JP2005339906A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell surely cutting off gas inside and outside a manifold and enhancing mass productivity. <P>SOLUTION: In the fuel cell in which each one end of a plurality of solid oxide fuel cells 62 is fixed to the manifold 58 and gas in the manifold 58 is passed through the fuel cells 62, the manifold 58 is equipped with a cell supporting plate 90a1 and a box-like manifold body 90b1 whose one side is opened, an inside circular step difference part 90b2 surrounding an opening part is formed in the inside part on the upper surface of a wall 90b1 forming the opening part of the manifold body 90b1, the outer circumferential part of the cell supporting plate 90a is engaged with the inside circular step difference part 90b2, and the opening part of the manifold body 90b1 is sealed with the cell supporting plate 90a1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定し、マニホールド内のガスが燃料電池セル内を通過する燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell in which one end of a plurality of fuel cells is fixed to a manifold, and gas in the manifold passes through the fuel cells.

次世代エネルギーとして、近年、固体電解質型燃料電池セルをハウジング内に複数収容した燃料電池が種々提案されている。固体電解質型燃料電池セルは、例えば、酸素側電極の表面に固体電解質、燃料側電極を順次形成して構成されており、燃料側電極側に燃料(水素)を流し、酸素側電極側に空気(酸素)を流して800〜1000℃程度で発電される。   In recent years, various types of fuel cells in which a plurality of solid oxide fuel cells are accommodated in a housing have been proposed as next-generation energy. A solid oxide fuel cell is configured, for example, by sequentially forming a solid electrolyte and a fuel side electrode on the surface of an oxygen side electrode. A fuel (hydrogen) is flowed to the fuel side electrode side, and air is supplied to the oxygen side electrode side. Electricity is generated at about 800 to 1000 ° C. by flowing (oxygen).

従来、固体電解質型燃料電池セルの一端部を、マニホールドの天板に形成されたセル形状の収容凹部に収納し、シール材によりガスシールした燃料電池が知られている(特許文献1参照)。また、固体電解質型燃料電池セルの一端部を、支持板に形成されたセル形状の収容凹部に収納し、この支持板をマニホールドの天板に固定した燃料電池も知られている(特許文献2参照)。
特開2003−282107号公報 特開2003−282132号公報
Conventionally, a fuel cell is known in which one end of a solid oxide fuel cell is housed in a cell-shaped housing recess formed on a top plate of a manifold and gas-sealed with a sealing material (see Patent Document 1). Also known is a fuel cell in which one end of a solid oxide fuel cell is housed in a cell-shaped housing recess formed on a support plate, and the support plate is fixed to a top plate of a manifold (Patent Document 2). reference).
JP 2003-282107 A JP 2003-282132 A

燃料電池のマニホールドは量産性の観点から、上面が開口した箱状のマニホールド本体に、天板を構成するセル支持板を接合して構成されることが望ましい。従って、燃料電池のマニホールドには、その内外のガスを確実に遮断するため、接合信頼性が要求される。   From the viewpoint of mass productivity, the fuel cell manifold is preferably configured by joining a cell support plate constituting a top plate to a box-shaped manifold body whose upper surface is open. Therefore, the fuel cell manifold is required to have bonding reliability in order to reliably shut off the gas inside and outside the manifold.

また、燃料電池のマニホールドは、高温雰囲気で、酸化、還元雰囲気に曝され、また燃料電池セルを支持するものであるため、その重量等によりマニホールド本体とセル支持板との接合部に応力が発生しやすく、セル支持板をマニホールド本体に単に接合するだけでは、接合信頼性が低く、さらなる接合信頼性が要求されていた。   In addition, the fuel cell manifold is exposed to an oxidizing and reducing atmosphere in a high-temperature atmosphere and supports the fuel cell, so stress is generated at the joint between the manifold body and the cell support plate due to its weight and the like. Therefore, simply joining the cell support plate to the manifold body has low bonding reliability, and further bonding reliability has been required.

本発明は、マニホールドの内外のガスを確実に遮断できる量産性の高い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 with high mass productivity that can reliably block gas inside and outside a manifold.

本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の内側部分に、前記開口部を取り囲む内側環状段差部を形成し、該内側環状段差部に前記セル支持板の外周部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is a fuel cell in which one end portions of a plurality of solid oxide fuel cells are fixed to a manifold, and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold Comprises a cell support plate and a box-shaped manifold body having an opening on one side, and an inner annular stepped portion surrounding the opening is formed on an inner portion of the upper surface of the wall forming the opening of the manifold body. The inner annular stepped portion is engaged and joined with the outer peripheral portion of the cell support plate, and the opening of the manifold body is closed with the cell support plate.

このような燃料電池では、マニホールド本体の内側環状段差部に、セル支持板の外周部を係合させて接合したので、段差部により接合面積が増加し、接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。   In such a fuel cell, since the outer peripheral portion of the cell support plate is engaged and joined to the inner annular step portion of the manifold body, the joint area is increased by the step portion, and the joint strength is improved. Since the path when gas leaks becomes long and resistance to gas leakage at the junction increases, gas leakage from the gas junction in the manifold can be prevented. In addition, since the cell support plate can be firmly joined to the manifold, even if the fuel cell placed upright on the cell support plate swings and stress is generated at the joint between the cell support plate and the manifold, the joining is released. This prevents gas leakage from the gas junction in the manifold.

本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の外側部分に、前記開口部を取り囲む外側環状段差部を形成し、該外側環状段差部に、前記セル支持板の外周部に形成された環状凸部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is a fuel cell in which one end portions of a plurality of solid oxide fuel cells are fixed to a manifold, and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold Is provided with a cell support plate and a box-shaped manifold body having an opening on one side, and an outer annular stepped portion surrounding the opening is formed on an outer portion of the upper surface of the wall forming the opening of the manifold body. An annular protrusion formed on the outer peripheral portion of the cell support plate is engaged with and joined to the outer annular step portion, and the opening of the manifold body is closed with the cell support plate. .

このような燃料電池では、マニホールド本体の外側環状段差部に、セル支持板の外周部に形成された環状凸部を係合させて接合したので、段差部により接合面積が増加し、接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。   In such a fuel cell, since the annular convex portion formed on the outer peripheral portion of the cell support plate is engaged with and joined to the outer annular step portion of the manifold body, the joining area is increased by the step portion, and the joining strength is increased. In addition to the improvement, the path when the gas in the manifold leaks becomes longer, and the resistance to gas leakage at the junction increases, so that gas leakage from the gas junction in the manifold can be prevented. In addition, since the cell support plate can be firmly joined to the manifold, even if the fuel cell placed upright on the cell support plate swings and stress is generated at the joint between the cell support plate and the manifold, the joining is released. This prevents gas leakage from the gas junction in the manifold.

