JP2005150077A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セル間の集電特性を向上できるとともに、燃料電池セルの折損を防止でき、さら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。
【解決手段】複数の燃料電池セル６２を所定間隔をおいて立設した状態でマニホールド５８に固定し、隣設する燃料電池セル６２間に集電部材７６を介装してなるセルスタック６０を具備するとともに、セルスタック６０の両側にセルスタック保持部材９３を設け、該セルスタック保持部材９３の一端部を、マニホールド５８に設けられた挿入孔９５に挿入固定してなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池に関するもので、特に複数の燃料電池セルの集電特性が良好な燃料電池に関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、複数の燃料電池セルをハウジング内に収納した燃料電池が種々提案されている。

従来の固体電解質型燃料電池は、複数の燃料電池セルをハウジング内に収納し、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。

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、燃料ガスマニホールド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

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間隔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、燃料電池セルのマニホールドへ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。

本発明は、燃料電池セル間の集電特性を向上できるとともに、燃料電池セルの折損を防止でき、さら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。

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両側にセルスタック保持部材を設け、該セルスタック保持部材の一端部を、前記マニホールドに設けられた挿入孔に挿入固定してなることを特徴とする。

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、燃料電池セル間の電気的な接続を確保できるとともに、セルスタックにおける燃料電池セルの配列方向両側に、一端部が、マニホールドに設けられた挿入孔に挿入固定されたセルスタック保持部材を設けたため、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、セルスタック保持部材により燃料電池セルの広がりを阻止して燃料電池セルの変形が抑制され、燃料電池セルの折損を確実に防止できるとともに、セルスタックの口開きが抑制され、これにより集電部材による燃料電池セル間の電気的な接続を長期にわたって維持できる。

さらに、セルスタック保持部材に集電部材の弾性力により大きな力が作用したとしても、セルスタック保持部材の一端部は、マニホールドの側面に螺子等により固定されるのではなく、マニホールドの挿入孔に挿入固定されているので、セルスタック保持部材が強固にマニホールドに固定され、燃料電池セル間の電気的な接続を長期にわたって維持できる。

また、本発明の燃料電池では、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。

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。

また、本発明の燃料電池は、マニホールドの挿入孔は貫通しており、セルスタック保持部材の一端部が挿入孔を貫通していることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタック保持部材の一端部がマニホールドの挿入孔を挿通した状態で固定されているため、セルスタック保持部材の固定をさらに強固にできる。

また、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材及び燃料電池セルの一端部は、絶縁材料によりマニホールドに接合されていることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタック保持部材及び燃料電池セルの一端部をマニホールドに強固に固定できるとともに、例えば、金属や合金等の導電材料からマニホールドを形成したとしても、セルスタック保持部材、燃料電池セルとマニホールドの絶縁性を確実に得ることができる。

さらに、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材は、燃料電池セル側に導電体を有しており、該導電体を介して前記燃料電池セルと電気的に接続されていることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタック保持部材の導電体を介して、セルスタック保持部材に対向して存在する燃料電池セルと電気的に接続されているため、セルスタックからの電流をセルスタック保持部材の導電体から確実に取り出すことができる。

また、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材の導電体はマニホールドの挿入孔を貫通しており、前記導電体の先端部には、電流を引き出すための接続部が設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、マニホールドから燃料電池セルの立設方向と反対側に突出した状態で導電体が露出しており、この導電体の先端部に、例えば接続端子を螺子止めできるような接続部が形成されているため、この接続部を介してセルスタック間の電気的接続を確保したり、外部への取り出し端子とできる。

また、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材は、絶縁体に、導電体を該導電体の燃料電池セル側面が露出するように埋設されていることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルと接続される側だけに導電体が露出しており、他の部分は絶縁体で覆われているため、マニホールドと導電体の絶縁性をさらに向上できる。

さらに、本発明の燃料電池は、マニホールドが導電材料からなるとともに、挿入孔における導電体の燃料電池セル側面には絶縁体が設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、導電体とマニホールドの電気的導通を絶縁体により防止できる。

さらに、本発明の燃料電池は、セルスタックの両端の燃料電池セルとセルスタック保持部材とは、端部側集電部材により電気的に接続されていることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタックからの電流を端部側集電部材を介して引き出すことができる。

また、本発明の燃料電池は、セルスタックの両端の燃料電池セルとセルスタック保持部材とは、端部側集電部材により電気的に接続されており、セルスタック同士の電気的接続を端部側集電部材を介して行うことを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタック保持部材を絶縁体としても、端部側集電部材を介してセルスタック同士を電気的に接続できる。

また、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材には、端部側集電部材から電流を取り出すための貫通孔又は凹部が形成されていることを特徴とする。このような燃料電池では、例えば、端部側集電部材に接続された電流引き出し線を、セルスタック保持部材に形成された貫通孔又は凹部を介してセルスタック外に引き出すことができる。

本発明の燃料電池は、端部側集電部材は、接合部のない一体構造であることを特徴とする。このような燃料電池では、端部側集電部材に接合部がないため、接合部での損失を抑えることができ、セルスタックの燃料電池セルにおける発電量を低減することなく引き出すことができる。即ち、端部側集電部材が溶接等により形成されていた場合には、その溶接部では高温（発電中に）で腐食が発生して抵抗が大きくなり、損失が発生し、セルスタックから引き出す電流が小さくなるが、本発明では、端部側集電部材が接合部のない一体物からなるため、損失を最小限に抑制できる。このような観点から、燃料電池セル間の集電部材も接合部のない一体構造体であることが望ましい。

