JP6835572B2

JP6835572B2 - セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置

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Publication number: JP6835572B2
Application number: JP2016251278A
Authority: JP
Inventors: 哲朗藤本; 裕明瀬野; 剛史小材; 真兒井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP2018106885A

Description

本開示は、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができるセルの１種である燃料電池セルが複数配列されてなる燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、特許文献１の燃料電池セルスタック装置においては、複数個の燃料電池セルの一端部は固定材で支持部材に接合されている。

特開２０１３−１５７１９１号公報

ところで、燃料電池セルスタック装置において、セルに電圧が印加された場合、固定材と支持部材との界面付近にクラックが生じるおそれがあり、耐久性が低下するおそれがあった。

それゆえ、本開示は、耐久性が向上したセルスタック装置、それを備えるモジュールおよびモジュール収容装置を提供することにある。

本開示のセルスタック装置は、板状である複数個のセルが該セルの厚み方向に積層されてなり、隣接する前記セル間の隙間に酸素元素含有ガスが供給されるセルスタックと、前記セルを固定するための固定部材と、を備え、該固定部材は、ガスタンクおよび支持体を備え、導電性を有する、前記セルを前記ガスタンクの上方に支持する支持部材と、該支持部材と前記セルとの間に設けられ該セルの下方側面に前記支持部材を固定する酸化物イオン伝導性を有する固定材と、を有し、前記固定材及び前記支持部材に接して設けられ、少なくとも一部が前記酸素元素含有ガスに晒されており、かつ酸化物イオン伝導度が前記固定材以上である第一部材を有することを特徴とする。

また、本開示のモジュールは、収納容器内に、上記に記載のセルスタック装置を収納してなることを特徴とする。

さらに、本開示のモジュール収容装置は、外装ケース内に、上記に記載のモジュールと、該モジュールの運転を行なうための補機とを収納してなることを特徴とする。

本開示のセルスタック装置は、固定材と支持部材との界面付近にクラックが発生することを抑制でき、ひいては耐久性を向上させることができる。

また、本開示のモジュールは、収納容器内に上記のセルスタック装置を収納してなることから、モジュールの耐久性を向上することができる。

さらに、本開示のモジュール収容装置は、上記のモジュールと、該モジュールの運転を行なうための補機とを収納してなることから、モジュール収容装置の耐久性を向上することができる。

本実施形態のセルの一例を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は空気極側から見た側面図であり、（ｃ）はインターコネクタ側から見た側面図である。（ａ）は本実施形態のセルスタック装置の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の側面側の断面図である。（ａ）は本実施形態のセルスタック装置の正面側の断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ領域の拡大図である。（ａ）（ｂ）は他の実施形態におけるＡ領域の拡大図である。さらに他の実施形態におけるＡ領域の拡大図である。さらに他の実施形態におけるＡ領域の拡大図である。本実施形態のセルスタック装置の一例を備えるモジュールを示す外観斜視図である。本実施形態のモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。

図１〜８を用いて、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置について説明する。

（セル）
以下において、セルスタックを構成するセルとして固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。

図１は、セルの実施形態の一例を示すもので、（ａ）は横断面図、（ｂ）は空気極側から見た側面図であり、（ｃ）はインターコネクタ側から見た側面図である。なお、この図面において、セル１の各構成の一部を拡大して示している。

図１に示す例において、セル１は中空平板型で、細長い板状である。図１（ｂ）に示すように、セル１の全体を側面から見た形状は、例えば、長さ方向Ｌの辺の長さが５〜５０ｃｍで、この長さ方向に直交する幅方向Ｗの長さが１〜１０ｃｍの長方形である。このセル１の全体の厚さ（厚み方向Ｔ）は１〜５ｍｍである。

図１に示すように、セル１は、導電性支持基板２（以下、支持基板２と略す場合がある）、素子部およびインターコネクタ６を有している。支持基板２は、一対の対向する平坦面ｎ１、ｎ２及び平坦面ｎ１、ｎ２を接続する一対の円弧状の側面ｍを有する柱状である。素子部は、支持基板２の一方の平坦面ｎ１上に設けられている。素子部は、燃料極３、固体電解質層４及び空気極５を有している。また、図１に示す例においては、セル１の他方の平坦面ｎ２上にはインターコネクタ６が設けられている。