本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部又は係合凸部を形成するとともに、前記セル支持板の係合凹部又は係合凸部を、前記マニホールド本体の係合凸部又は係合凹部に係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is a fuel cell in which one end portions of a plurality of solid oxide fuel cells are fixed to a manifold, and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold Comprises a cell support plate and a box-shaped manifold body having an opening on one side, and an engagement recess or an engagement protrusion on the outer surface of the cell support plate and the upper surface of the wall forming the opening of the manifold body. And the engagement concave portion or the engagement convex portion of the cell support plate is engaged with the engagement convex portion or the engagement concave portion of the manifold body, and the opening of the manifold main body is joined to the cell support. It is characterized by being closed with a plate.

このような燃料電池では、セル支持板の係合凹部又は係合凸部を、マニホールド本体の係合凸部又は係合凹部に係合させて接合したので、接合面積が増加し接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。   In such a fuel cell, since the engagement concave portion or the engagement convex portion of the cell support plate is engaged with the engagement convex portion or the engagement concave portion of the manifold body and joined, the joining area is increased and the joining strength is improved. At the same time, the path when the gas in the manifold leaks becomes long, and the resistance to gas leakage at the joint increases, so that gas leakage from the gas joint in the manifold can be prevented. In addition, since the cell support plate can be firmly joined to the manifold, even if the fuel cell placed upright on the cell support plate swings and stress is generated at the joint between the cell support plate and the manifold, the joining is released. This prevents gas leakage from the gas junction in the manifold.

本発明の燃料電池は、複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部を形成するとともに、前記セル支持板及びマニホールド本体の係合凹部の両者によって形成される空間内に、燃料電池の運転時に膨張する封止部材を収容し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする。   The fuel cell of the present invention is a fuel cell in which one end portions of a plurality of solid oxide fuel cells are fixed to a manifold, and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold Is provided with a cell support plate and a box-shaped manifold body having an opening on one side, and an engagement recess is formed on the outer surface of the cell support plate and the upper surface of the wall forming the opening of the manifold body, A sealing member that expands during operation of the fuel cell is accommodated in a space formed by both the cell support plate and the engagement recess of the manifold body, and the opening of the manifold body is closed by the cell support plate. It is characterized by becoming.

このような燃料電池では、燃料電池の運転時には燃料電池が高温となるため、封止部材が膨張し、セル支持板及びマニホールド本体の係合凹部の両者に強固に係合し、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。この場合、シール材を用いて接合することが望ましい。   In such a fuel cell, the temperature of the fuel cell becomes high during operation of the fuel cell, so that the sealing member expands and firmly engages both the cell support plate and the engagement recess of the manifold body, and the gas in the manifold Gas leakage from the joints can be prevented. In addition, since the cell support plate can be firmly joined to the manifold, even if the fuel cell placed upright on the cell support plate swings and stress is generated at the joint between the cell support plate and the manifold, the joining is released. This prevents gas leakage from the gas junction in the manifold. In this case, it is desirable to join using a sealing material.

また、上記したいずれの場合にも、接合する際のシール材としては、燃料電池の運転温度において固相状態の緻密なシール材、及び/又は熱膨張係数がマニホールド本体及び前記セル支持板と類似する緻密なシール材であることが望ましい。このような燃料電池では、燃料電池の運転温度において固相状態の緻密なシール材で接合することにより、セル支持板をマニホールド本体に強固に接合でき、マニホールド内を気密にすることができるとともに、燃料電池の運転中において、複数の燃料電池セルが立設したセル支持板をマニホールドに強固に接合維持できる。   In any of the above cases, the sealing material used for joining is a dense sealing material in a solid state at the operating temperature of the fuel cell, and / or a coefficient of thermal expansion similar to that of the manifold body and the cell support plate. It is desirable to be a dense sealing material. In such a fuel cell, the cell support plate can be firmly joined to the manifold body by joining with a dense solid-phase sealant at the operating temperature of the fuel cell, and the inside of the manifold can be made airtight, During operation of the fuel cell, the cell support plate in which a plurality of fuel cells are erected can be firmly joined to the manifold.

また、熱膨張係数がマニホールド本体及びセル支持板と類似する緻密なシール材により接合することにより、室温から燃料電池の運転温度まで温度が上昇したとしても、シール材の熱膨張係数が、シール材により接合されるセル支持板及びマニホールド本体に近似しているため、接合が解除されることがなく、セル支持板をマニホールド本体に強固に接合でき、マニホールド内を気密にすることができる。特に、燃料電池の運転温度において固相状態で、かつ熱膨張係数がマニホールド本体及びセル支持板と近似する緻密なシール材が望ましい。   In addition, even when the temperature rises from room temperature to the operating temperature of the fuel cell by joining with a dense sealant similar in thermal expansion coefficient to the manifold body and cell support plate, the thermal expansion coefficient of the sealant Therefore, the cell support plate can be firmly joined to the manifold body, and the inside of the manifold can be made airtight. In particular, a dense sealing material that is in a solid state at the operating temperature of the fuel cell and has a thermal expansion coefficient similar to that of the manifold body and the cell support plate is desirable.

さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セルの一端部が、セル支持板の複数のセル固定孔にそれぞれ挿入固定されていることを特徴とする。また、本発明の燃料電池は、セル支持板の一つのセル固定孔の対向する内壁面に、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて位置決め固定するためのセル形状に対応した凹部が所定間隔を置いて形成され、該対向する凹部間に燃料電池セルの一端部が収容固定されていることを特徴とする。   Furthermore, the fuel cell of the present invention is characterized in that one end portion of the fuel cell is inserted and fixed in a plurality of cell fixing holes of the cell support plate. Further, in the fuel cell of the present invention, the concave portions corresponding to the cell shape for positioning and fixing the plurality of fuel cells at a predetermined interval are formed at predetermined intervals on the opposing inner wall surfaces of one cell fixing hole of the cell support plate. And one end of the fuel cell is accommodated and fixed between the opposing recesses.