また、端部側集電部材が、燃料電池セルに当接する弾性部と、セルスタック保持部材側に形成された固定部とを具備することを特徴とする。このような燃料電池では、端部側集電部材とセルスタック保持部材とを弾性的に保持できるとともに、端部側集電部材をセルスタック保持部材に固定できる。

さらに、端部側集電部材の固定部は枠体であることを特徴とする。端部側集電部材の枠体には、電流を引き出すための引出部が形成されていることを特徴とする。このような燃料電池では、固定部が枠体であるため、セルスタックから引き出した電流は、端部側集電部材の枠体を介して引出部から最短距離で引き出すことができる。

また、本発明の燃料電池は、引出部は、燃料電池セルの立設方向中央部における枠体に設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの立設方向の両端部からの電流が、立設方向中央部の引出部から引き出されるため、燃料電池セルの立設方向の両端部からの電流の電流経路が最短となり、セルスタックからの電流を有効に引き出すことができる。

本発明の燃料電池は、複数のセルスタックに設けられたセルスタック保持部材同士が連結し、前記複数のセルスタックが電気的に接続されていることを特徴とする。このような燃料電池では、隣設するセルスタック同士を、連結したセルスタック保持部材により電気的に接続することができる。

また、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材が燃料電池セルに接合されており、前記セルスタック保持部材を介して電流が取り出されることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルとセルスタック保持部材が強固に接合しているため、セルスタック保持部材とセルスタック間の経時的集電力低下を防止できる。

また、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材が導電性セラミックスからなることを特徴とする。このような燃料電池では、発電中でも導電性を確保できるとともに、高い強度を維持できる。

さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セルが、対向する面に電極とインターコネクタを有しており、セルスタック保持部材と前記電極又は前記インターコネクタとが接合されていることを特徴とする。このような燃料電池では、集電部材を介することなく、電流を直接セルスタック保持部材から引きだすことができる。

また、本発明の燃料電池は、集電部材は板材からな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。

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。

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。

また、マニホールドと反対側のセルスタック先端部には、スタック先端保持部材が設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタックの一方側はマニホールドに固定され、他方側の先端部はスタック先端保持部材により固定されるため、セルスタックの口開きをさらに防止できる。

さらに、スタック先端保持部材は、セルスタック先端部を取り囲む枠体であることを特徴とする。このような燃料電池では、スタック先端保持部材によりセルスタックの口開きを確実に防止できるとともに、枠体であるため重量が軽くなり、セルスタックの倒れを防止できる。

また、スタック先端保持部材には、セルスタックを構成する複数の燃料電池セルの先端部が埋設されており、前記燃料電池セル先端面に開口するガス流路に対応する位置に、連通孔が形成されていることを特徴とする。

このような燃料電池では、セルスタック先端保持部材により、燃料電池セルの先端部におけるクラック発生を防止できる。即ち、例えば、燃料電池セル内のガス通路に燃料ガスを、セル外に空気を供給して発電する場合には、セル内のガス通路内に空気が侵入し、燃料電池セルの燃料極が酸化され、膨張し、セル先端部にクラックが発生する虞があったが、本発明では、燃料電池セルの先端面がスタック先端保持部材内に存在し、上記の例で言えば、燃料ガスがガス通路、セルスタック先端保持部材の連通孔を介してセル外に排出され、空気のガス通路への侵入を抑制でき、燃料電池セルの酸化膨張を抑制し、クラック発生を防止できる。

さらに、マニホールドと反対側のセルスタック保持部材の先端部には、スタック先端保持部材が支持されていることを特徴とする。このような燃料電池では、スタック先端保持部材を確実に保持固定でき、セルスタックの倒れを防止できる。

本発明の燃料電池は、配列された複数の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、該セルスタックにおける前記燃料電池セルの配列方向両側にセルスタック保持部材を設け、該セルスタック保持部材と隣設する前記燃料電池セルとの間に端部側集電部材を介装してなり、該端部側集電部材の一部が、前記セルスタックが収容されるハウジングの外部まで延設されていることを特徴とする。このような燃料電池では、端部側集電部材の一部が、溶接等による接合部がない状態で、ハウジングの外部まで延設されているため、セルスタックから電流を有効に引き出すことができる。

本発明の燃料電池は、配列された複数の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、該セルスタックにおける前記燃料電池セルの配列方向両側にセルスタック保持部材を設け、該セルスタック保持部材と隣設する前記燃料電池セルとの間に端部側集電部材を介装してなり、該端部側集電部材が接合部のない一体構造であることを特徴とする。このような燃料電池では、端部側集電部材に接合部がないため、接合部での損失を抑えることができ、セルスタックの燃料電池セルにおける発電量を低減することなく引き出すことができる。即ち、端部側集電部材が溶接等により形成されていた場合には、その溶接部で高温で腐食が発生して抵抗が大きくなり、損失が発生し、セルスタックから引き出す電流が小さくなるが、本発明では、端部側集電部材が接合部のない一体物からなるため、損失を最小限に抑制でき、セルスタックからの電流を有効に引き出すことができる。

また、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、セルスタックにおける燃料電池セルの配列方向両側に、セルスタック保持部材を設けたため、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、セルスタック保持部材により燃料電池セルの広がりを阻止して燃料電池セルの変形が抑制され、燃料電池セルの折損を確実に防止できるとともに、セルスタックの口開きが抑制され、これにより集電部材による燃料電池セル間の電気的な接続を長期にわたって維持できる。

