JP2005129314A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of preventing breakage of a fuel battery cell and opening of a cell stack. <P>SOLUTION: This fuel cell is provided with the cell stack 60 wherein a plurality of fuel battery cells 62 are fixed to a manifold 58 with a prescribed gap in an erected condition and a current collecting member 76 is interposed between the adjacent fuel battery cells 62. A frame body 92 is provided at a distal end of the cell stack 60 to surround the distal end. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell.

次世代エネルギーとして、近年、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納した燃料電池が種々提案されている。   In recent years, various fuel cells in which a plurality of fuel battery cells are stored in a storage container have been proposed as next-generation energy.

従来の固体電解質型燃料電池は、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納し、燃料電池セル同士を集電部材により電気的に直列又は並列に接続して構成されており、発電は燃料電池セルに酸素含有ガス及び燃料ガスを供給して600〜1000℃程度の高温で行われていた。   A conventional solid oxide fuel cell is configured by storing a plurality of fuel cells in a storage container and electrically connecting the fuel cells to each other in series or in parallel by a current collecting member. It was performed at a high temperature of about 600 to 1000 ° C. by supplying an oxygen-containing gas and a fuel gas to the cell.

そして、燃料電池セル間の電気的な接続を行う集電部材は、従来、繊維状の金属が集合した金属フェルト状のものが用いられていた。このような金属フェルトではセル間の接続が経時的に劣化する等の理由から、本出願人は、集電部材として板状金属を用いたものを出願した(例えば特許文献1参照)。この特許文献1では、燃料ガスタンクに複数の燃料電池セルを立設し、これらの燃料電池セル間に板状の集電部材を介装した燃料電池が記載されている。
特開2003−282101号公報
Conventionally, a metal felt-like member in which fibrous metals are gathered has been used as a current collecting member for electrical connection between fuel cells. In such a metal felt, the applicant has filed an application using a plate-like metal as a current collecting member because the connection between cells deteriorates with time (see, for example, Patent Document 1). This Patent Document 1 describes a fuel cell in which a plurality of fuel cells are provided upright in a fuel gas tank and a plate-like current collecting member is interposed between these fuel cells.
JP 2003-282101 A

しかしながら、上記した燃料電池では、隣設する燃料電池セル間に集電部材を介装し、その集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を、隣設する燃料電池セルを広げるようにして押圧し、電気的な接続を確保していたため、燃料電池セルを押し広げるような力が作用し、燃料電池セルの固定部に力が作用し、折損したり、セルスタックが口開きするという問題があった。特に、燃料電池セル間の電気的な接続を確保するため、集電部材の弾性力を強くした場合にはその傾向が強い。   However, in the fuel cell described above, a current collecting member is interposed between adjacent fuel cells, and the side surface of the adjacent fuel cell is widened by the elastic force of the current collecting member. Since the electrical connection was ensured in this way, a force that spreads the fuel cell acts, the force acts on the fixed part of the fuel cell, breaks, and the cell stack opens. There was a problem to do. In particular, when the elastic force of the current collecting member is increased in order to ensure electrical connection between the fuel cells, the tendency is strong.

本発明は、燃料電池セルの折損を防止できるとともに、セルスタックの口開きを防止できる燃料電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of preventing breakage of a fuel cell and preventing opening of a cell stack.

本発明の燃料電池は、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて立設した状態でマニホールドに固定し、隣設する前記燃料電池セル間に集電部材を介装してなるセルスタックを具備するとともに、前記セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けてなることを特徴とする。   A fuel cell according to the present invention includes a cell stack in which a plurality of fuel cells are fixed to a manifold in a state of being erected at a predetermined interval, and a current collecting member is interposed between the adjacent fuel cells. In addition, a frame body surrounding the tip is provided at the tip of the cell stack.

本発明の燃料電池では、集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を押し広げるようにして、燃料電池セル間を電気的に接続しているため、燃料電池セルの電気的な接続を確保できるとともに、セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けたので、集電部材の弾性力で燃料電池セルの側面を押し広げるようにしたとしても、枠体によりセルスタックの口開きを阻止して燃料電池セルの変形が抑制され、燃料電池セルの固定部における折損を確実に防止できる。   In the fuel cell of the present invention, the fuel cells are electrically connected so as to expand the side surfaces of the adjacent fuel cells by the elastic force of the current collecting member. Since the frame that surrounds the tip of the cell stack is provided at the tip of the cell stack as well as securing the connection, even if the side surface of the fuel cell is pushed and widened by the elastic force of the current collecting member, Opening of the stack is prevented, deformation of the fuel cell is suppressed, and breakage at the fixed portion of the fuel cell can be reliably prevented.

また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは、先端部に発電に寄与しない不活性部を有しており、該不活性部を枠体が取り囲んでいることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの発電する部分では、枠体が当接していないため、発電性能に影響を与えることがない。   Moreover, the fuel cell of the present invention is characterized in that the fuel cell has an inactive portion that does not contribute to power generation at the tip, and a frame surrounds the inactive portion. In such a fuel cell, the power generation performance is not affected because the frame body is not in contact with the power generation portion of the fuel cell.

さらに、本発明の燃料電池は、枠体は、セルスタックの周囲を取り囲む枠部と、燃料電池セルの先端面に当接する当接部とからなることを特徴とする。このような燃料電池では、枠体が燃料電池セルの先端面に当接する当接部を有しているため、枠体をセルスタックの先端部に確実に位置せしめることができる。   Furthermore, the fuel cell according to the present invention is characterized in that the frame body includes a frame portion that surrounds the periphery of the cell stack and an abutting portion that abuts on the front end surface of the fuel cell. In such a fuel cell, since the frame body has a contact portion that contacts the front end surface of the fuel cell, the frame body can be reliably positioned at the front end portion of the cell stack.

また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルの一端部は、セル支持板に設けられたセル挿入孔に挿入固定されていることを特徴とする。また、燃料電池セルの一端部は、配列した状態で一体的に接合固定され、セル支持板に立設していることを特徴とする。さらに、セル支持板はマニホールドの一部を構成していることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is characterized in that one end of the fuel cell is inserted and fixed in a cell insertion hole provided in the cell support plate. In addition, one end of the fuel cell is integrally joined and fixed in an arrayed state, and is erected on the cell support plate. Further, the cell support plate constitutes a part of the manifold.

このような燃料電池では、例えば、セル支持板の挿入孔に燃料電池セルの一端部を挿入固定したり、複数の燃料電池セルの一端部を接合剤を充填して固化し、一体的に接合固定することにより、セルスタックを容易に形成でき、このようなセルスタックのセル支持板をマニホールドの天板とすることにより、燃料電池セルをマニホールドに容易に立設することができる。 In such a fuel cell, for example, one end portion of the fuel cell is inserted and fixed in the insertion hole of the cell support plate, or one end portion of the plurality of fuel cells is solidified by filling with a bonding agent. By fixing, the cell stack can be easily formed. By using the cell support plate of such a cell stack as the top plate of the manifold, the fuel cell can be easily erected on the manifold.