さらに、本発明の燃料電池は、マニホールドは、下面が開口した箱状のセル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条のスリットを形成し、該スリットに、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされていることを特徴とする。このような燃料電池では、マニホールドの天板に形成された複数条のスリットは、従来のようにNC旋盤のような装置を用いることなく、例えばワイヤー加工で形成でき、容易に、安価かつ短時間で複数条のスリットを形成できる。   Furthermore, in the fuel cell of the present invention, the manifold includes a box-shaped cell support plate having an open bottom surface and a box-shaped manifold body having an open top surface, and a plurality of slits are formed in the cell support plate. In addition, the slit is gas-sealed with a sealing material in a state where one end portions of the plurality of fuel cells are respectively accommodated. In such a fuel cell, the plurality of slits formed on the top plate of the manifold can be formed by, for example, wire processing without using a device such as an NC lathe as in the prior art, and can be easily, inexpensively and quickly. A plurality of slits can be formed.

また、本発明の燃料電池は、マニホールドは、セル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条の凹溝を形成し、該凹溝に、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされているとともに、前記セル支持板の凹溝に形成された貫通孔を介して、前記マニホールドからのガスが燃料電池セル内を通過することを特徴とする。このような燃料電池では、例えばワイヤー加工でセル支持板に凹溝加工でき、容易に、安価かつ短時間で複数条の凹溝を形成できる。   In the fuel cell of the present invention, the manifold includes a cell support plate and a box-shaped manifold body having an upper surface opened, and a plurality of grooves are formed in the cell support plate. The gas from the manifold is gas-sealed by a sealing material in a state where one end of each of the plurality of fuel cells is accommodated, and the gas from the manifold is passed through a through hole formed in the concave groove of the cell support plate. It passes through the inside of the fuel cell. In such a fuel cell, for example, a groove can be formed on the cell support plate by wire processing, and a plurality of grooves can be easily formed at a low cost in a short time.

さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは中空平板状であることを特徴とする。   Furthermore, the fuel cell of the present invention is characterized in that the fuel cell has a hollow plate shape.

本発明の燃料電池では、段差部等により接合面積が増加し、接合強度が向上するとともに、マニホールド内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板をマニホールドに強固に接合できるため、セル支持板に立設した燃料電池セルが揺動し、セル支持板とマニホールドの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。   In the fuel cell of the present invention, the junction area is increased by the stepped portion and the like, the junction strength is improved, the path when the gas in the manifold leaks becomes long, and the resistance to gas leakage at the junction is increased. The gas leakage from the gas junction in the manifold can be prevented. In addition, since the cell support plate can be firmly joined to the manifold, even if the fuel cell placed upright on the cell support plate swings and stress is generated at the joint between the cell support plate and the manifold, the joining is released. This prevents gas leakage from the gas junction in the manifold.

以下、本発明の燃料電池を図示している添付図面を参照して、更に詳述する。   The fuel cell of the present invention will be described in further detail below with reference to the accompanying 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。なお、燃焼ガス排出路30は、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。   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. The combustion gas discharge passage 30 may have a form other than the zigzag flow passage if desired.

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。なお、流入路32も、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。   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. Note that the inflow channel 32 may have a form other than the zigzag type if desired.

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、図示の燃料電池組立体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号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号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 of the fuel cell assembly shown in the drawing 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. Therefore, the details of the configuration described above are left to the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 2003-295790, and the description thereof is 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おり、所定間隔をおいて並設され、発電ユニット56a、56b、56c及び56dにより燃料電池スタック57を構成している。図1及び図2と共に、図5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ケース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, arranged in parallel at a predetermined interval, and the fuel cell stack 57 is formed by the power generation units 56a, 56b, 56c, and 56d. Is configured. 5 together with FIGS. 1 and 2, the power generation unit 56a includes a rectangular parallelepiped fuel gas case 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板状でかつ柱状の直立セル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。燃料電池セル62の配列方向と、発電ユニット56の配列方向は直交している。セル62の各々は、図4に明確に図示する如く、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 formed by arranging a plurality of plate-like and column-like upright cells 62 extending vertically in the vertical direction in the longitudinal direction (that is, the front-rear direction) of the fuel gas manifold 58a. The arrangement direction of the fuel cells 62 and the arrangement direction of the power generation units 56 are orthogonal to each other. Each of the cells 62 includes an electrode support substrate 64, a fuel electrode layer 66 as an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 68, an oxygen electrode layer 70 as an outer electrode layer, and an interconnector 72, as clearly shown in FIG. It is configured.

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の下端部は燃料マニホールド58aに、後述するように、例えば耐熱性に優れたシール材によって接合されている。   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. The electrode support substrate 64 is formed with a plurality (six in the illustrated example) of fuel gas passages 74 penetrating the electrode support substrate 64 in the vertical direction. As will be described later, the lower end portion of the cell 62 is joined to the fuel manifold 58a by, for example, a sealing material having excellent heat resistance.

燃料ガスマニホールド58aの上壁には図1において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット(図示していない)が形成されており、電極支持基板64の各々に形成されている燃料ガス通路74がスリットの各々に、従って燃料ガス室59aに連通せしめられる。   On the upper wall of the fuel gas manifold 58a, a plurality of slits (not shown) extending in the left-right direction are formed at intervals in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. A fuel gas passage 74 is connected to each of the slits, and thus to the fuel gas chamber 59a.

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集電部材76が配設されている。セルスタック60aの両端に位置する集電部材76には電力取出手段(図示していない)が接続されており、かかる電力取出手段はハウジング2の前壁(図示していない)及び/又は後壁(図示していない)を通してハウジング2外に延在せしめられている。所望ならば、セルスタック60a、60b、60c及び60dの各々に電力取出手段を配設することに代えて、適宜の接続手段によってセルスタック60a、60b、60c及び60dを相互に直列接続し、4個のセルスタック60a、60b、60c及び60dに関して共通の電力取出手段を配設することもできる。   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. Current collecting members 76 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 and lower ends in FIG. Electric power extraction means (not shown) is connected to the current collecting members 76 located at both ends of the cell stack 60a, and the electric power extraction means is the front wall (not shown) and / or the rear wall of the housing 2. It extends outside the housing 2 (not shown). If desired, the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d are connected in series with each other by appropriate connection means instead of disposing the power extraction means in each of the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d. Common power extraction means may be provided for the cell stacks 60a, 60b, 60c and 60d.

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68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 co-firing with the fuel electrode layer 66 and / or the solid electrolyte layer 68, 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。 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30〜50%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, particularly preferably in the range of 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。インターコネクタ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 interconnector 72 must be dense to prevent leakage of fuel gas passing through the fuel gas passage 74 formed in the electrode support substrate 64 and oxygen-containing gas flowing outside the electrode support substrate 64, and 93% As described above, it is particularly 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適宜の形状の部材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。   The current collecting member 76 can be composed of a member having an appropriate shape formed of a metal or alloy having elasticity, or a member obtained by adding a required surface treatment to a felt made of metal fiber or alloy fiber.