また、本発明の燃料電池は、端部側集電部材が、燃料電池セルに当接する弾性部と、セルスタック保持部材側に形成された固定部とを具備することを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタックとセルスタック保持部材とを弾性的に保持できるとともに、端部側集電部材をセルスタック保持部材に固定できる。

さらに、端部側集電部材の固定部は枠体であることを特徴とする。端部側集電部材の枠体には、電流を引き出すための引出部が形成されていることを特徴とする。このような燃料電池では、固定部が枠体であるため、セルスタックから引き出した電流は、端部側集電部材の枠体を介して引出部から最短距離で引き出すことができる。

また、本発明の燃料電池は、引出部は、燃料電池セルの長さ方向（立設方向）中央部における枠体に設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの長さ方向（立設方向）の両端部からの電流が、長さ方向中央部の引出部から引き出されるため、燃料電池セルの長さ方向の両端部からの電流の電流経路が最短となり、セルスタックからの電流を有効に引き出すことができる。

さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セルがマニホールドに立設してセルスタックが構成されていることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルをマニホールドに立設するため、ガスを燃料電池セル内のガス通路に有効に供給できる。

また、本発明の燃料電池は、マニホールドと反対側のセルスタック先端部には、スタック先端保持部材が設けられていることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタックの一方側はマニホールドに固定され、他方側の先端部はスタック先端保持部材により固定されるため、セルスタックの口開きをさらに防止できる。

さらに、スタック先端保持部材は、セルスタック先端部を取り囲む枠体であることを特徴とする。このような燃料電池では、スタック先端保持部材によりセルスタックの口開きを防止できるとともに、枠体であるため重量が軽くなり、セルスタックの倒れを防止できる。

また、スタック先端保持部材には、セルスタックを構成する複数の燃料電池セルの先端部が埋設されており、前記燃料電池セル先端面に開口するガス流路に対応する位置に、連通孔が形成されていることを特徴とする。

このような燃料電池では、セルスタック先端保持部材により、燃料電池セルの先端部におけるクラック発生を防止できる。即ち、例えば、燃料電池セル内のガス通路に燃料ガスを、セル外に空気を供給して発電する場合には、セル内のガス通路内に空気が侵入し、燃料電池セルの燃料極が酸化され、膨張し、セル先端部にクラックが発生する虞があったが、本発明では、燃料電池セルの先端面がスタック先端保持部材内に存在し、上記の例で言えば、燃料ガスがガス通路、セルスタック先端保持部材の連通孔を介してセル外に排出され、空気のガス通路への侵入を抑制でき、燃料電池セルの酸化膨張を抑制し、クラック発生を防止できる。

さらに、マニホールドと反対側のセルスタック保持部材の先端部には、スタック先端保持部材が支持されていることを特徴とする。このような燃料電池では、スタック先端保持部材を確実に保持固定でき、セルスタックの倒れを防止できる。

また、セルスタック保持部材は絶縁体からなることを特徴とする。このような燃料電池では、セルスタック保持部材と、燃料電池セル、マニホールドとの電気的接続を防止できる。

さらに、本発明の燃料電池は、セルスタック保持部材は導電体からなるとともに、前記セルスタック保持部材と端部側集電部材との間には、絶縁体が介在していることを特徴とする。このような燃料電池では、端部側集電部材とセルスタック保持部材との絶縁性を確保でき、セルスタック保持部材と、燃料電池セル、マニホールドとの電気的接続を防止できる。

また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは中空平板形であり、複数の燃料電池セルが、該燃料電池セルの厚み方向に複数配列してセルスタックが構成されていることを特徴とする。

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、セルスタックにおける燃料電池セルの配列方向両側に、一端部が、マニホールドに設けられた挿入孔に挿入固定されたセルスタック保持部材を設けたため、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、セルスタック保持部材により燃料電池セルの広がりを阻止して燃料電池セルの変形が抑制され、燃料電池セルの折損を確実に防止できるとともに、セルスタックの口開きが抑制され、これにより集電部材による燃料電池セル間の電気的な接続を長期にわたって維持できる。

さらに、セルスタック保持部材に集電部材の弾性力により大きな力が作用したとしても、セルスタック保持部材の一端部は、マニホールドの側面に螺子等により固定されるのではなく、マニホールドの挿入孔に挿入固定されているので、セルスタック保持部材が強固にマニホールドに固定され、燃料電池セル間の電気的な接続を長期にわたって維持できる。

また、本発明の燃料電池は、端部側集電部材の一部が、セルスタックが収容されるハウジングの外部まで延設されているため、溶接等の接合部が存在しない端部側集電部材の一部が、ハウジング外まで引き出され、端部側集電部材における溶接部等の腐食が発生しないため、セルスタックの電流を外部まで有効に引き出すことができる。

さらに、本発明の燃料電池は、端部側集電部材が接合部のない一体構造であるため、端部側集電部材に接合部がなく、接合部での損失を抑えることができ、セルスタックの燃料電池セルにおける発電量を低減することなく引き出すことができる。

以下、本発明の燃料電池を図面を参照して詳述する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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６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。

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。

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。

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。

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。

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_２（安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。

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_２から形成されている。

酸素極層７０は所謂ＡＢＯ_３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。

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_３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。

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。

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。

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は実質上垂直に延び、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。

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。

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を介して燃料ガスケース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。

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。

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。

さらに、本発明の燃料電池では、上記したように、又、図５、６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。尚、マニホールド５８と記載した場合は、マニホールド５８ａ〜５８ｄを総括する場合である。