また、本発明の燃料電池は、集電部材は板状であることを特徴とする。このような燃料電池では、板状の集電部材を用いているため、燃料電池セルを押し広げようとする力が大きいため、本発明を好適に用いることができる。 The fuel cell of the present invention is characterized in that the current collecting member is plate-shaped. In such a fuel cell, since a plate-shaped current collecting member is used, the force to push and spread the fuel cell is large, and thus the present invention can be suitably used.

また、板状の集電部材を用いることにより、燃料電池セルの側面とは面接触となり、従来のようなフェルト状の集電部材よりも燃料電池セルに当接する面積が大きくなり、集電特性を向上できる。また、集電部材は板状であるため弾性力も大きく、振動等が生じたとしても燃料電池セルとの十分な接触を長期間確保できる。   In addition, by using a plate-shaped current collecting member, it comes into surface contact with the side surface of the fuel cell, and the area contacting the fuel cell is larger than that of the conventional felt-shaped current collecting member. Can be improved. Further, since the current collecting member is plate-shaped, the elastic force is large, and even if vibration or the like occurs, sufficient contact with the fuel cell can be ensured for a long time.

さらに、集電部材は板状であるため、高温となった場合でも、従来のフェルト状の集電部材よりも焼結しにくく、燃料電池セルとの十分な接触を長期間確保できる。   Furthermore, since the current collecting member is plate-shaped, even when the temperature is high, it is harder to sinter than the conventional felt-shaped current collecting member, and sufficient contact with the fuel cell can be ensured for a long time.

本発明の燃料電池は、集電部材の弾性力で隣設する燃料電池セルの側面を押し広げるようにして、燃料電池セル間を電気的に接続しているため、燃料電池セルの電気的な接続を確保できるとともに、セルスタックの先端部に枠体が嵌められているため、集電部材の弾性力で燃料電池セルの側面を押し広げるようにしたとしても、枠体によりセルスタックの口開きを阻止して、燃料電池セルの折損を確実に防止できる。さらに、枠体によりセルスタックの口開きが抑制されているため、燃料電池セル間の集電部材が燃料電池セルに強く当接し、電気的な接続を長期にわたって維持できる。   Since the fuel cell of the present invention electrically connects the fuel cells by pushing the side surfaces of the adjacent fuel cells by the elastic force of the current collecting member and electrically connecting the fuel cells, Connection can be secured and the frame is fitted to the tip of the cell stack, so even if the side surface of the fuel cell is pushed and expanded by the elastic force of the current collector, the frame opens the cell stack. Can be prevented and the breakage of the fuel cell can be surely prevented. Furthermore, since the opening of the cell stack is suppressed by the frame, the current collecting member between the fuel cells strongly contacts the fuel cells, and the electrical connection can be maintained for a long time.

以下、本発明の燃料電池を図面を参照して詳述する。   Hereinafter, a fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1及び図2を参照して説明すると、図示の燃料電池は略直方体形状のハウジング2を具備している。このハウジング2の6個の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁4、下断熱壁6、右側断熱壁8、左側断熱壁10、前断熱壁(図示していない)及び後断熱壁(図示していない)が配設されている。ハウジング2内には発電・燃焼室12が規定されている。   Referring to FIGS. 1 and 2, the illustrated fuel cell includes a substantially rectangular parallelepiped housing 2. The six wall surfaces of the housing 2 are heat insulating walls formed of an appropriate heat insulating material, that is, an upper heat insulating wall 4, a lower heat insulating wall 6, a right heat insulating wall 8, a left heat insulating wall 10, and a front heat insulating wall (not shown). ) And a rear heat insulating wall (not shown). A power generation / combustion chamber 12 is defined in the housing 2.

前断熱壁及び/又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び/又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室12内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。   The front heat insulation wall and / or the rear heat insulation wall are detachably or detachably mounted, and the power generation / combustion chamber 12 can be accessed by detaching or opening the front heat insulation wall and / or the rear heat insulation wall. If desired, an outer wall, which may be made of a metal plate, can be disposed on the outer surface of each heat insulating wall.

ハウジング2内の下端部には下部ガス室14が配置され、上端部には上部ガス室16が配設されている。下部ガス室14は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース15内に規定されており、同様に上部ガス室16も上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース17内に規定されている。ハウジング2内の左右両側部には上下方向に延在する連通ガス室18が配設されている。かかる連通ガス室18は横方向(図1において左右方向)寸法が比較的小さい直方体形状のケース19内に規定されている。   A lower gas chamber 14 is disposed at the lower end in the housing 2, and an upper gas chamber 16 is disposed at the upper end. The lower gas chamber 14 is defined in a rectangular parallelepiped case 15 having a relatively small vertical dimension, and the upper gas chamber 16 is similarly defined in a rectangular parallelepiped case 17 having a relatively small vertical dimension. A communication gas chamber 18 extending in the vertical direction is disposed on both the left and right sides in the housing 2. The communication gas chamber 18 is defined in a rectangular parallelepiped case 19 having a relatively small size in the lateral direction (left-right direction in FIG. 1).

連通ガス室18の各々の上面には前後方向に間隔をおいて3個の連通筒20が付設されており、かかる連通筒20を介して連通ガス室18の各々が上部ガス室16の下面両側部に連通されている。連通ガス室18の各々の下端部内側は下部ガス室14の両側面に直接的に連結されている。   Three communication cylinders 20 are attached to the upper surface of each communication gas chamber 18 at intervals in the front-rear direction, and each of the communication gas chambers 18 is provided on both sides of the lower surface of the upper gas chamber 16 via the communication cylinder 20. It communicates with the department. The inner sides of the lower ends of the communication gas chambers 18 are directly connected to both side surfaces of the lower gas chamber 14.

従って、上部ガス室16の両側部は連通ガス室18を介して下部ガス室14の両側部に連通せしめられている。下部ガス室14の上面には横方向(図1において左右方向)に間隔をおいて上方に突出する5個の中空ガス噴出板22が配設されている。かかるガス噴出板22の下端は下部ガス室14内に連通せしめられており、上部にはガス噴出孔(図示していない)が形成されている。   Accordingly, both side portions of the upper gas chamber 16 are communicated with both side portions of the lower gas chamber 14 via the communication gas chamber 18. On the upper surface of the lower gas chamber 14, five hollow gas ejection plates 22 projecting upward at intervals in the lateral direction (left-right direction in FIG. 1) are arranged. The lower end of the gas ejection plate 22 communicates with the lower gas chamber 14, and a gas ejection hole (not shown) is formed in the upper part.

