JP6232614B2 - Manufacturing method of fuel cell and fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池用セルの製造方法、及び、燃料電池に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell and a fuel cell.

従来、燃料極、電解質、空気極、インターコネクタの各層を備える燃料電池用のセルスタック（燃料電池用セル）がある。セルスタックは、燃料極、電解質、空気極、インターコネクタを印刷技術等により成膜した上で、焼成することで得られる。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a cell stack (fuel cell) for a fuel cell including layers of a fuel electrode, an electrolyte, an air electrode, and an interconnector. The cell stack is obtained by firing a fuel electrode, an electrolyte, an air electrode, and an interconnector after forming the film by a printing technique or the like.

特許文献１には、燃料極（アノード）と空気極（カソード）との間に補修材（多孔質体）を設けた構成の燃料電池が開示されている。この燃料電池では、その使用中において、燃料極と空気極との間の電解質に亀裂等の欠陥が生じて、燃料極側に供給される燃料ガスと空気極側に供給される酸化性ガス（酸化剤ガス）とが電解質中で直接接触反応するガスクロスが発生した際に、補修材がガスクロスの発熱により溶融してガスクロス部分を閉塞する。すなわち、特許文献１には、燃料電池の使用中において、欠陥を自動的に補修する方法が開示されている。   Patent Document 1 discloses a fuel cell having a configuration in which a repair material (porous body) is provided between a fuel electrode (anode) and an air electrode (cathode). In this fuel cell, during use, defects such as cracks occur in the electrolyte between the fuel electrode and the air electrode, so that the fuel gas supplied to the fuel electrode side and the oxidizing gas supplied to the air electrode side ( When a gas cloth that directly contacts and reacts with the oxidant gas) in the electrolyte is generated, the repair material melts due to the heat generation of the gas cloth and closes the gas cloth portion. That is, Patent Document 1 discloses a method for automatically repairing defects during use of a fuel cell.

特開平７−２８２８２２号公報JP-A-7-282822

ところで、セルスタックを製造する際には、焼成による欠陥や、燃料極、電解質、インターコネクタの印刷不良による欠陥が発生することがある。このような欠陥は、燃料極と空気極との間で電気的な短絡等の不具合を起こすため、従来、このような欠陥が製造後のセルスタックにおいて発見された場合、セルスタックは不良品として扱われる。欠陥によるセルスタックの歩留まり低下は深刻な問題となっており、これを解消することが求められている。
特許文献１の補修方法は、使用中の燃料電池において発生した欠陥を補修する方法であるため、製造過程で発生する欠陥の補修には適しておらず、セルスタックの歩留まり低下を防ぐことはできない。 By the way, when manufacturing a cell stack, defects due to firing and defects due to defective printing of the fuel electrode, electrolyte, and interconnector may occur. Since such a defect causes a malfunction such as an electrical short circuit between the fuel electrode and the air electrode, when such a defect is conventionally found in a cell stack after manufacture, the cell stack is regarded as a defective product. Be treated. Decreasing the yield of the cell stack due to defects is a serious problem, and it is required to solve this problem.
The repair method of Patent Document 1 is a method of repairing defects that occur in a fuel cell in use, and thus is not suitable for repairing defects that occur in the manufacturing process, and cannot prevent a decrease in the yield of the cell stack. .

本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、歩留まり向上を図ることが可能な燃料電池用セルの製造方法及び製造された燃料電池用セルを備える燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell capable of improving the yield and a fuel cell including the manufactured fuel cell. .

この課題を解決するために、本発明の一態様としての燃料電池用セルの製造方法は、支持体に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極の各層が形成されてなる燃料電池用の燃料電池用セルの製造方法であって、前記支持体の表面に、少なくとも前記燃料極を成膜する成膜工程と、成膜工程で成膜された成膜体を焼成する焼成工程と、焼成工程後の欠陥を検査する検査工程と、検査工程での検査結果に基づいて、欠陥部分を除去する除去工程と、除去した部分に絶縁性の充填剤を充填する充填工程と、前記空気極を形成する空気極形成工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve this problem, a method for manufacturing a fuel cell according to one aspect of the present invention includes a fuel cell for a fuel cell in which layers of a fuel electrode, an electrolyte, an interconnector, and an air electrode are formed on a support. A method for producing a cell for a cell, comprising a film forming step for forming at least the fuel electrode on the surface of the support, a baking step for baking the film formed in the film forming step, and a step after the baking step An inspection process for inspecting defects, a removal process for removing defective parts based on an inspection result in the inspection process, a filling process for filling the removed parts with an insulating filler, and forming the air electrode And an air electrode forming step.

上記製造方法では、少なくとも空気極を形成する前に焼成工程を実施することで、焼成前の状態では発見し難い欠陥（焼成によって発生する成膜体の亀裂や成膜形成不良等の欠陥）が成膜体の表面に現れやすくなる。このため、焼成工程後の検査工程では、欠陥を容易に発見することが可能となり、セル（燃料電池用セル）の製造途中において除去工程及び充填工程を実施してセルの完成後に発現する欠陥を確実に取り除くことができる。したがって、セルの歩留まり低下を防ぐことができる。   In the manufacturing method described above, by performing the baking step at least before forming the air electrode, defects that are difficult to find in the state before baking (defects such as cracks in the film formed by baking and defects in film formation). It tends to appear on the surface of the film formation body. For this reason, in the inspection process after the firing process, it becomes possible to easily find defects, and defects appearing after the completion of the cell by carrying out the removing process and the filling process during the production of the cell (cell for fuel cell). Can be removed reliably. Therefore, a decrease in cell yield can be prevented.

そして、前記燃料電池用セルの製造方法の前記成膜工程では、前記燃料極を成膜した後に前記電解質及び前記インターコネクタを順次成膜してもよい。   In the film forming step of the method for manufacturing a fuel cell, the electrolyte and the interconnector may be sequentially formed after the fuel electrode is formed.

この場合には、焼成工程において燃料極、電解質及びインターコネクタを一括して焼成できるため、セルの製造効率向上を図ることができる。   In this case, since the fuel electrode, the electrolyte, and the interconnector can be fired together in the firing step, the production efficiency of the cell can be improved.

また、前記燃料電池用セルの製造方法においては、前記充填工程では、前記充填剤を充填した後に、当該充填剤を自然乾燥させ、前記空気極形成工程では、前記空気極を前記成膜体上に成膜した後に、前記空気極及び前記充填剤を一体に焼成してもよい。   In the fuel cell manufacturing method, in the filling step, after filling the filler, the filler is naturally dried, and in the air electrode forming step, the air electrode is placed on the film formation body. After the film formation, the air electrode and the filler may be fired integrally.

さらに、前記燃料電池用セルの製造方法においては、前記成膜工程が、前記燃料極を成膜する第一成膜工程と、少なくとも前記電解質を成膜する第二成膜工程と、を含み、前記焼成工程、前記検査工程、前記除去工程及び前記充填工程が、前記第一成膜工程及び前記第二成膜工程の後にそれぞれ実施され、前記第一成膜工程後の前記充填工程では、前記充填剤を充填した後に、当該充填剤を自然乾燥させ、前記第二成膜工程後の前記焼成工程では、前記充填剤が前記第二成膜工程において成膜された前記成膜体と一体に焼成されてもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a fuel cell, the film forming step includes a first film forming step of forming the fuel electrode and a second film forming step of forming at least the electrolyte. The firing step, the inspection step, the removal step, and the filling step are performed after the first film forming step and the second film forming step, respectively, and in the filling step after the first film forming step, After filling the filler, the filler is naturally dried, and in the baking step after the second film-forming step, the filler is integrated with the film-formed body formed in the second film-forming step. It may be fired.

そして、本発明の一態様としての燃料電池は、前記製造方法によって製造されたセルスタックを備えることを特徴とする。   And the fuel cell as 1 aspect of this invention is equipped with the cell stack manufactured by the said manufacturing method, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、セルの製造途中で発生する欠陥をセルが完成する前に除去、充填による補修を実施することで、セルの歩留まり低下を防ぐことができる。   According to the present invention, it is possible to prevent a decrease in cell yield by performing repairs by removing and filling defects that occur during the manufacture of the cell before the cell is completed.

本発明に係る第一実施形態における燃料電池モジュールの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the fuel cell module in 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態におけるカートリッジの断面図である。It is sectional drawing of the cartridge in 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態におけるセルスタックの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the cell stack in 1st embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第一実施形態におけるセルスタックの製造方法の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the manufacturing method of the cell stack in 1st embodiment which concerns on this invention. 図４に示す製造方法における除去工程、充填工程及び空気極形成工程を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the removal process in the manufacturing method shown in FIG. 4, a filling process, and an air electrode formation process. 本発明に係る第二実施形態におけるセルスタックの製造方法によって製造されるセルスタックの要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the cell stack manufactured by the manufacturing method of the cell stack in 2nd embodiment which concerns on this invention.

〔第一実施形態〕
以下、図１〜５を参照して本発明の第一実施形態について説明する。 [First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

〔燃料電池モジュールの構造〕
はじめに、本発明に係るセルスタック（燃料電池用セル）の製造方法によって製造される燃料電池モジュール（燃料電池）の構造の一態様について、図１〜３を参照して説明する。
以下の説明では、便宜上、紙面を基準として「上」及び「下」の表現を用いて各構成要素の位置関係を特定する場合があるが、鉛直方向に対して必ずしもこの限りである必要はない。例えば、紙面における上方向が鉛直方向における下方向に対応してもよい。また、紙面における上下方向が鉛直方向に直交する水平方向に対応してもよい。 [Structure of fuel cell module]
First, an aspect of the structure of a fuel cell module (fuel cell) manufactured by the method for manufacturing a cell stack (fuel cell) according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In the following description, for the sake of convenience, the positional relationship of each component may be specified using the expressions “upper” and “lower” with reference to the paper surface, but this is not necessarily limited to the vertical direction. . For example, the upward direction on the paper surface may correspond to the downward direction in the vertical direction. Further, the vertical direction on the paper surface may correspond to a horizontal direction orthogonal to the vertical direction.