そして、セルスタック６０の両側にセルスタック保持部材９３が設けられ、セルスタック保持部材９３の下端部が、燃料ガスマニホールド５８に設けられた挿入孔９５に挿入固定されている。このセルスタック保持部材９３は、図５に示すように、細長い板状であり、下端部がマニホールド５８の挿入孔９５を貫通し、下方に突出している。有底の挿入孔９５であってもよいが、セルスタック保持部材９３の下端部を挿入孔９５に強固に固定でき、また、後述するように、セルスタック保持部材９３の下端部から電流を引き出せるという観点から、挿入孔９５は貫通し、セルスタック保持部材９３の下端部が挿入孔９５を挿通していることが望ましい。

尚、図２、図３では、セルスタック保持部材９３の記載を省略し、図２、図３、図５では、集電部材を省略した。

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５８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。

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。

セルスタック保持部材９３及び燃料電池セル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の挿入孔９５，９９内に接合固定されている。接合は、セルスタック保持部材９３及び燃料電池セル６２を挿入孔９５，９９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。

セルスタック保持部材９３は、図６及び図７に示すように、燃料電池セル６２（セルスタック６０）側に導電体１０１を有しており、該導電体１０１を介して燃料電池セル６２と電気的に接続されている。即ち、セルスタック保持部材９３は、導電体１０１を、セラミックからなる絶縁体１０３に、燃料電池セル側面が露出するように埋設して構成されており、セルスタック保持部材９３の導電体１０１は燃料ガスマニホールド５８の挿入孔９５を挿通しており、導電体１０１の先端部には、セルスタック同士を電気的に接続したり、電流を引き出すための接続部１０５が設けられている。尚、セルスタック保持部材９３は一体的に形成する必要はなく、導電体１０１のセル側面を除いて絶縁体で被覆して形成してもよい。

この接続部１０５は、図７（ｃ）に示すように、セルスタック保持部材９３の底面に、電流を取り出すためのケーブル端子を螺子止め可能に形成して構成されている。接続部１０５は、図８に示すように、導電体１０１の側面に、電流を引き出すためのケーブル端子１０６を螺子止め可能にして構成してもよい。接続部１０５にケーブル端子１０６をボルト等により螺着することにより、複数のセルスタックに設けられたセルスタック保持部材９３同士を電気的に接続したり、電流を外部に引き出している。尚、図５，６ではセル支持板９７をマニホールド本体５８ａの開口部に嵌め込んで形成したが、図８に示すように、セル支持坂９７をマニホールド本体５８ａの上面に配置してもよい。この場合、セル支持坂９７、マニホールド本体５８ａに挿入孔９５を形成する。

燃料ガスマニホールド５８は金属、合金等の導電材料から構成されており、挿通孔９５部分における導電体１０１の燃料電池セル側面には絶縁体１０７が設けられている。

セルスタック６０の両端の燃料電池セル６２とセルスタック保持部材９３とは、端部側集電部材１０９により電気的に接続されている。即ち、セルスタック保持部材９３の導電体１０１と燃料電池セル６２との間には、端部側集電部材１０９が介装されている。

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８２８ｄ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）を通して燃料ガスケース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。

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。

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_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
Ｏ^２−（固体電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
の電極反応が生成されて発電される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

さらに、セルスタック６０における燃料電池セル６２の配列方向両側に、一端部が、燃料ガスマニホールド５８に設けられた挿入孔９５に挿入固定されたセルスタック保持部材９３が設けられているため、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な力が作用したとしても、セルスタック保持部材９３によりセル６２の倒れを防止し、セル６２の広がりを阻止してセル６２の変形が抑制され、セル６２の折損を確実に防止できるとともに、セルスタック６０の口開きが抑制され、これにより集電部材７６によるセル６２間の電気的な接続を長期にわたって維持できる。また、セルスタック保持部材９３に集電部材７６の弾性力により大きな力が作用したとしても、セルスタック保持部材９３の一端部は、マニホールド５８の側面に螺子等により固定されるのではなく、マニホールド５８の挿入孔９５に挿入固定されているので、セルスタック保持部材９３が強固にマニホールド５８に固定され、セル６２間の電気的な接続を長期にわたって維持できる。

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。

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。

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。

また、本発明では、図７に示すように、セルスタック保持部材９３を導電体１０１と絶縁体１０３から構成した例について説明したが、例えば、セルスタック保持部材を金属や合金等の導電材料で構成してもよい。この場合にはセルスタック保持部材の構成を簡略できる。

さらに、図９（ａ）に示すように、端部側集電部材１０９に電流を取り出すためのケーブルを接続し、燃料電池セル６２とセルスタック保持部材９３との間から引き出し、セルスタック同士の電気的接続や外部への引き出しを端部側集電部材１０９を介して行うこともできる。この場合、セルスタック保持部材９３は絶縁体であってもよいし、導電体であってもよいが、他の部材との導通を阻止するという観点から絶縁体であることが望ましい。

上記したように、端部側集電部材１０９から電流を引き出す場合には、図９（ｂ）に示すように、セルスタック保持部材９３に貫通孔１１１を、図９（ｃ）（ｄ）に示すように、凹部１１３を形成し、端部側集電部材１０９に接続されたケーブルを貫通孔１１１や凹部１１３を通過させて、電流を取り出すこともできる。

また、図１０に示すように、隣設するセルスタックに設けられたセルスタック保持部材同士を連結せしめ、電気的に接続してもよい。この場合、コ字状のセルスタック保持部材１１５を用いることが望ましい。そして、セルスタック保持部材１１５は、導電体からなる必要はなく、絶縁体に導電部材を形成してもよい。

