JP6369081B2 - 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

Description

本発明は、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルが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および２に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載の固体酸化物形燃料電池セル用集電体は、固体酸化物形燃料電池セルを把持する薄板状の把持部を備えており、把持部は、複数の突出部を備えている。特許文献１に記載の発明は、把持部（突出部）の弾性力によって、固体酸化物形燃料電池セルと集電体との密着性を高めて、確実な集電を図ろうとしている。

特許文献２に記載の燃料電池セル集合体は、セラミックス製の天板に設けられた開口部と、金属製の管路部とをシールする結晶化ガラスシール材を備えている。結晶化ガラスシール材は、内側電極端子の端面（押さえ部）によって押しつぶされる。これにより、特許文献２に記載の発明は、結晶化ガラスシール材の接着面積を増加させて接合強度を高め、結晶化ガラスシール材の濡れ性の悪さに起因する接合強度の低下を解消しようとしている。

特開２０１２−７９５１９号公報 特開２０１１−２１０６３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、集電体は、空気極に接続される第１の集電部の高さ位置と、燃料極に接続される第２の集電部の高さ位置とが異なる。そのため、特許文献１に記載の集電体は、複雑な形状に形成されている。よって、特許文献１に記載の発明では、集電体の製作において加工工程が複雑になり、生産コストの上昇を招き、集電体の大きさが機械加工可能な大きさに制約を受けるなどの不都合が生じる。また、特許文献１に記載の発明では、第１の集電部の高さ位置と、第２の集電部の高さ位置とが異なるので、集電体による接続距離が長くなり、固体酸化物形燃料電池セルの内部抵抗が増大する。

一方、特許文献２に記載の発明では、結晶化ガラスシール材は、内側電極端子の端面（押さえ部）によって押しつぶされる。結晶化ガラスシール材は、引張り応力に弱く、セラミックス製の天板と金属製の管路部とでは、熱膨張率が異なる。そのため、特許文献２に記載の発明では、シール部分の熱膨張率差に起因して結晶化ガラスシール材に引張り応力が生じ、シール部分にクラック（ひび割れ）が発生し易くなる。また、特許文献２に記載の発明では、内側電極層の内部に流通する燃料ガスの流量の均一化については考慮されておらず、燃料供給の不均一に起因する発電のばらつきが生じる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルを直列接続する接続部材の形状を簡素化可能にして固体酸化物形燃料電池スタックの内部抵抗を低減可能にするとともに、燃料供給の不均一に起因する発電のばらつきを抑制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。

請求項１に記載の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内側電極層と、前記内側電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外側電極層と、前記内側電極層と前記外側電極層の間に挟まれた電解質層と、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内側電極層に設けられた内側電極層被接続部と、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外側電極層に設けられた外側電極層被接続部と、を接続する複数の接続部材と、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、前記内側電極層の一方の端部が露出するとともに前記内側電極層の他方の端部が前記外側電極層により覆われており、かつ、前記内側電極層の前記他方の端部および前記内側電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、前記内側電極層の前記一方の端部の露出部に前記内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記他方の端部に前記外側電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、前記内側電極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、前記外側電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、前記内側電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、前記内側電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内側電極層内に形成された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、前記外側電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、前記外側電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内側電極層内に形成された前記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が、前記ベース部材にそれぞれ形成された各貫通穴に貫通して設けられ、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る前記燃料の流量を絞る第一オリフィスが設けられており、前記ベース部材並びに前記第一キャップおよび前記第二キャップは、金属製であり、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルと前記ベース部材の前記貫通穴との間をシールし、かつ、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルと前記ベース部材とを電気的に絶縁する絶縁性シール部材を備え、前記絶縁性シール部材は、前記導入用キャップの前記連通口部と前記貫通穴との間をシールしている。