図１，２に示すように、燃料電池モジュール（燃料電池）２０１は、例えば、複数のカートリッジ２０３と、これら複数のカートリッジ２０３を収納する圧力容器２０５と、を備える。また、燃料電池モジュール２０１は、燃料ガス供給管２０７と、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａと、を備える。さらに、燃料電池モジュール２０１は、燃料ガス排出管２０９と、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａと、を備える。また、燃料電池モジュール２０１は、酸化性ガス供給管（不図示）と、酸化性ガス供給枝管（不図示）と、を備える。また、燃料電池モジュール２０１は、酸化性ガス排出管（不図示）と、複数の酸化性ガス排出枝管（不図示）と、を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell module (fuel cell) 201 includes, for example, a plurality of cartridges 203 and a pressure container 205 that stores the plurality of cartridges 203. The fuel cell module 201 includes a fuel gas supply pipe 207 and a plurality of fuel gas supply branch pipes 207a. Furthermore, the fuel cell module 201 includes a fuel gas discharge pipe 209 and a plurality of fuel gas discharge branch pipes 209a. The fuel cell module 201 includes an oxidizing gas supply pipe (not shown) and an oxidizing gas supply branch pipe (not shown). The fuel cell module 201 includes an oxidizing gas discharge pipe (not shown) and a plurality of oxidizing gas discharge branch pipes (not shown).

燃料ガス供給管２０７は、圧力容器２０５の外部に設けられて、燃料電池モジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の燃料ガスＧｆを供給する燃料ガス供給部（不図示）に接続されると共に、圧力容器２０５の内部に配された複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに接続されている。すなわち、燃料ガス供給管２０７は圧力容器２０５の内部から外部まで延びている。燃料ガス供給管２０７は、上記した燃料ガス供給部から供給される所定流量の燃料ガスＧｆを、複数の燃料ガス供給枝管２０７ａに分岐して導くものである。
燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７に接続されると共に、圧力容器２０５の内部に配された複数のカートリッジ２０３に接続されている。燃料ガス供給枝管２０７ａは、燃料ガス供給管２０７から供給される燃料ガスＧｆを複数のカートリッジ２０３に略均等の流量で導き、複数のカートリッジ２０３の発電性能を略均一化させるものである。 The fuel gas supply pipe 207 is provided outside the pressure vessel 205, and is connected to a fuel gas supply unit (not shown) that supplies a predetermined gas composition and a predetermined flow rate of the fuel gas Gf corresponding to the amount of power generated by the fuel cell module 201. In addition to being connected, the pressure vessel 205 is connected to a plurality of fuel gas supply branch pipes 207a. That is, the fuel gas supply pipe 207 extends from the inside of the pressure vessel 205 to the outside. The fuel gas supply pipe 207 branches and guides the fuel gas Gf having a predetermined flow rate supplied from the fuel gas supply unit described above to a plurality of fuel gas supply branch pipes 207a.
The fuel gas supply branch pipe 207 a is connected to the fuel gas supply pipe 207 and to a plurality of cartridges 203 arranged inside the pressure vessel 205. The fuel gas supply branch pipe 207a guides the fuel gas Gf supplied from the fuel gas supply pipe 207 to the plurality of cartridges 203 at a substantially equal flow rate, and makes the power generation performance of the plurality of cartridges 203 substantially uniform.

上記した燃料ガスＧｆとしては、例えば、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ４）等の炭化水素系ガス、石炭等の炭素質原料のガス化により得られた炭化水素を含むガス、又は、これらの２以上の成分を含むガス等が利用される。 Examples of the fuel gas Gf described above include hydrocarbons such as hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and methane (CH 4 ), and hydrocarbons obtained by gasification of carbonaceous raw materials such as coal. Or a gas containing two or more of these components is used.

燃料ガス排出枝管２０９ａは、圧力容器２０５の内部に配されており、複数のカートリッジ２０３に接続されると共に、燃料ガス排出管２０９に接続されている。燃料ガス排出枝管２０９ａは、カートリッジ２０３を通過して排出された燃料ガスＧｆ（排燃料ガス）を燃料ガス排出管２０９に導くものである。
燃料ガス排出管２０９は、複数の燃料ガス排出枝管２０９ａに接続されると共に、圧力容器２０５の内部から外部まで延びるように配置されている。燃料ガス排出管２０９は、燃料ガス排出枝管２０９ａから略均等の流量で導出される燃料ガスＧｆを圧力容器２０５の外部に導くものである。 The fuel gas discharge branch pipe 209 a is disposed inside the pressure vessel 205 and is connected to the plurality of cartridges 203 and to the fuel gas discharge pipe 209. The fuel gas discharge branch pipe 209a guides the fuel gas Gf (exhaust fuel gas) discharged through the cartridge 203 to the fuel gas discharge pipe 209.
The fuel gas discharge pipe 209 is connected to the plurality of fuel gas discharge branch pipes 209a and is disposed so as to extend from the inside of the pressure vessel 205 to the outside. The fuel gas discharge pipe 209 guides the fuel gas Gf derived from the fuel gas discharge branch pipe 209a at a substantially equal flow rate to the outside of the pressure vessel 205.

不図示の酸化性ガス供給管は、前述した燃料ガス供給管２０７と同様に、圧力容器２０５の内部から外部まで延びるように配され、酸化性ガスＧｏを圧力容器２０５の内部に導くものである。
不図示の酸化性ガス供給枝管は、前述した燃料ガス供給枝管２０７ａと同様に、酸化性ガス供給管に接続されると共に、複数のカートリッジ２０３に接続される。酸化性ガス供給枝管は、酸化性ガス供給管から供給される酸化性ガスＧｏを複数のカートリッジ２０３に分岐して導くものである。複数のカートリッジ２０３には、燃料電池モジュール２０１の発電量に対応して所定ガス組成と所定流量の酸化性ガスＧｏが供給される。 Similar to the fuel gas supply pipe 207 described above, the oxidizing gas supply pipe (not shown) is arranged so as to extend from the inside of the pressure vessel 205 to the outside, and guides the oxidizing gas Go to the inside of the pressure vessel 205. .
The oxidizing gas supply branch pipe (not shown) is connected to the oxidizing gas supply pipe and to the plurality of cartridges 203 in the same manner as the fuel gas supply branch pipe 207a described above. The oxidizing gas supply branch pipe branches and guides the oxidizing gas Go supplied from the oxidizing gas supply pipe to the plurality of cartridges 203. The plurality of cartridges 203 are supplied with an oxidizing gas Go having a predetermined gas composition and a predetermined flow rate corresponding to the power generation amount of the fuel cell module 201.

上記した酸化性ガスＧｏとしては、例えば、酸化剤としての酸素を略１５〜３０vol％含むガス等が利用される。代表的な酸化性ガスＧｏとしては、空気であるが、例えば、圧力容器２０５の外部に排出された燃料ガスＧｆ（排燃料ガス）と空気との混合ガスや、酸素と空気との混合ガスなどを利用してもよい。   As the above-described oxidizing gas Go, for example, a gas containing approximately 15 to 30 vol% of oxygen as an oxidizing agent is used. A typical oxidizing gas Go is air. For example, a mixed gas of fuel gas Gf (exhaust fuel gas) discharged to the outside of the pressure vessel 205 and air, a mixed gas of oxygen and air, etc. May be used.

不図示の酸化性ガス排出枝管は、前述した燃料ガス排出枝管２０９ａと同様に、圧力容器２０５の内部に配されており、複数のカートリッジ２０３に接続されると共に、酸化性ガス排出管に接続される。酸化性ガス供給枝管は、カートリッジ２０３を通過して排出された酸化性ガスＧｏを酸化性ガス排出管に導くものである。
不図示の酸化性ガス排出管は、前述した燃料ガス排出管２０９と同様に、複数の酸化性ガス排出枝管に接続され、圧力容器２０５の内部から外部まで延びるように配される。酸化性ガス排出管は、酸化性ガス排出枝管から導出された酸化性ガスＧｏを圧力容器２０５の外部に導くものである。 Similar to the fuel gas discharge branch pipe 209a described above, the oxidizing gas discharge branch pipe (not shown) is arranged inside the pressure vessel 205, and is connected to the plurality of cartridges 203 and is connected to the oxidizing gas discharge pipe. Connected. The oxidizing gas supply branch pipe guides the oxidizing gas Go discharged through the cartridge 203 to the oxidizing gas discharge pipe.
Similar to the fuel gas discharge pipe 209 described above, the oxidizing gas discharge pipe (not shown) is connected to a plurality of oxidizing gas discharge branch pipes and is arranged to extend from the inside of the pressure vessel 205 to the outside. The oxidizing gas discharge pipe guides the oxidizing gas Go derived from the oxidizing gas discharge branch pipe to the outside of the pressure vessel 205.

圧力容器２０５は、内部の圧力が０．１ＭＰａ〜約１ＭＰa、内部の温度が大気温度〜約５５０℃で運用される。このため、耐力性と酸化性ガスＧｏ中に含まれる酸素などの酸化剤に対する耐食性を保有する材質が利用される。例えばＳＵＳ３０４などのステンレス系材が好適である。   The pressure vessel 205 is operated at an internal pressure of 0.1 MPa to about 1 MPa and an internal temperature of atmospheric temperature to about 550 ° C. For this reason, a material having strength and corrosion resistance against an oxidizing agent such as oxygen contained in the oxidizing gas Go is used. For example, a stainless steel material such as SUS304 is suitable.

本実施形態においては、複数のカートリッジ２０３が集合化されて圧力容器２０５に収納される態様について説明しているが、これに限られず、例えば、カートリッジ２０３が集合化されずに圧力容器２０５内に収納される態様とすることも可能である。   In the present embodiment, a mode in which a plurality of cartridges 203 are assembled and stored in the pressure vessel 205 is described. However, the present invention is not limited to this. For example, the cartridges 203 are not assembled and are stored in the pressure vessel 205. It is also possible to adopt a mode of being stored.