図1乃至図3、5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の前端部側面には、改質された燃料ガスの燃料ガス送給管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 and 5, the power generation unit 56 a has a rectangular shape (or cylindrical shape) that is elongated in the front-rear direction above the cell stack 60 a. A case 78a is also provided. One end, that is, the upper end of the fuel gas supply pipe 80a for the reformed fuel gas is connected to the side 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の後面には改質される被改質ガス供給管82aの一端が接続されている。被改質ガス供給管82aは改質ケースから下方に延び、ハウジング2の下を通ってハウジング2外に延出されている。燃料ガス送給管80a、被改質ガス供給管82aの内部がガス供給路とされている。   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 to be reformed is connected to the rear surface of the reforming case 78a. The to-be-reformed gas supply pipe 82 a extends downward from the reforming case, and extends under the housing 2 and out of the housing 2. The insides of the fuel gas supply pipe 80a and the reformed gas supply pipe 82a are gas supply paths.

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5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 held in a required position by this, but if necessary, the two-dot chain line in FIG. 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.

上述したとおりの燃料電池組立体においては、被改質ガスが被改質ガス供給管82a、82b、82c、82d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80a、80b、80c、80d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 assembly as described above, the gas to be reformed is supplied to the reforming cases 78a, 78b, 78c and 78d via the gas to be reformed supply pipes 82a, 82b, 82c and 82d, and the reforming case 78a. , 78b, 78c and 78d, the fuel defined in the fuel gas manifolds 58a, 58b, 58c and 58d through the fuel gas supply pipes 80a, 80b, 80c and 80d after being reformed into hydrogen-rich fuel gas. The gas chambers 59a, 59b, 59c and 59d are 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、本発明の燃料電池は、例えば、図6に示すように、マニホールド58が、セル支持板90aと、一面が開口した箱状のマニホールド本体90bとから構成され、マニホールド本体90bの開口部を形成する壁90b1上面の内側部分に、開口部を取り囲む内側環状段差部90b2を形成し、内側環状段差部90b2にセル支持板90aの外周部を係合させて接合し、マニホールド本体90bの開口部を前記セル支持板90aで閉塞してなる。言い換えると、セル支持板90aを、開口したマニホールド本体90bの内側に嵌め込んで蓋をする構造となっている。   In the fuel cell of the present invention, for example, as shown in FIG. 6, the manifold 58 includes a cell support plate 90 a and a box-shaped manifold main body 90 b opened on one side, and an opening of the manifold main body 90 b is formed. An inner annular stepped portion 90b2 surrounding the opening is formed on the inner portion of the upper surface of the wall 90b1 to be formed, and the outer peripheral portion of the cell support plate 90a is engaged with and joined to the inner annular stepped portion 90b2, thereby opening the manifold main body 90b. Is closed by the cell support plate 90a. In other words, the cell support plate 90a is fitted inside the opened manifold main body 90b so as to cover it.

セル支持板90aは、燃料電池セル62の下端部を保持固定する機能を有し、セル支持板90aがマニホールド本体90bに接合され、このセル支持板90aに燃料電池セル62の下端部が支持固定されている。このセル支持板90aは下面が開口する矩形箱状であり、幅方向に複数条のスリット90a1が所定間隔を置いて平行に形成され、これらのスリット90a1内に複数の燃料電池セル62の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。   The cell support plate 90a has a function of holding and fixing the lower end portion of the fuel cell 62. The cell support plate 90a is joined to the manifold body 90b, and the lower end portion of the fuel cell 62 is supported and fixed to the cell support plate 90a. Has been. The cell support plate 90a has a rectangular box shape with an open bottom surface, and a plurality of slits 90a1 are formed in parallel in the width direction at predetermined intervals. The lower end portions of the plurality of fuel cells 62 are formed in the slits 90a1. Are sealed with a sealing material in a state where each is accommodated.

ガスシール材としては、燃料電池の運転温度において固相状態の緻密で、かつ熱膨張係数がマニホールド本体90b及びセル支持板90aと近似するシール材が用いられ、このようなシール材としては、非晶質及び/又は結晶質を含むガラス材料、無機系セメントなど、例えば、SiO、Al、MgO、ZnOから構成される結晶質ガラスが用いられる。本発明の燃料電池では、運転温度が750℃程度であるが、前記結晶質ガラスは軟化温度が790℃程度であり、運転温度においても固相状態を維持できる。また、本発明で用いられる燃料電池セルの熱膨張係数は、体積的に割合の大きい電極支持基板64に支配され、11.5×10−6/℃であり、また、セル支持体90a、マニホールド本体90bは同一材料からなり、11.7×10−6/℃であり、シール材として用いる前記結晶質ガラスは11×10−6/℃であり、シール材は、熱膨張係数がマニホールド本体90b及びセル支持板90aと近似している。このようなガスシール材が、マニホールド本体90bにセル支持板90aが当接する部分の界面に充填されている。 As the gas seal material, a seal material that is dense in a solid phase at the operating temperature of the fuel cell and has a thermal expansion coefficient similar to that of the manifold body 90b and the cell support plate 90a is used. A crystalline glass composed of, for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, or ZnO, such as a crystalline material and / or a glass material containing crystalline material, and an inorganic cement, is used. In the fuel cell of the present invention, the operating temperature is about 750 ° C., but the crystalline glass has a softening temperature of about 790 ° C., and can maintain a solid state even at the operating temperature. The thermal expansion coefficient of the fuel cell used in the present invention is controlled by the electrode support substrate 64 having a large volume ratio, and is 11.5 × 10 −6 / ° C. Further, the cell support 90a, the manifold The main body 90b is made of the same material, is 11.7 × 10 −6 / ° C., the crystalline glass used as the sealing material is 11 × 10 −6 / ° C., and the sealing material has a thermal expansion coefficient of the manifold main body 90b. And the cell support plate 90a. Such a gas seal material is filled in the interface of the portion where the cell support plate 90a contacts the manifold body 90b.

セル支持板90aは、図6(a)に示すように、燃料電池セル62の幅方向端部が、スリット90a1から露出した幅方向端部(スリット底面90a12)に載置されるような寸法とされ、図6(b)に示すように、燃料電池セル62の幅方向端部が、セル支持板90aから突出しないように構成されている。また、燃料電池セル62の平坦な側面は、スリット90a1の側面90a11と所定間隔を置いて離間している。   As shown in FIG. 6A, the cell support plate 90a has dimensions such that the width direction end portion of the fuel cell 62 is placed on the width direction end portion (slit bottom surface 90a12) exposed from the slit 90a1. Then, as shown in FIG. 6B, the width direction end of the fuel cell 62 is configured not to protrude from the cell support plate 90a. Further, the flat side surface of the fuel cell 62 is separated from the side surface 90a11 of the slit 90a1 at a predetermined interval.

