JP2009231168A - セルスタックおよび燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セルの配列方向の端部における温度を中央部における温度に近づけることができるとともに、発電性能に与える影響が小さいセルスタックおよび燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数の燃料電池セル２を配列し、隣接する燃料電池セル２同士を集電材３ａを介して電気的に接続してなるセルスタック１であって、セル配列方向ｘの端部１ｂにおける集電材３ａ１の電気抵抗は、セル配列方向ｘの中央部１ｂにおける集電材３ａ２の電気抵抗よりも高いことを特徴とする。これにより、セル配列方向ｘの端部１ｂにおける集電材３ａ１が、セル配列方向ｘの中央部１ａにおける集電材３ａ２よりも発熱し、セル配列方向の端部における燃料電池セル２を加熱して温度が上昇し、セル配列方向ｘの中央部１ａにおける燃料電池セル２の温度に近づけることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを配列し、隣接する燃料電池セル同士を集電材を介して電気的に接続してなるセルスタックおよび燃料電池モジュールに関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガスと空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数個配列し、集電材を介して電気的に直列に接続してなるセルスタックおよび燃料電池モジュールが種々提案されている。

この燃料電池モジュールにおいて発電に用いる燃料ガスとしては水素ガスが用いられ、水素ガスを燃料電池セルの燃料側電極層に接触させ、かつ酸素含有ガスを燃料電池セルの酸素側電極層に接触させ、所定の電極反応を生じさせることにより発電が行われる。

従来、複数個の燃料電池セルを集電材を介して積層してなるセルスタックが多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、このようなセルスタックの模式図を示したものである。図６（ａ）は従来のセルスタック５１をマニホールド６２に設けた状態を概略的に示した側面図、図６（ｂ）は（ａ）の一部拡大断面図であり、燃料電池セル５２を複数個一列に配列して並べるとともに、隣接する燃料電池セル５２間の間隔を均一とし、その間に合金板からなる集電材５３ａが配置されている。なお、図６（ｂ）において図６（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするため矢印にて示している。

燃料電池セル５２は、支持基板５８上に、燃料側電極層５５、固体電解質層５６および酸素側電極層５４を順次積層してなり、酸素側電極層５４と反対側の支持基板５８上には、インターコネクタ５７が形成され、インターコネクタ５７の上面には、Ｐ型半導体からなる被覆層６１が形成されている。支持基板５８にはガス通路５９が形成されている。

このようなセルスタック５１では、発電した電流は、燃料電池セル５２の配列方向ｘ（セル配列方向ｘということもある）の両端に設けられた、例えば合金板からなる保持部材６５（端板ということもある）を介して引き出される。

セルスタック５１を構成する燃料電池セル５２は、発電に伴い熱を生じる。この燃料電池セル５２の発電により生じた熱は、隣接する燃料電池セル５２との隙間等から放散される。

そして、燃料電池セル５２を複数個配列してなるセルスタック５１においては、燃料電池セル５２は発電時に燃料電池セル自身のジュール熱や反応熱等の熱エネルギーを放散するが、特にセルスタック５１のセル配列方向ｘの中央部５１ａ（中央の破線で囲った部分）に配置された複数個の燃料電池セル５２においては、燃料電池セル５２の両側に多数の燃料電池セル５２が配置されているため、熱エネルギーが放散されにくく比較的に高温となる傾向にある。

しかしながら、セルスタック５１のセル配列方向ｘの端部５１ｂ（端部の破線で囲った部分）に配置された複数個の燃料電池セル５２は、隣接して配置された燃料電池セル５２が少ない、もしくは存在しないこととなり、熱エネルギーを放散しやすく、これにより、セルスタック５１のセル配列方向ｘの端部に配置された燃料電池セル５２の温度が低下する傾向にある。

従来、セルスタック５１のセル配列方向ｘにおける温度を均一化するため、セルスタックの両側に配置された、発電した電流を引き出すための端板の電気抵抗を高くしたセルスタックも開発されている（特許文献２参照）。

このような特許文献２に開示されたセルスタックでは、端板が高抵抗材料から構成されているため、発電した電流が端板を流れる際に発熱し、端板の近くの燃料電池セルを加熱することができる。
特開２００３−３０８８５７号公報 特開２００５−１９０３７号公報