また、図１（ｂ）に示す例のように、空気極５はセル１の下端まで延びていない。セル１の下端部では、固体電解質層４のみが表面に露出している。また、図１（ｃ）に示す例のように、インターコネクタ６がセル１の下端まで延びている。セル１の下端部では、インターコネクタ６および固体電解質層４が表面に露出している。なお、セル１の一対の円弧状の側面ｍにおける表面は固体電解質４が露出している。

以下、セル１を構成する各構成部材について説明する。

支持基板２は、ガスが流れるガス流路２ａが内部に設けられており、図１においては６つのガス流路２ａが設けられた例を示している。支持基板２としては、燃料ガスを燃料極３まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ６を介して集電するために導電性であることが要求される。支持基板２は、例えば、鉄族金属成分と無機酸化物からなる。例えば、鉄族金属成分はＮｉおよび／またはＮｉＯであって、無機酸化物は特定の希土類元素酸化物である。

燃料極３は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。この希土類元素酸化物としては例えばＹ_２Ｏ_３等が用いられる。

固体電解質層４は、燃料極３、空気極５間のイオンの橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ_２から形成される。この希土類元素酸化物としては例えばＹ_２Ｏ_３等が用いられる。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。

空気極５は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。例えば、ＡサイトにＳｒとＬａが共存する複合酸化物が好ましい。例としては、Ｌａ_ｘＳｒ_１−ｘＣｏ_ｙＦｅ_１−ｙＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１−ｘＭｎＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１−ｘＦｅＯ_３、Ｌａ_ｘＳｒ_１−ｘＣｏＯ_３等が挙げられる。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。空気極５はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

インターコネクタ６は、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ_３系酸化物）が好適に使用される。これらの材料は、導電性を有し、かつ燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触しても還元も酸化もされない。また、インターコネクタ６は支持基板２に形成されたガス流路２ａを流通する燃料ガス、および支持基板２の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが好ましい。

（セルスタック装置）
次に、上述したセルを用いた本実施形態に係るセルスタック装置について図２を用いて説明する。

図２（ａ）は本実施形態のセルスタック装置の一例を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面側の断面図である。

セルスタック装置１０は、セル１の厚み方向Ｔに配列（積層）された複数個のセル１を有するセルスタック１８と、固定部材７とを備える。セルスタック１８はセル１の配列方向における両端に設けられた端部集電部材９を備えている。

図２に示すように、固定部材７は、固定材７ａ及び支持部材７ｂ（支持体７ｂ１及びガスタンク７ｂ２）を備えている。支持体７ｂ１及びガスタンク７ｂ２は金属製であり導電性を有している。

支持体７ｂ１は、複数個のセル１の一端が挿入される挿入口１７を有している。複数個のセル１の一端と挿入口１７の内壁とは、固定材７ａで接合されている。

ガスタンク７ｂ２は、挿入口１７を介して複数個のセル１に反応ガスを供給するための開口部を有しており、開口部の周囲に設けられた凹溝７１を有する。支持体７ｂ１の一端部は、ガスタンク７ｂ２の凹溝７１に充填された接合材７２によりガスタンク７ｂ２と接合されている。

図２に示す例においては、支持体７ｂ１と、ガスタンク７ｂ２とで形成される内部空間に燃料ガスが貯留される。ガスタンク７ｂ２にはガス流通管１２が設けられており、後述する改質器１３で生成された燃料ガスが、このガス流通管１２を介してガスタンク７ｂ２に供給され、その後ガスタンク７ｂ２よりセル１の内部のガス流路２ａに供給される。

水素リッチな燃料ガスは原燃料を水蒸気改質等することにより生成することができる。水蒸気改質により燃料ガスを生成する場合には、燃料ガス中に水蒸気を含むこととなる。

図２に示す例においては、複数個のセル１が２列設けられており、各列がそれぞれ支持体７ｂ１に固定されている。この場合、ガスタンク７ｂ２の上面には２つの貫通孔が設けられている。この貫通孔のそれぞれに、挿入孔１７に合わせるように各支持体７ｂ１が設けられる。結果、１つのガスタンク７ｂ２と、２つの支持体７ｂ１とで内部空間が形成される。

