JP2006139985A - 燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュール - Google Patents

燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュール Download PDF

Info

Publication number
JP2006139985A
JP2006139985A JP2004327486A JP2004327486A JP2006139985A JP 2006139985 A JP2006139985 A JP 2006139985A JP 2004327486 A JP2004327486 A JP 2004327486A JP 2004327486 A JP2004327486 A JP 2004327486A JP 2006139985 A JP2006139985 A JP 2006139985A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
fuel
air
flat plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2004327486A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Miyamoto
均 宮本
Kazutaka Mori
一剛 森
Masaharu Watabe
正治 渡部
Shingo Kanehira
真吾 兼平
Koichi Takenobu
弘一 武信
Hiroshi Kishizawa
浩 岸沢
Masanori Nishiura
雅則 西浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2004327486A priority Critical patent/JP2006139985A/ja
Publication of JP2006139985A publication Critical patent/JP2006139985A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

【課題】コンパクトな構造で単位体積当たりの発電出力を大きくすることなどが可能な燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを、相互に間隔を有し、且つ、相互の空気入口１５，２１が対向するように配置された状態でインターコネクタ２５，２６により連結して、両燃料電池スタック１１，１２の側面１１ｄ，１２ｄとインターコネクタ２５，２６とで空気供給空間部２７を形成する。また、燃料電池スタック１１，１２の両端に下部マニホールド４１と上部マニホールド５１を取り付け、下部マニホールド４１に設けた空気導入管４６を空気供給空間部２７に挿入する。また、燃料ガスと空気の出入口１５〜１８，２１〜２４の位置により、燃料ガスと空気の通路形状を同じにする。また、燃料電池スタック１１，１２は端面よりも側面のほうが長い直方体状とする。
【選択図】図７

Description

本発明は燃料電池装置に関し、具体的には平板型の燃料電池スタックを備えた燃料電池装置に関する。
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）には周知のように平板型と円筒型とがある。図１６は平板型の固体酸化物形燃料電池スタックの構成図、図１７は固体酸化物形燃料電池スタックにおける燃料ガスと空気の流し方を示す説明図である。
図１６に示すように、平板型の固体酸化物形燃料電池スタック３は、発電膜１をインターコネクタ２で挟んだ構成のセルを複数積層してなるものであり、図中に矢印で示すように各セルの発電膜１の一方の面側（燃料極側）と他方の面側（空気極側）には水素やメタンなどの燃料ガスと、空気とがそれぞれが供給されるようになっている。
燃料ガスや空気の流し方としては、従来一般に図１７に示すような方式ものが知られており、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）には燃料ガスと空気を並行に流す並行流方式のものを示し、図１７（ｃ）及び図１７（ｄ）には燃料ガスと空気を対向させて流す対向流方式のものを示し、図１７（ｅ）及び図１７（ｆ）には燃料ガスと空気を直交させて流す直交流方式のものを示している。そして、何れの方式においても、各セルの発電膜に均一に燃料ガスや空気を流すために固体酸化物形燃料電池スタック３の燃料出入口部及び空気出入口部にはマニホールド４が設けられている。
なお、マニホールドを備えた平板型の固体酸化物形燃料電池スタックを開示する先行技術文献としては、例えば下記の特許文献１がある。
特開２０００−３０６５９３号公報
上記のように従来の固体酸化物形燃料電池スタックでは燃料ガスや空気を流すために燃料出入口部及び空気出入口部のそれぞれにマニホールドを設ける必要があり、このマニホールドの占有する体積が大きいため、単位体積当たりの発電出力（ｋＷ／ｍ3）が小さくなっていた（装置がかさばっていた）。
従って本発明は上記の事情に鑑み、コンパクトな構造で単位体積当たりの発電出力を大きくすることなどが可能な燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュールを提供することを課題とする。
上記課題を解決する第１発明の燃料電池装置は、平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第１の燃料電池スタックと、
平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第２の燃料電池スタックと、
第１の燃料入口部を有する第１の燃料供給空間部と、第２の燃料入口部を有する第２の燃料供給空間部と、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部と、この部分に設けられた長尺の空気導入管とを有してなる第１のマニホールドと、
第１の空気出口部を有する第１の空気排出空間部と、第２の空気出口部を有する第２の空気排出空間部と、前記第１の空気排出空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部とを有してなる第２のマニホールドとを備えており、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとが、相互に間隔を有し、且つ、前記第１の燃料電池スタックの空気入口と前記第２の燃料電池スタックの空気入口とが対向するように配置された状態で前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の表面側と他方の表面側とにそれぞれ設けられた第１の平板と第２の平板とによって連結され、前記第１の燃料電池スタックの側面と前記第２の燃料電池スタックの側面と前記第１の平板と前記第１の平板とで空気供給空間部が形成されており、
前記第１のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の端面側に取り付けられて、前記第１の燃料供給空間部が前記第１の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第２の燃料供給空間部が前記第２の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の一端部に位置し、且つ、前記空気導入管が、前記空気供給空間部内に挿入されて空気を前記空気供給空間部の一端側から他端側へと導入した後に前記空気供給空間部内に排出するようになっており、
前記第２のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの他方の端面側に取り付けられて、前記第１の空気排出空間部が前記第１の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、前記第２の空気排出空間部が前記第２の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、前記第１の空気排出空間部と前記第２の空気排出空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の他端部に位置していることを特徴とする。
また、第２発明の燃料電池装置は、第１発明の燃料電池装置において、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ同極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れも導電体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に並列接続していることを特徴する。
また、第３発明の燃料電池装置は、第１発明の燃料電池装置において、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ異極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れか一方が導電体、他方が絶縁体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に直列接続していることを特徴する。
また、第４発明の燃料電池装置は、第１，第２又は第３発明の燃料電池装置において、
前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面とを全面的に覆うものであることを特徴とする。
また、第５発明の燃料電池装置は、第１，第２又は第３発明の燃料電池装置において、
前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面の縁部を覆う短冊状のものであり、前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックと前記第１の平板と前記第２の平板の外周に少なくとも１体の補強枠が嵌められていることを特徴とする。
また、第６発明の燃料電池装置は、第１，第２，第３，第４又は第５発明の燃料電池装置において、
前記第１のマニホールドが下側、前記第２のマニホールドが上側となるように配置したことを特徴とする。
また、第７発明の燃料電池装置は、第１，第２，第３，第４又は第５発明の燃料電池装置において、
前記第１のマニホールドが上側、前記第２のマニホールドが下側となるように配置したことを特徴とする。
また、第８発明の燃料電池装置は、第１，第２，第３，第４，第５，第６又は第７に記載の燃料電池装置において、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは端面の長さよりも側面の長さのほうが長い直方体状であることを特徴とする。
また、第９発明の燃料電池装置は、平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第１の燃料電池スタックと、
平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第２の燃料電池スタックと、
第１の燃料入口部を有する第１の燃料供給空間部と、第２の燃料入口部を有する第２の燃料供給空間部と、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部とを有してなる第１のマニホールドと、