ハウジング2の両側部、更に詳しくは右側断熱壁8の内側及び左側断熱壁10の内側には、全体として平板形状である熱交換器24が配設されている。熱交換器24の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース26から構成されている。   A heat exchanger 24 having a flat plate shape as a whole is disposed on both sides of the housing 2, more specifically, inside the right heat insulating wall 8 and inside the left heat insulating wall 10. Each of the heat exchangers 24 is constituted by a case 26 having a hollow flat plate shape extending substantially vertically.

かかるケース26内にはその横方向中間に位置する仕切板28が配設されており、ケース26内は内側に位置する排出路30と外側に位置する流入路32とに区画されている。排出路30内には上下方向に間隔をおいて5枚の仕切壁34及び36が配置されている。更に詳述すると、排出路30内には、その前縁はケース26の前壁(図示していない)から後方に離隔して位置するがその後縁はケース26の後壁(図示していない)に接続されている形態の仕切壁34と、その前縁はケース26の前壁に接続されているがその後縁はケース26の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁36とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路30はジグザグ形態にせしめられている。   A partition plate 28 located in the middle in the lateral direction is disposed in the case 26, and the inside of the case 26 is partitioned into a discharge path 30 positioned on the inner side and an inflow path 32 positioned on the outer side. Five partition walls 34 and 36 are arranged in the discharge path 30 at intervals in the vertical direction. More specifically, in the discharge passage 30, the front edge is located rearwardly away from the front wall (not shown) of the case 26, but the rear edge is the rear wall (not shown) of the case 26. And a partition wall 36 whose front edge is connected to the front wall of the case 26 but whose rear edge is spaced forward from the rear wall of the case 26. Are alternately arranged, and thus the combustion gas discharge passage 30 is zigzag-shaped.

同様に、流入路32内にも上下方向に間隔をおいて5枚の仕切壁38及び40、即ちその前縁はケース26の前壁(図示していない)から後方に離隔して位置するがその後縁はケース26の後壁(図示していない)に接続されている形態の仕切壁38と、その前縁はケース26の前壁に接続されているがその後縁はケース26の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁40とが交互に配置されており、かくして流入路32もジグザグ形態にせしめられている。   Similarly, the five partition walls 38 and 40, that is, the front edges thereof are also spaced apart from the front wall (not shown) of the case 26 in the inflow path 32 with a space in the vertical direction. The rear wall is connected to the rear wall (not shown) of the case 26, and the front edge of the partition wall 38 is connected to the front wall of the case 26. The partition walls 40 spaced apart from the front are alternately arranged, and thus the inflow passage 32 is also zigzag-shaped.

ケース26の内側壁の上端部には排出開口42が形成されており、排出路30は排出開口42を介して発電・燃焼室12と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器24の各々と上記連通ガス室18との間及び連通ガス室18の内面にも断熱部材44及び46が配設されているが、かかる断熱部材44及び46の上端は排出開口42の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口42は断熱部材44及び46の上方に残留せしめられている空間並びに連通ガス室18の上端に配設された3個の連通筒20間の空間を通して発電・燃焼室12に連通せしめられている。   A discharge opening 42 is formed at the upper end of the inner wall of the case 26, and the discharge path 30 is communicated with the power generation / combustion chamber 12 through the discharge opening 42. In the illustrated embodiment, heat insulating members 44 and 46 are disposed between each of the heat exchangers 24 and the communication gas chamber 18 and on the inner surface of the communication gas chamber 18. The upper end of the exhaust gas is positioned substantially at the same level as or slightly below the lower edge of the discharge opening 42, and the discharge opening 42 is left above the heat insulating members 44 and 46 and the communication gas chamber 18. Is connected to the power generation / combustion chamber 12 through a space between the three communication cylinders 20 disposed at the upper end.

ケース26の上壁における外側部には流入開口48が形成されており、流入路32はかかる流入開口48を介して上部ガス室16に連通せしめられている。熱交換器24の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体50(図1にその上端部のみを図示している)が配設されており、かかる二重筒体50は外側筒部材52と内側筒部材54とから構成されている。排出路30の下端部は外側筒部材52と内側筒部材54との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路32の下端部は内側筒部材54内に規定されている流入路に接続されている。   An inflow opening 48 is formed on the outer side of the upper wall of the case 26, and the inflow path 32 is communicated with the upper gas chamber 16 through the inflow opening 48. A double cylinder 50 (only the upper end portion thereof is shown in FIG. 1) extending in the vertical direction is disposed behind each of the heat exchangers 24. The double cylinder 50 is an outer cylinder. The member 52 and the inner cylinder member 54 are configured. The lower end of the discharge path 30 is connected to the lower end of the discharge path defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54, and the lower end of the inflow path 32 is defined in the inner cylinder member 54. Connected to the inflow channel.

而して、図示の燃料電池における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願2003−295790の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願2003−295790の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。   Thus, the configuration as described above in the illustrated fuel cell is substantially the same as the fuel cell assembly disclosed in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2003-295790 filed by the present applicant. The details of the configuration described above will be referred to the specification and drawings of the above Japanese Patent Application No. 2003-295790, and description thereof will be omitted in this specification.

上述した下部ガス室14の上面上には4個の発電ユニット56a、56b、56c及び56dが配置されている。発電ユニット56a、56b、56c及び56dは、夫々、上述したガス噴出板22間に位置せしめられている。図1及び図2と共に、図3を参照して説明を続けると、発電ユニット56aは前後方向(図1において紙面に垂直な方向)に細長く延びる直方体形状の燃料ガスマニホールド58aを具備している。   Four power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are arranged on the upper surface of the lower gas chamber 14 described above. The power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d are respectively positioned between the gas ejection plates 22 described above. 3 together with FIGS. 1 and 2, the power generation unit 56a includes a rectangular parallelepiped fuel gas manifold 58a extending in the front-rear direction (a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1).

燃料ガス室59aを規定している燃料ガスマニホールド58aの上面上にはセルスタック60aが装着されている。セルスタック60aは上下方向に細長く延びる直立セル62を燃料ガスマニホールド58aの長手方向(即ち前後方向)に複数個縦列配置して構成されている。図4に明確に図示する如く、セル62の各々は電極支持基板64、内側電極層である燃料極層66、固体電解質層68、外側電極層である酸素極層70、及びインターコネクタ72から構成されている。   A cell stack 60a is mounted on the upper surface of the fuel gas manifold 58a that defines the fuel gas chamber 59a. The cell stack 60a is configured by arranging a plurality of upright cells 62 extending in the vertical direction in the longitudinal direction (that is, the front-rear direction) of the fuel gas manifold 58a. As clearly shown in FIG. 4, each cell 62 includes an electrode support substrate 64, a fuel electrode layer 66 that is an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 68, an oxygen electrode layer 70 that is an outer electrode layer, and an interconnector 72. Has been.