挿入孔１７の形状は、例えば、上面視で長円形状である。挿入孔１７は、例えば、セル１の配列方向において、２つの端部導電部材９の間の距離よりも長ければよい。また、この挿入孔１７の幅は、例えば、セル１の幅方向Ｗの長さよりも長ければよい。

図２に示すように、挿入孔１７とセル１の一端との接合部において、固化された固定材７ａが充填されている。これにより、挿入孔１７と複数個のセル１の一端とがそれぞれ接合・固定され、また、セル１の一端同士が接合されている。各セル１のガス流路２ａの一端は、固定部材７の内部空間と連通している。

固定材７ａ、接合材７２は、酸化物イオン伝導性を有している。なお、固定材７ａ、接合材７２は、さらに導電性が低いものを用いることができる。具体的な材料としては、非晶質ガラス等でもよいが、結晶化ガラスとすることが好適である。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_３系、Ｌａ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系、Ｌａ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＺｎＯ系が採用され得るが、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ系のものがよい。

また、図２（ｂ）に示す例のように、隣接するセル１の間には、隣接するセル１の間（より詳細には、一方のセル１の燃料極３と他方のセル１の空気極５）を電気的に直列に接続するための導電部材８が介在している。なお、図２（ａ）では、導電部材８の図示を省略している。

また、図２（ｂ）に示す例のように、複数個のセル１の配列方向における最も外側に位置するセル１に、端部導電部材９が接続されている。この端部導電部材９は、セルスタック５の外側に突出する導電部１１を有している。導電部１１は、セル１の発電により生じた電気を集電して外部に引き出す機能を有する。なお、図２（ａ）では、端部導電部材９の図示を省略している。

図３は（ａ）は本実施形態のセルスタック装置１０の正面側の断面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ領域の拡大図である。

図３（ｂ）で示すように、セル１の固体電解質４と固定材７ａとが当接しており、固体電解質４の内側には多孔質かつ導電性を有する燃料極３が設けられている。すなわち、燃料極３と固定材７ａとはイオン伝導性を有する固体電解質４を介して接続されている。なお、固体電解質４と固定材７ａとの間に、希土類元素の含有量が、例えば、３〜５モル％のＹ_２Ｏ_３が固溶したＺｒＯ_２を主成分とするセル補強層が設けられていてもよい。すなわち、固体電解質４と固定材７ａとは、イオン伝導的に接続されていればよい。

以上、説明した燃料電池のセルスタック装置１０を稼働させる際には、高温（例えば、６００〜８００℃）の燃料ガス（水素含有ガス等）及び「酸素元素を含むガス（空気等）」を流通させる。燃料ガスは、支持部材７ｂの内部空間へ導入され、その後、複数個のセル１のガス流路２ａにそれぞれ導入される。各ガス流路２ａを通過した燃料ガスは、その後、各ガス流路２ａの他端（自由端）から外部に排出される。空気は、隣接するセル１間の隙間に供給され、セル１の長手方向に沿って流れる。

（第一部材）
ところで、セルスタック装置１０において、セル１に電圧が印加されると、固定材７ａと支持部材７ｂとの界面付近にクラックが発生するおそれがあった。これは、詳細は不明であるが、以下のように考えられる。

例えば、セル１に正の電圧が印加されると、固定材７ａのうち、支持部材７ｂとの界面付近において、固定材７ａに含有される金属元素が導電性を有する支持部材７ｂ（支持体７ｂ１）から電子を受け取る。これに伴って、金属元素と結合されていた酸素が、酸化物イオンとして分離される。この負に帯電した酸化物イオンは正の電圧が印加されたセル１に向かって移動する。その後、酸化物イオンが、多孔質の導電体である燃料極３まで到達すると、燃料極３に電子及び酸素を放出することとなる。すなわち、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近の酸素が経常的に減少することとなる。