第１の空気出口部を有する第１の空気排出空間部と、第２の空気出口部を有する第２の空気排出空間部と、空気入口部を有する前記第１の空気排出空間部と前記第２の空気排出空間部との間の空間部とを有してなる第２のマニホールドとを備えており、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとが、相互に間隔を有し、且つ、前記第１の燃料電池スタックの空気入口と前記第２の燃料電池スタックの空気入口とが対向するように配置された状態で前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の表面側と他方の表面側とにそれぞれ設けられた第１の平板と第２の平板とによって連結され、前記第１の燃料電池スタックの側面と前記第２の燃料電池スタックの側面と前記第１の平板と前記第１の平板とで空気供給空間部が形成されており、
前記第１のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の端面側に取り付けられて、前記第１の燃料供給空間部が前記第１の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第２の燃料供給空間部が前記第２の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の一端部に位置しており、
前記第２のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの他方の端面側に取り付けられて、前記第１の空気排出空間部が前記第１の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、前記第２の空気排出空間部が前記第２の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、且つ、前記第１の空気排出空間部と前記第２の空気排出空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の他端部に位置していることを特徴とする。
また、第１０発明の燃料電池装置は、第９発明の燃料電池装置において、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ同極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れも導電体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に並列接続していることを特徴する。
また、第１１発明の燃料電池装置は、第９発明の燃料電池装置において、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ異極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れか一方が導電体、他方が絶縁体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に直列接続していることを特徴する。
また、第１２発明の燃料電池装置は、第９，第１０又は第１１発明の燃料電池装置において、
前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面とを全面的に覆うものであることを特徴とする。
また、第１３発明の燃料電池装置は、第９，第１０又は第１１発明の燃料電池装置において、
前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面の縁部を覆う短冊状のものであり、前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックと前記第１の平板と前記第２の平板の外周に少なくとも１体の補強枠が嵌められていることを特徴とする。
また、第１４発明の燃料電池装置は、第９，第１０，第１１，第１２又は第１３発明の燃料電池装置において、
前記第１のマニホールドが下側、前記第２のマニホールドが上側となるように配置したことを特徴とする。
また、第１５発明の燃料電池装置は、第９，第１０，第１１，第１２又は第１３発明の燃料電池装置において、
前記第１のマニホールドが上側、前記第２のマニホールドが下側となるように配置したことを特徴とする。
また、第１６発明の燃料電池装置は、第９，第１０，第１１，第１２，第１３，第１４又は第１５発明の燃料電池装置において、
前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは端面の長さよりも側面の長さのほうが長い直方体状であることを特徴とする。
また、第１７発明の燃料電池モジュールは、第１〜第１６発明の何れかの燃料電池装置を筐体内に複数配設し、これらの燃料電池装置を、導電体を介して電気的に接続したことを特徴とする。
第１発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとが、相互に間隔を有し、且つ、第１の燃料電池スタックの空気入口と第２の燃料電池スタックの空気入口とが対向するように配置された状態で第１の燃料電池スタック及び第２の燃料電池スタックの一方の表面側と他方の表面側とにそれぞれ設けられた第１の平板と第２の平板とによって連結され、第１の燃料電池スタックの側面と第２の燃料電池スタックの側面と第１の平板と第１の平板とで空気供給空間部が形成されているため、この空気供給空間部が、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとに共通のマニホールドとなり、その分、マニホールドの占有体積が低減されるため、コンパクトな構造となって、単位体積当たりの発電出力を大きくすることなどが可能となり、コスト低減を図ることができる。また、マニホールドが低減される分、シールを要する箇所も低減される。更には、燃料電池スタックを２並列としたため、有効面積の大面積化も可能となる。
また、空気は、空気導入管によって空気供給空間部の一端側から他端側へと導入された後に空気供給空間部内に排出されるため、その後、更に空気導入管の外側を通って空気供給空間部の他端側から一端側へと流れてから、第１の燃料電池スタックの空気入口と第２の燃料電池スタックの空気入口より第１の燃料電池スタック内と第２の燃料電池スタック内とに流入することになる。従って、空気は空気供給空間部内を往復流動することになり、この間に空気と第１の燃料電池スタック及び第２の燃料電池スタックとの熱交換が充分に行われるため、空気は充分に昇温（予熱）される一方、第１の燃料電池スタック及び第２の燃料電池スタックは充分に冷却される。空気は燃料ガスよりも大量に流すため、このように空気供給空間部において空気と燃料電池スタックとの熱交換を行うことは非常に有効である。
また、第１の燃料電池スタックでは空気入口が一方の側面の一端側に形成され、燃料入口が一方の端面に形成され、空気出口が他方の端面に形成され、燃料出口が他方の側面の他端側に形成されており、第２の燃料電池スタックでも空気入口が一方の側面の一端側に形成され、燃料入口が一方の端面に形成され、空気出口が他方の端面に形成され、燃料出口が他方の側面の他端側に形成されていることから、両燃料電池スタックとも、燃料ガスの通路形状と空気の通路形状とが同じになるため、両者の圧力損失が原理上、同等となる。
第２発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ同極であるため、簡単に導電体の第１の平板と第２の平板とで第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックを電気的に並列接続することができる。
第３発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ異極であるため、簡単に何れか一方が導電体で何れか他方が絶縁体の第１の平板と第２の平板とで第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックを電気的に直列接続することができる。
第４発明の燃料電池装置によれば、第１の平板と第２の平板は第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面とを全面的に覆うものであるため、簡単に第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックの連結強度を確保することができる。
第５発明の燃料電池装置によれば、上記第４発明では燃料電池スタックの表面の２倍以上の面積の第１の平板と第２の平板（インターコネクタ）を必要とするのに対して、補強枠を用いることにより、短冊状の第１の平板と第２の平板（インターコネクタ）を用いても第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックの連結強度を確保することができる。
第６発明の燃料電池装置によれば、第１のマニホールドが下側、第２のマニホールドが上側となるように配置したことにより、両燃料電池スタックの空気入口及び燃料入口が下側、空気出口及び燃料出口が上側となるため、燃料ガス及び空気の流れが下から上へ向かう方向となり、昇温によって燃料ガスや空気に生じる浮力と同じ方向となることから、燃料ガスや空気を流し易くなる。
第７発明の燃料電池装置によれば、第１のマニホールドが上側、第２のマニホールドが下側となるように配置したことにより、両燃料電池スタックの空気入口及び燃料入口が上側、空気出口及び燃料出口が下側となるため、比較的低温の燃料ガスと空気とが両燃料電池スタックの上部に流入し、両燃料電池スタックの発熱によって加熱された燃料ガスと空気が両燃料電池スタックの下部から排出されることになる。このため、筐体内に燃料電池装置を配置した場合などに比較的高くなる上部側の温度を、上側から供給される比較的低温の燃料ガスや空気によって下げることができる。
第８発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックは端面の長さよりも側面の長さのほうが長い直方体状であるため、空気供給空間部の長さが長くなって空気供給空間部内における空気の流動距離が長くなるため、空気と両燃料電池スタックとの熱交換をより確実に行うことができる。
第９発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとが、相互に間隔を有し、且つ、第１の燃料電池スタックの空気入口と第２の燃料電池スタックの空気入口とが対向するように配置された状態で第１の燃料電池スタック及び第２の燃料電池スタックの一方の表面側と他方の表面側とにそれぞれ設けられた第１の平板と第２の平板とによって連結され、第１の燃料電池スタックの側面と第２の燃料電池スタックの側面と第１の平板と第１の平板とで空気供給空間部が形成されているため、この空気供給空間部が、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックとに共通のマニホールドとなり、その分、マニホールドの占有体積が低減されるため、コンパクトな構造となって、単位体積当たりの発電出力を大きくすることなどが可能となり、コスト低減を図ることができる。また、マニホールドが低減される分、シールを要する箇所も低減される。更には、燃料電池スタックを２並列としたため、有効面積の大面積化も可能となる。