カートリッジ２０３は、図２に示すように、複数のセルスタック（燃料電池用セル）１０１と、発電室２１５と、燃料ガス供給室２１７と、燃料ガス排出室２１９と、酸化性ガス供給室２２１と、酸化性ガス排出室２２３と、を備える。また、カートリッジ２０３は、上部管板２２５ａと、下部管板２２５ｂと、上部断熱体２２７ａと、下部断熱体２２７ｂと、を備える。   As shown in FIG. 2, the cartridge 203 includes a plurality of cell stacks (cells for fuel cells) 101, a power generation chamber 215, a fuel gas supply chamber 217, a fuel gas discharge chamber 219, an oxidizing gas supply chamber 221, And an oxidizing gas discharge chamber 223. The cartridge 203 includes an upper tube plate 225a, a lower tube plate 225b, an upper heat insulator 227a, and a lower heat insulator 227b.

本実施形態において、カートリッジ２０３は、燃料ガス供給室２１７、燃料ガス排出室２１９、酸化性ガス供給室２２１及び酸化性ガス排出室２２３が、図２のように配置されることで、燃料ガスＧｆと酸化性ガスＧｏとが後述するセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる構造（図３参照）となっているが、必ずしもこの必要はない。カートリッジ２０３は、例えば、燃料ガスＧｆと酸化性ガスＧｏとがセルスタック１０１の内側と外側とを互いに平行して流れる、あるいは、燃料ガスＧｆがセルスタック１０１の長手方向に流れると共に、酸化性ガスＧｏがセルスタック１０１の長手方向と直交する方向へ流れる構造となっていてもよい。   In the present embodiment, the cartridge 203 includes a fuel gas supply chamber 217, a fuel gas discharge chamber 219, an oxidizing gas supply chamber 221, and an oxidizing gas discharge chamber 223 as shown in FIG. However, this is not always necessary. However, this is not always necessary. In the cartridge 203, for example, the fuel gas Gf and the oxidizing gas Go flow in parallel with each other inside and outside the cell stack 101, or the fuel gas Gf flows in the longitudinal direction of the cell stack 101 and the oxidizing gas. The structure may be such that Go flows in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the cell stack 101.

セルスタック１０１について図３を参照して説明する。以下の説明では、セルスタック１０１として円筒形（円筒形セルスタック）を例示するが、必ずしもこの限りである必要はなく、例えば平板形のセル（燃料電池用セル）であってもよい。
図３に示すように、セルスタック１０１は、円筒形状の基体管（支持体）１０３と、基体管１０３の外周面（表面）に複数形成された燃料電池セル１０５と、隣り合う燃料電池セル１０５の間に形成されたインターコネクタ１０７と、を備える。燃料電池セル１０５は、基体管１０３の外周面から燃料極１０９、固体電解質（電解質）１１１及び空気極１１３を順次積層して形成されている。また、セルスタック１０１は、基体管１０３の外周面に形成された複数の燃料電池セル１０５のうち、基体管１０３の軸方向において最も端に形成された燃料電池セル１０５の空気極１１３に、インターコネクタ１０７を介して電気的に接続されたリード膜１１５を備える。 The cell stack 101 will be described with reference to FIG. In the following description, a cylindrical shape (cylindrical cell stack) is exemplified as the cell stack 101. However, the cell stack 101 is not necessarily limited to this, and may be, for example, a flat plate cell (fuel cell).
As shown in FIG. 3, the cell stack 101 includes a cylindrical base tube (support) 103, a plurality of fuel cells 105 formed on the outer peripheral surface (surface) of the base tube 103, and adjacent fuel cells 105. And an interconnector 107 formed therebetween. The fuel cell 105 is formed by sequentially laminating a fuel electrode 109, a solid electrolyte (electrolyte) 111, and an air electrode 113 from the outer peripheral surface of the base tube 103. The cell stack 101 is connected to the air electrode 113 of the fuel cell 105 formed at the end in the axial direction of the base tube 103 among the plurality of fuel cells 105 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103. A lead film 115 electrically connected via a connector 107 is provided.

基体管１０３は、多孔質材料からなり、例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ２（ＣＳＺ）、Ｙ２Ｏ３安定化ＺｒＯ2（ＹＳＺ）、ＭｇＡｌ２Ｏ４等のいずれかである。基体管１０３は、燃料電池セル１０５とインターコネクタ１０７とリード膜１１５とを支持するものである。また、基体管１０３は、その内周側に供給される燃料ガスＧｆを基体管１０３の細孔を介して基体管１０３の外周面に形成される燃料極１０９に拡散させるものである。 The base tube 103 is made of a porous material, and is, for example, any one of CaO stabilized ZrO 2 (CSZ), Y 2 O 3 stabilized ZrO 2 (YSZ), MgAl 2 O 4, and the like. The base tube 103 supports the fuel cell 105, the interconnector 107, and the lead film 115. The base tube 103 diffuses the fuel gas Gf supplied to the inner peripheral side thereof to the fuel electrode 109 formed on the outer peripheral surface of the base tube 103 through the pores of the base tube 103.

燃料極１０９は、Ｎｉとジルコニア系電解質材料との複合材の酸化物で構成されるものであり、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等である。この場合、燃料極１０９は、燃料極１０９の成分であるＮｉが燃料ガスＧｆに対して触媒として作用する。触媒としての作用は、基体管１０３を介して供給された燃料ガスＧｆ、例えば、メタン（ＣＨ４）と水蒸気との混合ガスを反応させ、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に改質する作用である。また、燃料極１０９は、改質により得られる水素（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）と、後述する空気極１１３において生成され、固体電解質１１１を介して供給される酸素イオン（Ｏ２−）とを固体電解質１１１との界面付近において電気化学的に反応させて水（Ｈ２Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）を生成するものである。燃料電池セル１０５では、上記した反応過程において酸素イオンから放出される電子によって発電する。 The fuel electrode 109 is composed of an oxide of a composite material of Ni and a zirconia-based electrolyte material, such as Ni / YSZ. In this case, in the fuel electrode 109, Ni as a component of the fuel electrode 109 acts as a catalyst for the fuel gas Gf. As a catalyst, the fuel gas Gf supplied through the base tube 103, for example, a mixed gas of methane (CH 4 ) and water vapor is reacted to be converted into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). It is a function to quality. In addition, the fuel electrode 109 includes hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO) obtained by reforming, and oxygen ions (O 2− ) generated in the air electrode 113 described later and supplied via the solid electrolyte 111. ) In the vicinity of the interface with the solid electrolyte 111 to generate water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). In the fuel cell 105, power is generated by electrons released from oxygen ions in the above-described reaction process.

固体電解質１１１は、ガスを通しにくい気密性と、高温で高い酸素イオン導電性とを有するものであり、ＹＳＺが主として用いられる。固体電解質１１１は、空気極１１３で生成される酸素イオン（Ｏ２−）を燃料極１０９に移動させるものである。 The solid electrolyte 111 has gas tightness that prevents gas from passing through and high oxygen ion conductivity at high temperatures, and YSZ is mainly used. The solid electrolyte 111 moves oxygen ions (O 2− ) generated at the air electrode 113 to the fuel electrode 109.

空気極１１３は、例えば、ＬａＳｒＭｎＯ３系酸化物、又は、ＬａＣｏＯ３系酸化物で構成される。この空気極１１３は、固体電解質１１１との界面付近において、供給される空気等の酸化性ガスＧｏ中の酸素を解離させて酸素イオン（Ｏ２−）を生成するものである。 The air electrode 113 is made of, for example, a LaSrMnO 3 -based oxide or a LaCoO 3 -based oxide. The air electrode 113 generates oxygen ions (O 2− ) by dissociating oxygen in the oxidizing gas Go such as air supplied in the vicinity of the interface with the solid electrolyte 111.

インターコネクタ１０７は、例えば、ＳｒＴｉＯ３系などのＭ１−ｘＬｘＴｉＯ３（Ｍはアルカリ土類金属元素、Ｌはランタノイド元素）で表される導電性ペロブスカイト型酸化物から構成されている。インターコネクタ１０７は、燃料ガスＧｆと酸化性ガスＧｏとが混合しないように緻密な膜となっている。また、インターコネクタ１０７は、酸化雰囲気と還元雰囲気との両雰囲気下で安定した電気導電性を有する。インターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５において、一方の燃料電池セル１０５の空気極１１３と他方の燃料電池セル１０５の燃料極１０９とを電気的に接続する。このインターコネクタ１０７は、隣り合う燃料電池セル１０５同士を直列に接続するものである。 The interconnector 107 is made of, for example, a conductive perovskite oxide represented by M 1-x L x TiO 3 such as SrTiO 3 (M is an alkaline earth metal element and L is a lanthanoid element). The interconnector 107 is a dense film so that the fuel gas Gf and the oxidizing gas Go are not mixed. Further, the interconnector 107 has stable electrical conductivity in both an oxidizing atmosphere and a reducing atmosphere. The interconnector 107 electrically connects the air electrode 113 of one fuel cell 105 and the fuel electrode 109 of the other fuel cell 105 in adjacent fuel cells 105. The interconnector 107 connects adjacent fuel cells 105 in series.

リード膜１１５は、電子伝導性を有すること、及び、セルスタック１０１を構成する他の材料との熱膨張係数が近いことが必要であることから、例えば、Ｎｉ／ＹＳＺ等のＮｉとジルコニア系電解質材料との複合材で構成されている。リード膜１１５は、インターコネクタ１０７により直列に接続される複数の燃料電池セル１０５で発電された直流電力をセルスタック１０１の端部付近まで導出すものである。   Since the lead film 115 needs to have electronic conductivity and a thermal expansion coefficient close to that of other materials constituting the cell stack 101, for example, Ni such as Ni / YSZ and a zirconia electrolyte It is composed of a composite material. The lead film 115 leads the direct-current power generated by the plurality of fuel cells 105 connected in series by the interconnector 107 to the vicinity of the end portion of the cell stack 101.