このような燃料電池では、マニホールド本体90bの内側環状段差部90b2に、セル支持板90aの外周部を係合させて接合したので、接合面積が増加して接合強度が向上するとともに、マニホールド58内のガスが漏出する際の経路が長くなり、接合部でのガス漏洩に対する抵抗が大きくなるため、マニホールド58内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。また、セル支持板90aをマニホールド本体90bに強固に接合できるため、セル支持板90aに立設した燃料電池セル62が揺動し、セル支持板90aとマニホールド本体90bの接合部に応力が発生しても、接合が解除されることがなく、マニホールド58内のガスの接合部からのガス漏出を防止できる。   In such a fuel cell, since the outer peripheral portion of the cell support plate 90a is engaged with and joined to the inner annular stepped portion 90b2 of the manifold body 90b, the joining area is increased, the joining strength is improved, and the inside of the manifold 58 is increased. Since the path when the gas leaks becomes long and the resistance against gas leakage at the joint portion increases, gas leakage from the gas joint portion in the manifold 58 can be prevented. Further, since the cell support plate 90a can be firmly joined to the manifold main body 90b, the fuel cell 62 standing on the cell support plate 90a swings, and stress is generated at the joint between the cell support plate 90a and the manifold main body 90b. However, the joining is not released, and the gas leakage from the joining portion of the gas in the manifold 58 can be prevented.

また、セル支持板90aのスリット90a1と燃料電池セル62とを、例えばペースト状のシール材を流入させてシールする場合においては、燃料電池セル62とスリット90a1の隙間、及びセル支持板90aとマニホールド本体90bの隙間を同時にガスシールすることができる。   In addition, when sealing the slit 90a1 of the cell support plate 90a and the fuel battery cell 62 with, for example, a paste-like sealing material flowing in, the gap between the fuel battery cell 62 and the slit 90a1, and the cell support plate 90a and the manifold The gap between the main bodies 90b can be gas-sealed at the same time.

また、図7に示すように、マニホールド58が、セル支持板91aと、一面が開口した箱状のマニホールド本体91bとから構成され、マニホールド本体91bの開口部を形成する壁91b1上面の外側部分に、開口部を取り囲む外側環状段差部91b2を形成し、外側環状段差部91b2に、セル支持板91aの外周部に形成された環状凸部91a2を係合させて接合し、マニホールド本体91bの開口部をセル支持板91aで閉塞している。言い換えると、セル支持板91aを、開口したマニホールド本体91bの外側に嵌め込んで蓋をする構造となっている。セル支持板91aは、燃料電池セル62の下端部を保持固定する機能を有し、セル支持板91aがマニホールド本体91bに接合され、このセル支持板91aに燃料電池セル62の下端部が支持固定されている。このセル支持板91aは下面が開口する矩形箱状であり、幅方向に複数条のスリット91a1が所定間隔を置いて平行に形成され、これらのスリット91a1内に複数の燃料電池セル62の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。ガスシール材は、上記と同様のものを使用できる。セル支持板91aは、図7(a)に示すように、燃料電池セル62の幅方向端部が、スリット91a1から露出した幅方向端部(スリット底面91a12)に載置されるような寸法とされ、図7(a)に示すように、燃料電池セル62の幅方向端が、セル支持板91aから突出しないように構成されている。また、燃料電池セル62の平坦な側面は、スリット91a1の側面91a11と所定間隔を置いて離間している。   Further, as shown in FIG. 7, the manifold 58 includes a cell support plate 91a and a box-shaped manifold main body 91b having an opening on one surface, and is formed on the outer portion of the upper surface of the wall 91b1 forming the opening of the manifold main body 91b. The outer annular step portion 91b2 surrounding the opening is formed, and the annular protrusion 91a2 formed on the outer peripheral portion of the cell support plate 91a is engaged with and joined to the outer annular step portion 91b2. Is closed by a cell support plate 91a. In other words, the cell support plate 91a is fitted to the outside of the opened manifold main body 91b and covered. The cell support plate 91a has a function of holding and fixing the lower end portion of the fuel cell 62. The cell support plate 91a is joined to the manifold body 91b, and the lower end portion of the fuel cell 62 is supported and fixed to the cell support plate 91a. Has been. The cell support plate 91a has a rectangular box shape with an open bottom surface, and a plurality of slits 91a1 are formed in parallel in the width direction at predetermined intervals, and the lower end portions of the plurality of fuel cells 62 are disposed in the slits 91a1. Are sealed with a sealing material in a state where each is accommodated. The same gas sealing material as described above can be used. As shown in FIG. 7A, the cell support plate 91a has such a dimension that the end portion in the width direction of the fuel cell 62 is placed on the end portion in the width direction (slit bottom surface 91a12) exposed from the slit 91a1. Then, as shown in FIG. 7A, the width direction end of the fuel cell 62 is configured not to protrude from the cell support plate 91a. Further, the flat side surface of the fuel cell 62 is separated from the side surface 91a11 of the slit 91a1 at a predetermined interval.

このような燃料電池でも、上記と同様の効果を得ることができるとともに、セル支持体91a1の幅を燃料電池セル62の幅と略同一とすることができ、図6のようなマニホールド本体内にセル支持板を収容する場合と比較して、マニホールドをコンパクト化できる。   Even with such a fuel cell, the same effect as described above can be obtained, and the width of the cell support 91a1 can be made substantially the same as the width of the fuel cell 62, so that the inside of the manifold body as shown in FIG. The manifold can be made compact as compared with the case where the cell support plate is accommodated.

また、図8に示すように、セル支持板92aが板状であり、幅方向にセルと相似形状の複数条のセル挿入孔92a1が所定間隔を置いて平行に形成されていても良い。これらのセル挿入孔92a1内に複数の燃料電池セル60の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。セル支持板92aは、図8(a)に示すように、燃料電池セル62の平坦な側面は、セル挿入孔92a1の側面92a11と所定間隔を置いて離間している。   As shown in FIG. 8, the cell support plate 92a may have a plate shape, and a plurality of cell insertion holes 92a1 having a shape similar to the cell in the width direction may be formed in parallel at a predetermined interval. These cell insertion holes 92a1 are gas-sealed with a sealing material in a state in which the lower ends of the plurality of fuel cells 60 are respectively accommodated. As shown in FIG. 8A, in the cell support plate 92a, the flat side surface of the fuel cell 62 is separated from the side surface 92a11 of the cell insertion hole 92a1 at a predetermined interval.