また、空気は、第２マニホールドの空気入口部及び第１の空気排出空間部と第２の空気排出空間部との間の空間部を介して空気供給空間部の他端側に流入した後、空気供給空間部の他端側から一端側へと流れてから、第１の燃料電池スタックの空気入口と第２の燃料電池スタックの空気入口より第１の燃料電池スタック内と第２の燃料電池スタック内とに流入することになる。従って、この場合にも、流動距離が上記第１発明の場合の半分になるため上記第１発明ほどではないものの、空気と第１の燃料電池スタック及び第２の燃料電池スタックとの熱交換が行われるため、空気は昇温（予熱）される一方、第１の燃料電池スタック及び第２の燃料電池スタックは冷却される。空気は燃料ガスよりも大量に流すため、この場合にも空気供給空間部において空気と燃料電池スタックとの熱交換を行うことは非常に有効である。しかも、空気導入管を用いないため、装置構成が簡単である。
また、第１の燃料電池スタックでは空気入口が一方の側面の一端側に形成され、燃料入口が一方の端面に形成され、空気出口が他方の端面に形成され、燃料出口が他方の側面の他端側に形成されており、第２の燃料電池スタックでも空気入口が一方の側面の一端側に形成され、燃料入口が一方の端面に形成され、空気出口が他方の端面に形成され、燃料出口が他方の側面の他端側に形成されていることから、両燃料電池スタックとも、燃料ガスの通路形状と空気の通路形状とが同じになるため、両者の圧力損失が原理上、同等となる。
第１０発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ同極であるため、簡単に導電体の第１の平板と第２の平板とで第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックを電気的に並列接続することができる。
第１１発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ異極であるため、簡単に何れか一方が導電体で何れか他方が絶縁体の第１の平板と第２の平板とで第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックを電気的に直列接続することができる。
第１２発明の燃料電池装置によれば、第１の平板と第２の平板は第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面とを全面的に覆うものであるため、簡単に第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックの連結強度を確保することができる。
第１３発明の燃料電池装置によれば、上記第１２発明では燃料電池スタックの表面の２倍以上の面積の第１の平板と第２の平板（インターコネクタ）を必要とするのに対して、補強枠を用いることにより、短冊状の第１の平板と第２の平板（インターコネクタ）を用いても第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックの連結強度を確保することができる。
第１４発明の燃料電池装置によれば、第１のマニホールドが下側、第２のマニホールドが上側となるように配置したことにより、両燃料電池スタックの空気入口及び燃料入口が下側、空気出口及び燃料出口が上側となるため、燃料ガス及び空気の流れが下から上へ向かう方向となり、昇温によって燃料ガスや空気に生じる浮力と同じ方向となることから、燃料ガスや空気を流し易くなる。
第１５発明の燃料電池装置によれば、第１のマニホールドが上側、第２のマニホールドが下側となるように配置したことにより、両燃料電池スタックの空気入口及び燃料入口が上側、空気出口及び燃料出口が下側となるため、比較的低温の燃料ガスと空気とが両燃料電池スタックの上部に流入し、両燃料電池スタックの発熱によって加熱された燃料ガスと空気が両燃料電池スタックの下部から排出されることになる。このため、筐体内に燃料電池装置を配置した場合などに比較的高くなる上部側の温度を、上側から供給される比較的低温の燃料ガスや空気によって下げることができる。
第１６発明の燃料電池装置によれば、第１の燃料電池スタックと第２の燃料電池スタックは端面の長さよりも側面の長さのほうが長い直方体状であるため、空気供給空間部の長さが長くなって空気供給空間部内における空気の流動距離が長くなるため、空気と両燃料電池スタックとの熱交換をより確実に行うことができる。
第１７発明の燃料電池モジュールによれば、第１〜第１６発明の何れかの燃料電池装置を筐体内に複数配設し、これらの燃料電池装置を、導電体を介して電気的に接続したため、コンパクトな構成で発電容量の大きな燃料電池モジュールを実現することができる。また、各燃料電池装置の各燃料電池スタックの燃料出口から排出される燃料ガスは、筐体内に排出されることになるため、筐体内は燃料ガスで充満されて還元雰囲気となる。このため、燃料電池装置の酸化による劣化を防止することができる。
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき、詳細に説明する。
＜実施の形態例１＞
図１は本発明の実施の形態例１に係る燃料電池装置の構成要素である燃料電池スタックの斜視図、図２は前記燃料電池スタックの分解斜視図、図３は前記燃料電池スタックにおける燃料ガスと空気の流れを示す説明図、図４は前記燃料電池スタックを連結した状態を示す斜視図、図５は前記燃料電池スタックを連結した他の状態と補強枠とを示す斜視図、図６は前記燃料電池装置の構成要素であるマニホールドの斜視図及び断面図である。そして、図７及び図８は前記燃料電池装置の斜視図、図９は前記燃料電池装置の断面図である。
図１（ａ）には第１の燃料電池スタックとしての平板型の固体酸化物形燃料電池スタック１１を示しており、この燃料電池スタック１１をここではＬ型と称する。図１（ｂ）には第２の燃料電池スタックとしての平板型の固体酸化物形燃料電池スタック１２を示しており、この燃料電池スタック１２をここではＲ型と称する。Ｌ型燃料電池スタック１１は端面１１ａ，１１ｂの長さＬ１に比べて側面１１ｃ，１１ｄの長さＬ２のほうが長い直方体状のものある。Ｒ型燃料電池スタック１２も、Ｌ型燃料電池スタック１１と同様の形状であり、端面１１ａ，１１ｂの長さＬ１に比べて側面１１ｃ，１１ｄの長さＬ２のほうが長い直方体状のものある。
Ｌ型燃料電池スタック１１は、例えば図２（ａ）に例示するように発電膜１３を導電性のランタンクロマイトなどのセラミックスからなるインターコネクタ１４で挟んだ構成のセルを複数積層してなるものであり、電気的には各セルが直列に接続されている。Ｌ型燃料電池スタック１１の一方の表面１１ｅはインターコネクタ１４からなるものであって正極又は負極の何れか一方となり、Ｌ型燃料電池スタック１１の他方の表面１１ｆはインターコネクタ１４からなるものであって正極又は負極の何れか他方となっている。各セルの発電電圧は例えば０．７Ｖであり、Ｌ型燃料電池スタック１１はセルの積層数に応じた発電電圧となる。
また、各セルの発電膜１３の一方の面側（燃料極側）と他方の面側（空気極側）には、水素やメタンなどの燃料ガスと、空気とがそれぞれが供給されるようになっている。各セルの空気入口１５は一方の側部の一端側に形成され、燃料入口１６は一方の端部の略全体にわたって形成され、空気出口１７は他方の端部の略全体にわたって形成され、燃料出口１８は他方の側部の他端側に形成されている。
従って、図１（ａ）に示すようにＬ型燃料電池スタック１１は、平板型であって空気入口１５が一方の側面１１ｄの一端側（下端側）に形成され、燃料入口１６が一方の端面（下端面）１１ｂに形成され、空気出口１７が他方の端面（上端面）１１ａに形成され、燃料出口１８が他方の側面１１ｃの他端側（上端側）に形成された構成となっている。このため、Ｌ型燃料電池スタック１１では、図３（ａ）に矢印で示すように空気は一方の側面１１ｄの空気入口１７から流入し、各セルの発電膜１３に供給されて発電のために消費された後、その残りが他方の端面１１ａの空気出口１７から排出され、燃料ガスは一方の端面１１ｂの燃料入口１６から流入し、各セルの発電膜１３に供給されて発電のために消費された後、その残りが他方の側面１１ｃの燃料出口１８から排出される。
また、Ｒ型燃料電池スタック１２は、例えば図２（ｂ）に例示すように発電膜１９をインターコネクタ２０で挟んだ構成のセルを複数積層してなるものであり、電気的には各セルが直列に接続されている。Ｒ型燃料電池スタック１２の一方の表面２１ｅはインターコネクタ２０からなるものであってＬ型燃料電池スタック１１の一方の表面１１ｅと同極となり、Ｒ型燃料電池スタック１２の他方の表面１２ｆはインターコネクタ２０からなるものであってＬ型燃料電池スタック１１の他方の表面１１ｆと同極となっている。各セルの発電電圧は例えば０．７Ｖであり、Ｒ型燃料電池スタック１２はセルの積層数に応じた発電電圧（Ｌ型燃料電池スタック１１と同じ発電電圧）となる。
また、各セルの発電膜１９の一方の面側（燃料極側）と他方の面側（空気極側）には、水素やメタンなどの燃料ガスと、空気とがそれぞれが供給されるようになっている。各セルの空気入口２１は一方の側部の一端側に形成され、燃料入口２２は一方の端部の略全体にわたって形成され、空気出口２３は他方の端部の略全体にわたって形成され、燃料出口２４は他方の側部の他端側に形成されている。
従って、図１（ｂ）に示すようにＲ型燃料電池スタック１２は、平板型であって空気入口２１が一方の側面１２ｄの一端側（下端側）に形成され、燃料入口２２が一方の端面（下端面）１２ｂに形成され、空気出口２３が他方の端面（上端面）１２ａに形成され、燃料出口２４が他方の側面１２ｃの他端側（上端側）に形成された構成となっている。このため、Ｒ型燃料電池スタック１２では、図３（ｂ）に矢印で示すように空気は一方の側面１２ｄの空気入口２１から流入し、各セルの発電膜１９に供給されて発電のために消費された後、その残りが他方の端面１２ａの空気出口２３から排出され、燃料ガスは一方の端面１２ｂの燃料入口２２から流入し、各セルの発電膜１９に供給されて発電のために消費された後、その残りが他方の側面１２ｃの燃料出口２４から排出される。
そして、これらのＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを一対として、図４又は図５のように連結する。
図４では、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とが、相互に間隔を有し、且つ、Ｌ型燃料電池スタック１１の空気入口１５とＲ型燃料電池スタック１２の空気入口２１とが対向するように配置された状態でＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面１１ｅ，１２ｅ側と他方の表面１１ｆ，１２ｆ側とにそれぞれ設けた第１の平板としてのインターコネクタ２５と、第２の平板としてのインターコネクタ２６とによって連結されている。インターコネクタ２５，２６は導電性のランタンクロマイトなどのセラミックスからなるものである。
従って、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２との間には、Ｌ型燃料電池スタック１１の側面１１ｄとＲ型燃料電池スタック１２の側面１２ｄとインターコネクタ２５，２６とで空気供給空間部２７が形成されている。