請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックによれば、複数の固体酸化物形燃料電池筒状セルの各々は、１種類の固体酸化物形燃料電池筒状セルにおいて、第一キャップおよび第二キャップを備えている。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は、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ベース部材に配設されている。請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルの第一キャップと第二キャップとが接続部材によって接続されるので、接続部材の形状を簡素化することができる。また、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、接続部材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の内部抵抗を低減することができる。さらに、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、電気的に隣り合う固体酸化物形燃料電池筒状セルの第一キャップおよび第二キャップに、接続部材を嵌め込むことにより、容易に接続部材の組み付けを行うことができる。また、導入用キャップの各本体部（第一本体部，第二本体部）には、連通口部（第一連通口部，第二連通口部）から導入される燃料の流量を絞る第一オリフィスが設けられている。よって、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、連通口部（第一連通口部，第二連通口部）から導入された燃料の流量を均一化（等配流）することができ、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。
請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックによれば、絶縁性シール部材によって、固体酸化物形燃料電池筒状セル（第一連通口部，第二連通口部）とベース部材とが電気的に絶縁される。また、絶縁性シール部材は、導入用キャップの連通口部（第一連通口部，第二連通口部）とベース部材の貫通穴との間をシールしている。よって、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、燃料が導入用キャップの連通口部（第一連通口部，第二連通口部）を通らないで、固体酸化物形燃料電池筒状セルの立設側に漏れ出すガスリークを抑制することができる。さらに、絶縁性シール部材は、金属製のベース部材と金属製の第一キャップとをシールし、金属製のベース部材と金属製の第二キャップとをシールする。そのため、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、ベース部材並びに第一キャップおよび第二キャップの熱膨張率を同程度にすることができ、熱膨張率が異なることに起因して絶縁性シール部材に引張り応力が発生することを抑制することができる。よって、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、絶縁性シール部材にクラックが発生することを抑制することができ、シール性が向上する。

請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、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から遠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出用キャップとするとき、前記導出用キャップの各本体部は、前記連通口部から導出される燃料オフガスの流量を絞る第二オリフィスを備えている。請求項２に記載の固体酸化物形燃料電池スタックによれば、燃料オフガスの流速を増大させることでオフガス燃焼の失火や逆火を防ぎ、かつ、流量を均一化することでオフガス燃焼の火炎を安定させることができる。

請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、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において、前記絶縁性シール部材は、前記連通口部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。よって、請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池筒状セルがベース部材に立設される工程において、導入用キャップの連通口部（第一連通口部，第二連通口部）がリング状の絶縁性シール部材を貫通することができる。この状態で絶縁性シール部材を加熱することにより、絶縁性シール部材が軟化して、導入用キャップの連通口部（第一連通口部，第二連通口部）とベース部材の貫通穴との間をシールすることができる。よって、請求項３に記載の固体酸化物形燃料電池スタックは、絶縁性シール部材によって、導入用キャップの連通口部（第一連通口部，第二連通口部）とベース部材の貫通穴との間を容易かつ確実にシールすることができる。

請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールは、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と、前記固体酸化物形燃料電池スタックの燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部と、前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用燃料の混合ガスとから前記燃料である改質ガスを生成する改質部と、を備えている。よって、請求項４に記載の固体酸化物形燃料電池モジュールは、上記固体酸化物形燃料電池スタック、蒸発部および改質部を備えている固体酸化物形燃料電池モジュールにおいて、上述した請求項１〜３に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用効果を得ることができる。

請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システムは、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４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。よって、請求項５に記載の固体酸化物形燃料電池システムは、上記固体酸化物形燃料電池モジュール、熱交換器、電力変換装置、水タンクおよび制御装置を備えている発電ユニットと、貯湯槽とを備えている固体酸化物形燃料電池システムにおいて、上述した請求項１〜３に記載の固体酸化物形燃料電池スタックに係る作用効果を得ることができる。

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を第一方向（矢印Ｚ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の組付状態を示す第一方向（矢印Ｚ方向）に切断した部分拡大断面図である。

＜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ものである。固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、改質用燃料、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燃料が供給される改質用燃料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用燃料供給管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、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、蒸発部４０、改質部５０および燃焼部６０を備えている。