このような燃料電池は、図6に示す燃料電池と同様に、マニホールド本体92bの開口部を形成する壁92b1上面の内側部分に、開口部を取り囲む内側環状段差部92b2を形成し、内側環状段差部92b2にセル支持板92aの外周部を係合させて、上記シール材で接合し、マニホールド本体92bの開口部を前記セル支持板92aで閉塞して構成されている。   As in the fuel cell shown in FIG. 6, such a fuel cell is formed with an inner annular step 92b2 surrounding the opening on the inner surface of the upper surface of the wall 92b1 that forms the opening of the manifold main body 92b. The outer periphery of the cell support plate 92a is engaged with the portion 92b2, joined with the sealing material, and the opening of the manifold main body 92b is closed with the cell support plate 92a.

このような燃料電池では、図6に示す燃料電池と略同様の作用効果を得ることができるが、さらに、セルと相似形状の複数条のセル挿入孔とすることにより、燃料電池セル62とセル挿入孔92a1間のクリアランスがほぼ同等になり、燃料電池セル、セル支持板、シール材間のわずかな熱膨張差により生じる応力分布を均一、又低減することができ、燃料電池セル、セル支持板、シール材の亀裂やクッラクの発生を防止できる。   In such a fuel cell, substantially the same operation effect as the fuel cell shown in FIG. 6 can be obtained, but furthermore, by forming a plurality of cell insertion holes similar in shape to the cell, the fuel cell 62 and the cell The clearance between the insertion holes 92a1 is substantially equal, and the stress distribution caused by a slight difference in thermal expansion between the fuel cell, the cell support plate, and the seal material can be made uniform or reduced. In addition, cracks and cracks in the sealing material can be prevented.

また、図9に示すように、セル支持板93aは下面が開口する矩形箱状であり、幅方向に複数条のセル挿入孔93a1が所定間隔を置いて平行に形成されていても良い。これらのセル挿入孔93a1内に複数の燃料電池セル62の下端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされている。セル支持板93aは、図9(a)に示すように、燃料電池セル62の平坦な側面は、セル挿入孔93a1の側面93a12と所定間隔を置いて離間している。   As shown in FIG. 9, the cell support plate 93a may have a rectangular box shape with an open bottom surface, and a plurality of cell insertion holes 93a1 may be formed in parallel in the width direction at a predetermined interval. These cell insertion holes 93a1 are gas-sealed with a sealing material in a state in which the lower ends of the plurality of fuel cells 62 are respectively accommodated. As shown in FIG. 9A, in the cell support plate 93a, the flat side surface of the fuel cell 62 is separated from the side surface 93a12 of the cell insertion hole 93a1 with a predetermined interval.

マニホールド本体93bの開口部を形成する壁93b1上面の外側部分に、開口部を取り囲む外側環状段差部93b2を形成し、外側環状段差部93b2に、セル支持板93aの外周部に形成された環状凸部93a2を係合させて接合し、マニホールド本体93bの開口部をセル支持板93aで閉塞している。このような燃料電池では、図7に示す燃料電池とほぼ同様の効果を得ることができる。   An outer annular stepped portion 93b2 surrounding the opening is formed on the outer portion of the upper surface of the wall 93b1 forming the opening of the manifold main body 93b, and an annular protrusion formed on the outer peripheral portion of the cell support plate 93a is formed on the outer annular stepped portion 93b2. The part 93a2 is engaged and joined, and the opening of the manifold body 93b is closed by the cell support plate 93a. In such a fuel cell, substantially the same effect as that of the fuel cell shown in FIG. 7 can be obtained.

また、図10に示すように、マニホールド58が、セル支持板94aと、一面が開口した箱状のマニホールド本体94bとからなり、セル支持板94aの外周部に環状の係合凸部94a2を形成し、マニホールド本体94bの開口部を形成する壁94b1上面に、係合凹部94b2を形成し、マニホールド本体94bの壁94b1上面の係合凹部94b2に、セル支持板94aの係合凸部94a2を係合させ接合してもよい。   As shown in FIG. 10, the manifold 58 includes a cell support plate 94a and a box-shaped manifold main body 94b having an opening on one side, and an annular engagement convex portion 94a2 is formed on the outer periphery of the cell support plate 94a. Then, an engagement recess 94b2 is formed on the upper surface of the wall 94b1 that forms the opening of the manifold body 94b, and the engagement protrusion 94a2 of the cell support plate 94a is engaged with the engagement recess 94b2 on the upper surface of the wall 94b1 of the manifold body 94b. They may be joined together.

図11に示すように、マニホールド58が、セル支持板95aと、一面が開口した箱状のマニホールド本体95bとからなり、セル支持板95aの外周部に環状の係合凹部95a2を形成し、マニホールド本体95bの開口部を形成する壁95b1上面に、係合凸部95b2を形成し、マニホールド本体95bの壁95b1上面の係合凸部95b2に、セル支持板95aの係合凹部95a2を係合させ、上記シール材にて接合してもよい。   As shown in FIG. 11, the manifold 58 includes a cell support plate 95a and a box-shaped manifold main body 95b having one open surface. An annular engagement recess 95a2 is formed on the outer periphery of the cell support plate 95a. An engaging convex portion 95b2 is formed on the upper surface of the wall 95b1 forming the opening of the main body 95b, and the engaging concave portion 95a2 of the cell support plate 95a is engaged with the engaging convex portion 95b2 on the upper surface of the wall 95b1 of the manifold main body 95b. The above sealing material may be used for joining.

これらの図10、図11の場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。   10 and 11, the same effect as described above can be obtained.

また、図12に示すように、マニホールド58が、セル支持板96aと、一面が開口した箱状のマニホールド本体96bとからなり、セル支持板96aの外周部に環状の係合凹部96a2を形成し、マニホールド本体96bの開口部を形成する壁96b1上面に、係合凹部96b2を形成し、マニホールド本体96bの壁96b1上面の係合凹部96b2と、セル支持板96aの係合凹部96a2により形成される空間内に、燃料電池の運転時に膨張する、例えば、燃料電池の運転温度においてマニホールドの熱膨張よりも大きい材質であって、耐熱性のフェライト系ステンレスやオースとナイト系ステンレス、又は高熱膨張のセラミックス等からなる封止部材97を収容し、凹部96a2と凹部96b2により形成される空間で、封止部材97以外の部分に、上記したシール材が充填されている。このような燃料電池でも、上記と同様の効果を得ることができる。   In addition, as shown in FIG. 12, the manifold 58 includes a cell support plate 96a and a box-shaped manifold main body 96b opened on one side, and an annular engagement recess 96a2 is formed on the outer periphery of the cell support plate 96a. An engagement recess 96b2 is formed on the upper surface of the wall 96b1 forming the opening of the manifold body 96b, and is formed by the engagement recess 96b2 on the upper surface of the wall 96b1 of the manifold body 96b and the engagement recess 96a2 of the cell support plate 96a. In the space, it expands when the fuel cell is operated, for example, a material larger than the thermal expansion of the manifold at the operating temperature of the fuel cell, and is heat-resistant ferritic stainless steel, aus and knight stainless steel, or high thermal expansion ceramics In the space formed by the recess 96a2 and the recess 96b2 A portion other than 7, the sealing material described above is filled. Even with such a fuel cell, the same effect as described above can be obtained.

