。また、第二連通口部７２ｂと貫通穴３４ｂ１（第二接続部３４ｂ）とは、導電性接着剤３４ｄで接続されている。

図４および図６に示すように、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうち電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが互いに逆方向となるようにベース部材３１に配設されている。具体的には、図４および図６に示す左側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、燃料極層被接続部３３ａ１が他端側（矢印Ｚ２方向側）に配設され、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１が一端側（矢印Ｚ１方向側）に配設されるように、ベース部材３１に立設されている。一方、図４および図６に示す右側の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、燃料極層被接続部３３ａ１が一端側（矢印Ｚ１方向側）に配設され、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１が他端側（矢印Ｚ２方向側）に配設されるように、ベース部材３１に立設されている。これにより、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３がベース部材３１に立設されたときに、燃料極層被接続部３３ａ１は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）に沿った方向において、酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１と対向するように配置される。

図２に示すように、複数の接続部材３４は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を電気的に直列接続する。具体的には、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３において、接続部材３４は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）の一端側（矢印Ｚ１方向側）の燃料極層被接続部３３ａ１と酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１とを電気的に接続する。また、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３において、接続部材３４は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）の他端側（矢印Ｚ２方向側）の酸化剤ガス極層被接続部３３ｃ１と燃料極層被接続部３３ａ１とを電気的に接続する。上記接続が繰り返されることによって、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３が複数の接続部材３４によって全て直列接続されている。なお、直列に接続された固体酸化物形燃料電池筒状セル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。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の各々は、一種類の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３において、第一キャップ７１および第二キャップ７２を備えている。また、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３のうち電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向（矢印Ｚ方向）の取り付け向きが互いに逆方向となるようにベース部材３１に配設されている。本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の第一キャップ７１と第二キャップ７２とが接続部材３４によって接続されるので、接続部材３４の形状を簡素化（例えば、平板状など）することができる。また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、接続部材３４による接続距離を短縮することができるので、固体酸化物形燃料電池スタック３０の内部抵抗を低減することができる。さらに、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３の第一キャップ７１および第二キャップ７２に、接続部材３４を嵌め込むことにより、容易に接続部材３４の組み付けを行うことができる。

ケーシング３５は、ベース部材３１の上面に取り付けられている。ケーシング３５は、箱状に形成されており、箱状の開口部３５０がベース部材３１によって塞がれている。これにより、ケーシング３５の内部は密閉され、空間Ｒ１が形成されている。空間Ｒ１には、複数の接続部材３４によって電気的に接続された複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの各連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）の一部を除く）および混合器４０が収容されている。つまり、ケーシング３５は、少なくとも複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３および複数の接続部材３４を、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の他端側（矢印Ｚ２方向側）から覆うように内部に収容している。ケーシング３５の開口部３５０には、外方に向けてフランジ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。ケーシング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。

また、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、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの各連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）が突出している。アノードガスマニホールド３６には、一端が混合器４０に接続されて混合ガスが供給される混合ガス供給管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の上面より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（空気）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（空気）が供給されるカソードガス供給管３７ａが接続されている。

（混合器４０）
混合器４０は、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成して、生成された水蒸気と供給された改質用原料とを混合して混合ガスを生成する。混合器４０には、一端が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。混合器４０は、固体酸化物形燃料電池スタック３０の燃焼ガスにより加熱されており、水供給管１１ｂを介して供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。なお、混合器４０は、燃焼ガスを用いる代わりに、別途、加熱装置（例えば、バーナなど）を設けて、当該加熱装置によって、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成することもできる。

また、混合器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。混合器４０は、生成された水蒸気と供給された改質用原料とを混合して混合ガスを生成して、アノードガスマニホールド３６に供給する。