図２に示すように、カートリッジ２０３の発電室２１５は、後述する上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間に形成された領域である。発電室２１５は、例えば、上部断熱体２２７ａと下部断熱体２２７ｂとの間において断熱材（不図示）等によって囲まれる領域である。発電室２１５は、セルスタック１０１の燃料電池セル１０５が配置され、燃料ガスＧｆと酸化性ガスＧｏとを電気化学的に反応させて発電を行う領域である。また、発電室２１５のセルスタック１０１長手方向の中央部付近での温度は、燃料電池モジュール２０１の定常運転時に、およそ７００℃〜１１００℃の高温雰囲気となる。   As shown in FIG. 2, the power generation chamber 215 of the cartridge 203 is an area formed between an upper heat insulator 227a and a lower heat insulator 227b described later. The power generation chamber 215 is a region surrounded by a heat insulating material (not shown) or the like between the upper heat insulator 227a and the lower heat insulator 227b, for example. The power generation chamber 215 is an area in which the fuel cell 105 of the cell stack 101 is disposed, and electricity is generated by electrochemically reacting the fuel gas Gf and the oxidizing gas Go. Further, the temperature in the vicinity of the center of the power generation chamber 215 in the longitudinal direction of the cell stack 101 is a high temperature atmosphere of about 700 ° C. to 1100 ° C. during the steady operation of the fuel cell module 201.

燃料ガス供給室２１７は、カートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａとに囲まれた領域である。燃料ガス供給室２１７は、上部ケーシング２２９ａに備える燃料ガス供給孔２３１ａによって、燃料ガス供給枝管２０７ａと連通されている。また、燃料ガス供給室２１７には、セルスタック１０１の長手方向の一方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス排出室２１９に対して開放するように配置されている。燃料ガス供給室２１７は、燃料ガス供給枝管２０７ａから燃料ガス供給孔２３１ａを介して供給される燃料ガスＧｆを、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部に略均一流量で導き、複数のセルスタック１０１の発電性能を略均一化させるものである。   The fuel gas supply chamber 217 is an area surrounded by the upper casing 229a and the upper tube plate 225a of the cartridge 203. The fuel gas supply chamber 217 communicates with the fuel gas supply branch pipe 207a through a fuel gas supply hole 231a provided in the upper casing 229a. In the fuel gas supply chamber 217, one end in the longitudinal direction of the cell stack 101 is arranged so that the inside of the base tube 103 of the cell stack 101 is open to the fuel gas discharge chamber 219. The fuel gas supply chamber 217 guides the fuel gas Gf supplied from the fuel gas supply branch pipe 207a through the fuel gas supply hole 231a into the base tube 103 of the plurality of cell stacks 101 at a substantially uniform flow rate. The power generation performance of the cell stack 101 is made substantially uniform.

燃料ガス排出室２１９は、カートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂとに囲まれた領域である。燃料ガス排出室２１９は、下部ケーシング２２９ｂに備える燃料ガス排出孔２３１ｂによって、燃料ガス排出枝管２０９ａと連通されている。また、燃料ガス排出室２１９には、セルスタック１０１の長手方向の他方の端部が、セルスタック１０１の基体管１０３の内部が燃料ガス排出室２１９に対して開放するように配置されている。燃料ガス排出室２１９は、複数のセルスタック１０１の基体管１０３の内部を通過して燃料ガス排出室２１９に供給される燃料ガスＧｆ（排燃料ガス）を集約し、燃料ガス排出孔２３１ｂを介して燃料ガス排出枝管２０９ａに導くものである。   The fuel gas discharge chamber 219 is an area surrounded by the lower casing 229b and the lower tube plate 225b of the cartridge 203. The fuel gas discharge chamber 219 communicates with the fuel gas discharge branch pipe 209a through a fuel gas discharge hole 231b provided in the lower casing 229b. The other end of the cell stack 101 in the longitudinal direction of the cell stack 101 is arranged in the fuel gas discharge chamber 219 so that the inside of the base tube 103 of the cell stack 101 is open to the fuel gas discharge chamber 219. The fuel gas discharge chamber 219 collects fuel gas Gf (exhaust fuel gas) supplied to the fuel gas discharge chamber 219 through the inside of the base tube 103 of the plurality of cell stacks 101, and passes through the fuel gas discharge hole 231b. To the fuel gas discharge branch pipe 209a.

酸化性ガス供給室２２１は、カートリッジ２０３の下部ケーシング２２９ｂと下部管板２２５ｂと下部断熱体２２７ｂとに囲まれた領域である。酸化性ガス供給室２２１は、下部ケーシング２２９ｂに備える酸化性ガス供給孔２３３ａによって、不図示の酸化性ガス供給枝管と連通されている。酸化性ガス供給室２２１は、不図示の酸化性ガス供給枝管から酸化性ガス供給孔２３３ａを介して供給される所定流量の酸化性ガスＧｏを、後述する酸化性ガス供給隙間２３５ａを介して発電室２１５に導くものである。   The oxidizing gas supply chamber 221 is a region surrounded by the lower casing 229b, the lower tube plate 225b, and the lower heat insulator 227b of the cartridge 203. The oxidizing gas supply chamber 221 communicates with an oxidizing gas supply branch pipe (not shown) through an oxidizing gas supply hole 233a provided in the lower casing 229b. The oxidizing gas supply chamber 221 supplies an oxidizing gas Go of a predetermined flow rate supplied from an oxidizing gas supply branch pipe (not shown) through an oxidizing gas supply hole 233a through an oxidizing gas supply gap 235a described later. It leads to the power generation chamber 215.

酸化性ガス排出室２２３は、カートリッジ２０３の上部ケーシング２２９ａと上部管板２２５ａと上部断熱体２２７ａとに囲まれた領域である。酸化性ガス排出室２２３は、上部ケーシング２２９ａに備える酸化性ガス排出孔２３３ｂによって、不図示の酸化性ガス排出枝管と連通されている。酸化性ガス排出室２２３は、発電室２１５から、後述する酸化性ガス排出隙間２３５ｂを介して酸化性ガス排出室２２３に供給される酸化性ガスＧｏ（排酸化性ガス）を、酸化性ガス排出孔２３３ｂを介して不図示の酸化性ガス排出枝管に導くものである。   The oxidizing gas discharge chamber 223 is an area surrounded by the upper casing 229a, the upper tube plate 225a, and the upper heat insulator 227a of the cartridge 203. The oxidizing gas discharge chamber 223 communicates with an oxidizing gas discharge branch pipe (not shown) through an oxidizing gas discharge hole 233b provided in the upper casing 229a. The oxidizing gas discharge chamber 223 discharges the oxidizing gas Go (exhaust oxidizing gas) supplied from the power generation chamber 215 to the oxidizing gas discharge chamber 223 via the oxidizing gas discharge gap 235b described later. It leads to an oxidizing gas discharge branch pipe (not shown) through the hole 233b.

上部管板２２５ａは、上部ケーシング２２９ａの天板部（図２において燃料ガス供給孔２３１ａが形成された板部）と上部断熱体２２７ａとの間に、上部管板２２５ａと上部ケーシング２２９ａの天板部と上部断熱体２２７ａとが略平行になるように、上部ケーシング２２９ａの側板部（図２において酸化性ガス排出孔２３３ｂが形成された板部）に固定されている。上部管板２２５ａは、カートリッジ２０３に備えるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。上部管板２２５ａは、複数のセルスタック１０１の一方の端部を、気密部材２３７としてのシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス供給室２１７と酸化性ガス排出室２２３とを隔離するものである。   The upper tube plate 225a is provided between the upper plate 225a and the upper casing 229a between the top plate portion of the upper casing 229a (the plate portion in which the fuel gas supply hole 231a is formed in FIG. 2) and the upper heat insulator 227a. The upper casing 229a is fixed to the side plate portion (the plate portion in which the oxidizing gas discharge hole 233b is formed in FIG. 2) so that the portion and the upper heat insulator 227a are substantially parallel to each other. The upper tube sheet 225a has a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 101 provided in the cartridge 203, and the cell stacks 101 are inserted into the holes, respectively. The upper tube sheet 225a supports one end of the plurality of cell stacks 101 in an airtight manner through one or both of a sealing member and an adhesive member as the airtight member 237, and oxidizes with the fuel gas supply chamber 217. The property gas discharge chamber 223 is isolated.

下部管板２２５ｂは、下部ケーシング２２９ｂの底板部（図２において燃料ガス排出孔２３１ｂが形成された板部）と下部断熱体２２７ｂとの間に、下部管板２２５ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板部と下部断熱体２２７ｂとが略平行になるように下部ケーシング２２９ｂの側板部（図２において酸化性ガス供給孔２３３ａが形成された板部）に固定されている。下部管板２２５ｂは、カートリッジ２０３に備えるセルスタック１０１の本数に対応した複数の孔を有し、該孔にはセルスタック１０１が夫々挿入されている。下部管板２２５ｂは、複数のセルスタック１０１の他方の端部をシール部材及び接着部材のいずれか一方又は両方を介して気密に支持すると共に、燃料ガス排出室２１９と酸化性ガス供給室２２１とを隔離するものである。   The lower tube plate 225b is formed between the lower plate 225b and the bottom plate portion of the lower casing 229b between the bottom plate portion of the lower casing 229b (the plate portion in which the fuel gas discharge hole 231b is formed in FIG. 2) and the lower heat insulator 227b. It is fixed to a side plate portion (a plate portion in which the oxidizing gas supply hole 233a is formed in FIG. 2) of the lower casing 229b so as to be substantially parallel to the lower heat insulator 227b. The lower tube sheet 225b has a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 101 provided in the cartridge 203, and the cell stacks 101 are inserted into the holes, respectively. The lower tube sheet 225b hermetically supports the other end of the plurality of cell stacks 101 via one or both of a sealing member and an adhesive member, and also includes a fuel gas discharge chamber 219, an oxidizing gas supply chamber 221, Is to isolate.