また、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２は一方の表面１１ｅ，１２ｅ側同士と、他方の表面１１ｆ，１２ｆ側同士とがそれぞれ同極であるため、インターコネクタ２５，２６によって電気的に並列に接続されている。換言すれば、このような並列接続をするためにＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを用いている。つまり、Ｌ型燃料電池スタック１１を反転させれば空気出入口や燃料出入口の位置などが外見上はＲ型燃料電池スタック１２と同様になるが、正極と負極も反転してしまうため、Ｌ型燃料電池スタック１１を２体用いた場合にはインターコネクタ２５，２６を用いて並列接続することはできない。勿論、Ｒ型燃料電池スタック１２を２体用いた場合も同様である。これに対し、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを用いれば、両者の極性をそろえることができるため、インターコネクタ２５，２６を用いて簡単に並列接続することができる。
なお、インターコネクタ２５，２６はＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面１１ｅ，１２ｅ側と他方の表面１１ｆ，１２ｆ側とを全面的に覆うものであり、十分な連結強度を確保することができる。
また、図５（ａ）では、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とが、相互に間隔を有し、且つ、Ｌ型燃料電池スタック１１の空気入口１５とＲ型燃料電池スタック１２の空気入口２１とが対向するように配置された状態でＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面１１ｅ，１２ｅ側と他方の表面１１ｆ，１２ｆ側とにそれぞれ設けた第１の平板としての短冊状のインターコネクタ２８と、第２の平板としての短冊状のインターコネクタ２９とによって連結されている。インターコネクタ２８，２９は導電性のランタンクロマイトなどのセラミックスからなるものである。
従って、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２との間には、Ｌ型燃料電池スタック１１の側面１１ｄとＲ型燃料電池スタック１２の側面１２ｄとインターコネクタ２８，２９とで空気供給空間部２７が形成されている。また、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２は一方の表面１１ｅ，１２ｅ側同士と、他方の表面１１ｆ，１２ｆ側同士とがそれぞれ同極であるため、インターコネクタ２８，２９によって電気的に並列に接続されている。換言すれば、前述のとおり、このような並列接続をインターコネクタ２８，２９によって簡単に行うことができるようにするためにＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを用いている。図４と図５では、インターコネクタの大きさが異なる他は同様の構成となっている。
但し、図５の場合、短冊状のインターコネクタ２８，２９はＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面１１ｅ，１２ｅと他方の表面１１ｆ，１２ｆの縁部を覆っているだけであり、上記のように表面１１ｅ，１２ｅ，１１ｆ，１２ｆを全面的に覆うインターコネクタ２５，２６を用いた場合に比べて連結強度が弱くなるため、図５（ｂ）に示すような矩形の補強枠３０を用いてもよい。なお、両燃料電池スタック１１，１２の上下両端部は、後述するマニホールド（図６参照）によって連結固定される。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第１のマニホールドとしての下部マニホールド４１は、第１の燃料入口部４２を有する第１の燃料供給空間部４３と、第２の燃料入口部４４を有する第２の燃料供給空間部４５と、第１の燃料供給空間部４３と第２の燃料供給空間部４５との間の空間部４９と、この部分４９に設けられた長尺の空気導入管４６とを有してなるものである。換言すると、下部マニホールド４１は長尺のものであり、長手方向の一方側に第１の燃料供給空間部４３を有し、長手方向の他方側に第２の燃料供給空間部４５を有し、長手方向の中央部に第１の燃料供給空間部４３と第２の燃料供給空間部４５との間の空間部４９を有している。第１の燃料供給空間部４３と第２の燃料供給空間部４５との間の空間部４９（空気導入管４６を設けた部分）と、第１の空気排出空間部４３及び第２の空気排出空間部４５とは、それぞれ一方の仕切り板４７と他方の仕切り板４８とによって仕切られている。
図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、第２のマニホールドとしての上部マニホールド５１は、第１の空気出口部５２を有する第１の空気排出空間部５３と、第２の空気出口部５４を有する第２の空気排出空間部５５と、第１の空気排出空間部５３と第２の空気排出空間部５５との間の空間部５８とを有してなるものである。換言すると、上部マニホールド５１は長尺のものであり、長手方向の一方側に第１の空気排出空間部５３を有し、長手方向の他方側に第２の空気排出空間部５５を有しており、長手方向の中央部に第１の空気排出空間部５３と第２の空気排出空間部５５との間の空間部５８を有している。第１の空気排出空間部５３と第２の空気排出空間部５５との間の空間部５８と、第１の空気排出空間部５３及び第２の空気排出空間部５５とは、それぞれ一方の仕切り板５６と他方の仕切り板５７とによって仕切られている。なお、マニホールド４１，５１の材質としては燃料電池スタック１１，１２と同じ熱膨張率を持たせるためにアルミナやジルコニアなどのセラミックスが望ましい。また、空気導入管４６の材質としてはアルミナやジルコニアなどのセラミックスやＳＵＳなどを適用することができる。
そして、これらの上部マニホールド４１と下部マニホールド５１を、図４及び図５に示す構成のものにそれぞれ取り付けて組み立てたものが、図７に示す燃料電池装置と図８に示す燃料電池装置である。なお、図８の燃料電池装置では、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２の連結強度を補強するため、２体の補強枠３０がＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とインターコネクタ２８，２９の外周に嵌められている。補強枠３０の数は２体に限らず、所要の補強強度に応じて１体でも３体以上でもよい。
図７の燃料電池装置と図８の燃料電池装置は、何れも上部マニホールド４１と下部マニホールド５１Ｌとが、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とに対して同じように取り付けられている。
即ち、図７，図８及び図９に示すように、下部マニホールド４１はＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２の一方の端面（下端面）１１ｂ，１２ｂ側に取り付けられて、第１の燃料供給空間部４３がＬ型燃料電池スタック１１の燃料入口１６側に位置し、第２の燃料供給空間部４５がＲ型燃料電池スタック１２の燃料入口２２側に位置し、第１の燃料供給空間部４３と第２の燃料供給空間部４５との間の空間部４９が空気供給空間部２７の一端部に位置し、且つ、空気導入管４６が、空気供給空間部２７内に挿入されて空気を空気供給空間部２７の一端側から他端側へと導入した後に空気供給空間部２７内に排出するようになっている。また、下部マニホールド４１と両燃料電池スタック１１，１２との間には燃料ガスや空気の漏洩を防止するためのシール部材としてＯリング６０が設けられている。
上部マニホールド５１はＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２の他方の端面（上端面）１１ａ，１２ａ側に取り付けられて、第１の空気排出空間部５３がＬ型燃料電池スタック１１の空気出口１７側に位置し、第２の空気排出空間部５５がＲ型燃料電池スタック１２の空気出口２３側に位置し、且つ、第１の空気排出空間部５３と第２の空気排出空間部５５との間の空間部５８が空気供給空間部２７の他端部に位置している。また、上部マニホールド５１と両燃料電池スタック１１，１２との間には空気の漏洩を防止するためのシール部材としてＯリング６０が設けられている。
従って、これらの燃料電池装置では図９に矢印で示すように燃料ガスと空気とが流れる。即ち、Ｌ型燃料電池スタック１１側では、燃料は下部マニホールド４１の第１の燃料入口部４２から第１の燃料供給空間部４３に流入し、Ｌ型燃料電池スタック１１の燃料入口１６からＬ型燃料電池スタック１１内に流入してＬ型燃料電池スタック１１内を流れた後、燃料出口１８から排出される。また、Ｒ型燃料電池スタック１２側では、燃料は下部マニホールド４１の第２の燃料入口部４４から第２の燃料供給空間部４５に流入し、Ｒ型燃料電池スタック１２の燃料入口２２からＲ型燃料電池スタック１２内に流入してＲ型燃料電池スタック１２内を流れた後、燃料出口２４から排出される。
そして、空気は、空気導入管４６によって空気供給空間部２７の一端（下端）側から他端（上端）側へと導入された後に空気供給空間部２７内に排出された後、空気導入管４６の外側を通って空気供給空間部２７の他端（上端）側から一端（下端）へと流れる。このとき空気はＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２との熱交換により加熱（予熱）されて、空気導入管４６への流入時には例えば排ガスとの熱交換器などの適宜の加熱手段により予め加熱されて６００℃程度あったものが、固体酸化物形燃料電池の発電（反応）に適した温度（例えば８００〜１０００℃）まで昇温される。逆にＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２は空気によって冷却されるため、発電（反応）時の発熱による過度の温度上昇が抑制される。
その後、空気はＬ型燃料電池スタック１１の空気入口１５とＲ型燃料電池スタック１２の空気入口２１とから、Ｌ型燃料電池スタック１１内とＲ型燃料電池スタック１２内とに流入する。Ｌ型燃料電池スタック１１内に流入した空気はＬ型燃料電池スタック１１内を流れた後、Ｌ型燃料電池スタック１１の空気出口１７から上部マニホールド５１の第１の空気排出空間部５３内に排出されて第１の空気出口部５２から排出される。Ｒ型燃料電池スタック１２内に流入した空気はＲ型燃料電池スタック１２内を流れた後、Ｒ型燃料電池スタック１２の空気出口２３から上部マニホールド５１の第２の空気排出空間部５５内に排出されて第２の空気出口部５４から排出される。
以上のことから、本実施の形態例１によれば次のような作用効果が得られる。
即ち、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とが、相互に間隔を有し、且つ、Ｌ型燃料電池スタック１１の空気入口１５とＲ型燃料電池スタック１２の空気入口２１とが対向するように配置された状態でＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面１１ｅ，１２ｅ側と他方の表面１１ｆ，１２ｆ側とにそれぞれ設けられたインターコネクタ２５，２６によって連結され、Ｌ型燃料電池スタック１１の側面１１ｄとＲ型燃料電池スタック１２の側面１２ｄとインターコネクタ２５，２６とで空気供給空間部２７が形成されているため、この空気供給空間部２７が、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とに共通のマニホールドとなり、その分、マニホールドの占有体積が低減されるため、コンパクトな構造となって、単位体積当たりの発電出力を大きくすることなどが可能となり、コスト低減を図ることができる。また、マニホールドが低減される分、シールを要する箇所も低減される。更には、燃料電池スタック１１，１２を２並列としたため、有効面積の大面積化も可能となる。