さらに、図13に示すように、マニホールド58をセル支持板98aとマニホールド本体98bとから構成し、セル支持板98aに一つのセル固定孔98a1を形成し、このセル固定孔98a1の対向する内壁面には、燃料電池セル62を所定間隔をおいて位置決め固定する凹部99が形成されている。対向する凹部99には、燃料電池セル62の幅方向両端部がそれぞれ収容されるように、セル形状に対応した形状とされており、凹部99に燃料電池セル62を収容した状態で、燃料電池セル62間にシール材を流し込み、固定されている。セル支持板98aは、上記したように、マニホールド本体98bに内嵌されたり、外嵌されている。   Further, as shown in FIG. 13, the manifold 58 is composed of a cell support plate 98a and a manifold body 98b, one cell fixing hole 98a1 is formed in the cell support plate 98a, and the inner wall surfaces of the cell fixing hole 98a1 facing each other. A recess 99 for positioning and fixing the fuel cell 62 at a predetermined interval is formed. The opposing recesses 99 have a shape corresponding to the cell shape so that both ends in the width direction of the fuel cells 62 are accommodated, and the fuel cell 62 is accommodated in the recesses 99 in a state in which the fuel cells 62 are accommodated. A sealing material is poured between the cells 62 and fixed. As described above, the cell support plate 98a is internally fitted or externally fitted to the manifold main body 98b.

このような燃料電池では、セル支持板98a1には一つのセル固定孔98a1が形成されているため、セルを固定する孔間の隔壁がなくなるため、NC旋盤やワイヤー加工ではなく、量産性の高い鋳造法(鋳込成形)による加工が可能となる。また、セルを固定する孔間の隔壁がなくなるため、セル間にシール材を充填する場合でも、シール材の流入性がよくなり、ガスシール性を向上できる。   In such a fuel cell, since one cell fixing hole 98a1 is formed in the cell support plate 98a1, there is no partition between the holes for fixing the cell. Processing by a casting method (casting molding) becomes possible. In addition, since there is no partition between the holes for fixing the cells, even when the sealing material is filled between the cells, the inflow property of the sealing material is improved and the gas sealing property can be improved.

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。   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.

尚、セル支持板に複数条の凹溝を形成し、これらの凹溝に、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールし、セル支持板の凹溝に形成された貫通孔を介して、マニホールドからのガスが燃料電池セル内を通過するように構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。この場合、さらに、例えばワイヤー加工でセル支持板に凹溝加工でき、容易に、安価かつ短時間で複数条の凹溝を形成できる。   A plurality of concave grooves are formed in the cell support plate, and gas is sealed with a sealing material in a state where one end portions of the plurality of fuel cells are respectively accommodated in the concave grooves, and the concave grooves of the cell support plate are formed. Even if the gas from the manifold passes through the fuel cell through the through-hole formed in the above, the same effect as described above can be obtained. In this case, further, for example, a groove can be formed on the cell support plate by wire processing, and a plurality of grooves can be easily formed at a low cost in a short time.

本発明に従って構成された燃料電池の好適実施形態を示す断面図。1 is a cross-sectional view illustrating a preferred embodiment of a fuel cell configured according to the present invention. 図1の燃料電池を、一部を省略して示す斜視図。The perspective view which abbreviate | omits and shows the fuel cell of FIG. 図1の燃料電池に使用されている燃料電池スタックを示す斜視図。The perspective view which shows the fuel cell stack used for the fuel cell of FIG. 図3の燃料電池スタック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 fuel cell stack of FIG. 図3の発電ユニットを示す斜視図。The perspective view which shows the electric power generation unit of FIG. スリットを有するセル支持板をマニホールド本体に内嵌し接合する状態を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は分解断面図、(c)は斜視図。The state which fits and joins the cell support plate which has a slit to a manifold main body is shown, (a) is a disassembled perspective view, (b) is a disassembled sectional view, (c) is a perspective view. スリットを有するセル支持板をマニホールド本体に外嵌し接合する状態を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は分解断面図、(c)は斜視図。The state which fits and joins the cell support plate which has a slit to a manifold main body is shown, (a) is a disassembled perspective view, (b) is a disassembled sectional view, (c) is a perspective view. セル挿入孔を有するセル支持板をマニホールド本体に内嵌し接合する状態を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は分解断面図、(c)は斜視図。The cell support plate which has a cell insertion hole is shown in the state which fits in a manifold main body, (a) is a disassembled perspective view, (b) is a disassembled sectional view, (c) is a perspective view. セル挿入孔を有するセル支持板をマニホールド本体に外嵌し接合する状態を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は分解断面図、(c)は斜視図。The state which externally fits and joins the cell support plate which has a cell insertion hole to a manifold main body is shown, (a) is a disassembled perspective view, (b) is a disassembled sectional view, (c) is a perspective view. セル支持板の係合凸部を、マニホールド本体の係合凹部に係合させ接合する状態を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は分解断面図、(c)は斜視図。The engagement convex part of a cell support plate is engaged with the engagement concave part of a manifold main body, and it shows the state joined, (a) is an exploded perspective view, (b) is an exploded sectional view, (c) is a perspective view. . セル支持板の係合凹部を、マニホールド本体の係合凸部に係合させ接合する状態を示すもので、(a)は分解斜視図、(b)は分解断面図、(c)は斜視図。The engagement concave part of a cell support plate is engaged with the engagement convex part of a manifold main body, and it shows the state joined, (a) is an exploded perspective view, (b) is an exploded sectional view, (c) is a perspective view. . セル支持板の係合凹部と、マニホールド本体の係合凹部により形成される空間内に封止部材を挿入した状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state which inserted the sealing member in the space formed by the engagement recessed part of a cell support plate, and the engagement recessed part of a manifold main body. セル支持板に一つのセル固体孔を形成した状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state which formed one cell solid hole in the cell support plate.