上部断熱体２２７ａは、上部ケーシング２２９ａの下端部に、上部断熱体２２７ａと上部ケーシング２２９ａの天板部と上部管板２２５ａとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板部に固定されている。また、上部断熱体２２７ａには、カートリッジ２０３に備えるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔にはセルスタック１０１が挿通されている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。上部断熱体２２７ａは、この孔の内面と、該内面に対向するセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス排出隙間２３５ｂを有する。   The upper heat insulator 227a is disposed at the lower end of the upper casing 229a so that the upper heat insulator 227a, the top plate portion of the upper casing 229a, and the upper tube plate 225a are substantially parallel to each other, and is fixed to the side plate portion of the upper casing 229a. Has been. Further, the upper heat insulator 227a is provided with a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 101 provided in the cartridge 203. The cell stack 101 is inserted through this hole. The diameter of the hole is set larger than the outer diameter of the cell stack 101. The upper heat insulator 227a has an oxidizing gas discharge gap 235b formed between the inner surface of the hole and the outer surface of the cell stack 101 facing the inner surface.

上部断熱体２２７ａは、発電室２１５と酸化性ガス排出室２２３とを仕切るものであり、上部管板２２５ａの周囲の雰囲気の高温化よる強度低下や、酸化性ガスＧｏ中に含まれる酸化剤による腐食の増加を抑制する。上部管板２２５ａ等は、インコネルなどの高温耐久性のある金属材料からなり、上部管板２２５ａ等が発電室２１５内の高温に晒されて上部管板２２５ａ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、上部断熱体２２７ａは、発電室２１５を通過して高温に晒された酸化性ガスＧｏ（排酸化性ガス）を、酸化性ガス排出隙間２３５ｂを通過させて酸化性ガス排出室２２３に導くものである。   The upper heat insulator 227a separates the power generation chamber 215 and the oxidizing gas discharge chamber 223, and is caused by a decrease in strength due to the high temperature of the atmosphere around the upper tube sheet 225a, or by an oxidizing agent contained in the oxidizing gas Go. Reduces the increase in corrosion. The upper tube sheet 225a and the like are made of a metal material having high temperature durability such as Inconel, and the upper tube sheet 225a and the like are exposed to the high temperature in the power generation chamber 215 so that the temperature difference in the upper tube sheet 225a and the like becomes large. This prevents thermal deformation. Further, the upper heat insulator 227a guides the oxidizing gas Go (exhaust oxidizing gas) exposed to a high temperature through the power generation chamber 215 to the oxidizing gas discharge chamber 223 through the oxidizing gas discharge gap 235b. Is.

下部断熱体２２７ｂは、下部ケーシング２２９ｂの上端部に、下部断熱体２２７ｂと下部ケーシング２２９ｂの底板部と下部管板２２５ｂとが略平行になるように配置され、上部ケーシング２２９ａの側板部に固定されている。また、下部断熱体２２７ｂには、カートリッジ２０３に備えるセルスタック１０１の本数に対応して、複数の孔が設けられている。この孔にはセルスタック１０１が挿通されている。この孔の直径はセルスタック１０１の外径よりも大きく設定されている。下部断熱体２２７ｂは、この孔の内面と、該内面に対向するセルスタック１０１の外面との間に形成された酸化性ガス供給隙間２３５ａを有する。   The lower heat insulator 227b is disposed at the upper end of the lower casing 229b so that the lower heat insulator 227b, the bottom plate portion of the lower casing 229b, and the lower tube plate 225b are substantially parallel to each other, and is fixed to the side plate portion of the upper casing 229a. ing. The lower heat insulator 227 b is provided with a plurality of holes corresponding to the number of cell stacks 101 provided in the cartridge 203. The cell stack 101 is inserted through this hole. The diameter of the hole is set larger than the outer diameter of the cell stack 101. The lower heat insulator 227b has an oxidizing gas supply gap 235a formed between the inner surface of the hole and the outer surface of the cell stack 101 facing the inner surface.

下部断熱体２２７ｂは、発電室２１５と酸化性ガス供給室２２１とを仕切るものであり、下部管板２２５ｂの周囲の雰囲気の高温化による強度低下や、酸化性ガスＧｏ中に含まれる酸化剤による腐食の増加を抑制する。下部管板２２５ｂ等は、インコネルなどの高温耐久性のある金属材料からなり、下部管板２２５ｂ等が高温に晒されて下部管板２２５ｂ等内の温度差が大きくなることで熱変形することを防ぐものである。また、下部断熱体２２７ｂは、酸化性ガス供給室２２１に供給される酸化性ガスＧｏを、酸化性ガス供給隙間２３５ａを通過させて発電室２１５に導くものである。   The lower heat insulator 227b separates the power generation chamber 215 and the oxidizing gas supply chamber 221 and is caused by a decrease in strength due to a high temperature of the atmosphere around the lower tube plate 225b, or by an oxidizing agent contained in the oxidizing gas Go. Reduces the increase in corrosion. The lower tube sheet 225b and the like are made of a metal material having a high temperature durability such as Inconel, and the lower tube sheet 225b and the like are exposed to high temperature, and the temperature difference in the lower tube sheet 225b and the like is increased, thereby being thermally deformed. It is something to prevent. The lower heat insulator 227b guides the oxidizing gas Go supplied to the oxidizing gas supply chamber 221 to the power generation chamber 215 through the oxidizing gas supply gap 235a.

上記したカートリッジ２０３の構造では、燃料ガスＧｆと酸化性ガスＧｏとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる。これにより、発電室２１５を通過した酸化性ガスＧｏ（排酸化性ガス）は、基体管１０３の内部を通って発電室２１５に供給される燃料ガスＧｆとの間で熱交換がなされ、金属材料からなる上部管板２２５ａ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて酸化性ガス排出室２２３に供給される。また、燃料ガスＧｆは、発電室２１５から排出される酸化性ガスＧｏ（排酸化性ガス）との熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に適した温度に予熱昇温された燃料ガスＧｆを発電室２１５に供給することができる。   In the structure of the cartridge 203 described above, the fuel gas Gf and the oxidizing gas Go flow facing the inside and the outside of the cell stack 101. As a result, the oxidizing gas Go (exhaust oxidizing gas) that has passed through the power generation chamber 215 undergoes heat exchange with the fuel gas Gf that is supplied to the power generation chamber 215 through the inside of the base tube 103, and the metal material The upper tube sheet 225a and the like made of is cooled to a temperature at which deformation such as buckling does not occur and is supplied to the oxidizing gas discharge chamber 223. The fuel gas Gf is heated by heat exchange with the oxidizing gas Go (exhaust oxidizing gas) discharged from the power generation chamber 215 and supplied to the power generation chamber 215. As a result, the fuel gas Gf preheated to a temperature suitable for power generation can be supplied to the power generation chamber 215 without using a heater or the like.

また、カートリッジ２０３の構造では、燃料ガスＧｆと酸化性ガスＧｏとがセルスタック１０１の内側と外側とを対向して流れる。これにより、基体管１０３の内部を通って発電室２１５を通過した燃料ガスＧｆ（排燃料ガス）は、発電室２１５に供給される酸化性ガスＧｏとの間で熱交換がなされ、金属材料からなる下部管板２２５ｂ等が座屈などの変形をしない温度に冷却されて燃料ガス排出室２１９に供給される。また、酸化性ガスＧｏは、発電室２１５から排出される燃料ガスＧｆ（排燃料ガス）との熱交換により昇温され、発電室２１５に供給される。その結果、ヒーター等を用いることなく発電に必要な温度に昇温された酸化性ガスＧｏを発電室２１５に供給することができる。   Further, in the structure of the cartridge 203, the fuel gas Gf and the oxidizing gas Go flow to face the inside and the outside of the cell stack 101. As a result, the fuel gas Gf (exhaust fuel gas) that has passed through the power generation chamber 215 through the inside of the base tube 103 is heat-exchanged with the oxidizing gas Go supplied to the power generation chamber 215, and from the metal material. The lower tube sheet 225b and the like are cooled to a temperature that does not cause deformation such as buckling, and supplied to the fuel gas discharge chamber 219. The oxidizing gas Go is heated by heat exchange with the fuel gas Gf (exhaust fuel gas) discharged from the power generation chamber 215 and supplied to the power generation chamber 215. As a result, the oxidizing gas Go heated to the temperature required for power generation can be supplied to the power generation chamber 215 without using a heater or the like.

さらに、カートリッジ２０３の構造では、発電室２１５で発電された直流電力が、複数の燃料電池セル１０５に設けたＮｉ／ＹＳＺ等からなるリード膜１１５によりセルスタック１０１の端部付近まで導出した後に、カートリッジ２０３の集電棒（不図示）に集電板（不図示）を介して集電して、各カートリッジ２０３の外部へと取り出される。上記した集電棒によってカートリッジ２０３の外部に導出された電力は、各カートリッジ２０３の発電電力を所定の直列数および並列数へと相互に接続され、燃料電池モジュール２０１の外部へと導出されて、図示しないインバータなどにより所定の交流電力へと変換されて、電力負荷へと供給される。   Furthermore, in the structure of the cartridge 203, after the DC power generated in the power generation chamber 215 is led out to the vicinity of the end of the cell stack 101 by the lead film 115 made of Ni / YSZ or the like provided in the plurality of fuel cells 105, The current is collected on a current collecting rod (not shown) of the cartridge 203 via a current collecting plate (not shown) and is taken out of each cartridge 203. The electric power derived to the outside of the cartridge 203 by the above-described current collecting rod is connected to the predetermined series number and the parallel number of the generated electric power of each cartridge 203, and is derived to the outside of the fuel cell module 201. It is converted into predetermined AC power by an inverter that does not, and supplied to the power load.

〔セルスタックの製造方法〕
次に、本発明に係るセルスタックの製造方法の第一実施形態について、主に図４，５を参照して説明する。
本実施形態の製造方法では、上記したセルスタック１０１（図３参照）を製造するために、図４に示すように、成膜工程Ｓ１、焼成工程Ｓ２、検査工程Ｓ３、空気極形成工程Ｓ６を順次実施する。また、本実施形態の製造方法では、検査工程Ｓ３での検査結果に基づき、必要に応じて除去工程Ｓ４及び充填工程Ｓ５を順次実施する。 [Manufacturing method of cell stack]
Next, a first embodiment of a method for manufacturing a cell stack according to the present invention will be described mainly with reference to FIGS.
In the manufacturing method of the present embodiment, in order to manufacture the above-described cell stack 101 (see FIG. 3), as shown in FIG. 4, a film forming process S1, a baking process S2, an inspection process S3, and an air electrode forming process S6 are performed. Implement sequentially. In the manufacturing method of the present embodiment, the removal step S4 and the filling step S5 are sequentially performed as necessary based on the inspection result in the inspection step S3.