そして、支持体７ｂ１との界面付近における固定材７ａに含まれる酸素が失われると、言い換えれば固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近が還元されると、固定材７ａに空隙（酸素欠陥）が生じ、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近においてクラックが発生する。

一方、セル１に負の電圧が印加されると、セル１に存在する負に帯電した酸化物イオンが、セル１より電圧の高い支持体７ｂ１に向かって移動する。その後、酸化物イオンが、金属製である支持体７ｂ１の表面まで到達し、金属の表面が酸化される、もしくは金属の表面にある酸化膜の厚みが厚くなることで、支持体７ｂ１が体積膨張する。この体積膨張による応力に伴って、支持体７ｂ１と固定材７ａと界面付近にクラックが発生する。

そこで、図３で示すように、本開示のセルスタック装置１０では、固定材７ａ及び支持体７ｂ１に接して設けられ、少なくとも一部が酸素元素含有ガスに晒されており、かつ酸化物イオン伝導度が固定材７ａ以上である第一部材７ｃを有している。

これにより、例えば、セル１に正の電圧が印加された場合、支持体７ｂ１から供給される電子により、第一部材７ｃのうち酸素元素含有ガスに晒される部位にて、酸素が酸化物イオンとなり、この酸化物イオンが第一部材７ｃを優先的に流れる。この酸化物イオンが、第一部材７ｃを流れた後、セル１に向かって移動する。すなわち、固定材７ａにおいて、酸化物イオンが生じる量を減らすことができる。さらには、もし固定材７ａにて酸化物イオンが生じてセル１に向けて移動し、酸素欠陥が生じたとしても、支持体７ｂ１より流
れる酸化物イオンにより、この欠陥を埋めることができる。それゆえ、固定材７ａと支持部材７ｂとの界面付近にクラックが発生することを抑制できる。

一方、セル１に負の電圧が印加される場合には、セル１に存在する負に帯電した酸化物イオンが、イオン伝導性が高い第一部材７ｃに向けて流れる。第一部材７ｃに向けて流れた酸化物イオンは、第一部材７ｃを通じて固定部材７の外部に放出される。すなわち、支持体７ｂ１の表面に酸化物イオンが移動することを抑制できる。従って、支持体７ｂ１の表面の酸化、もしくは酸化膜の肥大化を抑制でき、支持体７ｂ１の体積膨張を抑制できる。それにより固定材７ａと支持体７ｂ１とに生じる応力を低減できるため、支持体７ｂ１と固定材７ａとの界面付近にクラックが発生することを抑制できる。

言い換えれば、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近での酸化還元を抑制することで、支持体７ｂ１と固定材７ａとの界面付近にクラックが発生することを抑制できる。

なお、「酸素元素含有ガス」は、酸素元素を含んでいるガスであって、例えば、酸素含有ガス、水蒸気含有ガスが挙げられる。なお、本実施形態の燃料ガスは水蒸気改質によって得られたガスであるため水蒸気を含んでいる。

また、「酸化物イオン伝導度」とは、酸化物イオンが伝導する能力を意味する。酸化物イオン伝導度は、例えば、交流四端子法、直流四端子法又はブロッキング法により測定することができる。

第一部材７ｃとして、一般的に酸化物イオン伝導度が高い材料を用いることができる。例えば、第一部材７ｃとして、３〜１５モル％のＹ、Ｓｃ、Ｙｂ等の希土類元素の酸化物を含有した部分安定化あるいは安定化ＺｒＯ_２からなるセラミックスを用いることができる。また、第一部材７ｃとして、例えば、ＬａＧａＯ_３系の材質であっても良く、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスであるＬａＳｒＣｏＦｅＯ_３、ＬａＳｒＭｎＯ３、ＬａＳｒＣｏＯ３等でもよい。また、例えば、サマリアドープトセリア（ＳＤＣ）やガドリニアドープトセリア（ＧＤＣ）等の希土類元素を含有するセリア（ＣｅＯ_２）であってもよい。