電極支持基板64は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板64にはこれを鉛直方向に貫通する複数個(図示の場合は4個)の燃料ガス通路74が形成されている。セル62の各々は、後述するように、燃料ガスマニホールド58aの上壁(天板)に、例えば耐熱性に優れたガラスによって接合され、セル62の燃料ガス通路74は、燃料ガス室59aに連通せしめられる。   The electrode support substrate 64 is a plate-like piece that is elongated in the vertical direction, and has both flat surfaces and both sides of a semicircular shape. A plurality (four in the illustrated example) of fuel gas passages 74 penetrating through the electrode support substrate 64 in the vertical direction are formed. As will be described later, each of the cells 62 is joined to the upper wall (top plate) of the fuel gas manifold 58a by, for example, glass having excellent heat resistance, and the fuel gas passage 74 of the cell 62 communicates with the fuel gas chamber 59a. I'm damned.

インターコネクタ72は電極支持基板64の片面(図4のセルスタック60aにおいて上面)上に配設されている。燃料極層66は電極支持基板64の他面(図4のセルスタック60aにおいて下面)及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ72の両端に接合せしめられている。固体電解質層68は燃料極層66の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ72の両端に接合せしめられている。酸素極層70は、固体電解質層68の主部上、即ち電極支持基板64の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板板64を挟んでインターコネクタ72に対向して位置せしめられている。   The interconnector 72 is disposed on one surface of the electrode support substrate 64 (the upper surface in the cell stack 60a in FIG. 4). The fuel electrode layer 66 is disposed on the other surface (the lower surface in the cell stack 60a of FIG. 4) and both side surfaces of the electrode support substrate 64, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The solid electrolyte layer 68 is disposed so as to cover the entire fuel electrode layer 66, and both ends thereof are joined to both ends of the interconnector 72. The oxygen electrode layer 70 is disposed on the main part of the solid electrolyte layer 68, that is, on the portion covering the other surface of the electrode support substrate 64, and is positioned to face the interconnector 72 with the electrode support substrate plate 64 interposed therebetween. Yes.

セルスタック60aにおける隣接するセル62間には集電部材76が配設されており、一方のセル62のインターコネクタ72と他方のセル62の酸素極層70とを接続している。セルスタック60aの両端、即ち図4において上端及び下端に位置するセル62の片面及び他面にも、後述するように端部側集電部材109が配設されている。   A current collecting member 76 is disposed between adjacent cells 62 in the cell stack 60a, and connects the interconnector 72 of one cell 62 and the oxygen electrode layer 70 of the other cell 62. End side current collecting members 109 are disposed on both ends of the cell stack 60a, that is, on one side and the other side of the cell 62 positioned at the upper end and the lower end in FIG.

セル62について更に詳述すると、電極支持基板64は燃料ガスを燃料極層66まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ72を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック(若しくはサーメット)から形成することができる。   More specifically about the cell 62, the electrode support substrate 64 is gas permeable to allow fuel gas to permeate to the anode layer 66, and is also conductive to collect current through the interconnector 72. Can be formed from a porous conductive ceramic (or cermet) that satisfies such requirements.

燃料極層66及び/又は固体電解質層70との同時焼成により電極支持基板64を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板64を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35乃至50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440C/cm以上であるのが好ましい。   In order to manufacture the electrode support substrate 64 by simultaneous firing with the fuel electrode layer 66 and / or the solid electrolyte layer 70, it is preferable to form the electrode support substrate 64 from an iron group metal component and a specific rare earth oxide. In order to provide the required gas permeability, it is preferable that the open porosity is in the range of 30% or more, in particular 35 to 50%, and the conductivity is also 300 S / cm or more, in particular 440 C / cm or more. Is preferred.

燃料極層66は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアと称されている)とNi及び/又はNiOとから形成することができる。 The fuel electrode layer 66 can be formed of a porous conductive ceramic, for example, ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO.

固体電解質層68は、電極間の電子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ものであることが必要であり、通常、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成されている。 The solid electrolyte layer 68 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time has a gas barrier property to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. It is necessary and is usually formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved.

酸素極層70は所謂ABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層70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内50%の範囲にあることが好ましい。 The oxygen electrode layer 70 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The oxygen electrode layer 70 is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, and particularly preferably within 30 to 50%.

インターコネクタ72は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が好適に使用される。インターコネクト72は電極支持基板64に形成された燃料ガス通路74を通る燃料ガス及び電極支持基板64の外側を流動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望まれる。 Although the interconnector 72 can be formed from a conductive ceramic, it needs to have reduction resistance and oxidation resistance because of contact with a fuel gas that may be hydrogen gas and an oxygen-containing gas that may be air. In addition, a lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnect 72 must be dense in order to prevent leakage of the fuel gas passing through the fuel gas passage 74 formed in the electrode support substrate 64 and the oxygen-containing gas flowing outside the electrode support substrate 64, and more than 93% In particular, it is desirable to have a relative density of 95% or more.

集電部材76は弾性を有する金属又は合金から形成された板状或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができるが、特に板状であることが望ましい。   The current collecting member 76 can be composed of a plate formed from a metal or alloy having elasticity or a member obtained by subjecting a felt made of metal fiber or alloy fiber to a required surface treatment. .

図1乃至図3を参照して説明を続けると、発電ユニット56aは、セルスタック60aの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状(或いは円筒形状)であるのが好都合である改質ケース78aも具備している。改質ケース78aの前端部下面には燃料ガス送給管80aの一端即ち上端が接続されている。   Continuing the description with reference to FIGS. 1 to 3, the power generation unit 56a is advantageously a rectangular shape (or a cylindrical shape) that is elongated in the front-rear direction above the cell stack 60a. It also has. One end, that is, the upper end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the lower surface of the front end portion of the reforming case 78a.

燃料ガス送給管80aは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管80aの他端は上記燃料ガスマニホールド58aの前面に接続されている。改質ケース78aの後面には被改質ガス供給管82aの一端が接続されている。被改質ガス供給管82aは実質上水平に延び、ハウジング2の後壁(図示していない)を通ってハウジング2外に延出している。   The fuel gas supply pipe 80a extends downward, then curves and extends rearward, and the other end of the fuel gas supply pipe 80a is connected to the front surface of the fuel gas manifold 58a. One end of a reformed gas supply pipe 82a is connected to the rear surface of the reforming case 78a. The reformed gas supply pipe 82a extends substantially horizontally and extends out of the housing 2 through the rear wall (not shown) of the housing 2.

被改質ガス供給管82aは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源(図示していない)に接続されており、被改質ガス供給管82aを介して改質ケース78aに被改質ガスが供給される。改質ケース78a内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。   The to-be-reformed gas supply pipe 82a is connected to a to-be-reformed gas supply source (not shown) which may be a hydrocarbon gas such as city gas, and is connected to the reforming case 78a through the to-be-reformed gas supply pipe 82a. A gas to be reformed is supplied. An appropriate reforming catalyst for reforming the fuel gas into a hydrogen-rich fuel gas is accommodated in the reforming case 78a.