セルスタック１０１を製造する際には、はじめに成膜工程Ｓ１を実施する。成膜工程Ｓ１では、基体管（支持体）１０３の外周面（表面）に、燃料極１０９を印刷技術等により成膜する。さらに、本実施形態の成膜工程Ｓ１では、燃料極１０９を成膜した後に、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７の各層を印刷技術等により順次成膜する。以下の説明では、成膜工程Ｓ１において成膜された燃料極１０９、固体電解質１１１、インターコネクタ１０７を「成膜体」と呼ぶことがある。   When manufacturing the cell stack 101, first, the film forming step S1 is performed. In the film forming step S1, the fuel electrode 109 is formed on the outer peripheral surface (surface) of the base tube (support) 103 by a printing technique or the like. Further, in the film forming step S1 of the present embodiment, after the fuel electrode 109 is formed, the layers of the solid electrolyte 111 and the interconnector 107 are sequentially formed by a printing technique or the like. In the following description, the fuel electrode 109, the solid electrolyte 111, and the interconnector 107 formed in the film formation step S1 may be referred to as “film formation bodies”.

成膜工程Ｓ１後には、成膜体を焼成する焼成工程Ｓ２を実施した上で、欠陥を検査する検査工程Ｓ３を実施する。
ここで対象となる欠陥とは、少なくとも焼成工程Ｓ２の実施後に基体管１０３の外面側に現れるものであり、燃料極１０９の内部のみや内面のみに発生するものは、燃料電池モジュール２０１の機能に与える影響が少なく、今回の欠陥の対象にしないものである。欠陥には、例えば、印刷不良などによる成膜形成不良によって燃料極１０９と空気極１１３とが直接接触して短絡してしまう欠陥や、図５（ａ）に示すように、固体電解質１１１を貫通して燃料極１０９側の燃料ガス雰囲気と空気極１１３側の空気雰囲気との気密性が損なわれる亀裂４０１がある。 After the film forming step S1, an inspection step S3 for inspecting defects is performed after performing a baking step S2 for baking the film-formed body.
The defects to be used here are those that appear at least on the outer surface side of the base tube 103 after the firing step S <b> 2, and those that occur only on the inside or only on the inner surface of the fuel electrode 109 are functions of the fuel cell module 201. It has little impact and is not subject to the current defect. The defects include, for example, a defect in which the fuel electrode 109 and the air electrode 113 are in direct contact with each other due to defective film formation due to defective printing or the like, and the solid electrolyte 111 is penetrated as shown in FIG. Thus, there is a crack 401 that impairs the airtightness between the fuel gas atmosphere on the fuel electrode 109 side and the air atmosphere on the air electrode 113 side.

亀裂４０１は、基体管１０３の外周部から燃料極１０９及び固体電解質１１１を貫通して基体管１０３の外面側に現れるものである。亀裂４０１の主な発生要因は、基体管１０３の原料（ＣＳＺ等）に混入した異物である。異物は、例えば粒径の大きい結晶化した粒子である。代表的な異物には、例えば、単体のジルコニア（未安定なジルコニア）やアルミナ（酸化アルミ）などがある。異物自体、あるいは、異物と基体管１０３の原料中の成分との反応で生成された物質は、基体管１０３の原料と熱膨張係数が異なる。このため、焼成工程Ｓ２を実施した際には、基体管１０３の外周部に亀裂４０１が発生すると共に、該亀裂４０１が燃料極１０９、固体電解質１１１に伝播する。亀裂４０１は、図５（ａ）において基体管１０３の内周面に開口していないが、例えば開口する場合もある。   The crack 401 penetrates the fuel electrode 109 and the solid electrolyte 111 from the outer peripheral portion of the base tube 103 and appears on the outer surface side of the base tube 103. The main generation factor of the crack 401 is a foreign matter mixed in the raw material (CSZ or the like) of the base tube 103. The foreign material is, for example, crystallized particles having a large particle size. Typical foreign substances include, for example, simple zirconia (unstable zirconia) and alumina (aluminum oxide). The foreign matter itself or the substance produced by the reaction between the foreign matter and the component in the raw material of the base tube 103 has a different thermal expansion coefficient from the raw material of the base tube 103. For this reason, when the firing step S <b> 2 is performed, a crack 401 is generated in the outer peripheral portion of the base tube 103, and the crack 401 propagates to the fuel electrode 109 and the solid electrolyte 111. The crack 401 is not opened in the inner peripheral surface of the base tube 103 in FIG. 5A, but may be opened, for example.

上記した欠陥は、例えば基体管１０３の外面側に欠陥特有の模様として現れる場合があるため、検査工程Ｓ３では、例えば目視による検査を実施することが可能である。また、欠陥が亀裂４０１である場合、検査工程Ｓ３では、浸透探傷検査（ＰＴ：penetrant testing）や亀裂４０１のバブルポイント検査を実施してもよい。バブルポイント検査は、例えば焼成工程Ｓ２後の基体管１０３をエタノール等の液体に浸し、基体管１０３の内側に空気圧をかけた際に、基体管１０３の外側に気泡（バブル）が発生するか否かを確認することで、亀裂４０１の有無を検査する方法である。これらの検査方法であれば、目視が困難な亀裂４０１を発見することも可能である。   The above-described defects may appear as a pattern peculiar to the defects, for example, on the outer surface side of the base tube 103. Therefore, in the inspection step S3, for example, visual inspection can be performed. When the defect is a crack 401, penetration inspection (PT) and bubble point inspection of the crack 401 may be performed in the inspection step S3. In the bubble point inspection, for example, whether or not bubbles are generated outside the base tube 103 when the base tube 103 after the baking step S <b> 2 is immersed in a liquid such as ethanol and air pressure is applied to the inside of the base tube 103. This is a method for inspecting the presence or absence of the crack 401 by confirming the above. With these inspection methods, it is also possible to find a crack 401 that is difficult to see.

上記検査工程Ｓ３後には、該検査工程Ｓ３での検査結果に基づき、欠陥の有無を判断する（ステップＳ３１）。検査結果において「欠陥無し」と判断された場合には、後述する空気極形成工程Ｓ６を実施する。検査結果において「欠陥有り」と判断された場合には、除去工程Ｓ４及び充填工程Ｓ５を順次実施する。   After the inspection step S3, the presence or absence of a defect is determined based on the inspection result in the inspection step S3 (step S31). If it is determined that there is no defect in the inspection result, an air electrode forming step S6 described later is performed. If it is determined that there is “defect” in the inspection result, the removal step S4 and the filling step S5 are sequentially performed.

除去工程Ｓ４では、検査工程Ｓ３での検査結果に基づいて、例えば図５（ｂ）に示すように、欠陥部分（欠陥（亀裂４０１）及びその周囲部分）を除去する。図５（ａ）における符号４０３Ｐは、除去工程Ｓ４において除去される予定領域（除去予定領域）を示している。欠陥部分を除去する方法には、例えばドリルによる穿孔や表面研磨がある。除去工程Ｓ４では、各種除去方法を選択的に一つだけ実施してもよいし、適宜組み合わせて実施してもよい。
除去工程Ｓ４後の状態では、図５（ｂ）に示すように、成膜体の表面から窪む凹部が除去部分４０３として形成される。除去工程Ｓ４では、後述する充填工程Ｓ５を考慮して、除去部分４０３（凹部）の内面の表面粗さが粗くなるように欠陥部分を除去するとよい。この内面の表面粗さは、成膜体の表面よりも粗くして、充填剤の保持力を高くすると好ましい。 In the removal step S4, based on the inspection result in the inspection step S3, for example, as shown in FIG. 5B, the defective portion (defect (crack 401) and its surrounding portion) is removed. Reference numeral 403P in FIG. 5A indicates a planned area (scheduled removal area) to be removed in the removal step S4. Examples of the method for removing the defective portion include drilling with a drill and surface polishing. In the removal step S4, only one of various removal methods may be selectively performed, or may be performed in combination as appropriate.
In the state after the removal step S4, as shown in FIG. 5B, a recess that is recessed from the surface of the film formation body is formed as the removal portion 403. In the removal step S4, it is preferable to remove the defective portion so that the surface roughness of the inner surface of the removal portion 403 (concave portion) becomes rough in consideration of the filling step S5 described later. It is preferable that the surface roughness of the inner surface is rougher than the surface of the film forming body to increase the retention of the filler.

充填工程Ｓ５では、図５（ｃ）に示すように、除去部分４０３に電気的な絶縁性を有する充填剤４０５を充填する。充填剤４０５は、除去部分４０３に充填する際に流動性を有し、焼成によって固化するものである。充填剤４０５は、成膜体の材料と一致するあるいは近い熱膨張係数を有する（成膜体との親和性が高い）とよい。また、充填剤４０５は、燃料極１０９側の燃料ガス雰囲気や空気極１１３側の空気雰囲気を通しにくい気密性を有するとよい。この気密性は、少なくとも充填剤４０５を焼成することで得られればよい。また、充填剤４０５は、成膜体の材料と化学的に反応しない安定性を有するとよい。このような充填剤４０５には、例えば、Ａｌ２Ｏ３系接着剤、ＭｇＯ系接着剤、ＹＳＺ系接着剤がある。 In the filling step S5, as shown in FIG. 5C, the removed portion 403 is filled with a filler 405 having electrical insulation. The filler 405 has fluidity when filled in the removed portion 403 and is solidified by firing. The filler 405 preferably has a thermal expansion coefficient that matches or is close to that of the material of the film formation body (high affinity with the film formation body). In addition, the filler 405 may have airtightness that makes it difficult to pass the fuel gas atmosphere on the fuel electrode 109 side and the air atmosphere on the air electrode 113 side. This airtightness may be obtained by baking at least the filler 405. In addition, the filler 405 may have stability that does not chemically react with the material of the film formation body. Examples of the filler 405 include an Al 2 O 3 adhesive, an MgO adhesive, and a YSZ adhesive.