しかしながら、特許文献１記載のセルスタックは、端板を高抵抗とし発熱体として利用するものであるが、一方で、セルスタックで発電した電流を端板から引き出す必要があるため、セルスタックの両端に配置されており、端板に隣接する燃料電池セルは加熱することができるものの、端板から少し離れて存在する燃料電池セルは加熱できないという問題があった。端板の抵抗を高くすれば、端板から少し離れた燃料電池セルも加熱できる可能性があるが、この場合には、端板による集電性能が低下し、燃料電池モジュールとしての発電性能が悪化するという問題があった。

本発明は、燃料電池セルの配列方向の端部における温度を中央部における温度に近づけることができるとともに、発電性能に与える影響が小さいセルスタックおよび燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明のセルスタックは、複数の燃料電池セルを配列し、隣接する前記燃料電池セル同士を集電材を介して電気的に接続してなるセルスタックであって、燃料電池セルの配列方向の端部における前記集電材の電気抵抗が、燃料電池セルの配列方向の中央部における前記集電材の電気抵抗よりも高いことを特徴とする。

本発明のセルスタックでは、燃料電池セルの配列方向（以下、セル配列方向ということがある）の端部における集電材の電気抵抗は、セル配列方向の中央部における集電材の電気抵抗よりも高いため、セル配列方向の端部における集電材が、セル配列方向の中央部における集電材よりも発熱し、セル配列方向の端部における燃料電池セルを加熱して温度が上昇し、セル配列方向の中央部における燃料電池セルの温度に近づけることができ、セルスタックのセル配列方向における温度分布をほぼ均一化することができる。一方、セル配列方向の端部の複数本の燃料電池セル間の集電材の電気抵抗を、中央部の集電材よりも少しだけ高くすることで、セル配列方向の端部における所望の数の燃料電池セルを集電材により加熱でき、セルスタックの発電性能に与える影響を最小限に抑制できる。これにより、セルスタックのセル配列方向の端部における燃料電池セルの発電反応を促進することができ、この部分の燃料電池セルの発電量を増加できる。

すなわち、従来の特許文献２記載のセルスタックのように、端板の電気抵抗を高くする場合には、端板はセルスタックで発電した電流を引き出す機能を有するため、あまり電気抵抗を高くすることはできず、端板に隣接している燃料電池セルしか加熱できないが、本発明では、燃料電池セル間に配置された集電部材の電気抵抗を、セル配列方向の中央部よりも端部で大きくし、しかも、セル配列方向の所望の範囲の端部において、その範囲の集電材の電気抵抗を変えることにより、セル配列方向の所望の範囲の燃料電池セルを加熱でき、セル配列方向の端部における燃料電池セルの温度を上昇させ、セル配列方向の中央部における燃料電池セルの温度に近づけることができ、これにより、セルスタックのセル配列方向における温度分布をほぼ均一化することが可能となる。

セル配列方向における温度分布を均一化できることにより、セルスタックを構成する各燃料電池セルに均一に燃料を分配することができ、これにより、各燃料電池セルの燃料利用率が概ね一定となり耐久性を向上することが可能となる。

本発明の燃料電池モジュールは、上記セルスタックを収納容器内に収納してなることを特徴とする。このような燃料電池モジュールでは、セルスタックのセル配列方向における温度をほぼ均一化できるため、燃料電池モジュールとして発電効率を向上できる。

本発明のセルスタックは、セル配列方向の端部における集電材が、セル配列方向の中央部における集電材よりも発熱し、セル配列方向の端部における燃料電池セルを加熱して温度が上昇し、セル配列方向の中央部における燃料電池セルの温度に近づけることができ、セルスタックのセル配列方向における温度分布をほぼ均一化することができるとともに、セル配列方向の端部の所定範囲の燃料電池セル間の集電材の電気抵抗を、中央部の集電材よりも少しだけ高くすることで、セル配列方向の端部における所望範囲の燃料電池セルを集電材により加熱でき、これにより、発電性能に与える影響を小さくできる。従って、セルスタックのセル配列方向の端部における燃料電池セルの発電反応を促進することができ、この部分の燃料電池セルの発電量を増加でき、これにより、燃料電池モジュールの発電効率を向上できる。