図示の実施形態においては、改質ケース78aは燃料ガス送給管80aを介して燃料ガスマニホールド58aに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図3に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管82aの下面と燃料ガスマニホールド58aの後端部上面或いは後面との間に適宜の支持部材84aを付設することもできる。   In the illustrated embodiment, the reforming case 78a is connected to the fuel gas manifold 58a via the fuel gas supply pipe 80a, and is thereby held in a required position. For example, an appropriate support member 84a can be provided between the lower surface of the reformed gas supply pipe 82a and the upper surface or rear surface of the rear end portion of the fuel gas manifold 58a.

発電ユニット56cは上述した発電ユニット56aと実質上同一である。発電ユニット56b及び56dは、発電ユニット56a及び56cに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質ケース78b及び78dと燃料ガスマニホールド58b及び58dとを接続する燃料ガス送給管(図示していない)が後側に配置され、被改質ガス供給管82b及び82dが改質ケース78b及び78dの前面からハウジング2の前壁(図示していない)を通って延出せしめられていることを除いて発電ユニット56a及び56cと同一である。   The power generation unit 56c is substantially the same as the power generation unit 56a described above. The power generation units 56b and 56d are disposed opposite to the power generation units 56a and 56c in the front-rear direction, and accordingly, the fuel gas supply pipe (which connects the reforming cases 78b and 78d and the fuel gas manifolds 58b and 58d) (Not shown) is arranged on the rear side, and the reformed gas supply pipes 82b and 82d are extended from the front surfaces of the reforming cases 78b and 78d through the front wall (not shown) of the housing 2. The power generation units 56a and 56c are the same except that

発電ユニット56a、56b、56c及び56dの各々は、図1及び図2を参照することによって明確に理解されるとおり、ガス噴射板22間にて下部ガス室14を規定するケース15の上面上に載置され、ボルトの如き適宜の固定手段(図示していない)によって所定位置に固定される。   Each of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d is on the upper surface of the case 15 which defines the lower gas chamber 14 between the gas injection plates 22, as will be clearly understood by referring to FIGS. It is placed and fixed in place by appropriate fixing means (not shown) such as a bolt.

さらに、本発明の燃料電池では、上記したように、又、図5に示すように、複数の燃料電池セル62が所定間隔をおいて立設した状態で、その下端部が燃料ガスマニホールド58に接合固定されており、隣設する燃料電池セル62間には集電部材76を介装してなるセルスタック60を具備している。   Further, in the fuel cell of the present invention, as described above and as shown in FIG. 5, the lower end portion of the fuel cell 62 is provided in the fuel gas manifold 58 in a state where the plurality of fuel cells 62 are erected at a predetermined interval. A cell stack 60 is provided between the adjacent fuel battery cells 62, and a current collecting member 76 is interposed therebetween.

そして、セルスタック60の先端部には、この先端部を取り囲むセラミック製の絶縁体からなる枠体92が設けられている。 A frame 92 made of a ceramic insulator surrounding the tip is provided at the tip of the cell stack 60.

この枠体92は、セルスタック60の周囲を取り囲む枠部92aと、燃料電池セル62の先端面に当接する当接部92bとから構成されている。当接部92bは、燃料電池セル62先端面における幅方向両端部に当接している。これにより、枠体92をセルスタック60の先端部に確実に位置せしめることができる。また、中空ガス噴出板22から燃料電池セル62間に噴出された酸素含有ガスは、燃料電池セル62間には集電部材76が介装されているため、燃料電池セル62間を通過するよりセルスタック60間を通過しやすく、このため、酸素含有ガスが燃料電池セル62の幅方向両端部側を通過しやすくなり、この酸素含有ガスが燃料電池セル62の先端面に回り込み、燃料電池セル62の電極支持基板64を酸化させて膨張させ、幅方向端部にクラック等が発生する危険性があるが、燃料電池セル62の幅方向端部に枠体92の当接部が当接しているため、燃料電池セル62の幅方向端部を保護でき、酸化を防止してセル62におけるクラック発生を抑制できる。   The frame body 92 includes a frame portion 92 a that surrounds the cell stack 60 and a contact portion 92 b that contacts the front end surface of the fuel cell 62. The contact portion 92 b is in contact with both end portions in the width direction on the front end surface of the fuel cell 62. Thereby, the frame body 92 can be reliably positioned at the tip of the cell stack 60. Further, the oxygen-containing gas ejected from the hollow gas ejection plate 22 between the fuel cells 62 passes through between the fuel cells 62 because the current collecting member 76 is interposed between the fuel cells 62. The oxygen-containing gas easily passes between the cell stacks 60, and therefore, the oxygen-containing gas easily passes through both end portions in the width direction of the fuel battery cell 62, and the oxygen-containing gas wraps around the front end surface of the fuel battery cell 62. There is a risk that the electrode support substrate 64 is oxidized and expanded to cause cracks and the like in the width direction end portion, but the contact portion of the frame 92 is in contact with the width direction end portion of the fuel cell 62. Therefore, the end of the fuel cell 62 in the width direction can be protected, oxidation can be prevented, and the occurrence of cracks in the cell 62 can be suppressed.

また、燃料電池セル62は、先端部に発電に寄与しない不活性部62aを有しており、この不活性部62aに枠体92が当接したり、取り囲んでいる。即ち、燃料電池セル62は、固体電解質68を一対の電極66、70で挟持している発電部62bと、挟持していない不活性部62aを有しており、発電部62bは燃料電池セル62の長さ方向中央部に形成され、燃焼する燃料電池セル62の先端部は不活性部62aとされている。この不活性部62aに枠体92が位置しているため、発電性能に与えることがない。   Further, the fuel cell 62 has an inactive portion 62a that does not contribute to power generation at the tip, and the frame 92 abuts or surrounds the inactive portion 62a. That is, the fuel cell 62 includes a power generation unit 62b that sandwiches the solid electrolyte 68 between the pair of electrodes 66 and 70, and an inactive unit 62a that is not sandwiched. The power generation unit 62b includes the fuel cell 62. The tip portion of the burning fuel cell 62 is formed at the center in the length direction of the fuel cell 62 and is an inactive portion 62a. Since the frame 92 is located in the inactive part 62a, it does not affect the power generation performance.

尚、図1〜3では、枠体92の記載を省略し、図5(a)(b)では、集電部材を省略した。また、セル配列方向側の枠体92には、燃料電池セル62の先端面には燃料ガス通過孔が存在するため、燃料ガスの流通を妨げないように当接部92bを有しない方が望ましい。形成するとしても、燃料ガス通過孔の燃料ガスの通過を妨げない幅とする必要がある。 1-3, the description of the frame 92 is omitted, and the current collecting member is omitted in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Further, since the fuel cell passage hole is present in the front end surface of the fuel cell 62, the frame 92 on the cell arrangement direction side preferably has no contact portion 92b so as not to disturb the flow of the fuel gas. . Even if it is formed, it is necessary to have a width that does not hinder the passage of the fuel gas through the fuel gas passage hole.