図３で示すように、第一部材７ｃは、固定材７ａと支持体７ｂ１との間に設けられていてもよい。固定材７ａと支持体７ｂ１との界面に第一部材７ｃを設けることで、支持体７ｂ１から供給される電子の全量が、第一部材７ｃを通ることとなり、またセル１から流れる酸化物イオンの全量が第一部材７ｃを通ることとなる。それにより、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近の酸化還元をさらに抑制でき、クラックが発生することをさらに抑制できる。

また、図３で示すように、第一部材７ｃは、固定材７ａと支持体７ｂ１とを含む断面において第一部材７ｃの両端部７ｃ１が酸素元素含有ガスに晒されていてもよい。これにより、第一部材７ｃの両端から、酸化物イオンもしくは酸素を取り込むこと、又は酸化物イオンを酸素として放出すること（以下、酸化物イオンの授受という。）ができる。そのため、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近の酸化還元をさらに抑制できるため、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近にクラックが発生することをさらに抑制できる。

なお、第一部材７ｃの両端部とは、例えば図３（ｂ）においては、第一部材７ｃの長手方向（紙面における上下方向）の両端部７ｃ１，７ｃ２をいうが、酸素元素含有ガスに晒される両端部があればよい。したがって、例えば、本実施形態のセルスタック装置１０において、セル１の積層方向に沿った断面においては、第一部材７ｃの長手方向に直交する方向の両端部が、酸素元素含有ガスに晒される両端部ということができる。

なお、図３（ｂ）で示す実施形態に限られず、第一部材７ｃと支持体７ｂ１との間に固定材７ａが介在していてもよい。

また、図には示していないが、第一部材７ｃは、セル１の積層方向に沿って延びる部分を有していてもよい。さらには、セル１の積層方向の一端から他端にわたって設けられてもよい。それにより、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近の酸化還元をさらに抑制でき、クラックが発生することをさらに抑制できる。

図４（ａ）、（ｂ）は、他の実施形態におけるＡ領域の拡大図である。

第一部材７ｃの両端部７ｃ１、７ｃ２のそれぞれが、酸素元素含有ガスに晒されている場合に、その晒される酸素分圧の違いによって、酸化物イオンが第一部材７ｃ介して固定材７ａに流れるよりも、第一部材７ｃの一端部から他端部に流れて、外部に放出されてしまう場合がある。

それゆえ、図４（ａ）においては、第一部材７ｃの一端部（上端部）７ｃ１のみが酸素元素含有ガスに晒されている、言い換えれば第一部材７ｃの他端部（下端部）が酸素元素含有ガスに晒されていない。また図４（ｂ）においては、第一部材７ｃの他端部（下端部）７ｃ２のみが酸素元素含有ガスに晒されている、言い換えれば第一部材７ｃの一端部（上端部）が酸素元素含有ガスに晒されていない。

これにより、第一部材７ｃを流れる酸化物イオンが、より効率的に固定材７ａに向けて流れることから、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近の酸化還元をさらに抑制でき、クラックが発生することをさらに抑制できる。

図５はさらに他の実施形態におけるＡ領域の拡大図である。図５示すＡ領域においては、第一部材７ｃは、支持体７ｂ１からセル１側に延び、第一部材７ｃがセルと接続されている。

これにより、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近から離れたセル１側の固定材７ａの部分においても酸化還元を抑制でき、固定材７ａにクラックが発生することをさらに抑制できる。

特に、セル１の積層方向における第一部材７ｃがセル１と接続されている場合には、酸化物イオンが固定材７ａを介することなく第一部材７ｃを通じて移動することとなる。すなわち、第一部材７ｃを通る酸化物イオンが直接セル１に流れることで、他の領域からセル１に流れる酸化物イオンに制限が生じ、その結果、固定材７ｃにて酸化物イオンが生じることを抑制できる。従って、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近の酸化還元をさらに抑制できるため、固定材７ａにクラックが発生することをさらに抑制できる。