（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、カバー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、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３および接続部材３４とを絶縁するためのものである。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、接続部材３４の第一方向（矢印Ｚ方向）の位置決め用治具として使用されている。なお、第一方向（矢印Ｚ方向）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の長手方向に沿った方向をいう。また、図３に示す矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向は、第一方向（矢印Ｚ方向）に直交する方向であり、矢印Ｘ方向、矢印Ｙ方向および第一方向（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（内側電極層に相当）、電解質層３３ｂおよび空気極層３３ｃ（外側電極層に相当）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が、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燃料を改質したガスであり、アノードガスともいう。空気極層３３ｃは、燃料極層３３ａ（内側電極層）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（内側電極層）と空気極層３３ｃ（外側電極層）との間に積層されている。なお、電解質層３３ｂと空気極層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。

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。また、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および空気極層３３ｃの順に形成されている。

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。

空気極層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（内側電極層）の一方の端部が露出するとともに、燃料極層３３ａ（内側電極層）の他方の端部が空気極層３３ｃ（外側電極層）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、一方および他方は、同様の方向とする。

また、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（内側電極層被接続部に相当）と、空気極層被接続部３３ｃ１（外側電極層被接続部に相当）と、が形成されている。燃料極層被接続部３３ａ１は、燃料極層３３ａ（内側電極層）の一方の端部の露出部に形成されている。空気極層被接続部３３ｃ１は、空気極層３３ｃ（外側電極層）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および空気極層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、鋳込み等の方法で内側電極層を形成し、逐次、電解質層および外側電極層を印刷、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および空気極層３３ｃの順に、既述の電極材料が層状に積層され、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。また、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（内側電極層）に設けられた燃料極層被接続部３３ａ１（内側電極層被接続部）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の空気極層３３ｃ（外側電極層）に設けられた空気極層被接続部３３ｃ１（外側電極層被接続部）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（内側電極層被接続部）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、空気極層被接続部３３ｃ１（外側電極層被接続部）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（内側電極層被接続部）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（内側電極層被接続部）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（内側電極層）内に導入された燃料が、空気極層３３ｃ（外側電極層）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（内側電極層）内に形成された流路に連通している。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、空気極層被接続部３３ｃ１（外側電極層被接続部）と接続部材３４の第二接続部３４ｂとの間に介在して、空気極層被接続部３３ｃ１（外側電極層被接続部）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の内壁面が空気極層被接続部３３ｃ１を覆うように配設されている。第二本体部７２ａの内壁面と空気極層被接続部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（内側電極層）内に導入された燃料が、空気極層３３ｃ（外側電極層）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（内側電極層）内に形成された流路に連通している。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。

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（内側電極層）の他方の端部３３ａ２および燃料極層３３ａ（内側電極層）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および空気極層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（内側電極層）の他方の端部３３ａ２および燃料極層３３ａ（内側電極層）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（内側電極層）内に導入された燃料が、燃料極層３３ａ（内側電極層）の上記部位と第二キャップ７２との間を通って、空気極層３３ｃ（外側電極層）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。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。

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、絶縁性シール部材３１ｂによって、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）とベース部材３１とが電気的に絶縁される。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とベース部材３１の貫通穴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とベース部材３１の貫通穴３１ａとの間をシールしている。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、燃料が導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）を通らないで、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の立設側に漏れ出すガスリークを抑制することができる。

さらに、絶縁性シール部材３１ｂは、金属製のベース部材３１と金属製の第一キャップ７１とをシールし、金属製のベース部材３１と金属製の第二キャップ７２とをシールする。そのため、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０は、ベース部材３１並びに第一キャップ７１および第二キャップ７２の熱膨張率を同程度にすることができ、熱膨張率が異なることに起因して絶縁性シール部材３１ｂに引張り応力が発生することを抑制することができる。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、絶縁性シール部材３１ｂにクラックが発生することを抑制することができ、シール性が向上する。