図１は、セルスタック１を有するセルスタック装置１０を示し、（ａ）はセルスタック装置１０を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置１０の一部拡大断面図であり、（ａ）で示した破線で囲った部分を抜粋して示している。なお、（ｂ）において（ａ）で示した破線で囲った部分に対応する部分を明確とするため矢印にて示している。また、図１中において破線で示した矢印は、酸素含有ガスの流れ方向を示している。尚、酸素含有ガスは、燃料電池セルの周囲に供給できればよく、図１に限定されるものではない。

ここで、セルスタック装置１０は、中空平板状の支持基板８の一方の平坦面上に、燃料側電極層５、固体電解質層６および酸素側電極層４を順次積層してなる燃料電池セル２の複数個を一列に配列し、電気的に直列に接続してなるセルスタック１を、燃料電池セル２を一列に配列した状態でマニホールド１２に固着して形成されている。尚、支持基板８の他方の平坦面上にインターコネクタ１１を備えている。

隣接する燃料電池セル２間には、板状の集電材３ａが介装されるとともに、燃料電池セル２の配列方向ｘ（以下、セル配列方向ｘという）の両側から端部集電材３ｂを介して燃料電池セルスタック１を保持部材（端板）１３で挟持しており、この状態で燃料電池セル２に燃料ガスを供給するマニホールド１２に立設し固着されている。

集電材３ａは、図２に示すように、一対の接触部１６と、一方の接触部１６の一端と他方の接触部１６の一端とを接続する接続部１７とを有するもので、燃料電池セル２の長手方向に連続的に形成されている。

より具体的には、隣接する一方の燃料電池セル２の平坦面側に当接する一方の接触部１６と、隣接する一方の燃料電池セル２の端部から隣接する他方の燃料電池セル３の他方の端部へと傾斜して延びる導電体片１９と、他方の燃料電池セル２の平坦面側に当接する他方の接触部１６と、他方の燃料電池セル２の一方の端部から一方の燃料電池セル２の他方の端部へと傾斜して延びる導電体片１９とを基本要素として具備する。すなわち、一方の接触部１６の一端と他方の接触部１６の一端とは、導電体片１９を介して接続部１７により接続されている。この構成により一対の接触部１６は所定間隔を空けて設けられることとなる。そしてこの基本要素である導電体片１９を燃料電池セル２の長手方向に沿って連続的に形成することにより、燃料電池セル２の長手方向に延在する一繋がりの集電材３ａを形成している。

接触部１６の幅は、燃料電池セル２の発電により生じる電流を効果的に集電すべく、空気側電極層１０もしくはインターコネクタ１１の幅と同じ長さとすることが好ましい。また集電材３ａの長さは、燃料電池セル３の長手方向における長さと同じ長さとすることが好ましい。接触部１６および接続部１７は、導電性接合材により、燃料電池セル２に接合されている。

なお、燃料電池セル２および保持部材１３の一端（下端部）は、例えば耐熱性に優れたガラスシール材（図示せず）によりマニホールド１２に埋設され接合されている。

本実施形態において、燃料電池セル２は中空平板状とされ、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板８の一方の平坦面上に燃料側電極層５、固体電解質層６及び酸素側電極層４が積層され、他方の平坦面上に燃料側電極層５と電気的に接続するインターコネクタ７が設けられている。また導電性支持基板８の内部には反応ガス（燃料ガス）を流通するための燃料ガス流路９が設けられている。本発明においては、このような形状を中空平板型という。

また、インターコネクタ７の外面（上面）にはＰ型半導体からなる被覆層１１が設けられている。集電材３ａを、被覆層１１を介してインターコネクタ７に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。なお、燃料電池セル２を構成する各部材については後に詳述する。

また、上記形態では、導電性支持基板８と燃料側電極層５を別個に設けたが、燃料側電極層を兼ねる導電性支持基板の表面に、固体電解質層６および酸素側電極層４を順次積層して燃料電池セル２を構成することもできる。

そして、本発明のセルスタック１は、セル配列方向ｘの両端部における集電材３ａ１の電気抵抗は、セル配列方向ｘの中央部における集電材３ａ２の電気抵抗よりも高く設定されている。

このようなセルスタック１では、セル配列方向ｘの両端部１ｂにおける集電材３ａ１が、セル配列方向ｘの中央部１ａにおける集電材３ａ２よりも発熱し、セル配列方向ｘの両端部１ｂにおける燃料電池セル２を加熱して温度が上昇し、セル配列方向の中央部１ａにおける燃料電池セル２の温度に近づけることができ、セルスタック１のセル配列方向ｘにおける温度分布をほぼ均一化することができる。