充填工程Ｓ５では、充填剤４０５を除去部分４０３に充填した後、自然乾燥させる。このため、除去部分４０３に充填する充填剤４０５の量は、充填剤４０５を自然乾燥させた状態で、充填剤４０５と成膜体との段差が十分に小さくなるように設定されることが好ましく、図５（ｃ）に例示するように、段差が無い（充填剤４０５が成膜体の表面と同一面をなす）ように設定されることがさらに好ましい。なお、自然乾燥した充填剤４０５は、後述する空気極形成工程Ｓ６において空気極１１３と一体に焼成される。
充填工程Ｓ５後の状態では、充填剤４０５が除去部分４０３（凹部）の内面に十分な接着強度で接着されるとよい。この接着強度は、例えば、前述した除去工程Ｓ４において除去部分４０３（凹部）の内面の表面粗さが予め粗く設定されることで得ることが可能である。 In the filling step S5, the filler 405 is filled in the removed portion 403 and then naturally dried. For this reason, it is preferable that the amount of the filler 405 filled in the removed portion 403 is set so that the level difference between the filler 405 and the film formation body is sufficiently small in a state where the filler 405 is naturally dried. Further, as illustrated in FIG. 5C, it is more preferable to set so that there is no step (the filler 405 is flush with the surface of the film formation body). The naturally dried filler 405 is fired integrally with the air electrode 113 in the air electrode forming step S6 described later.
In the state after the filling step S5, the filler 405 may be adhered to the inner surface of the removed portion 403 (concave portion) with sufficient adhesive strength. This adhesive strength can be obtained, for example, by setting the surface roughness of the inner surface of the removed portion 403 (concave portion) in advance in the removing step S4 described above.

空気極形成工程Ｓ６は、上記した充填工程Ｓ５後、あるいは、検査工程Ｓ３後に実施される。空気極形成工程Ｓ６では、空気極１１３を形成する。空気極形成工程Ｓ６では、空気極１１３を成膜体上に成膜し、その後、空気極１１３を焼成する。この焼成の際には、前述した充填剤４０５も焼成される。この空気極形成工程Ｓ６が充填工程Ｓ５後に実施される場合、空気極１１３は、図５（ｄ）に例示するように、除去部分４０３に充填された充填剤４０５を覆うことがある。
上記空気極形成工程Ｓ６が終了することで、本実施形態のセルスタック１０１の製造が完了する。 The air electrode forming step S6 is performed after the above-described filling step S5 or after the inspection step S3. In the air electrode forming step S6, the air electrode 113 is formed. In the air electrode forming step S6, the air electrode 113 is formed on the film formation body, and then the air electrode 113 is baked. During the firing, the filler 405 described above is also fired. When the air electrode forming step S6 is performed after the filling step S5, the air electrode 113 may cover the filler 405 filled in the removal portion 403 as illustrated in FIG. 5D.
By completing the air electrode formation step S6, the manufacture of the cell stack 101 of the present embodiment is completed.

以上説明したように、本実施形態のセルスタックの製造方法によれば、空気極１１３を形成する前に焼成工程Ｓ２を実施することで、焼成前の状態では発見し難い欠陥（焼成によって発生する成膜体の亀裂や印刷不良等の欠陥）が成膜体の表面に現れやすくなる。このため、検査工程Ｓ３では、欠陥を容易に発見することが可能となり、セルスタック１０１の製造途中において除去工程Ｓ４及び充填工程Ｓ５を実施してセルスタックの完成後に発現する欠陥を確実に取り除くことができる。したがって、セルスタック１０１の歩留まり低下を防ぐことができ、歩留まりの向上を図ることができる。   As described above, according to the cell stack manufacturing method of the present embodiment, by performing the firing step S2 before forming the air electrode 113, defects that are difficult to find in the state before firing (generated by firing). Defects such as cracks in the film formation and defective printing) are likely to appear on the surface of the film formation. For this reason, in the inspection step S3, it becomes possible to easily find defects, and the removal step S4 and the filling step S5 are performed during the manufacture of the cell stack 101 to reliably remove defects that appear after the cell stack is completed. Can do. Therefore, it is possible to prevent the yield of the cell stack 101 from being lowered and to improve the yield.

さらに、本実施形態の製造方法では、成膜工程Ｓ１において、燃料極１０９、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を順次成膜することで、焼成工程Ｓ２において燃料極１０９、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７を一括して焼成する場合であっても、成膜体に発生する欠陥に対する除去工程、充填工程を複数繰り返すことなく一回で完了できる。したがって、セルスタック１０１の製造効率向上を図ることができる。   Furthermore, in the manufacturing method of this embodiment, the fuel electrode 109, the solid electrolyte 111, and the interconnector 107 are sequentially formed in the film forming step S1, and the fuel electrode 109, the solid electrolyte 111, and the interconnector 107 are sequentially formed in the firing step S2. Can be completed at once without repeating a plurality of removal steps and filling steps for defects occurring in the film-formed body. Therefore, the manufacturing efficiency of the cell stack 101 can be improved.

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について、図６を参照して、第一実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第一実施形態と共通する構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。 [Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 focusing on differences from the first embodiment. In addition, about the structure which is common in 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

本実施形態のセルスタックの製造方法では、第一実施形態と同様に、成膜工程Ｓ１、焼成工程Ｓ２、検査工程Ｓ３、除去工程Ｓ４、充填工程Ｓ５、空気極形成工程Ｓ６を適宜実施する。
ただし、本実施形態の成膜工程Ｓ１では、燃料極１０９を成膜する第一成膜工程と、少なくとも固体電解質１１１を燃料極１０９上に成膜する第二成膜工程と、を順番に実施する。また、本実施形態の製造方法では、除去工程Ｓ４及び充填工程Ｓ５が、第一成膜工程及び第二成膜工程の後にそれぞれ実施される。 In the cell stack manufacturing method of the present embodiment, the film forming step S1, the baking step S2, the inspection step S3, the removing step S4, the filling step S5, and the air electrode forming step S6 are appropriately performed as in the first embodiment.
However, in the film forming step S1 of this embodiment, the first film forming step for forming the fuel electrode 109 and the second film forming step for forming at least the solid electrolyte 111 on the fuel electrode 109 are sequentially performed. To do. Moreover, in the manufacturing method of this embodiment, removal process S4 and filling process S5 are each implemented after a 1st film-forming process and a 2nd film-forming process.

本実施形態では、第一成膜工程後に、焼成工程Ｓ２、検査工程Ｓ３が実施されるため、検査工程Ｓ３では、燃料極１０９における欠陥を検査する。燃料極１０９に欠陥が発見された場合には、除去工程Ｓ４において燃料極１０９における欠陥部分を除去し、図６に示すように、充填工程Ｓ５において欠陥の除去部分４０３Ａに第一充填剤４０５Ａを充填し、自然乾燥させる。第一充填剤４０５Ａは、第一実施形態の充填剤４０５と同様であってよいが、特に、燃料極１０９の材料と一致する熱膨張係数を有する（燃料極１０９との親和性が高い）とよい。また、第一充填剤４０５Ａは、特に、燃料極１０９の材料と化学的に反応しない安定性を有するとよい。   In the present embodiment, since the firing step S2 and the inspection step S3 are performed after the first film formation step, in the inspection step S3, defects in the fuel electrode 109 are inspected. If a defect is found in the fuel electrode 109, the defective portion in the fuel electrode 109 is removed in the removal step S4, and as shown in FIG. 6, the first filler 405A is added to the defect removal portion 403A in the filling step S5. Fill and let dry naturally. The first filler 405A may be the same as the filler 405 of the first embodiment, but particularly has a thermal expansion coefficient that matches the material of the fuel electrode 109 (high affinity with the fuel electrode 109). Good. Further, the first filler 405A preferably has a stability that does not chemically react with the material of the fuel electrode 109.

第二成膜工程は、上記した燃料極１０９に対する焼成工程Ｓ２、検査工程Ｓ３、除去工程Ｓ４、充填工程Ｓ５の後に実施される。第二成膜工程では、例えば、固体電解質１１１のみが成膜されてもよいが、固体電解質１１１及びインターコネクタ１０７が成膜されてもよい。以下では、第二成膜工程後の各工程を、固体電解質１１１についてのみ説明するが、インターコネクタ１０７についても同様である。   The second film formation step is performed after the firing step S2, the inspection step S3, the removal step S4, and the filling step S5 for the fuel electrode 109 described above. In the second film formation step, for example, only the solid electrolyte 111 may be formed, but the solid electrolyte 111 and the interconnector 107 may be formed. Hereinafter, each step after the second film-forming step will be described only for the solid electrolyte 111, but the same applies to the interconnector 107.