混合ガスは、アノードガスマニホールド３６を介して導入用キャップ７１ｆ，７２ｆ内の各改質器５０に導出される。各改質器５０は、発熱体である複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の直近に配設されているので、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３によって混合ガスが予熱される。なお、運転開始前の起動時には、混合ガスを改質しないで燃料流路３３ｄを通過させる。複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の他端側（矢印Ｚ２方向側）では、燃料流路３３ｄを通過したアノードオフガス（燃料オフガス）とカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼される。これによって、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３は、次第に温められ、混合ガスを予熱可能になる。なお、別途、加熱装置（例えば、バーナなど）を設けて、当該加熱装置によって、混合ガスを予熱することもできる。

各改質器５０によって改質されたガス（いわゆる改質ガス）は、既述のアノードガスであり、燃料流路３３ｄに導出される。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。

（燃焼部６０）
燃焼部６０は、各固体酸化物形燃料電池筒状セル３３と混合器４０との間に設けられている。燃焼部６０は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３からのアノードオフガス（燃料オフガス）と複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて混合器４０を加熱する。なお、空間Ｒ１は、少なくとも当該燃焼によって加熱され、空間Ｒ１内の雰囲気温度は高温になる。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの各本体部（第一本体部７１ａ，第二本体部７２ａ）には、連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）から導入された改質用原料を改質して燃料を導出する改質器５０がそれぞれ設けられている。つまり、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、各固体酸化物形燃料電池筒状セル３３に接続する導入用キャップ７１ｆ，７２ｆ内にそれぞれ改質器５０が設けられているので、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の外部に設けられる外部改質器および改質用原料の分配に係る配管が不要である。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、外部改質器および上記配管を備える固体酸化物形燃料電池スタックと比べて、全体として小型化することができる。

本実施形態の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、混合器４０とを備えている固体酸化物形燃料電池モジュール１１において、上述した固体酸化物形燃料電池スタック３０に係る作用効果を得ることができる。また、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム１は、固体酸化物形燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、電力変換装置１３、水タンク１４および制御装置１５を備えている発電ユニット１０と、貯湯槽２１とを備えている固体酸化物形燃料電池システム１において、上述した固体酸化物形燃料電池スタック３０に係る作用効果を得ることができる。

＜その他＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。

１：固体酸化物形燃料電池システム、
１０：発電ユニット、
１１：固体酸化物形燃料電池モジュール、１２：熱交換器、１３：電力変換装置、
１４：水タンク、１５：制御装置、１６ａ：系統電源、１６ｂ：電源ライン、
２１：貯湯槽、
３０：固体酸化物形燃料電池スタック、
３１：ベース部材、３１ａ：貫通穴、
３２：断熱部材、３２ａ：貫通穴、
３３：固体酸化物形燃料電池筒状セル、
３３ａ：燃料極層、３３ａ１：燃料極層被接続部、
３３ａ２：燃料極層３３ａの他方の端部、３３ａ３：燃料極層３３ａの他方の内壁面、
３３ｂ：電解質層、
３３ｃ：酸化剤ガス極層、３３ｃ１：酸化剤ガス極層被接続部、
３３ｄ：燃料流路、
３４：接続部材、３４ａ：第一接続部、３４ｂ：第二接続部、３４ｃ：連結部、
３５：ケーシング、
４０：混合器、
５０：改質器、５１：ハニカム担体、５１ａ：通路、５２：改質触媒、５３：絶縁部材、
７１：第一キャップ、７１ａ：第一本体部、７１ｂ：第一連通口部、
７２：第二キャップ、７２ａ：第二本体部、７２ｂ：第二連通口部、
７１ａ１，７２ａ１：第一筒状部、
７１ａ２，７２ａ２：第二筒状部、
７１ａ３，７２ａ３：段部、
７１ｆ，７２ｆ：導入用キャップ。

Claims (6)