また、セル配列方向ｘの両端部１ｂの複数本の燃料電池セル２間の集電材３ａ１の電気抵抗を、中央部１ａの集電材３ａ２よりも少しだけ高くすることで、セル配列方向ｘの両端部１ｂにおける所望の数の燃料電池セル２を集電材３ａ１により加熱でき、セルスタック１の発電性能に与える影響を最小限に抑制でき、これにより、セルスタック１のセル配列方向ｘにおける温度をほぼ均一化できるとともに、発電性能に与える影響が小さくできる。

また、本発明のセルスタック１では、集電材３ａ１、３ａ２は同一形状の合金板からなり、セル配列方向ｘの両端部１ｂにおける集電材３ａ１の電流の流れ方向の断面積（図２の場合の厚み）は、セル配列方向ｘの中央部１ａにおける集電材３ａ２の電流の流れ方向の断面積よりも小さくされている。これにより、セル配列方向ｘの両端部１ｂにおける集電材３ａ１の電気抵抗を、セル配列方向ｘの中央部１ａにおける集電材３ａ２の電気抵抗よりも高くできる。尚、図２の場合、厚みを同一とし、形状を変化させることにより、セル配列方向ｘの両端部１ｂにおける集電材３ａ１の電気抵抗を、セル配列方向ｘの中央部１ａにおける集電材３ａ２の電気抵抗よりも高くしても良い。

さらに、セル配列方向ｘの端部１ｂにおける集電材３ａ１は、セル配列方向ｘの中央部における集電材３ａ２よりも電気抵抗の高い材料より構成することにより、セル配列方向ｘの両端部１ｂにおける集電材３ａ１の電気抵抗を、セル配列方向ｘの中央部１ａにおける集電材３ａ２の電気抵抗よりも容易に高くできる。

また、集電材３ａが、合金板の表面を抵抗の高い被覆層にてコーティングすることで、、集電材３ａ２の電気抵抗を容易に変更できる。また、好ましくはセル性能を劣化させるとされるＣｒの拡散等を防止するため合金板に被覆層を設ける場合においても、この被覆層の厚みや被覆材料の抵抗を変化させることにより、集電材３ａ２の電気抵抗を容易に変更できる。

また、集電材３ａ１を構成する例えば接触部１６の幅を狭くもしくは、接触部間の間隔を広く（接触部の数の減少）するなど、燃料電池セルとの接触面積（集電材の面積）を小さくすることでも、集電材全体としての電気抵抗を高くすることができる。

集電材３ａの電気抵抗を変化させることなく、集電材を燃料電池セルに接合する導電性接合材の電気抵抗を、セル配列方向ｘの中央部１ａよりも端部１ｂの方で高くすることによっても、セル配列方向ｘの端部１ｂを中央部１ａよりも加熱することができる。電気抵抗は、導電性接合材の材料を変更することにより、容易に変更できる。

集電材３ａ１、３ａ２の電気抵抗については、集電材３ａ１、３ａ２の酸素側電極層４側と燃料側電極層５側との間の電気抵抗を測定することにより得ることができる。

具体的には、発電温度において、電子負荷装置により、一定の電流を取り出す際の電圧（集電材３ａ１、３ａ２の酸素側電極層４側と燃料側電極層５側との間の電圧）を測定し、これから換算することにより、具体的な抵抗値を得ることができ、集電材３ａ１、３ａ２の抵抗値を比較することができる。

なお、本発明において、セル配列方向ｘの中央部１ａ（以下、セル配列方向ｘ中央部と略す場合がある）における集電材３ａ２とは、セル配列方向ｘにおける中央の集電材３ａ２だけの場合もあるが、その近傍に配置された集電材３ａ２を含む場合もある。セル配列方向ｘの中央部１ａにおける集電材３ａ２の電気抵抗はなるべく低いことが望ましい。

また、セル配列方向ｘの端部１ｂ（以下、セル配列方向ｘ端部と略す場合がある）における集電材３ａ１とは、セル配列方向ｘの端の集電材３ａ１の場合もあるが、その近傍に配置された集電材３ａ１を含む場合もある。