図６はさらに他の実施形態におけるＡ領域の拡大図である。図６においては、支持体７ｂ１が、固定材７ａと対向する部分に酸素元素含有ガスが流れる孔７ｂ３を有している。これにより、支持体７ｂ１から供給される電子は、孔７ｂ３を流れる酸素に供給され、酸化物イオンとして第一部材７ｃ又は固定材７ａに流れることとなる。すなわち、支持体７ｂ１から供給される電子は、優先的に孔７ｂ３を流れる酸素に供給される。それゆえ、固定材７ａにおいて、酸化物イオンが生じることを抑制でき、固定材７ａと支持体７ｂ１との界面付近にクラックが発生することをさらに抑制できる。

また、第一部材７ｃは固定材７ａより多孔質でもよい。それにより、第一部材７ｃにお
いて酸化物イオンが効率良く流れる、もしくは酸化物イオンが効率よく生じることとなる。なお、第一部材７ｃは燃料ガスをシール出来る程度に緻密であればよい。

なお、上記実施形態では、支持体７ｂ１に１つのみ形成された挿入孔１７に１列全てのセル１の一端が挿入されているが、支持体７ｂ１に形成された複数の挿入孔のそれぞれにセルが１つずつ挿入されていてもよい。

（製造方法）
第一部材７ｃの製造方法を以下で説明する。

図３（ｂ）の実施形態を製造する方法を説明する。始めに、一般的な成膜法にて支持部材表面に上述した材料を用いて第一部材成形体を成膜し、焼結することで第一部材７ｃを支持部材７ｂ表面に設けることができる。成膜法としては、蒸着法、電着法、スパッタリング法、ディッピング法またはエアロゾルデポジション法等を用いることができる。

次に、所定の治具等を用いて、複数個のセル１をスタック状に整列・固定する。次に、この状態を維持しつつ、複数個のセル１の一端を、支持体７ｂ１の挿入孔１７に挿入する。次いで、固定材７ａ用のペースト（典型的には、非晶質材料（非晶質ガラス）のペースト）を、挿入孔１７と複数個のセル１の一端との隙間に充填する。

次に、上記のように充填された固定材７ａ用のペーストに熱処理（結晶化処理）を行なう。この熱処理によって非晶質材料の温度がその結晶化温度まで到達すると、結晶化温度下にて、材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。その後、治具を複数個のセル１から取り外す。

最後に、支持体７ｂ１をガスタンク７ｂ２に接合する。この工程においては、まずガスタンク７ｂ２の凹溝７１内に接合材７２用のペーストを充填する。そして、固定材７ａと同様に熱処理して結晶化させればよい。このようにして、セルスタック装置１０を製造することができる。

また、図５の実施形態を製造する方法を説明する。上述する方法と同様に第一部材７ｃが設けられていない支持部材７ｂとセルスタックを固定材７ａにて固定する。その後、上述する材料からなる第一部材成形体を固定材７ａの表面に塗布し、焼結することで第一部材７ｃを固定材７ａの表面に設けることができる。なお、第一部材成形体を塗布する前に固定材７ａに切り欠き部を設け、当該切り欠き部に第一部材成形体を埋め込み、焼結することにより固定材の内部に第一部材を設けることもできる。

最後に上述する方法により、支持体７ｂ１とガスタンク７ｂ２とを接合することでセルスタック装置１０を製造することができる。

（モジュール）
次に、上述したセルスタック装置を用いた本開示の実施形態に係るモジュールについて図７を用いて説明する。図７は、本実施形態のセルスタック装置の一例を備えるモジュールを示す外観斜視図である。

図７に示すように、モジュール２０は、収納容器１４内に、セルスタック装置１０を収納してなる。また、セルスタック装置１０の上方には、セル１に供給する燃料ガスを生成するための改質器１３が配置されている。

また、図７に示す改質器１３においては、原燃料供給管１６を介して供給される天然ガ
スや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。なお、改質器１３は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部１３ａと、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部１３ｂとを備えている。そして、改質器１３で生成された燃料ガスは、ガス流通管１２を介して支持部材７に供給され、支持部材７よりセル１の内部に設けられたガス流路に供給される。

また図７においては、収納容器１４の一部（前後面）を取り外し、内部に収納される燃料電池セルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。