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、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。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。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がベース部材３１に立設される工程において、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）がリング状の絶縁性シール部材３１ｂを貫通することができる。この状態で絶縁性シール部材３１ｂを加熱することにより、絶縁性シール部材３１ｂが軟化して、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）とベース部材３１の貫通穴３１ａとの間をシールすることができる。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、絶縁性シール部材３１ｂによって、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）とベース部材３１の貫通穴３１ａとの間を容易かつ確実にシールすることができる。

また、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から導入される燃料の流量を絞る第一オリフィス７１ｄが設けられている。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から導入される燃料の流量を絞る第一オリフィス７２ｄが設けられている。

第一オリフィス７１ｄは、板状（例えば、円板状）の第一オリフィス板７１ｄ１に形成されており、第一オリフィス７２ｄは、板状（例えば、円板状）の第一オリフィス板７２ｄ１に形成されている。第一オリフィス７１ｄ，７２ｄは、絞り部分の断面積（第一オリフィス板７１ｄ１，７２ｄ１の孔径）を変更することにより、燃料流路における圧力損失を調整することができ、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）から導入される燃料の流量を均一化（等配流）することができる。第一オリフィス７１ｄ，７２ｄは、絞り部分の断面積を小さくする程、上記圧力損失が増大する。よって、第一オリフィス板７１ｄ１，７２ｄ１の孔径は、等配流に必要な圧力損失に基づいて、予め設定しておくと良い。

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、第一オリフィス７１ｄ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、第一オリフィス７２ｄが設けられている。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、連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）から導入された燃料の流量を均一化（等配流）することができ、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、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。

導出用キャップ７１ｓの各第一本体部７１ａには、第一連通口部７１ｂから導出される燃料オフガスの流量を絞る第二オリフィス７１ｅを備えていると好適である。同様に、導出用キャップ７２ｓの各第二本体部７２ａには、第二連通口部７２ｂから導出される燃料オフガスの流量を絞る第二オリフィス７２ｅを備えていると好適である。

第二オリフィス７１ｅは、板状（例えば、円板状）の第二オリフィス板７１ｅ１に形成されており、第二オリフィス７２ｅは、板状（例えば、円板状）の第二オリフィス板７２ｅ１に形成されている。第二オリフィス７１ｅ，７２ｅは、絞り部分の断面積（第二オリフィス板７１ｅ１，７２ｅ１の孔径）を変更することにより、燃料流路における圧力損失を調整することができる。第二オリフィス７１ｅ，７２ｅは、導出用キャップ７１ｓ，７２ｓの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）から導出された燃料オフガスの流速を増大させ、流量を均一化することで、オフガス燃焼の失火や逆火を防止して火炎を安定させることができる。第二オリフィス７１ｅ，７２ｅは、絞り部分の断面積を小さくする程、上記圧力損失が増大する。よって、第二オリフィス板７１ｅ１，７２ｅ１の孔径は、燃料オフガスの流速を所定流速に増大させ、燃料オフガスの流量を均一化するのに必要な圧力損失に基づいて、予め設定しておくと良い。

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、導出用キャップ７１ｓの各第一本体部７１ａは、第二オリフィス７１ｅを備えており、導出用キャップ７２ｓの各第二本体部７２ａは、第二オリフィス７２ｅを備えている。よって、本実施形態の固体酸化物形燃料電池スタック３０によれば、燃料オフガスの流速を増大させることでオフガス燃焼の失火や逆火を防ぎ、かつ、流量を均一化することでオフガス燃焼の火炎を安定させることができる。

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、空気極層被接続部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、空気極層被接続部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、第一方向（矢印Ｚ方向）と直交する方向において、空気極層被接続部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、第一方向（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と空気極層被接続部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、第一方向（矢印Ｚ方向）の他端側（矢印Ｚ２方向側）の空気極層被接続部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、１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。

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の内径寸法を空気極層３３ｃ（空気極層被接続部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の連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部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の連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部７２ｂ）の長手方向長さは、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部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の連通口部（第一連通口部７１ｂまたは第二連通口部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。