さらに、本発明では、セルスタック保持部材を導電性材料から構成し、このセルスタック保持部材を燃料電池セルの電極、インターコネクタに接合し、セルスタック保持部材を介して直接電流を取り出すこともできる。この場合、セルスタック保持部材は導電性セラミックスや金属、合金から形成できる。また、セルスタック保持部材を多孔質とすることにより、電極へのガス供給を良好とすることができる。

図１１は、本発明の他の形態を示すもので、この形態では、マニホールド５８のセル配列方向に対向する側面にはセルスタック保持部材１２１が螺子等で固定されており、セルスタック６０の両端のセル６２とセルスタック保持部材１２１との間には、端部側集電部材１０９が配置されている。この端部側集電部材１０９は、溶接等の接合部がない一体物から構成されており、その引出部がハウジング２の外部まで延設されている。

即ち、端部側集電部材１０９は、図１２に示すように、燃料電池セル６２に当接する弾性部１０９ａと、セルスタック保持部材１２１側に形成された枠状の固定部１０９ｂとから構成されている。端部側集電部材１０９の枠状の固定部１０９ｂには、電流を引き出すための引出部１０９ｃが形成されており、弾性部１０９ａ、固定部１０９ｂ、引出部１０９ｃは、接合部のない一体構造物からなり、例えば、導電性板材に切り込みを形成し、弾性部を形成する集電片をく字状に折曲し、図１１（ｂ）に示すように、その平坦部に燃料電池セル６２の平坦部が当接するように形成されている。端部側集電部材１０９はＫ字状に形成されている。固定部１０９ｂは、格子状に形成された枠状であり、その格子部分がセルスタック保持部材１２１の内面側に全体的に当接するように構成されている。

また、固定部１０９ｂの一方側端部には、図１２（ａ）に示したように、引出部１０９ｃが一体的に設けられている。尚、引出部１０９は、図１１（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、燃料電池セル６２の立設方向中央部における固定部１０９ｂに設けられていることが望ましい。これにより、燃料電池セル６２の立設方向の両端部からの電流の電流経路が最短となり、セルスタック６０からの電流を有効に最短距離で引き出すことができる。尚、図１１（ａ）では、端部側集電部材１０９及び燃料電池セル６２間の集電部材は簡略化して記載した。

さらに、マニホールド５８と反対側のセルスタック６０先端部、即ち、セルスタック６０の上端部には、セルスタック先端部を取り囲む枠体からなるスタック先端保持部材９２が設けられている。このスタック先端保持部材９２は、図１１（ｃ）に示すように、断面Ｌ字状であり、その内側面に燃料電池セル６２の幅方向両端部の上端面が、燃料電池セル６２のガス通路を閉塞しないように当接し、絶縁性無機材料で固定されている。また、セルスタック保持部材１２１の上端面も、スタック先端保持部材９２の内側面に当接し、これにより、セルスタック先端保持部材９２がセルスタック保持部材１２１に支持固定されている。また、セルスタック６０の下端側はマニホールド５８に固定され、上端側はスタック先端保持部材９２により固定されるため、セルスタック６０の口開きを防止でき、また、スタック先端保持部材９２がセルスタック保持部材１２１にも支持されているので、スタック先端保持部材９２を確実に保持固定でき、セルを保持固定できる。

図１３（ａ）は、図１１の変形例を示すもので、この燃料電池では、図１１とは、セルスタック保持部材１２１が枠体からなるスタック先端保持部材９２から離れており、セルスタック保持部材１２１間にスタック先端保持部材９２が配置されている点が異なる以外は、図１１と同一である。尚、セルスタック保持部材１２１がスタック先端保持部材９２の外側側面に当接していても良い。この場合には、セルスタック保持部材１２１によりスタック先端保持部材９２の移動が阻止され、燃料電池セル６２の折損が抑制できる。

また、図１１では、セルスタック保持部材１２１が絶縁体からなる場合について説明したが、図１３（ｂ）（ｃ）は、セルスタック保持部材１２１が導電体からなる場合であり、この場合には、端部側集電部材１０９とセルスタック保持部材１２１との間に絶縁体１５１を介装することが望ましい。これにより、セルスタック保持部材１２１と端部側集電部材１０９との絶縁を確保することができ、セルスタック保持部材１２１を介して、スタック先端保持部材９２やマニホールド５８への導通を確実に防止できる。尚、セルスタック保持部材１２１によるスタック先端保持部材９２の支持固定に関して、図１３（ｂ）は図１１（ａ）に対応し、図１３（ｃ）は図１３（ａ）に対応する。

図１１、図１３は、セルスタック保持部材１２１をマニホールドの対向する側面に螺子等で固定した場合について説明したが、図１４は図５〜図１０に示したようにセルスタック保持部材１２１をマニホールド５８の挿入孔に挿入固定した場合である。この場合には、上記したように、セルスタック保持部材１３１を強固にマニホールド５８に固定できる。

尚、図１４（ａ）は枠体からなるスタック先端保持部材９２内に、セルスタック保持部材１３１の先端が挿入され、スタック先端保持部材９２が保持固定されている状態で、図１１（ａ）に対応し、図１４（ｂ）は、セルスタック保持部材１３１が枠体からなるスタック先端保持部材９２の外側に離れている状態で、図１３（ａ）に対応する。