符号の説明Explanation of symbols

2:ハウジング
58a、58b、58c及び58d:燃料ガスマニホールド
60a、60b、60c及び60d:セルスタック
62:燃料電池セル
90a〜98a:セル支持板
90b〜98b:マニホールド本体
90b2、92b2:内側環状段差部
91b2、93b2:内側環状段差部
94a2、95b2:係合凸部
94a1、95b1:係合凹部
97:封止部材
98a1:セル固定孔
99:凹部
2: Housing 58a, 58b, 58c and 58d: Fuel gas manifold 60a, 60b, 60c and 60d: Cell stack 62: Fuel cell 90a to 98a: Cell support plate 90b to 98b: Manifold body 90b2, 92b2: Inner annular stepped portion 91b2, 93b2: Inner annular stepped portions 94a2, 95b2: Engaging protrusions 94a1, 95b1: Engaging recesses 97: Sealing members 98a1: Cell fixing holes 99: Recesses

Claims (11)

複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の内側部分に、前記開口部を取り囲む内側環状段差部を形成し、該内側環状段差部に前記セル支持板の外周部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell in which one end of each of the plurality of solid oxide fuel cells is fixed to a manifold and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold includes a cell support plate, A box-shaped manifold body having an opening on one surface, and an inner annular stepped portion surrounding the opening is formed on an inner portion of the upper surface of the wall forming the opening of the manifold body, and the inner annular stepped portion is formed on the inner annular stepped portion. A fuel cell comprising: an outer periphery of a cell support plate engaged and joined; and the opening of the manifold body is closed with the cell support plate. 複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面の外側部分に、前記開口部を取り囲む外側環状段差部を形成し、該外側環状段差部に、前記セル支持板の外周部に形成された環状凸部を係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell in which one end of each of the plurality of solid oxide fuel cells is fixed to a manifold and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold includes a cell support plate, A box-shaped manifold body having an opening on one surface, and an outer annular stepped portion surrounding the opening is formed on an outer portion of the upper surface of the wall forming the opening of the manifold body. A fuel cell comprising: an annular convex portion formed on an outer peripheral portion of the cell support plate is engaged and joined, and an opening of the manifold body is closed with the cell support plate. 複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部又は係合凸部を形成するとともに、前記セル支持板の係合凹部又は係合凸部を、前記マニホールド本体の係合凸部又は係合凹部に係合させて接合し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell in which one end of each of the plurality of solid oxide fuel cells is fixed to a manifold and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold includes a cell support plate, A box-shaped manifold body having an opening on one surface, and an engagement recess or an engagement protrusion is formed on an outer peripheral portion of the cell support plate and an upper surface of the wall forming the opening of the manifold body, and the cell The engagement concave portion or the engagement convex portion of the support plate is engaged with and engaged with the engagement convex portion or the engagement concave portion of the manifold body, and the opening of the manifold body is closed with the cell support plate. A fuel cell. 複数の固体電解質型燃料電池セルの一端部をマニホールドにそれぞれ固定してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドが、セル支持板と、一面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備し、前記セル支持板の外周部及び前記マニホールド本体の開口部を形成する壁上面に、係合凹部を形成するとともに、前記セル支持板及びマニホールド本体の係合凹部の両者によって形成される空間内に、燃料電池の運転時に膨張する封止部材を収容し、前記マニホールド本体の開口部を前記セル支持板で閉塞してなることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell in which one end of each of the plurality of solid oxide fuel cells is fixed to a manifold and gas in the manifold passes through the fuel cells, and the manifold includes a cell support plate, A box-shaped manifold body having an opening on one side, and an engagement recess is formed on an outer peripheral portion of the cell support plate and an upper surface of the wall forming the opening of the manifold body, and the cell support plate and the manifold body A sealing member that expands during operation of the fuel cell is accommodated in a space formed by both of the engaging recesses of the fuel cell, and the opening of the manifold body is closed with the cell support plate. battery. 燃料電池の運転温度において固相状態の緻密なシール材、及び/又は熱膨張係数がマニホールド本体及びセル支持板と類似する緻密なシール材により、前記セル支持板が前記マニホールド本体の開口部に接合され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。 The cell support plate is joined to the opening of the manifold body by a dense seal material in a solid phase at the operating temperature of the fuel cell and / or a dense seal material having a thermal expansion coefficient similar to that of the manifold body and the cell support plate. The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the fuel cell is formed. セル支持板は板状、又は一面が開口した箱状であ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。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the cell support plate has a plate shape or a box shape with one side opened. 燃料電池セルの一端部は、セル支持板の複数のセル固定孔にそれぞれ挿入固定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。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein one end of the fuel cell is inserted and fixed in a plurality of cell fixing holes of the cell support plate. セル支持板の一つのセル固定孔の対向する内壁面に、複数の燃料電池セルを所定間隔をおいて位置決め固定するためのセル形状に対応した凹部が所定間隔を置いて形成され、該対向する凹部間に燃料電池セルの一端部が収容固定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。 Concave portions corresponding to cell shapes for positioning and fixing a plurality of fuel cells at a predetermined interval are formed at predetermined intervals on the opposing inner wall surfaces of one cell fixing hole of the cell support plate. 7. The fuel cell according to claim 1, wherein one end of the fuel cell is accommodated and fixed between the recesses. マニホールドは、下面が開口した箱状のセル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条のスリットを形成し、該スリットに、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシール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。 The manifold includes a box-shaped cell support plate having an open bottom surface and a box-shaped manifold body having an open top surface, and a plurality of slits are formed in the cell support plate, and a plurality of fuels are formed in the slit. The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the battery cell is gas-sealed by a sealing material in a state in which one end portion of the battery cell is accommodated. マニホールドは、セル支持板と、上面が開口した箱状のマニホールド本体とを具備するとともに、前記セル支持板に複数条の凹溝を形成し、該凹溝に、複数の燃料電池セルの一端部がそれぞれ収容された状態で、シール材によりガスシールされているとともに、前記セル支持板の凹溝に形成された貫通孔を介して、前記マニホールドからのガスが燃料電池セル内を通過す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 manifold includes a cell support plate and a box-shaped manifold body having an open top surface, and a plurality of grooves are formed in the cell support plate, and one end of a plurality of fuel cell units is formed in the recess. Gas is sealed with a sealing material in a state in which each is contained, and gas from the manifold passes through the fuel cell through a through-hole formed in the concave groove of the cell support plate. The fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein 燃料電池セルは中空平板状であ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。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 10, wherein the fuel cell has a hollow plate shape.
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