また、上述の構成のモジュール２０においては、通常発電時においては、上記燃焼やセル１の発電に伴い、モジュール２０内の温度は５００〜１０００℃程度となる。

このようなモジュール２０においては、上述したように、クラックの発生を抑制でき、耐久性の向上したセルスタック装置１０を収納してなることにより、耐久性が向上したモジュール２０とすることができる。

（モジュール収容装置）
図８は、外装ケース内に図７で示したモジュール２０と、モジュール２０を動作させるための補機（図示せず）とを収納してなる本実施形態のモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図８においては一部構成を省略して示している。

図８に示すモジュール収容装置４０は、支柱４１と外装板４２から構成される外装ケース内を仕切板４３により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール２０を収納するモジュール収納室４４とし、下方側をモジュール２０を動作させるための補機を収納する補機収納室４５として構成されている。なお、補機収納室４５に収納する補機を省略して示している。

また、仕切板４３には、補機収納室４５の空気をモジュール収納室４４側に流すための空気流通口４６が設けられており、モジュール収納室４４を構成する外装板４２の一部に、モジュール収納室４４内の空気を排気するための排気口４７が設けられている。

このようなモジュール収容装置４０においては、上述したように、耐久性が向上したモジュール２０をモジュール収納室４４に収納し、モジュール２０を動作させるための補機を補機収納室４５に収納して構成されることにより、耐久性が向上したモジュール収容装置４０とすることができる。

以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

本実施形態では、支持基板の表面に燃料極、固体電解質層および空気極から成る発電素子部が１つのみ設けられた所謂「縦縞型」を例示したが、支持基板の表面の互いに離れた複数個所にて発電素子部がそれぞれ設けられ、隣り合う発電素子部の間が電気的に接続された所謂「横縞型」のセルを積層した横縞型セルスタック装置に適用することができる。また、所謂「平板型」のセルを厚み方向に積層した平板型セルスタック装置に適用することもできる。

また、上記実施形態では、「セル」、「セルスタック装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池
モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。

１：セル
２：支持基板
２ａ：ガス流路
３：燃料極
４：固体電解質層
５：空気極
６：インターコネクタ
７：固定部材
７ａ：固定材
７ｂ：支持部材
７ｂ１：支持体
７ｂ２：ガスタンク
７ｃ：第一部材
７ｃ１：両端部
１０：セルスタック装置
１４：収納容器
２０：モジュール
４０：モジュール収容装置

Claims

板状である複数個のセルが該セルの厚み方向に積層されてなり、隣接する前記セル間の隙間に酸素元素含有ガスが供給されるセルスタックと、
前記セルを固定するための固定部材と、を備え、
該固定部材は、
ガスタンクおよび支持体を備え、導電性を有する、前記セルを前記ガスタンクの上方に支持する支持部材と、
該支持部材と前記セルとの間に設けられ該セルの下方側面に前記支持部材を固定する酸化物イオン伝導性を有する固定材と、を有し、
前記固定材及び前記支持部材に接して設けられ、少なくとも一部が前記酸素元素含有ガスに晒されており、かつ酸化物イオン伝導度が前記固定材以上である第一部材を有することを特徴とするセルスタック装置。
前記第一部材は前記固定材と前記支持部材との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。
前記第一部材は、前記固定材と前記支持部材とを含む断面において該第一部材の一端部のみが前記酸素元素含有ガスに晒されていることを特徴とする請求項２に記載のセルスタック装置。
前記第一部材は、前記セルの積層方向に沿って延びる部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のセルスタック装置。
前記第一部材は、前記セルと接続されていることを特徴とする請求項４に記載のセルスタック装置。
前記支持部材は、前記固定材と対向する部分に酸素元素含有ガスが流れる孔を有していることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載のセルスタック装置。
前記第一部材は前記固定材より多孔質である請求項１乃至６のうちいずれかに記載のセルスタック装置。
収納容器内に請求項１乃至７のうちいずれかに記載のセルスタック装置を収納してなることを特徴とするモジュール。
外装ケース内に、請求項８に記載のモジュールと、該モジュールの運転を行なうための補機とを収納してなることを特徴とするモジュール収容装置。