本発明では、少なくとも、セル配列方向ｘの一方の端部１ｂの集電材３ａ１が、セル配列方向ｘ中央部１ａの集電材３ａ２よりも高抵抗であれば良く、セル配列方向ｘの両端部１ｂの集電材３ａ１がセル配列方向ｘ中央部１ａの集電材３ａ２よりも高抵抗であっても良い。

本発明では、例えば、セル配列方向ｘの中央を中心として、セル配列方向ｘにおけるセルスタックの長さの１／３の領域に配置された集電材３ａ２を、セル配列方向ｘ中央部１ａの集電材３ａ２とすることができ、また、セル配列方向ｘの両端から中央部にかけてスタック長さの１／３の領域に配置された集電材３ａ１を、セル配列方向ｘの両端部１ｂの集電材３ａ１とすることができる。なお、セル配列方向ｘの両端部１ｂの集電材３ａ１、セル配列方向ｘ中央部１ａの集電材３ａ２のいずれにも属さない集電材３ａを配置することもできる。

本発明のセルスタック１では、セル配列方向ｘにおける両端部１ｂの集電材３ａ１は、セル配列方向ｘの中央部１ａの集電材３ａ２よりも高抵抗とされているため、セル配列方向ｘ端部の集電材３ａ１がセル配列方向ｘ中央部１ａの集電材３ａ２よりも発熱し、セル配列方向ｘ端部１ｂの燃料電池セル２の温度を上昇させ、セル配列方向ｘ中央部１ａの燃料電池セルの温度に近づけることができ、これにより、セルスタック１のセル配列方向ｘにおける温度分布をほぼ均一化することも可能となる。

本発明では、保持部材１３ではなく、集電材３ａを発熱体として用いるため、例えば保持部材１３を発熱体して用いる場合よりも、所望の数の燃料電池セル２を燃料電池セル間の集電材３ａを介して加熱できるとともに、電気抵抗を極端に大きくする必要がないため、発電性能に与える影響を小さくすることができる。

本発明のセルスタック１を構成する他の部材について、以下に説明する。

集電部材３ａおよび端部集電部材３ｂは、弾性を有する金属または合金からなる部材あるいは金属繊維または合金繊維から成るフェルトに所要の表面処理を加えた部材から構成することができる。

酸素側電極層４は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができ、かかるペロブスカイト型複合酸化物としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物、特にＡサイトにＬａを有するＬａＭｎＯ_３系複合酸化物、ＬａＦｅＯ_３系複合酸化物、ＬａＣｏＯ_３系複合酸化物の少なくとも１種が好適であり、６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＦｅＯ_３系複合酸化物が特に好適である。尚、上記ペロブスカイト型複合酸化物においては、ＡサイトにＬａと共にＳｒなどが存在していてもよいし、さらにＢサイトには、ＦｅとともにＣｏまたはＭｎが存在していてもよい。酸素側電極層４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。

燃料側電極層５は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２またはＣｅＯ_２（絶縁材料の一種）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質層６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ことが必要とされ、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。

インターコネクタ７は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス（水素ガス）および酸素含有ガス（空気等）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、それゆえランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ７は支持基板８に形成された燃料ガス通路９を通る燃料ガスおよび支持基板８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好ましい。 支持基板８は、例えば中空平板型の支持基板とすることができる。そのような支持基板８としては、立設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。支持基板８には内部を立設方向に貫通する複数個（図１（ｂ）においては６個）の燃料ガス通路９が形成されている。導電性支持基板８は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５〜５０％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４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

支持基板８としては、燃料ガスを燃料側電極層５まで透過するためにガス透過性が要求され、例えば導電性セラミックスや、鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とからなるサーメット等を用いることができる。

燃料電池セル２の各々は、燃料ガスを供給するマニホールド１２の上壁（天板）に、例えば耐熱性に優れたガラスシール材によって接合され、燃料電池セル２の燃料ガス通路９は、燃料ガス室（図示せず）に連通せしめられる。

さらに、被覆層１１としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ７を構成するランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、ＢサイトにＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏなどが存在するＬａＭｎＯ_３系酸化物、ＬａＦｅＯ_３系酸化物、ＬａＣｏＯ_３系酸化物などの少なくとも一種からなるＰ型半導体セラミックスを使用することができる。このような被覆層１１の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。