固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の立設方法は、限定されないが、例えば、以下の第１工程〜第５工程を有する方法を用いることができる。第１工程は、各固体酸化物形燃料電池筒状セル３３に第一キャップ７１および第二キャップ７２を装着する工程である。具体的には、導電性接着剤７１ｃを用いて固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の一方の端部に第一キャップ７１を固定し、導電性接着剤７２ｃを用いて固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の他方の端部に第二キャップ７２を固定する。

第２工程は、接続部材３４の第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂと、断熱部材３２の各貫通穴３２ａ（ベース部材３１の各貫通穴３１ａ）とを合わせて、接続部材３４を断熱部材３２の上面に載置する工程である。なお、予め、ベース部材３１の大径部３１ａ１には、絶縁性シール部材３１ｂを収容しておく。また、接続部材３４の第一接続部３４ａの貫通穴３４ａ１と嵌合する第一連通口部７１ｂの嵌合部分には、導電性接着剤３４ｄを塗布しておき、第二接続部３４ｂの貫通穴３４ｂ１と嵌合する第二連通口部７２ｂの嵌合部分には、導電性接着剤３４ｄを塗布しておく。

第３工程は、接続部材３４の上方から対応する接続部材３４の第一接続部３４ａおよび第二接続部３４ｂに各固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を挿入し、断熱部材３２の貫通穴３２ａおよびベース部材３１の貫通穴３１ａに挿入する工程である。このとき、図６に示すように、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、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３，３３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、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３を挿入する。

第４工程は、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の長手方向の他端側（矢印Ｚ２方向側）に、接続部材３４を挿入する工程である。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を嵌め込むことができるので、接続部材３４の位置決め治具等が不要であり、接続部材３４の組み付けを容易に行うことができる。なお、接続部材３４の第一接続部３４ａの貫通穴３４ａ１と嵌合する第一連通口部７１ｂの嵌合部分には、導電性接着剤３４ｄを塗布しておき、第二接続部３４ｂの貫通穴３４ｂ１と嵌合する第二連通口部７２ｂの嵌合部分には、導電性接着剤３４ｄを塗布しておく。

第５工程は、絶縁性シール部材３１ｂを軟化させ、固着させる工程である。絶縁性シール部材３１ｂを加熱して、絶縁性シール部材３１ｂを軟化、固着させることにより、導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）とベース部材３１の貫通穴３１ａとの間がシールされる。なお、上記第１工程〜第５工程の順序は、適宜変更することができ、これら以外の工程を含めることもできる。

図２に示すように、カバー３５は、ベース部材３１の上面に取り付けられている。カバー３５は、下方に開口する開口部を有する箱状に形成されている。カバー３５とベース部材３１との間に形成された密閉された空間Ｒ１には、固体酸化物形燃料電池筒状セル３３（導入用キャップ７１ｆ，７２ｆの連通口部（第一連通口部７１ｂ，第二連通口部７２ｂ）の一部を除く）、蒸発部４０および改質部５０が収容されている。カバー３５の開口部には、外方に向けて形成されたフランジ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。カバー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。

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、一端が改質部５０に接続されてアノードガスが供給されるアノードガス供給管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。

（蒸発部４０）
蒸発部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、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する。蒸発部４０は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用燃料を混合して改質部５０に供給する。改質用燃料としては天然ガス、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あり、本実施形態では、改質用燃料は、天然ガスを用いている。

蒸発部４０には、一端（下端）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。また、蒸発部４０には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用燃料供給管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。

（改質部５０）
改質部５０は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部４０から供給された水蒸気と改質用燃料の混合ガスとから燃料である改質ガスを生成する。改質部５０内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素と一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。

これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は、既述のアノードガスであり、固体酸化物形燃料電池スタック３０のアノードガスマニホールド３６を介して固体酸化物形燃料電池筒状セル３３の燃料極層３３ａ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。このように、改質部５０は、改質用燃料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して固体酸化物形燃料電池スタック３０に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。