また、空気は、空気導入管４６によって空気供給空間部２７の一端側から他端側へと導入された後に空気供給空間部２７内に排出されるため、その後、更に空気導入管４６の外側を通って空気供給空間部２７の他端側から一端側へと流れてから、Ｌ型燃料電池スタック１１の空気入口１５とＲ型燃料電池スタック１２の空気入口２１よりＬ型燃料電池スタック１１内とＲ型燃料電池スタック１２内とに流入することになる。従って、空気は空気供給空間部２７内を往復流動することになり、この間に空気とＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２との熱交換が充分に行われるため、空気は充分に昇温（予熱）される一方、Ｌ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２は充分に冷却される。空気は燃料ガスよりも大量に流すため、このように空気供給空間部２７において空気と燃料電池スタック１１，１２との熱交換を行うことは非常に有効である。
また、Ｌ型燃料電池スタック１１では空気入口１５が一方の側面１１ｄの一端側に形成され、燃料入口１６が一方の端面１１ｂに形成され、空気出口１７が他方の端面１１ａに形成され、燃料出口１８が他方の側面１１ｃの他端側に形成されており、Ｒ型燃料電池スタック１２でも空気入口２１が一方の側面１２ｄの一端側に形成され、燃料入口２２が一方の端面１２ｂに形成され、空気出口２３が他方の端面１２ａに形成され、燃料出口２４が他方の側面１２ｃの他端側に形成されていることから、両燃料電池スタック１１，１２とも、燃料ガスの通路形状と空気の通路形状とが同じになるため、両者の圧力損失が原理上、同等となる。
また、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２は一方の表面１１ｅ，１２ｅ側同士と他方の表面１１ｆ，１２ｆ側同士とがそれぞれ同極であるため、簡単にインターコネクタ２５，２６又は２８，２９でＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２を電気的に並列接続することができる。
また、図７の燃料電池装置ではインターコネクタ２５，２６がＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタックの一方の表面１１ｅ，１２ｅと他方の表面１１ｆ，１２ｆとを全面的に覆うものであるため、簡単にＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２の連結強度を確保することができる。
また、図８の燃料電池装置によれば、図７の燃料電池装置では燃料電池スタックの表面の２倍以上の面積のインターコネクタ２５，２６を必要とするのに対して、補強枠３０を用いることにより、短冊状のインターコネクタ２８，２９を用いてもＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２の連結強度を確保することができる。
また、下部マニホールド４１，６１が下側、上部マニホールド５１，７１が上側となるように配置したことにより、両燃料電池スタック１１，１２の空気入口１５，２１及び燃料入口１６，２２が下側、空気出口１７，２３及び燃料出口１８，２４が上側となるため、燃料ガス及び空気の流れが下から上へ向かう方向となり、昇温によって燃料ガスや空気に生じる浮力と同じ方向となることから、燃料ガスや空気を流し易くなる。
また、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２は端面１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂの長さＬ１よりも側面１１ｃ，１１ｄ，１２ｃ，１２ｄの長さＬ２のほうが長い直方体状であるため、空気供給空間部２７の長さが長くなって空気供給空間部２７内における空気の流動距離が長くなるため、空気と両燃料電池スタック１１，１２との熱交換をより確実に行うことができる。なお、Ｌ１とＬ２の比率（Ｌ１：Ｌ２）は、空気と燃料電池スタックとの熱交換を充分に行うという観点からは１：３以上とすることが望ましいが、あまりＬ２が長くなると強度的な問題も生じるため、１：３〜１：５の範囲とするのが望ましい。
なお、必ずしも上記のようにＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを用いて電気的に並列に接続する場合に限定するものでなく、本発明は２体の燃料電池スタックを電気的に直列に接続する場合にも適用することができる。
即ち、図７の燃料電池装置において、Ｒ型燃料電池スタック１２に代えてもう１体のＬ型燃料電池スタック１１を用い、且つ、その向き反転する、或いは、Ｌ型燃料電池スタック１１に代えてもう１対のＲ型燃料電池スタック１２を用い、且つ、その向きを反転する。そして、２体のＬ型燃料電池スタック１１の一方の表面１１ｅ，１１ｆ側同士は導電体のインターコネクタ２５で連結する一方、２体のＬ型燃料電池スタック１１の他方の表面１１ｆ，１１ｅ側同士は導電体のインターコネクタ２６に代えて絶縁体の平板で連結する。かくして、２体のＬ型燃料電池スタック１１が電気的に直列接続される。或いは、２体のＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面１２ｅ，１２ｆ側同士は導電体のインターコネクタ２５で連結する一方、２体のＲ型燃料電池スタック１２の他方の表面１２ｆ，１２ｅ側同士は導電体のインターコネクタ２６に代えてアルミナやジルコニアなどの絶縁体の平板で連結する。かくして、２体のＲ型燃料電池スタック１２が電気的に直列接続される。なお、この場合、インターコネクタ２５，２６の何れをアルミナやジルコニアなどの絶縁体の平板に代えてもよい。
図８の燃料電池装置においても、同様にＲ型燃料電池スタック１２に代えてもう１体のＬ型燃料電池スタック１１を用い、且つ、その向き反転する、或いは、Ｌ型燃料電池スタック１１に代えてもう１対のＲ型燃料電池スタック１２を用い、且つ、その向きを反転する。そして、２体のＬ型燃料電池スタック１１の一方の表面１１ｅ，１１ｆ側同士は導電体のインターコネクタ２８で連結する一方、２体のＬ型燃料電池スタック１１の他方の表面１１ｆ，１１ｅ側同士は導電体のインターコネクタ２９に代えて絶縁体の平板で連結する。かくして、２体のＬ型燃料電池スタック１１が電気的に直列接続される。或いは、２体のＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面１２ｅ，１２ｆ側同士は導電体のインターコネクタ２８で連結する一方、２体のＲ型燃料電池スタック１２の他方の表面１２ｆ，１２ｅ側同士は導電体のインターコネクタ２９に代えてセラミックスなどの絶縁体の平板で連結する。かくして、２体のＲ型燃料電池スタック１２が電気的に直列接続される。なお、この場合も、インターコネクタ２８，２９の何れを絶縁体の平板に代えてもよい。
これらの場合にも、電気的な接続が直列と並列とで異なる他は、上記並列接続の場合と同様の作用効果が得られる。但し、この場合には、２体のＬ型燃料電池スタック１１又は２体のＲ型燃料電池スタック１２の一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ異極であるため、簡単に何れか一方が導電体で何れか他方が絶縁体の第１の平板と第２の平板とで２体の燃料電池スタック１１又は２体の燃料電池スタック１２を電気的に直列接続することができることになる。
＜実施の形態例２＞
図１０は本発明の実施の形態例２に係る燃料電池装置の構成要素であるマニホールドの斜視図及び断面図である。そして、図１１は前記燃料電池装置の斜視図、図１２は前記燃料電池装置の断面図である。なお、本実施の形態例２はマニホールドが上記実施の形態例１と異なる他は上記実施の形態例１と同様であるため、図１０〜図１２において上記実施の形態例１（図１〜図９参照）と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、第１のマニホールドとしての下部マニホールド６１は、第１の燃料入口部６２を有する第１の燃料供給空間部６３と、第２の燃料入口部６４を有する第２の燃料供給空間部６５と、第１の燃料供給空間部６３と第２の燃料供給空間部６５との間の空間部６６とを有してなるものである。換言すると、下部マニホールド６１は長尺のものであり、長手方向の一方側に第１の燃料供給空間部６３を有し、長手方向の他方側に第２の燃料供給空間部６５を有し、長手方向の中央部に第１の燃料供給空間部４３と第２の燃料供給空間部４５との間の空間部６６を有している。第１の燃料供給空間部６３と第２の燃料供給空間部６５との間の空間部４９と、第１の空気排出空間部６３及び第２の空気排出空間部６５とは、それぞれ一方の仕切り板６７と他方の仕切り板６８とによって仕切られている。
図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示すように、第２のマニホールドとしての上部マニホールド７１は、第１の空気出口部７２を有する第１の空気排出空間部７３と、第２の空気出口部７４を有する第２の空気排出空間部７５と、空気入口部７６を有する第１の空気排出空間部７３と第２の空気排出空間部７５との間の空間部７７とを有してなるものである。換言すると、上部マニホールド７１は長尺のものであり、長手方向の一方側に第１の空気排出空間部７３を有し、長手方向の他方側に第２の空気排出空間部７５を有しており、長手方向の中央部に第１の空気排出空間部７３と第２の空気排出空間部７５との間の空間部７７を有している。第１の空気排出空間部７３と第２の空気排出空間部７５との間の空間部７７と、第１の空気排出空間部７３及び第２の空気排出空間部７５とは、それぞれ一方の仕切り板７８と他方の仕切り板７９とによって仕切られている。なお、マニホールド６１，７１の材質としては燃料電池スタック１１，１２と同じ熱膨張率を持たせるためにアルミナやジルコニアなどのセラミックスが望ましい。
そして、これらの上部マニホールド６１と下部マニホールド７１を、図４に示す構成のものにそれぞれ取り付けて組み立てたものが、図１１に示す燃料電池装置である。
即ち、図１１及び図１２に示すように、下部マニホールド６１はＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２の一方の端面（下端面）１１ｂ，１２ｂ側に取り付けられて、第１の燃料供給空間部６３がＬ型燃料電池スタック１１の燃料入口１６側に位置し、第２の燃料供給空間部６５がＲ型燃料電池スタック１２の燃料入口２２側に位置し、第１の燃料供給空間部６３と第２の燃料供給空間部６５との間の空間部６６が空気供給空間部２７の一端部に位置している。また、下部マニホールド６１と両燃料電池スタック１１，１２との間には燃料ガスや空気の漏洩を防止するためのシール部材としてＯリング８０が設けられている。