セル62の下端部は、セル支持板97に設けられたセル挿入孔99に挿入され、固定されており、このセル支持板97が、燃料ガスマニホールド58の天板を構成している。この場合には構造を簡略化でき、製造が容易となる。尚、燃料ガスマニホールドの上面にセル支持板を固定してもよい。この場合には、燃料ガスマニホールド内のガス気密性を高めることができる。この場合、燃料ガスマニホールドの天板には貫通孔が形成されており、この貫通孔とセルの燃料ガス通路74とが連通している。 The lower end portion of the cell 62 is inserted and fixed in a cell insertion hole 99 provided in the cell support plate 97, and this cell support plate 97 constitutes the top plate of the fuel gas manifold 58. In this case, the structure can be simplified and the manufacture becomes easy. A cell support plate may be fixed to the upper surface of the fuel gas manifold. In this case, gas tightness in the fuel gas manifold can be improved. In this case, a through hole is formed in the top plate of the fuel gas manifold, and the through hole and the fuel gas passage 74 of the cell communicate with each other.

尚、複数の燃料電池セルを一列に配列させ、この状態で下端部を一体的に接合固定し、セルをセル支持板に立設させてもよい。この場合には、例えば、複数の整列した燃料電池セルの下端部を型枠内に収容し、この型枠内にガラスペースとを流し込み、加熱硬化させ、型枠を除去することにより作製できるため、セルスタックを容易に形成できる。   A plurality of fuel cells may be arranged in a line, and the lower ends may be integrally bonded and fixed in this state, and the cells may be erected on the cell support plate. In this case, for example, the lower end portions of a plurality of aligned fuel cells can be accommodated in a mold, and a glass pace can be poured into the mold, heated and cured, and the mold can be removed. The cell stack can be easily formed.

燃料電池セル62は、ガラス、セラミック等の絶縁材料により燃料ガスマニホールド58のセル挿入孔99内に接合固定されている。接合は、燃料電池セル62をセル挿入孔99に挿入した状態で、その隙間に、ガラスペースト等を充填し、加熱することにより作製できる。 The fuel cell 62 is bonded and fixed in the cell insertion hole 99 of the fuel gas manifold 58 with an insulating material such as glass or ceramic. Joining can be made by filling the gap with glass paste or the like and heating the fuel cell 62 inserted into the cell insertion hole 99.

以上のように構成された燃料電池においては、被改質ガスが被改質ガス供給管(図2に2本の被改質ガス供給管82b及び82dを図示し、図3に1本の被改質ガス供給管82aを図示している)を介して改質ケース78a、78b、78c及び78dに供給され、改質ケース78a、78b、78c及び78d内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管(図2に2本の燃料ガス送給管80a及び80cを図示している)を通して燃料ガスマニホールド58a、58b、58c及び58d内に規定されている燃料ガス室59a、59b、59c及び59dに供給され、次いでセルスタック60a、60b、60c及び60dに供給される。 In the fuel cell configured as described above, the gas to be reformed is a gas to be reformed supply pipe (FIG. 2 shows two gas feed pipes 82b and 82d to be reformed, and FIG. The reformed gas is supplied to the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d via the reformed gas supply pipe 82a), and is reformed into hydrogen-rich fuel gas in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d. After that, the fuel gas chamber 59a defined in the fuel gas manifolds 58a, 58b, 58c and 58d through the fuel gas supply pipe (two fuel gas supply pipes 80a and 80c are shown in FIG. 2). , 59b, 59c and 59d, and then supplied to the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

一方、空気でよい酸素含有ガスは二重筒体50の内側筒部材54内に規定されている流入路を通して熱交換器24の流入路32に供給され、次いで上部ガス室16及び連通ガス室18を通して下部ガス室14に供給され、そしてガス噴出板22の噴出孔からセルスタック60a、60b、60c及び60dに向けて噴射される。   On the other hand, oxygen-containing gas, which may be air, is supplied to the inflow path 32 of the heat exchanger 24 through the inflow path defined in the inner cylinder member 54 of the double cylinder 50, and then the upper gas chamber 16 and the communication gas chamber 18. The gas is supplied to the lower gas chamber 14 through the gas injection plate 22 and is injected toward the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d from the injection holes of the gas injection plate 22.

セルスタック60a、60b、60c及び60dの各々においては、酸素極において、
1/2O+2e→O2−(固体電解質)
の電極反応が生成され、燃料極において、
2−(固体電解質)+H→HO+2e
の電極反応が生成されて発電される。
In each of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, at the oxygen electrode,
1 / 2O 2 + 2e → O 2− (solid electrolyte)
The electrode reaction of
O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e
The electrode reaction is generated and power is generated.

発電に使用されることなくセルスタック60a、60b、60c及び60dから上方に流動した燃料ガス及び酸素含有ガスは、起動時に発電・燃焼室12内に配設されている点火手段(図示していない)によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック60a、60b、60c及び60dにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼に起因して発電・燃焼室12内は例えば1000℃程度の高温になる。改質ケース78a、78b、78c及び78dは発電・燃焼室12内に配設され、セルスタック60a、60b、60c及び60dの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室12内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。   The fuel gas and oxygen-containing gas that have flowed upward from the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d without being used for power generation are igniting means (not shown) disposed in the power generation / combustion chamber 12 at the time of startup. ) Is ignited and burned. As is well known, the temperature in the power generation / combustion chamber 12 becomes high, for example, about 1000 ° C. due to power generation in the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and also due to combustion of fuel gas and oxygen-containing gas. . The reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d are disposed in the power generation / combustion chamber 12, and are positioned immediately above the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d, and are directly heated by the combustion flame. Thus, the high temperature generated in the power generation / combustion chamber 12 is effectively used for reforming the reformed gas.

発電・燃焼室12内に生成された燃焼ガスは熱交換器24に形成されている排出開口42から排出路30に流入し、ジグザグ状に延在する排出路30を流動した後に二重筒体50の外側筒部材52と内側筒部材54との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体50における排出路を流動する際には、二重筒体50における流入路を酸素含有ガスが流動し、燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換が行われる。   The combustion gas generated in the power generation / combustion chamber 12 flows into the discharge passage 30 from the discharge opening 42 formed in the heat exchanger 24, and flows through the discharge passage 30 extending in a zigzag shape. 50 is discharged through a discharge passage defined between the outer cylinder member 52 and the inner cylinder member 54. When the combustion gas flows through the discharge path in the double cylinder 50, the oxygen-containing gas flows through the inflow path in the double cylinder 50, and heat exchange is performed between the combustion gas and the oxygen-containing gas.