（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と蒸発部４０および改質部５０との間に設けられている。燃焼部６０は、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）とが燃焼されて改質部５０を加熱する。

本実施形態の固体酸化物形燃料電池モジュール１１は、上記固体酸化物形燃料電池スタック３０、蒸発部４０および改質部５０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、上記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。例えば、第一オリフィス７１ｄは、第一オリフィス板７１ｄ１を用いないで、第一本体部７１ａの底壁の貫通穴を第一連通口部７１ｂの内径より小さくすることによって形成することもできる。このことは、第一オリフィス７２ｄ、第二オリフィス７１ｅ，７２ｅについても同様である。

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、３１ｂ：絶縁性シール部材、
３３：固体酸化物形燃料電池筒状セル、
３３ａ：燃料極層（内側電極層に相当）、
３３ａ１：燃料極層被接続部（内側電極層被接続部に相当）、
３３ａ２：燃料極層３３ａ（内側電極層に相当）の他方の端部、
３３ａ３：燃料極層３３ａ（内側電極層に相当）の他方の内壁面、
３３ｂ：電解質層、
３３ｃ：空気極層（外側電極層に相当）、
３３ｃ１：空気極層被接続部（外側電極層被接続部に相当）、
３４：接続部材、
３４ａ：第一接続部、３４ｂ：第二接続部、３４ｃ：連結部、
４０：蒸発部、
５０：改質部、
７１：第一キャップ、
７１ａ：第一本体部、７１ｂ：第一連通口部、７１ｃ：導電性接着剤、
７２：第二キャップ、
７２ａ：第二本体部、７２ｂ：第二連通口部、７２ｃ：導電性接着剤、
７１ｆ，７２ｆ：導入用キャップ、
７１ｄ，７２ｄ：第一オリフィス、
７１ｓ，７２ｓ：導出用キャップ、
７１ｅ，７２ｅ：第二オリフィス。

Claims (5)

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内側電極層と、前記内側電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外側電極層と、前記内側電極層と前記外側電極層の間に挟まれた電解質層と、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内側電極層に設けられた内側電極層被接続部と、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外側電極層に設けられた外側電極層被接続部と、を接続する複数の接続部材と、
   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、
   前記内側電極層の一方の端部が露出するとともに前記内側電極層の他方の端部が前記外側電極層により覆われており、かつ、前記内側電極層の前記他方の端部および前記内側電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、前記内側電極層の前記一方の端部の露出部に前記内側電極層被接続部が形成されるとともに前記外側電極層の前記他方の端部に前記外側電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、前記内側電極層被接続部と電気的に接続される第一接続部と、前記外側電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、前記内側電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、前記内側電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内側電極層内に形成された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、前記外側電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、前記外側電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内側電極層内に形成された前記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が、前記ベース部材にそれぞれ形成された各貫通穴に貫通して設けられ、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る前記燃料の流量を絞る第一オリフィスが設けられており、
   前記ベース部材並びに前記第一キャップおよび前記第二キャップは、金属製であり、
   前記固体酸化物形燃料電池筒状セルと前記ベース部材の前記貫通穴との間をシールし、かつ、前記固体酸化物形燃料電池筒状セルと前記ベース部材とを電気的に絶縁する絶縁性シール部材を備え、
   前記絶縁性シール部材は、前記導入用キャップの前記連通口部と前記貫通穴との間をシールしている固体酸化物形燃料電池スタック。
2. 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から遠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出用キャップとするとき、
   前記導出用キャップの各本体部は、前記連通口部から導出される燃料オフガスの流量を絞る第二オリフィスを備えている請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池スタック。
3. 前記絶縁性シール部材は、前記連通口部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. 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と、
   前記固体酸化物形燃料電池スタックの燃焼ガスにより加熱され、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに供給された改質用燃料を予熱する蒸発部と、
   前記蒸発部から供給された前記水蒸気と前記改質用燃料の混合ガスとから前記燃料である改質ガスを生成する改質部と、
   を備えている固体酸化物形燃料電池モジュール。
5. 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４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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