さらに、図１４（ｃ）は枠体からなるスタック先端保持部材９２内に、導電性のセルスタック保持部材１３１の先端が挿入され、スタック先端保持部材９２が保持固定されており、セルスタック保持部材１３１と端部集電部材１０９との間には、絶縁体１５１が介装されている状態で、図１３（ｂ）に対応し、図１４（ｄ）は、セルスタック保持部材１３１が枠体からなる導電性のスタック先端保持部材９２の外側に離れており、セルスタック保持部材１３１と端部集電部材１０９との間には、絶縁体１５１が介装されている状態で、図１３（ｃ）に対応する。

図１５は、絶縁性のセルスタック保持部材１４１の下端はマニホールド５８に支持されておらず、マニホールド５８の上端面から所定間隔をおいて離間している場合であり、図１５（ａ）は、枠体からなるスタック先端保持部材９２内に、セルスタック保持部材１４１の先端部が挿入されている状態で、図１１（ａ）に対応し、図１５（ｂ）は、枠体からなるスタック先端保持部材９２内に、導電性のセルスタック保持部材１４１が挿入されている状態で、図１３（ｂ）に対応する。この燃料電池では、セルスタック保持部材１４１と端部側集電部材１０９との間には絶縁体１５１が介装されている。このような燃料電池でも、上記と同様の作用効果を有する。

図１６（ａ）は、図１１（ａ）の変形例を示すもので、この燃料電池では、平板状のスタック先端保持部材１９２を用いたもので、図１７（ａ）に示すように、スタック先端保持部材１９２の厚さ方向の半分程度まで、燃料電池セル６２の上端部が挿入されるセル挿入孔１９２ａが、スタック先端保持部材１９２の下面に形成されており、セル挿入孔１９２ａの上端には係止部１９２ｂが形成され、その上部には凹部１９２ｃが形成され、前記係止部１９２ｂによりセル６２の挿入量が規定されている。セルスタック保持部材１２１の先端部は、図１７（ｃ）（ｄ）に示すように、スタック先端保持部材１９２の挿入孔に挿入固定されている。セル６２とセルスタック保持部材の先端部は、スタック先端保持部材１９２に絶縁性無機材料で固定されている。

これにより、燃料電池セル６２の先端部がスタック先端保持部材１９２に埋設され、燃料電池セル６２内の燃料ガスは、凹部１９２ｃを介してセル外に排出される。また、燃料電池セル外の空気の燃料電池セル６２内への侵入を抑制でき、燃料電池セル６２におけるクラック発生を抑制できる。

図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の変形例を示すもので、この燃料電池では、セルスタック保持部材１２１が枠体からなるスタック先端保持部材１９２の外側に離れている状態を示すものであり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）の変形例を示すもので、この燃料電池では、導電性のセルスタック保持部材１２１を用い、端部側集電部材１０９とセルスタック保持部材１２１との間には絶縁体１５１が介装されたものであり、図１６（ｄ）は、図１６（ｂ）の変形例を示すもので、この燃料電池では、導電性のセルスタック保持部材１２１を用い、端部側集電部材１０９とセルスタック保持部材１２１との間には絶縁体１５１が介装されたものである。尚、図１７（ａ）、（ｂ）は、図１６（ｂ）、（ｄ）におけるセルとスタック先端保持部材１９２との固定を示すものである。

図１８は、図５〜図１０に示したようにセルスタック保持部材１３１をマニホールド５８の挿入孔に挿入固定した場合である。この場合には、上記したように、セルスタック保持部材１３１を強固にマニホールド５８に固定できる。

尚、図１８（ａ）は板状のスタック先端保持部材９２内に、セルスタック保持部材１３１の先端が挿入され、スタック先端保持部材１９２が保持固定されている状態で、図１６（ａ）に対応し、図１８（ｂ）は、セルスタック保持部材１３１がセルスタック先端保持部材１９２の外側に離れている状態で、図１６（ｂ）に対応し、図１８（ｃ）は導電性のセルスタック保持部材１３１を用い、セルスタック保持部材１３１と端部側集電部材１０９との間に絶縁体１５１を介装した状態で、図１６（ｃ）に対応し、、図１８（ｄ）は、導電性のセルスタック保持部材１３１がセルスタック先端保持部材１９２と離れており、セルスタック保持部材１３１と端部側集電部材１０９との間に絶縁体１５１を介装した状態で、図１６（ｄ）に対応するものである。

図１９は、絶縁性のセルスタック保持部材１４１の下端はマニホールド５８に支持されておらず、マニホールド５８の上端面から所定間隔をおいて離間している場合であり、図１９（ａ）は、板状のスタック先端保持部材１９２の挿入孔内に、セルスタック保持部材１４１の先端部が挿入されている状態で、図１６（ａ）に対応し、図１９（ｂ）は、板状のスタック先端保持部材１９２の挿入孔内に、導電性のセルスタック保持部材１４１の上端部が挿入されている状態で、図１６（ｃ）に対応する。このような燃料電池でも、上記と同様の作用効果を有する。

尚、図１〜１０に示す形態で、図１１〜１９に示す端部側集電部材を用いてもよいことは勿論である。また、上記形態では、中空ガス噴出板１８により空気を供給する場合について説明したが、本発明では、空気を上部ガス室に連通する複数の空気導入管を、セルスタック間に配置し、上部ガス室から下方に向けて噴出するようにしてもよい。