第二成膜工程後には、焼成工程Ｓ２が再度実施される。ここで、第一成膜工程から第二成膜工程までの間に、充填工程Ｓ５が実施された場合、第二成膜工程後の焼成工程Ｓ２では、第一充填剤４０５Ａが固体電解質１１１と一体に焼成される。
また、第二成膜工程後には、上記した焼成工程Ｓ２に続けて検査工程Ｓ３が再度実施されるため、検査工程Ｓ３では、固体電解質１１１における欠陥を検査する。固体電解質１１１に欠陥が発見された場合には、除去工程Ｓ４において固体電解質１１１における欠陥部分を除去し、図６に示すように、充填工程Ｓ５において欠陥の除去部分４０３Ｂに第二充填剤４０５Ｂを充填する。図６では、固体電解質１１１における除去部分４０３Ｂが燃料極１０９における除去部分４０３Ａ上に重なっているが、重ならない場合もある。第二充填剤４０５Ｂは、第一実施形態の充填剤４０５と同様であればよいが、特に、固体電解質１１１の材料と一致する熱膨張係数を有する（固体電解質１１１との親和性が高い）とよい。また、第二充填剤４０５Ｂは、固体電解質１１１の材料と化学的に反応しない安定性を有するとよい。
充填工程Ｓ５では、第二充填剤４０５Ｂを充填した後、自然乾燥させる。この第二充填剤４０５Ｂは、例えば第一実施形態の場合と同様に、空気極１１３と一体に焼成される。 After the second film forming step, the baking step S2 is performed again. Here, when the filling step S5 is performed between the first film forming step and the second film forming step, the first filler 405A is separated from the solid electrolyte 111 in the firing step S2 after the second film forming step. It is fired together.
In addition, after the second film forming step, the inspection step S3 is performed again following the above-described baking step S2, and therefore, in the inspection step S3, defects in the solid electrolyte 111 are inspected. When a defect is found in the solid electrolyte 111, the defective portion in the solid electrolyte 111 is removed in the removal step S4, and as shown in FIG. 6, the second filler 405B is added to the defect removal portion 403B in the filling step S5. Fill. In FIG. 6, the removed portion 403B in the solid electrolyte 111 overlaps with the removed portion 403A in the fuel electrode 109, but may not overlap. The second filler 405B may be the same as the filler 405 of the first embodiment, but particularly has a thermal expansion coefficient that matches the material of the solid electrolyte 111 (high affinity with the solid electrolyte 111). Good. Further, the second filler 405B may have a stability that does not chemically react with the material of the solid electrolyte 111.
In the filling step S5, the second filler 405B is filled and then naturally dried. The second filler 405B is baked integrally with the air electrode 113, for example, as in the case of the first embodiment.

本実施形態のセルスタックの製造方法によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、本実施形態のセルスタックの製造方法によれば、燃料極１０９及び固体電解質１１１の形成が個別に行われるため、各充填工程Ｓ５において燃料極１０９、固体電解質１１１の各層に適した充填剤４０５Ａ，４０５Ｂを選択することができる。これにより、空気極形成工程Ｓ６において空気極１１３を焼成する際に、燃料極１０９、固体電解質１１１と充填剤４０５Ａ，４０５Ｂとの間に欠陥が生じることを確実に防止でき、より信頼性の高いセルスタック１０１及びこれを備える燃料電池モジュール２０１を提供することが可能となる。 According to the manufacturing method of the cell stack of this embodiment, there exists an effect similar to 1st embodiment.
Further, according to the cell stack manufacturing method of the present embodiment, the fuel electrode 109 and the solid electrolyte 111 are formed separately, so that the filler suitable for each layer of the fuel electrode 109 and the solid electrolyte 111 in each filling step S5. 405A and 405B can be selected. Thereby, when firing the air electrode 113 in the air electrode formation step S6, it is possible to reliably prevent defects from occurring between the fuel electrode 109, the solid electrolyte 111, and the fillers 405A and 405B, and more reliable. The cell stack 101 and the fuel cell module 201 including the cell stack 101 can be provided.

以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、第二実施形態の製造方法の第二成膜工程において、固体電解質１１１のみを成膜する場合には、固体電解質１１１に対する焼成工程Ｓ２、検査工程Ｓ３、除去工程Ｓ４、充填工程Ｓ５の後に、インターコネクタ１０７を成膜する第三成膜工程が実施され、第三成膜工程後に、インターコネクタ１０７に対する焼成工程Ｓ２、検査工程Ｓ３、除去工程Ｓ４、充填工程Ｓ５が実施されればよい。第三成膜工程が実施される場合、第二成膜工程後の充填工程Ｓ５で充填される第二充填剤４０５Ｂは、第一充填剤４０５Ａの場合と同様に、第三成膜工程後の焼成工程においてインターコネクタ１０７と一体に焼成される。また、第三成膜工程後の充填工程Ｓ５で充填される充填剤（第三充填剤）は、第一実施形態の場合と同様に、空気極１１３と一体に焼成される。 Although the details of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the second film formation step of the manufacturing method of the second embodiment, when only the solid electrolyte 111 is formed, the firing step S2, the inspection step S3, the removal step S4, and the filling step S5 for the solid electrolyte 111 are performed. The third film forming step for forming the interconnector 107 is performed, and after the third film forming step, the firing step S2, the inspection step S3, the removing step S4, and the filling step S5 for the interconnector 107 may be performed. When the third film forming step is performed, the second filler 405B filled in the filling step S5 after the second film forming step is the same as the case of the first filler 405A after the third film forming step. In the firing step, the interconnector 107 is fired integrally. Further, the filler (third filler) filled in the filling step S5 after the third film forming step is baked integrally with the air electrode 113 as in the case of the first embodiment.

さらに、本発明の燃料電池は、上記実施形態の燃料電池モジュール２０１に限らず、少なくともセルスタック１０１を含む構成であればよい。したがって、本発明の燃料電池は、例えば上記実施形態におけるカートリッジ２０３であってもよい。   Furthermore, the fuel cell of the present invention is not limited to the fuel cell module 201 of the above-described embodiment, and any configuration that includes at least the cell stack 101 may be used. Therefore, the fuel cell of the present invention may be, for example, the cartridge 203 in the above embodiment.

また、本発明のセルスタックの製造方法は、円筒形のセルスタック１０１に適用されることに限らず、例えば平板形のセル（燃料電池用セル）にも適用可能である。円筒形のセルスタック１０１では、基体管１０３を支持体として燃料極１０９、固体電解質１１１、空気極１１３が成膜されるが、平板形のセルでは、例えば固体電解質を支持体とすればよい。   Moreover, the manufacturing method of the cell stack of the present invention is not limited to being applied to the cylindrical cell stack 101, but can be applied to, for example, a flat plate cell (fuel cell). In the cylindrical cell stack 101, the fuel electrode 109, the solid electrolyte 111, and the air electrode 113 are formed using the base tube 103 as a support. In a flat cell, for example, a solid electrolyte may be used as a support.

１０１…セルスタック（燃料電池用セル）、１０３…基体管（支持体）、１０７…インターコネクタ、１０９…燃料極、１１１…固体電解質（電解質）、１１３…空気極、２０１…燃料電池モジュール、２０３…カートリッジ、４０１…亀裂（欠陥）、４０３，４０３Ａ，４０３Ｂ…除去部分、４０５，４０５Ａ，４０５Ｂ…充填剤、Ｓ１…成膜工程、Ｓ２…焼成工程、Ｓ３…検査工程、Ｓ４…除去工程、Ｓ５…充填工程、Ｓ６…空気極形成工程 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Cell stack (cell for fuel cells), 103 ... Base tube (support), 107 ... Interconnector, 109 ... Fuel electrode, 111 ... Solid electrolyte (electrolyte), 113 ... Air electrode, 201 ... Fuel cell module, 203 ... cartridge, 401 ... crack (defect), 403, 403A, 403B ... removed portion, 405, 405A, 405B ... filler, S1 ... film forming step, S2 ... firing step, S3 ... inspection step, S4 ... removal step, S5 ... filling step, S6 ... air electrode forming step

Claims (5)

支持体に燃料極、電解質、インターコネクタ、空気極の各層が形成されてなる燃料電池用の燃料電池用セルの製造方法であって、
前記支持体の表面に、少なくとも前記燃料極を成膜する成膜工程と、
成膜工程で成膜された成膜体を焼成する焼成工程と、
焼成工程後の欠陥を検査する検査工程と、
検査工程での検査結果に基づいて、欠陥部分を除去する除去工程と、
除去した部分に絶縁性の充填剤を充填する充填工程と、
前記空気極を形成する空気極形成工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池用セルの製造方法。 A method for producing a fuel cell for a fuel cell in which each layer of a fuel electrode, an electrolyte, an interconnector, and an air electrode is formed on a support,
A film forming step of forming at least the fuel electrode on the surface of the support;
A firing step of firing the film-formed body formed in the film-forming step;
An inspection process for inspecting defects after the firing process;
Based on the inspection result in the inspection process, a removal process to remove the defective part,
A filling step of filling the removed part with an insulating filler;
An air electrode forming step for forming the air electrode;
The manufacturing method of the cell for fuel cells characterized by including. 前記成膜工程では、前記燃料極を成膜した後に前記電解質及び前記インターコネクタを順次成膜することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セルの製造方法。   2. The method of manufacturing a fuel cell according to claim 1, wherein in the film formation step, the electrolyte and the interconnector are sequentially formed after the fuel electrode is formed. 前記充填工程では、前記充填剤を充填した後に、当該充填剤を自然乾燥させ、
前記空気極形成工程では、前記空気極を前記成膜体上に成膜した後に、前記空気極及び前記充填剤を焼成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池用セルの製造方法。 In the filling step, after filling the filler, the filler is naturally dried,
3. The fuel cell according to claim 1, wherein, in the air electrode forming step, the air electrode and the filler are fired after the air electrode is formed on the film forming body. Cell manufacturing method. 前記成膜工程が、前記燃料極を成膜する第一成膜工程と、少なくとも前記電解質を成膜する第二成膜工程と、を含み、
前記焼成工程、前記検査工程、前記除去工程及び前記充填工程が、前記第一成膜工程及び前記第二成膜工程の後にそれぞれ実施され、
前記第一成膜工程後の前記充填工程では、前記充填剤を充填した後に、当該充填剤を自然乾燥させ、
前記第二成膜工程後の前記焼成工程では、前記充填剤が前記第二成膜工程において成膜された前記成膜体と一体に焼成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用セルの製造方法。 The film forming step includes a first film forming step for forming the fuel electrode and a second film forming step for forming at least the electrolyte,
The firing step, the inspection step, the removal step, and the filling step are performed after the first film formation step and the second film formation step, respectively.
In the filling step after the first film forming step, after filling the filler, the filler is naturally dried,
2. The fuel according to claim 1, wherein in the firing step after the second film-forming step, the filler is fired integrally with the film-formed body formed in the second film-forming step. A method for producing a battery cell. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の製造方法によって製造された燃料電池用セルを備える燃料電池。   A fuel cell provided with the cell for fuel cells manufactured by the manufacturing method as described in any one of Claims 1-4.
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