上部マニホールド７１はＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２の他方の端面（上端面）１１ａ，１２ａ側に取り付けられて、第１の空気排出空間部７３がＬ型燃料電池スタック１１の空気出口１７側に位置し、第２の空気排出空間部７５がＲ型燃料電池スタック１２の空気出口２３側に位置し、且つ、第１の空気排出空間部７３と第２の空気排出空間部７５との間の空間部７７が空気供給空間部２７の他端部に位置している。また、上部マニホールド７１と両燃料電池スタック１１，１２との間には空気の漏洩を防止するためのシール部材としてＯリング８０が設けられている。
従って、この燃料電池装置では図１２に示すように燃料ガスと空気とが流れる。即ち、Ｌ型燃料電池スタック１１側では、燃料は下部マニホールド６１の第１の燃料入口部６２から第１の燃料供給空間部６３に流入し、Ｌ型燃料電池スタック１１の燃料入口１６からＬ型燃料電池スタック１１内に流入してＬ型燃料電池スタック１１内を流れた後、燃料出口１８から排出される。また、Ｒ型燃料電池スタック１２側では、燃料は下部マニホールド６１の第２の燃料入口部６４から第２の燃料供給空間部６５に流入し、Ｒ型燃料電池スタック１２の燃料入口２２からＲ型燃料電池スタック１２内に流入してＲ型燃料電池スタック１２内を流れた後、燃料出口２４から排出される。
そして、空気は、上部マニホールド７１の空気入口部７６から第１の空気排出空間部７３と第２の空気排出空間部７５との間の空間部７７に流入して、空気供給空間部２７内に流入し、空気供給空間部２７の他端（上端）側から一端（下端）へと流れる。このとき空気はＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２と熱交換により加熱されて、固体酸化物形燃料電池の発電（反応）に適した温度（例えば８００〜１０００℃）まで昇温される。逆にＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２は空気によって冷却されるため、発電（反応）時の発熱による過度の温度上昇が抑制される。なお、この場合には上記実施の形態例１（図９参照）のように空気導入管４６を用いる場合に比べて空気供給空間部２７内での空気の流動距離が半分であるため、上記実施の形態例１の場合ほどの十分な熱交換が行われないため、空気入口部７６から流入する空気を予め上記実施の形態例１の場合よりも高温（例えば７００℃程度）に昇温させておく必要がある。
その後、空気はＬ型燃料電池スタック１１の空気入口１５とＲ型燃料電池スタック１２の空気入口２１とからＬ型燃料電池スタック１１内とＲ型燃料電池スタック１２内とに流入する。Ｌ型燃料電池スタック１１内に流入した空気はＬ型燃料電池スタック１１内を流れた後、Ｌ型燃料電池スタック１１の空気出口１７から上部マニホールド７１の第１の空気排出空間部７３内に排出されて第１の空気出口部７２から排出される。Ｒ型燃料電池スタック１２内に流入した空気はＲ型燃料電池スタック１２内を流れた後、Ｒ型燃料電池スタック１２の空気出口２３から上部マニホールド７１の第２の空気排出空間部７５内に排出されて第２の空気出口部７４から排出される。
なお、上記では図４のようにインターコネクタ２５，２６を用いてＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを連結したものに下部マニホールド６１と上部マニホールド７１とを取り付け場合について説明したが、勿論、図５のように短冊状のインターコネクタ２８，２９を用いてＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを連結したもの、更には補強枠３０によって補強したものに下部マニホールド６１と上部マニホールド７１とを取り付けてもよい。
また、本実施の形態例２においても、上記実施の形態例１の場合と同様、必ずしも上記のようにＬ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とを用いて電気的に並列に接続する場合に限定するものでなく、２体のＬ型燃料電池スタック１１を用いて或いは２体のＲ型燃料電池スタック１２を用いて、インターコネクタ２５，２６の何れか一方を絶縁体の平板に代えること或いはインターコネクタ２８，２９の何れか一方を絶縁体の平板に代えることにより、２体のＬ型燃料電池スタック１１を電気的に直列接続する場合或いは２体のＲ型燃料電池スタック１２を電気的に直列接続する場合にも適用することができる。
本実施の形態例２においても、上記実施の形態例１と同様の作用効果が得られる。
但し、本実施の形態例２では空気導入管を用いていないため、空気供給空間部２７における空気の流れついては上記実施の形態１の場合と異なる。即ち、空気は、上部マニホールド７１の空気入口部７６及び第１の空気排出空間部７３と第２の空気排出空間部７５との間の空間部７７を介して空気供給空間部２７の他端側に流入した後、空気供給空間部２７の他端側（上端側）から一端側（下端側）へと流れてから、Ｌ型燃料電池スタック１１の空気入口１５とＲ型燃料電池スタック１２の空気入口２１よりＬ型燃料電池スタック１１内とＲ型燃料電池スタック１２内とに流入することになる。この場合にも、流動距離が上記実施の形態例１の場合の半分になるため上記実施の形態例１ほどではないものの、空気とＬ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２との熱交換が行われるため、空気は昇温（予熱）される一方、Ｌ型燃料電池スタック１１及びＲ型燃料電池スタック１２は冷却される。空気は燃料ガスよりも大量に流すため、この場合にも空気供給空間部２７において空気と燃料電池スタックとの熱交換を行うことは非常に有効である。しかも、空気導入管を用いないため、装置構成が簡単である。
＜実施の形態例３＞
図１３は本発明の実施の形態例３に係る燃料電池装置の断面図である。同図に示すように、本実施の形態例３の燃料電池装置は、上記実施の形態例２の燃料電池装置（図１１，図１２参照：勿論、短冊状のインターコネクタや補強枠を用いた燃料電池装置でもよい）を、上下を逆にして配置したものである。即ち、本燃料電池装置は、第１のマニホールドとしての下部マニホールド６１が上側、第２のマニホールドとしての上部マニホールド７１が下側となるように配置したものである。
このため、本燃料電池装置の場合には、上記実施の形態例２の燃料電池装置（図１１，図１２参照）の場合とは逆に両燃料電池スタック１１，１２の空気入口１５，２１及び燃料入口１６，２２が上側となり、空気出口１７，２３及び燃料出口１８，２４が下側となる。
従って、本実施の形態例３によれば、図１３に矢印で示すように比較的低温の燃料ガスと空気とが両燃料電池スタック１１，１２の上部に流入し、両燃料電池スタック１１，１２の発熱によって加熱された燃料ガスと空気が両燃料電池スタック１１，の下部から排出されることになる。このため、筐体内に燃料電池装置を配置した場合などに比較的高くなる上部側の温度を、上側から供給される比較的低温の燃料ガスや空気によって下げることができる。その他の作用効果は上記の実施の形態２の場合と同様である。
なお、上記では上記実施の形態例２の燃料電池装置（図１２参照）を上下逆に配置した場合ついて説明したが、これに限定するものではなく、上記実施の形態例１の燃料電池装置（図７〜図９参照）を上下逆に配置しても、上記と同様の作用効果が得られる。更には、上記実施の形態例１，２に記載したような直列接続の燃料電池装置においても、上下逆に配置することによって、上記と同様の作用効果が得られる。
＜実施の形態例４＞
図１４及び図１５は本発明の実施の形態例４に係る燃料電池モジュールの断面図である。
図１５に示す燃料電池モジュールは、Ｌ型燃料電池スタック１１とＲ型燃料電池スタック１２とをインターコネクタ２５，２６或いはインターコネクタ２８，２９で連結して電気的に並列に接続した上記実施の形態例１〜３の何れか燃料電池装置を、筐体８１内に複数体配設してなる発電容量の大きなものである。図示例では、１０体を一列として、これを４列設けることにより、全部で４０体の燃料電池装置を筐体８１内に配置している。筐体８１は例えば縦の長さが１１５０ｍｍ、横が長さが２０５０ｍｍの非常にコンパクトなものである。
筐体８１内の燃料電池装置は、導電体として設けた導電性のフェルトであるＮｉフェルト８２を介して電気的に直列に接続されている。Ｎｉフェルト８２などの導電性フェルトには弾力があるため、燃料電池装置の熱膨張を吸収して燃料電池装置同士の電気的な接続を確実に行うことができる。また、両端のＮｉフェルト８２には、それぞれマイナス端子８３とプラス端子８４とが接続されている。従って、電流は図１４に矢印で示すようにマイナス端子８３側からプラス端子８４側へと、各燃料電池装置の列ごとに折り返すようにして流れる。
この場合、例えば１個の電池（セル）の有効面積を７００ｃｍ2（１０セルの積層体を１電池とすれば７０００ｃｍ2）とし、各々の電池（セル）が電流密度３１４ｍＡ／ｃｍ2、電圧０．７Ｖで発電したとすると、６１ｋＷの発電電力を得ることができる。
また、筐体８１内における各燃料電池装置の各燃料電池スタック１１，１２の燃料出口１８，２４から排出される燃料ガスは、一旦筐体８１内に排出された後、筐体８１に設けた図示しない燃料出口から排出される。従って、筐体８１内は水素又は水素を多く含む燃料ガスで満たされることになり、還元雰囲気となる。なお、図示は省略するが、空気は上部マニホールド５１，７１の空気出口部５２，５４，７２，７４を介して筐体８１の外に排出されるようになっている。
以上のことから、本実施の形態例４によれば、上記実施の形態例１〜３の何れかの燃料電池装置を筐体８１内に複数配設し、これらの燃料電池装置を、Ｎｉフェルト８２を介して電気的に接続したため、コンパクトな構成で発電容量の大きな燃料電池モジュールを実現することができる。例えば従来は５０ｋＷの発電出力を得るのに縦、横、高さが３ｍ×３ｍ×２ｍ程度の大きなモジュールとなっていたが、これに比べてコンパクトな燃料電池モジュールを実現することができる。
また、各燃料電池装置の各燃料電池スタック１１，１２の燃料出口１８，２４から排出される燃料ガスは、筐体８１内に排出されることになるため、筐体８１内は燃料ガスで充満されて還元雰囲気となる。このため、燃料電池装置の酸化による劣化を防止することができる。
なお、上記のように筐体内に並列接続の燃料電池装置を複数体配設する場合に限らず、上記実施の形態例１〜３で述べたような２体のＬ型燃料電池スタック１１或いは２体のＲ型燃料電池スタック１２をインターコネクタと絶縁体の平板とで連結して電気的に直列に接続してなる燃料電池装置を、筐体内に複数体配設して、燃料電池モジュールを構成してもよい。この場合、例えば図１５に示すような構成とすることができる。なお、図１５には２体のＬ型燃料電池スタック１１を直列接続してなる燃料電池装置を筐体８１内に配設した場合の例を示している。
図１５に示す燃料電池モジュールは、２体のＬ型燃料電池スタック１１をインターコネクタと絶縁体の平板とで連結して電気的に直列に接続した上記実施の形態例１〜３の何れかの燃料電池装置を、筐体８１内に複数体配設してなる発電容量の大きなものである。図示例では、１０体を一列として、これを４列設けることにより、全部で４０体の燃料電池装置を筐体８１内に配置している。そして、筐体８１内の各燃料電池装置の各Ｌ型燃料電池スタック１１は導電性フェルトであるＮｉフェルト８２を介して電気的に直列に接続されている。また、両端のＮｉフェルト８２には、それぞれマイナス端子８３とプラス端子８４とが接続されている。従って、電流は図１５に矢印で示すようにマイナス端子８３側からプラス端子８４側へと、各燃料電池装置の各Ｌ型燃料電池スタック１１の列ごとに折り返すようにして流れる。なお、この場合には各燃料電池装置の２体の燃料電池スタックを連結する第１の平板と第２の平板を、何れも絶縁体で短冊状のものとする。