さらに、上記形態では、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する場合について記載したが、このセルスタック保持部材として、燃料電池セル、もしくは表面に電極が形成されていない燃料電池セルを用いてもよい。この場合、燃料電池セルの内部のガス流路は、マニホールドと連通しており、セルスタック保持部材間の燃料電池セルと同様にガスが通過する。従って、例えば、燃料電池セルが酸化、還元で変形するとしても、セルスタック保持部材として用いる燃料電池セルも同様に変形するため、燃料電池セルにおける応力発生を抑制できる。

本発明の燃料電池の好適実施形態を示す断面図。 図１の燃料電池を、一部を省略して示す斜面図。 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。 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。 セルスタックの両側にセルスタック保持部材が設けられている状態を示す斜視図。 燃料ガスマニホールドに設けられたセルスタックを示すもので、（ａ）は上方から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の一部を切り欠いて示す側面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す断面図。 セルスタック保持部材を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は正面図。 燃料ガスマニホールドの底面から突出している導電体に電流を取り出すためのケーブルが螺子止めされる状態を示す斜視図。 端部集電部材からの電流を引き出すための方法を説明するために用いた斜視図。 隣設するセルスタックに設けられたセルスタック保持部材同士が連結し、電気的に接続された状態を示す斜視図。 本発明の他の形態を示すもので、（ａ）はセルスタック保持部材がマニホールドの側面に対向して固定され、セルスタックの上端部がスタック先端保持部材により保持固定されている状態を示す斜視図、（ｂ）はセルスタック保持部材と燃料電池セルとを端部側集電部材により電気的に接続した状態を示す平面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 端部側集電部材を示すもので、（ａ）は引出部が枠体の下端部に形成された状態を示す斜視図、（ｂ）は引出部が枠体の中央部に形成された状態を示す斜視図である。 （ａ）はセルスタック保持部材がマニホールドの側面に対向して固定され、セルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在する状態を示す斜視図、（ｂ）は、枠体からなるスタック先端保持部材内に導電性のセルスタック保持部材の先端が挿入され、セルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図、（ｃ）は導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在し、セルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図である。 （ａ）はセルスタック保持部材がマニホールドの挿入孔に挿入固定され、枠体からなるスタック先端保持部材がその内部のセルスタック保持部材により保持固定されている状態を示す斜視図、（ｂ）は、セルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在している状態を示す斜視図、（ｃ）は導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材の内側に存在し、導電性のセルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図、（ｄ）は導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在し、セルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図である。 （ａ）はセルスタック保持部材がマニホールドの上方に存在している状態を示す斜視図、（ｂ）は、導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材の内側に存在し、導電性のセルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図である。 （ａ）はセルスタック保持部材がマニホールドの対向する側面に固定され、板状のスタック先端保持部材がセルスタック保持部材により保持固定されている状態を示す斜視図、（ｂ）は、セルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在している状態を示す斜視図、（ｃ）は導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材に挿入固定され、導電性のセルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図、（ｄ）は導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在し、セルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図である。 （ａ）板状のスタック先端保持部材のセル挿入孔にセルが挿入固定されている状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図、（ｃ）は、板状のスタック先端保持部材のセル挿入孔にセルが挿入固定され、セルスタック保持部材の先端部が挿入固定されている状態を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 （ａ）はセルスタック保持部材がマニホールドの挿入孔に挿入固定され、板状のスタック先端保持部材がセルスタック保持部材により保持固定されている状態を示す斜視図、（ｂ）は、セルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在している状態を示す斜視図、（ｃ）は導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材に挿入固定され、導電性のセルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図、（ｄ）は導電性のセルスタック保持部材がスタック先端保持部材の外側に存在し、セルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装している状態を示す斜視図である。 （ａ）セルスタック保持部材がマニホールドの上方に存在し、板状のスタック先端保持部材のセル挿入孔にセルが挿入固定されている状態を示すもので、（ｂ）は、板状のスタック先端保持部材のセル挿入孔にセルが挿入固定され、導電性のセルスタック保持部材の先端部が挿入固定され、セルスタック保持部材と端部側集電部材との間に絶縁体を介装した状態を示す斜視図である。

符号の説明

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、１９２：スタック先端保持部材
９３、１１５、１２１、１３１、１４１：セルスタック保持部材
９５：挿入孔
９７：セル支持板
９９：セル挿入孔
１０１：導電体
１０３：絶縁体
１０５：接続部
１０７：導電体のセル側に設けられた絶縁体
１０９：端部側集電部材
１０９ｃ：引出部
１１１：貫通孔
１１３：凹部

Claims (41)