1. ベース部材と、
   前記ベース部材を貫通して前記ベース部材に立設されて、筒状に形成され燃料が一端側から他端側に向けて流通する燃料極層と、前記燃料極層の外側に積層され酸化剤ガスが前記一端側から前記他端側に向けて流通する酸化剤ガス極層と、前記燃料極層と前記酸化剤ガス極層との間に形成された電解質層と、を備えた複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルと、
   前記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、一の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記燃料極層に設けられた燃料極層被接続部と、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酸化剤ガス極層に設けられた酸化剤ガス極層被接続部と、を接続する複数の接続部材と、
   少なくとも前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルおよび前記複数の接続部材を、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記他端側から覆うように内部に収容するケーシングと、
   を備えている固体酸化物形燃料電池スタックであって、
   前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、
   前記燃料極層の一方の端部が露出するとともに前記燃料極層の他方の端部が前記酸化剤ガス極層により覆われており、かつ、前記燃料極層の前記他方の端部および前記燃料極層の前記他方の内壁面が前記電解質層と同じ材質で製膜されており、
   かつ、前記燃料極層の前記一方の端部の露出部に前記燃料極層被接続部が形成されるとともに前記酸化剤ガス極層の前記他方の端部に前記酸化剤ガス極層被接続部が形成されており、
   前記複数の接続部材の各々は、前記燃料極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、前記酸化剤ガス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、
   前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、前記燃料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、前記燃料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燃料極層内に形成された燃料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、前記酸化剤ガス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、前記酸化剤ガス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燃料極層内に形成された前記燃料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、
   前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルのうち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、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルの長手方向の取り付け向きが互いに逆方向となるように前記ベース部材に配設され、
   前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが前記ベース部材に立設されたときに前記ベース部材に近い側に配置される前記第一キャップおよび前記第二キャップを導入用キャップとするとき、
   前記導入用キャップの各連通口部は、前記ベース部材に形成された各貫通穴にそれぞれ貫通して設けられ、前記導入用キャップの各本体部には、前記連通口部から導入された改質用原料を改質して前記燃料を導出する改質器がそれぞれ設けられている固体酸化物形燃料電池スタック。
2. 各前記改質器は、前記連通口部から導入された前記改質用原料を前記燃料流路に向かって流通させる複数の通路を有するハニカム担体と、前記ハニカム担体に担持され前記改質用原料を改質する改質触媒とを備え、
   一の前記ハニカム担体の前記複数の通路を流通する前記改質用原料の単位時間当たりの流量を単位流量とし、前記単位流量を当該ハニカム担体に担持されている前記改質触媒の体積で除した値を空間速度とするとき、
   各前記ハニカム担体における前記通路の数および前記改質用原料の流通方向の前記通路の長さは、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの一本当たりの圧力損失が許容値を超えないように、前記空間速度に基づいて設定されている請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
3. 前記導入用キャップの各本体部は、前記本体部の内壁が段付きに形成され、筒状に形成され内径が前記導入用キャップの前記連通口部の内径より大径の第一筒状部と、前記第一筒状部と同軸に筒状に形成され内径が前記第一筒状部の内径より大径の第二筒状部とを備え、
   前記第一筒状部には、前記改質器が収納され、
   前記第二筒状部は、前記第二筒状部の内壁面が前記燃料極層被接続部または前記酸化剤ガス極層被接続部を覆うように配設されており、
   前記第一筒状部および前記第二筒状部の内径差によって生じる段部には、前記改質器と一の前記固体酸化物形燃料電池筒状セルとの間に介在して、前記改質器と前記一の固体酸化物形燃料電池筒状セルとを電気的に絶縁する絶縁部材が設けられている請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
4. 前記固体酸化物形燃料電池スタックは、前記ケーシングの内部に設けられ、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記他端側の前記ベース部材に当接して配設される断熱部材を備え、
   前記導入用キャップの各本体部は、前記断熱部材の前記他端側に配設され、前記導入用キャップの各連通口部は、前記断熱部材に形成された各貫通穴にそれぞれ圧入されており、
   前記断熱部材は、前記ケーシングの内部から、前記複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの前記一端側の前記ケーシングの外部への放熱を抑制する請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池スタックと、
   供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成して、生成された水蒸気と供給された改質用原料とを混合して混合ガスを生成する混合器と、
   を備えている固体酸化物形燃料電池モジュール。
6. 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５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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