この場合にも、電気的な接続が上記の場合とは異なる他は、上記の場合と同様の作用効果が得られる。
なお、上記実施の形態例１〜４では、本発明の燃料電池装置の構成例として２体の燃料電池スタックを連結する場合について説明したが、必ずしもこれに限定するものではない。即ち、本発明の燃料電池装置は２体の燃料電池スタック（Ｌ型燃料電池スタックとＲ型燃料電池スタック、２体のＬ型燃料電池スタック、又は、２体のＲ型燃料電池スタック）を１組として用いればよく、この組が上記のような１組の場合だけに限らず、２組以上の場合にも適用することができる。なお、２組以上の場合には、下部マニホールド及び上部マニホールドを組数に応じた適宜の長さにして、上記のような燃料入口部、空気入口部、空気出口部、空間部、空気導入管を、組数に応じた数だけ下部マニホールドと上部マニホールドとにそれぞれ設ければよい。
本発明は燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュールに関するものであり、コンパクトな構造で単位体積当たりの発電出力を大きくすることなどが可能な燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュールを実現する場合に適用して有用なものである。
（ａ）は本発明の実施の形態例１に係る燃料電池装置の構成要素であるＬ型燃料電池スタックの斜視図、（ｂ）は本発明の実施の形態例１に係る燃料電池装置の構成要素であるＲ型燃料電池スタックの斜視図である。 （ａ）は前記Ｌ型燃料電池スタックの分解斜視図、（ｂ）は前記Ｒ型燃料電池スタックの分解斜視図である。 （ａ）は前記Ｌ型燃料電池スタックにおける燃料ガスと空気の流れを示す説明図、（ｂ）は前記Ｒ型燃料電池スタックにおける燃料ガスと空気の流れを示す説明図である。 前記燃料電池スタックを連結した状態を示す斜視図である。 （ａ）は前記燃料電池スタックを連結した他の状態を示す斜視図、（ｂ）は補強枠の斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は前記燃料電池装置の構成要素である下部マニホールドの斜視図及び断面図、（ｃ）及び（ｄ）は前記燃料電池装置の構成要素である上部マニホールドの斜視図及び断面図である。 前記燃料電池装置の斜視図である。 前記燃料電池装置の他の斜視図である。 前記燃料電池装置の断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態例２に係る燃料電池装置の構成要素である下部マニホールドの斜視図及び断面図、（ｃ）及び（ｄ）は本発明の実施の形態例２に係る燃料電池装置の構成要素である下部マニホールドの斜視図及び断面図である。 前記燃料電池装置の斜視図である。 前記燃料電池装置の断面図である。 本発明の実施の形態例３に係る燃料電池装置の断面図である。 本発明の実施の形態例４に係る燃料電池モジュールの断面である。 本発明の実施の形態例４に係る他の燃料電池モジュールの断面である。 平板型の固体酸化物形燃料電池スタックの構成図である。 固体酸化物形燃料電池スタックにおける燃料ガスと空気の流し方を示す説明図である。
符号の説明
１１ Ｌ型燃料電池スタック
１１ａ，１１ｂ 端面（下端面、上端面）
１１ｃ，１１ｄ 側面
１１ｅ，１１ｆ 表面（正面、裏面）
１２ Ｒ型燃料電池スタック
１２ａ，１２ｂ 端面（下端面、上端面）
１２ｃ，１２ｄ 側面
１２ｅ，１２ｆ 表面（正面、裏面）
１３ 発電膜
１４ インターコネクタ
１５，２１ 空気入口
１６，２２ 燃料入口
１７，２３ 空気出口
１８，２４ 燃料出口
１９ 発電膜
２０ インターコネクタ
２５，２６ インターコネクタ
２７ 空気供給空間部
２８，２９ インターコネクタ
３０ 補強枠
４１ 下部マニホールド
４２ 第１の燃料入口部
４３ 第１の燃料供給空間部
４４ 第２の燃料入口部
４５ 第２の燃料供給空間部
４６ 空気導入管
４７，４８ 仕切り板
４９ 第１の燃料供給空間部と第２の燃料供給空間部との間の空間部
５１ 上部マニホールド
５２ 第１の空気出口部
５３ 第１の空気排出空間部
５４ 第２の空気出口部
５５ 第２の空気排出空間部
５６，５７ 仕切り板
５８ 第１の空気排出空間部と第２の空気排出空間部との間の空間部
６０ Ｏリング
６１ 下部マニホールド
６２ 第１の燃料入口部
６３ 第１の燃料供給空間部
６４ 第２の燃料入口部
６５ 第２の燃料供給空間部
６６ 第１の燃料供給空間部と第２の燃料供給空間部との間の空間部
６７，６８ 仕切り板
７１ 上部マニホールド
７２ 第１の空気出口部
７３ 第１の空気排出空間部
７４ 第２の空気出口部
７５ 第２の空気排出空間部
７６ 空気入口部
７７ 第１の空気排出空間部と第２の空気排出空間部との間の空間部
７８，７９ 仕切り板
８０ Ｏリング
８１ 筐体
８２ Ｎｉフェルト
８３ マイナス端子
８４ プラス端子

Claims (17)

  1. 平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第１の燃料電池スタックと、
    平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第２の燃料電池スタックと、
    第１の燃料入口部を有する第１の燃料供給空間部と、第２の燃料入口部を有する第２の燃料供給空間部と、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部と、この部分に設けられた長尺の空気導入管とを有してなる第１のマニホールドと、
    第１の空気出口部を有する第１の空気排出空間部と、第２の空気出口部を有する第２の空気排出空間部と、前記第１の空気排出空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部とを有してなる第２のマニホールドとを備えており、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとが、相互に間隔を有し、且つ、前記第１の燃料電池スタックの空気入口と前記第２の燃料電池スタックの空気入口とが対向するように配置された状態で前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の表面側と他方の表面側とにそれぞれ設けられた第１の平板と第２の平板とによって連結され、前記第１の燃料電池スタックの側面と前記第２の燃料電池スタックの側面と前記第１の平板と前記第１の平板とで空気供給空間部が形成されており、
    前記第１のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の端面側に取り付けられて、前記第１の燃料供給空間部が前記第１の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第２の燃料供給空間部が前記第２の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の一端部に位置し、且つ、前記空気導入管が、前記空気供給空間部内に挿入されて空気を前記空気供給空間部の一端側から他端側へと導入した後に前記空気供給空間部内に排出するようになっており、
    前記第２のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの他方の端面側に取り付けられて、前記第１の空気排出空間部が前記第１の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、前記第２の空気排出空間部が前記第２の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、前記第１の空気排出空間部と前記第２の空気排出空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の他端部に位置していることを特徴とする燃料電池装置。
  2. 請求項１に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ同極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れも導電体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に並列接続していることを特徴する燃料電池装置。
  3. 請求項１に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ異極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れか一方が導電体、他方が絶縁体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に直列接続していることを特徴する燃料電池装置。
  4. 請求項１，２又は３に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面とを全面的に覆うものであることを特徴とする燃料電池装置。
  5. 請求項１，２又は３に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面の縁部を覆う短冊状のものであり、前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックと前記第１の平板と前記第２の平板の外周に少なくとも１体の補強枠が嵌められていることを特徴とする燃料電池装置。
  6. 請求項１，２，３，４又は５に記載の燃料電池装置において、
    前記第１のマニホールドが下側、前記第２のマニホールドが上側となるように配置したことを特徴とする燃料電池装置。
  7. 請求項１，２，３，４又は５に記載の燃料電池装置において、
    前記第１のマニホールドが上側、前記第２のマニホールドが下側となるように配置したことを特徴とする燃料電池装置。
  8. 請求項１，２，３，４，５，６又は７に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは端面の長さよりも側面の長さのほうが長い直方体状であることを特徴とする燃料電池装置。
  9. 平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第１の燃料電池スタックと、
    平板型の燃料電池スタックであって、空気入口は一方の側面の一端側に形成され、燃料入口は一方の端面に形成され、空気出口は他方の端面に形成され、燃料出口は他方の側面の他端側に形成された第２の燃料電池スタックと、
    第１の燃料入口部を有する第１の燃料供給空間部と、第２の燃料入口部を有する第２の燃料供給空間部と、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部とを有してなる第１のマニホールドと、