1. 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両側にセルスタック保持部材を設け、該セルスタック保持部材の一端部を、前記マニホールドに設けられた挿入孔に挿入固定してなることを特徴とする燃料電池。
2. 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記載の燃料電池。
3. 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記載の燃料電池。
4. 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２又は３記載の燃料電池。
5. マニホールドの挿入孔は貫通しており、セルスタック保持部材の一端部が挿入孔を貫通していることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の燃料電池。
6. セルスタック保持部材及び燃料電池セルの一端部は、絶縁材料によりマニホールドに接合され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燃料電池。
7. セルスタック保持部材は、燃料電池セル側に導電体を有しており、該導電体を介して前記燃料電池セルと電気的に接続されてい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。
8. セルスタック保持部材の導電体はマニホールドの挿入孔を貫通しており、前記導電体の先端部には、電流を引き出すための接続部が設けられていることを特徴とする請求項７記載の燃料電池。
9. セルスタック保持部材は、絶縁体に、導電体を該導電体の燃料電池セル側面が露出するように埋設して構成されていることを特徴とする請求項７又は８記載の燃料電池。
10. マニホールドが導電材料からなるとともに、挿入孔における導電体の燃料電池セル側面には絶縁体が設けられていることを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれかに記載の燃料電池。
11. セルスタックの両端の燃料電池セルとセルスタック保持部材とは、端部側集電部材により電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の燃料電池。
12. セルスタックの両端の燃料電池セルとセルスタック保持部材とは、端部側集電部材により電気的に接続されており、セルスタック同士の電気的接続を端部側集電部材を介して行う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。
13. セルスタック保持部材には、端部側集電部材から電流を取り出すための貫通孔又は凹部が形成されていることを特徴とする請求項１２記載の燃料電池。
14. 端部側集電部材は、接合部のない一体構造であることを特徴とする請求項１１乃至１３のうちいずれかに記載の燃料電池。
15. 端部側集電部材が、燃料電池セルに当接する弾性部と、セルスタック保持部材側に形成された固定部とを具備することを特徴とする請求項１１乃至１４のうちいずれかに記載の燃料電池。
16. 端部側集電部材の固定部は枠体であることを特徴とする請求項１５記載の燃料電池。
17. 端部側集電部材の枠体には、電流を引き出すための引出部が形成されていることを特徴とする請求項１６記載の燃料電池。
18. 引出部は、燃料電池セルの立設方向中央部における枠体に設けられていることを特徴とする請求項１７記載の燃料電池。
19. 複数のセルスタックに設けられたセルスタック保持部材同士が連結し、前記複数のセルスタックが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至１８のうちいずれかに記載の燃料電池。
20. セルスタック保持部材が燃料電池セルに接合されており、前記セルスタック保持部材を介して電流が取り出されることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の燃料電池。
21. セルスタック保持部材が導電性セラミックスからなることを特徴とする請求項２０記載の燃料電池。
22. 燃料電池セルは、対向する面に電極とインターコネクタを有しており、セルスタック保持部材と前記電極又は前記インターコネクタとが接合されていることを特徴とする請求項２０又は２１記載の燃料電池。
23. 集電部材は板材からなることを特徴とする請求項１乃至２２のうちいずれかに記載の燃料電池。
24. マニホールドと反対側のセルスタック先端部には、スタック先端保持部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２３のうちいずれかに記載の燃料電池。
25. スタック先端保持部材は、セルスタック先端部を取り囲む枠体であることを特徴とする請求項２４記載の燃料電池。
26. スタック先端保持部材には、セルスタックを構成する複数の燃料電池セルの先端部が埋設されており、前記燃料電池セル先端面に開口するガス流路に対応する位置に、連通孔が形成されていることを特徴とする請求項２４記載の燃料電池。
27. マニホールドと反対側のセルスタック保持部材の先端部に、スタック先端保持部材が支持されていることを特徴とする請求項２４乃至２６のうちいずれかに記載の燃料電池。
28. 配列された複数の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、該セルスタックにおける前記燃料電池セルの配列方向両側にセルスタック保持部材を設け、該セルスタック保持部材と隣設する前記燃料電池セルとの間に端部側集電部材を介装してなり、該端部側集電部材の一部が、前記セルスタックが収容されるハウジングの外部まで延設されていることを特徴とする燃料電池。
29. 配列された複数の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、該セルスタックにおける前記燃料電池セルの配列方向両側にセルスタック保持部材を設け、該セルスタック保持部材と隣設する前記燃料電池セルとの間に端部側集電部材を介装してなり、該端部側集電部材が接合部のない一体構造であることを特徴とする燃料電池。
30. 端部側集電部材が、燃料電池セルに当接する弾性部と、セルスタック保持部材側に形成された固定部とを具備することを特徴とする請求項２８又は２９記載の燃料電池。
31. 端部側集電部材の固定部は枠体であることを特徴とする請求項３０記載の燃料電池。
32. 端部側集電部材は、枠体に、電流を引き出すための引出部を形成してなることを特徴とする請求項３１記載の燃料電池。
33. 引出部は、燃料電池セルの長さ方向中央部における枠体に設けられていることを特徴とする請求項３２記載の燃料電池。
34. 燃料電池セルがマニホールドに立設してセルスタックが構成されていることを特徴とする請求項２８乃至３３のうちいずれかに記載の燃料電池。
35. マニホールドと反対側のセルスタック先端部には、スタック先端保持部材が設けられていることを特徴とする請求項２８乃至３４のうちいずれかに記載の燃料電池。
36. スタック先端保持部材には、セルスタック先端部を取り囲む枠体であることを特徴とする請求項３５記載の燃料電池。
37. スタック先端保持部材に、セルスタックを構成する複数の燃料電池セルの先端部が埋設されており、前記燃料電池セル先端面に開口するガス流路に対応する位置に、連通孔が形成されていることを特徴とする請求項３６記載の燃料電池。
38. マニホールドと反対側のスタック保持部材の先端部に、スタック先端保持部材が支持されていることを特徴とする請求項２８乃至３７のうちいずれかに記載の燃料電池。
39. セルスタック保持部材は絶縁体からなることを特徴とする請求項２８乃至３８のうちいずれかに記載の燃料電池。
40. セルスタック保持部材は導電体からなるとともに、前記セルスタック保持部材と端部側集電部材との間には、絶縁体が介在していることを特徴とする請求項２８乃至３８のうちいずれかに記載の燃料電池。
41. 燃料電池セルは中空平板形であり、複数の燃料電池セルが、該燃料電池セルの厚み方向に複数配列してセルスタックが構成されていることを特徴とする請求項１乃至４０のうちいずれかに記載の燃料電池。

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