そしてまた、燃焼ガスが熱交換器24の排出路30をジグザグ状に流動せしめられる際には、酸素含有ガスが熱交換器24の流入路32をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で効果的に熱交換されて酸素含有ガスが余熱される。酸素含有ガスは上部ガス室16、連通ガス室18及び下部ガス室14を通る際にも発電・燃焼室12内の高温によって加熱される。   In addition, when the combustion gas is caused to flow in the exhaust passage 30 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner, the oxygen-containing gas is caused to flow in the inflow passage 32 of the heat exchanger 24 in a zigzag manner. Thus, heat is effectively exchanged between the combustion gas and the oxygen-containing gas, and the oxygen-containing gas is preheated. The oxygen-containing gas is heated by the high temperature in the power generation / combustion chamber 12 even when passing through the upper gas chamber 16, the communication gas chamber 18, and the lower gas chamber 14.

長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック60a、60b、60c及び60dの一部或いは全部が劣化した場合には、ハウジング2の前壁(図示していない)或いは後壁(図示していない)を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部をハウジング2内から取り出す。   When a part or all of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d deteriorate due to power generation over a long period of time, the front wall (not shown) or the rear wall (not shown) of the housing 2 is shown. The power generation units 56 a, 56 b, 56 c and 56 d are partially or entirely removed from the housing 2.

そして、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部におけるセルスタック60a、60b、60c及び60dのみを新しいものに交換して、再びハウジング2内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部における改質ケース78a、78b、78c及び78d内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部をハウジング2内から取り出し、発電ユニット56a、56b、56c及び56dの一部或いは全部における改質ケース78a、78b、78c及び78d自体を新しいものに或いは改質ケース78a、78b、78c及び78d内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。   Then, replace some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d with new ones, or only the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d. May be replaced with a new one and mounted again at a required position in the housing 2. Even when it is necessary to replace the reforming catalyst accommodated in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d in some or all of the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d, the power generation units 56a, 56b , 56c and 56d are removed from the housing 2, and the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d themselves in the power generation units 56a, 56b, 56c and 56d are replaced with new ones or reforming cases. Only the reforming catalyst in 78a, 78b, 78c and 78d may be replaced with a new one.

改質ケース78a、78b、78c及び78d内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース78a、78b、78c及び78dの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。   In order to be able to perform the replacement of the reforming catalyst in the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d sufficiently easily, a part of the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d can be opened and closed if desired. It can be put on the door.

そして、本発明の燃料電池では、バネ性を有する板状集電部材76が燃料電池セル62間を押し広げるようにして対向する燃料電池セル62の平坦な側面間を機械的に接続することにより、燃料電池セル62とは面接触となり、従来のようなフェルト状の集電部材よりも燃料電池セル62に当接する面積が大きくなり、集電特性を向上できる。また、集電部材76は板状であるため弾性力も大きく、振動等が生じたとしても燃料電池セル62との十分な接触を長期間確保できる。   In the fuel cell of the present invention, the plate-like current collecting member 76 having a spring property mechanically connects the flat side surfaces of the opposed fuel cells 62 so as to push the spaces between the fuel cells 62. The fuel cell 62 is in surface contact, and the area in contact with the fuel cell 62 is larger than that of a conventional felt-shaped current collecting member, so that the current collecting characteristics can be improved. Further, since the current collecting member 76 is plate-shaped, the elastic force is large, and even if vibration or the like occurs, sufficient contact with the fuel cell 62 can be ensured for a long time.

また、集電部材76は板状であるため、ハウジング2内が高温となった場合でも、従来のフェルト状の集電部材よりも焼結しにくく、また、燃料電池セル62との十分な接触を長期間確保できる。さらに、集電部材76が板状であるため、一方の燃料電池セル62のインターコネクタ72と他方の燃料電池セル62の酸素側電極70との間に板状集電部材76を容易にかつ確実に介装できる。   Further, since the current collecting member 76 is plate-shaped, even when the inside of the housing 2 becomes high temperature, it is harder to sinter than the conventional felt-shaped current collecting member, and sufficient contact with the fuel cell 62 is achieved. Can be secured for a long time. Further, since the current collecting member 76 is plate-shaped, the plate-shaped current collecting member 76 is easily and reliably disposed between the interconnector 72 of one fuel cell 62 and the oxygen side electrode 70 of the other fuel cell 62. Can intervene.

さらに、集電部材76の弾性力で隣設する燃料電池セル62の側面を押し広げるようにして、燃料電池セル62間を電気的に接続しているため、燃料電池セル62の電気的な接続を確保できるとともに、セルスタック60の先端部に枠体92が嵌められているため、集電部材76の弾性力で燃料電池セル62の側面を押し広げるようにしたとしても、枠体92によりセルスタック60の口開きを阻止して、燃料電池セル62の固定部における折損を確実に防止できる。さらに、枠体92によりセルスタック60の口開きが抑制されているため、燃料電池セル62間の集電部材76が燃料電池セル62に強く当接し、電気的な接続を長期にわたって維持できる。   Further, since the fuel cell 62 is electrically connected by pushing the side surface of the adjacent fuel cell 62 with the elastic force of the current collecting member 76 so that the fuel cell 62 is electrically connected, Since the frame body 92 is fitted to the tip of the cell stack 60, the frame body 92 allows the cell body 62 to be expanded even if the side surface of the fuel cell 62 is pushed out by the elastic force of the current collecting member 76. Opening of the stack 60 can be prevented, and breakage at the fixed portion of the fuel cell 62 can be reliably prevented. Further, since the opening of the cell stack 60 is suppressed by the frame 92, the current collecting member 76 between the fuel cells 62 strongly contacts the fuel cells 62, and the electrical connection can be maintained for a long period.

以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言するまでもない。例えば、特定の熱交換器を備えた略直方体のハウジングを備えた燃料電池に関連せしめて本発明を説明したが、本出願人の出願にかかる特願2000−292234の明細書及び図面に開示されている多重筒状体から構成されたハウジングの如き他の適宜の形態のハウジングを備えた燃料電池にも本発明を適用することができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to such embodiments, and various modifications and corrections can be made without departing from the scope of the present invention. It goes without saying that this is possible. For example, the present invention has been described in relation to a fuel cell having a substantially rectangular parallelepiped housing with a specific heat exchanger. The present invention can also be applied to a fuel cell provided with another appropriate form of housing such as a housing formed of multiple cylindrical bodies.

また、上記形態では、図4に示したような扁平状で、複数の燃料ガス通過孔74を有する燃料電池セル62を用いて説明したが、燃料電池セルは燃料ガス通路が一つであっても良く、燃料電池セルの形状は円筒等、特に限定されるものではない。   In the above embodiment, the fuel cell 62 has a flat shape as shown in FIG. 4 and has a plurality of fuel gas passage holes 74. However, the fuel cell has one fuel gas passage. The shape of the fuel cell is not particularly limited, such as a cylinder.