    第１の空気出口部を有する第１の空気排出空間部と、第２の空気出口部を有する第２の空気排出空間部と、空気入口部を有する前記第１の空気排出空間部と前記第２の空気排出空間部との間の空間部とを有してなる第２のマニホールドとを備えており、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとが、相互に間隔を有し、且つ、前記第１の燃料電池スタックの空気入口と前記第２の燃料電池スタックの空気入口とが対向するように配置された状態で前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の表面側と他方の表面側とにそれぞれ設けられた第１の平板と第２の平板とによって連結され、前記第１の燃料電池スタックの側面と前記第２の燃料電池スタックの側面と前記第１の平板と前記第１の平板とで空気供給空間部が形成されており、
    前記第１のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの一方の端面側に取り付けられて、前記第１の燃料供給空間部が前記第１の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第２の燃料供給空間部が前記第２の燃料電池スタックの燃料入口側に位置し、前記第１の燃料供給空間部と前記第２の燃料供給空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の一端部に位置しており、
    前記第２のマニホールドは前記第１の燃料電池スタック及び前記第２の燃料電池スタックの他方の端面側に取り付けられて、前記第１の空気排出空間部が前記第１の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、前記第２の空気排出空間部が前記第２の燃料電池スタックの空気出口側に位置し、且つ、前記第１の空気排出空間部と前記第２の空気排出空間部との間の空間部が前記空気供給空間部の他端部に位置していることを特徴とする燃料電池装置。
  10. 請求項９に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ同極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れも導電体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に並列接続していることを特徴する燃料電池装置。
  11. 請求項９に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは一方の表面側同士と他方の表面側同士とがそれぞれ異極であり、前記第１の平板と前記第２の平板は何れか一方が導電体、他方が絶縁体であって前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックとを電気的に直列接続していることを特徴する燃料電池装置。
  12. 請求項９，１０又は１１に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面とを全面的に覆うものであることを特徴とする燃料電池装置。
  13. 請求項９，１０又は１１に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の平板と前記第２の平板は前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックの一方の表面と他方の表面の縁部を覆う短冊状のものであり、前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックと前記第１の平板と前記第２の平板の外周に少なくとも１体の補強枠が嵌められていることを特徴とする燃料電池装置。
  14. 請求項９，１０，１１，１２又は１３に記載の燃料電池装置において、
    前記第１のマニホールドが下側、前記第２のマニホールドが上側となるように配置したことを特徴とする燃料電池装置。
  15. 請求項９，１０，１１，１２又は１３に記載の燃料電池装置において、
    前記第１のマニホールドが上側、前記第２のマニホールドが下側となるように配置したことを特徴とする燃料電池装置。
  16. 請求項９，１０，１１，１２，１３，１４又は１５に記載の燃料電池装置において、
    前記第１の燃料電池スタックと前記第２の燃料電池スタックは端面の長さよりも側面の長さのほうが長い直方体状であることを特徴とする燃料電池装置。
  17. 請求項１〜１６の何れか１項に記載の燃料電池装置を筐体内に複数配設し、これらの燃料電池装置を、導電体を介して電気的に接続したことを特徴とする燃料電池モジュール。
JP2004327486A 2004-11-11 2004-11-11 燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュール Withdrawn JP2006139985A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004327486A JP2006139985A (ja) 2004-11-11 2004-11-11 燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュール

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004327486A JP2006139985A (ja) 2004-11-11 2004-11-11 燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006139985A true JP2006139985A (ja) 2006-06-01

Family

ID=36620679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004327486A Withdrawn JP2006139985A (ja) 2004-11-11 2004-11-11 燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュール

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006139985A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008300150A (ja) * 2007-05-30 2008-12-11 Ngk Spark Plug Co Ltd 固体酸化物形燃料電池スタック及びモノリス形固体酸化物形燃料電池
JP2011522375A (ja) * 2008-05-30 2011-07-28 コーニング インコーポレイテッド 固体酸化物燃料電池システム
JP2014506721A (ja) * 2011-02-24 2014-03-17 韓国エネルギー技術研究院 平管型固体酸化物燃料電池および平管型固体酸化物水電解装置
US8673516B2 (en) 2009-11-25 2014-03-18 Hyundai Motor Company Surface pressure controlling device for fuel cell stack
JP2015164094A (ja) * 2014-02-03 2015-09-10 日本碍子株式会社 マニホールド、及び、燃料電池のスタック構造体、並びに、それらの製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008300150A (ja) * 2007-05-30 2008-12-11 Ngk Spark Plug Co Ltd 固体酸化物形燃料電池スタック及びモノリス形固体酸化物形燃料電池
JP2011522375A (ja) * 2008-05-30 2011-07-28 コーニング インコーポレイテッド 固体酸化物燃料電池システム
US8673516B2 (en) 2009-11-25 2014-03-18 Hyundai Motor Company Surface pressure controlling device for fuel cell stack
JP2014506721A (ja) * 2011-02-24 2014-03-17 韓国エネルギー技術研究院 平管型固体酸化物燃料電池および平管型固体酸化物水電解装置
JP2015164094A (ja) * 2014-02-03 2015-09-10 日本碍子株式会社 マニホールド、及び、燃料電池のスタック構造体、並びに、それらの製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10224555B2 (en) Fuel cell
KR101845598B1 (ko) 연료 전지
JP3530198B2 (ja) 固体電解質燃料電池
US7648793B2 (en) Fuel cell system comprising an assembly manifold having a connection block
KR101775467B1 (ko) 관형 고체산화물 연료 전지 어셈블리
JPH09259910A (ja) 溶融炭酸塩型燃料電池とこれを用いた発電装置
KR20150128716A (ko) 일체형 히터를 갖는 soec 스택
US9160027B2 (en) Fuel cell bundle and fuel cell module comprising same
JP5207729B2 (ja) 燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールならびに燃料電池装置
JP2011134542A (ja) セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置
JP2006139985A (ja) 燃料電池装置及びこれを備えた燃料電池モジュール
GB2336937A (en) Stack assembly primarily for an electrochemical cell
JP7027621B1 (ja) セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
JP4652041B2 (ja) 横縞方式の固体酸化物形燃料電池バンドル
JP3995778B2 (ja) 固体電解質型燃料電池および固体電解質型燃料電池のスタック構造
JP5366793B2 (ja) 燃料電池システム
JP6917193B2 (ja) 電気化学反応単位および電気化学反応セルスタック
JP6690996B2 (ja) 電気化学反応セルスタック
JP2004319346A (ja) 固体高分子電解質形燃料電池及び燃料電池発電装置
KR20200033257A (ko) 연료 전지 스택에서 열 관리를 위해 선택적으로 회전되는 유동장
JP2018181405A (ja) 燃料電池発電モジュール
US11398638B2 (en) Cell structure for fuel cell and fuel cell system
JPH07249420A (ja) 燃料電池
WO2023156283A1 (en) Field of the invention
JP2004319291A (ja) 支持膜式固体酸化物形燃料電池スタック及びその作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20080205