さらに、上記例では、燃料電池セル62を直列に接続した例について説明したが、並列接続しても良いことは勿論である。また、燃料側電極66を内側電極としたが、酸素側電極68を内側電極としても良い。   Furthermore, in the above example, the example in which the fuel cells 62 are connected in series has been described, but it is needless to say that they may be connected in parallel. Further, although the fuel side electrode 66 is an inner electrode, the oxygen side electrode 68 may be an inner electrode.

また、本発明では、図6に示すように、セルスタックの配列方向の両端にセルスタック保持部材121を設け、このセルスタック保持部材121の下端部を燃料ガスマニホールドの側面に螺子等で螺着し、セルスタック保持部材121毎枠体92で取り囲んでも良い。この場合、セルスタック保持部材121と最外側に位置する燃料電池セル62との間には端部側集電部材109を介装し、この端部側集電部材109を介して電流を外部に引き出すことができる。また、セルスタック保持部材121を導電材料から構成することにより、このセルスタック保持部材121を介して電流をひきだすことができる。さらに、この場合には、セルスタック60をセルスタック保持部材121により確実に保持できる。   In the present invention, as shown in FIG. 6, cell stack holding members 121 are provided at both ends of the cell stack in the arrangement direction, and the lower ends of the cell stack holding members 121 are screwed to the side surfaces of the fuel gas manifold with screws or the like. However, the cell stack holding member 121 may be surrounded by the frame 92. In this case, an end side current collecting member 109 is interposed between the cell stack holding member 121 and the outermost fuel cell 62, and current is externally passed through the end side current collecting member 109. It can be pulled out. In addition, when the cell stack holding member 121 is made of a conductive material, current can be drawn through the cell stack holding member 121. Furthermore, in this case, the cell stack 60 can be reliably held by the cell stack holding member 121.

また、図7に示すように、セルスタック保持部材131の下端部をマニホールド58の挿入孔に挿入固定しても良い。この場合には、セルスタック保持部材の固定を図6よりも強化できる。 Further, as shown in FIG. 7, the lower end portion of the cell stack holding member 131 may be inserted and fixed in the insertion hole of the manifold 58. In this case, the fixing of the cell stack holding member can be strengthened more than in FIG.

さらに、図8に示すように、セルスタック保持部材141の下端部をガスマニホールド58に固定することなく、最外側の燃料電池セル62の側面に当接するだけでも良い。 Further, as shown in FIG. 8, the lower end portion of the cell stack holding member 141 may be merely brought into contact with the side surface of the outermost fuel cell 62 without being fixed to the gas manifold 58.

尚、図6〜図8では、板状のセルスタック保持部材121,131、141を用いたが、燃料電池セル62へガスを十分に供給するという点から、セルスタック保持部材に貫通孔を形成し、この貫通孔を介してガスを電極に供給するようにしても良い。 6 to 8, the plate-shaped cell stack holding members 121, 131, and 141 are used, but a through hole is formed in the cell stack holding member from the viewpoint of sufficiently supplying gas to the fuel cell 62. However, gas may be supplied to the electrode through the through hole.

本発明の燃料電池の好適実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows suitable embodiment of the fuel cell of this invention. 図1の燃料電池を、一部を省略して示す斜面図。FIG. 2 is a perspective view showing the fuel cell of FIG. 1 with a part thereof omitted. 図1の燃料電池に使用されている発電ユニットを示す斜面図。The slope view which shows the electric power generation unit currently used for the fuel cell of FIG. 図3の発電ユニットにおけるセルスタックを示す断面図。Sectional drawing which shows the cell stack in the electric power generation unit of FIG. セルスタックの先端部に枠体を設けた状態を示すもので、(a)は斜視図、(b)は(a)の一部の拡大図、(c)は(a)の一部を拡大して示す断面図。The state which provided the frame at the front-end | tip part of a cell stack is shown, (a) is a perspective view, (b) is an enlarged view of a part of (a), (c) is an enlarged part of (a). FIG. 燃料ガスマニホールドの側面にセルスタック保持部材を螺着した斜視図。The perspective view which screwed the cell stack holding member on the side of the fuel gas manifold. 燃料ガスマニホールドの挿入孔にセルスタック保持部材の下端部を挿入固定した斜視図。The perspective view which inserted and fixed the lower end part of the cell stack holding member in the insertion hole of the fuel gas manifold. セルスタックの側面にセルスタック保持部材を配置した斜視図。The perspective view which has arrange | positioned the cell stack holding member on the side surface of the cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

58(58a、68b、58c及び58d):燃料ガスマニホールド
60(60a、60b、60c及び60d):セルスタック
62:燃料電池セル
76:集電部材
92:枠体
92a:枠部
92b:当接部
97:セル支持板
99:セル挿入孔
58 (58a, 68b, 58c and 58d): Fuel gas manifold 60 (60a, 60b, 60c and 60d): Cell stack 62: Fuel cell 76: Current collecting member 92: Frame body 92a: Frame portion 92b: Contact portion 97: Cell support plate 99: Cell insertion hole

Claims (7)

複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて立設した状態でマニホールドに固定し、隣設する前記燃料電池セル間に集電部材を介装してなるセルスタックを具備するとともに、前記セルスタックの先端部に、該先端部を取り囲む枠体を設けてなることを特徴とする燃料電池。 A plurality of fuel cells are fixed to a manifold in a state where they are erected at a predetermined interval, and a cell stack having a current collecting member interposed between the adjacent fuel cells is provided. A fuel cell, characterized in that a frame surrounding the tip is provided at the tip. 燃料電池セルは、先端部に発電に寄与しない不活性部を有しており、該不活性部を枠体が囲んでいることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell has an inactive portion that does not contribute to power generation at the tip, and a frame surrounds the inactive portion. 枠体は、セルスタックの周囲を取り囲む枠部と、燃料電池セルの先端面に当接する当接部とからなることを特徴とする請求項1又は2記載の燃料電池。 3. The fuel cell according to claim 1, wherein the frame includes a frame that surrounds the periphery of the cell stack, and a contact portion that contacts the front end surface of the fuel cell. 燃料電池セルの一端部は、セル支持板に設けられたセル挿入孔に挿入固定されてい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燃料電池。 4. The fuel cell according to claim 1, wherein one end of the fuel cell is inserted and fixed in a cell insertion hole provided in the cell support plate. 5. 燃料電池セルの一端部は、配列した状態で一体的に接合固定され、セル支持板に立設してい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燃料電池。 4. The fuel cell according to claim 1, wherein one end portion of the fuel cell is integrally joined and fixed in an arrayed state and is erected on the cell support plate. 5. セル支持板はマニホールドの一部を構成していることを特徴とする請求項4又は5記載の燃料電池。 6. The fuel cell according to claim 4, wherein the cell support plate constitutes a part of the manifold. 集電部材は板状であることを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれかに記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the current collecting member has a plate shape.
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