本発明の燃料電池モジュールは、上述したようなセルスタック装置１０と、燃料電池セル２に酸素含有ガス（通常は空気である）を供給するための酸素含有ガス供給手段とを収納容器内に収納することにより、本発明の燃料電池モジュールとすることができる。

図３は、本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。燃料電池モジュール１８は、直方体状の収納容器１９の内部に、上述したセルスタック１と燃料電池セル２に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段２０とが収納されて構成される。なお、セルスタック１としては、図１に示したセルスタック１を用いた例を示している。

また、燃料電池セル２にて使用する水素ガスを得るために、天然ガスや灯油等の燃料を改質して水素ガスを生成するための改質器２１を燃料電池セルスタック１の上部に配置している。なお、図３おいてセルスタック装置１０は、改質器２１を含めた構成として示している。

また、図３おいては、収納容器１９の一部（前面および後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２示した燃料電池モジュール１８においては、セルスタック装置１０を、収納容器１９内にスライドして収納することが可能である。

図４は、図３で示す燃料電池モジュール１８の切断面線Ｘ−Ｘから見た断面図である。燃料電池モジュール１８を構成する収納容器１９は、内壁２２と外壁２３とを有する二重構造で、外壁２３により収納容器１９の外枠が形成されるとともに、内壁２２によりセルスタック１（セルスタック装置１０）を収納する発電室２４が形成されている。なお、内壁２２と外壁２３との間は、燃料電池セル２に導入する反応ガスの流路としており、例えば、燃料電池セル２に導入する酸素含有ガス等が流れる。

ここで内壁２２には、内壁２２の上面から燃料電池セルスタック１の側面側にまで延び、セルスタック１の配列方向における幅に対応し、内壁２２と外壁２３とで形成される流路に連通して、燃料電池セル２に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス供給手段である酸素含有ガス導入部材２０が備えられている。また、酸素含有ガス導入部材２０の下端側（燃料電池セル２の下端側）には、燃料電池セル２に酸素含有ガスを導入するための吹出口２５が設けられている。

なお図４において、酸素含有ガス導入部材２０は、互いに所定間隔を空けて並設された一対の板部材により酸素含有ガス導入流路を形成し、下端側で底部材に接合して形成されている。また、図４においては、酸素含有ガス導入部材２０は、収納容器１９の内部に並置された２つのセルスタック１（セルスタック装置１０）間に位置するように配置されている。なお、酸素含有ガス導入部材２０は、収納されるセルスタック１の数により、例えばセルスタック１の両側面から挟み込むように配置してもよい。

また、酸素ガス導入部材２０の内部には、測温部２７を有する温度センサ２６（例えば熱電対等）が収納容器１９の上面側より挿入されている。それにより、セルスタック１（燃料電池セル２）の温度を測定することができる。また収納容器１９内には、適宜断熱材２８が配置されている。なお、温度センサ２６は複数配置しても良く、その場合、セルスタックの中央部と、端部に配置することが好ましい。

そして、セルスタック１は、マニホールド１２より燃料電池セル２に燃料ガスが供給されるとともに、燃料電池セル２に酸素含有ガスが供給され、これらを用いて発電が行なわれる。

図４においては、燃料電池セル２の配列方向に沿ってセルスタック１の側面側より、酸素含有ガス導入部材２０により酸素含有ガスが供給されるとともに、燃料電池セル２間を酸素含有ガスが流通する。

本発明の燃料電池モジュール１８は、セル配列方向ｘにおける温度分布を均一化できることから、セル配列方向ｘにおける燃料電池セルの発電を十分に行うことができ、発電効率がより向上した燃料電池モジュール１８とすることができる。

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

例えば、本発明のセルスタックの説明において、燃料電池セルが中空平板型の燃料電池セルを用いて説明したが、平板型燃料電池セルとセパレータを交互に積層した平板型のセルスタックや、円筒型の燃料電池セルを用いたセルスタックにも本発明を適用できる。さらに、例えば、図５に示すような平板型の燃料電池セルを用いたセルスタックにも、本発明を適用できる。

図５は、平板型燃料電池を示すもので、燃料側電極３３ａ、固体電解質３３ｂ、酸素側電極３３ｃを順次積層して円板状の燃料電池セル３３が形成されており、この燃料電池セル３３と隣設する燃料電池セル３３との間には、集電材３５、３６、隔離板（セパレータ）３７、３８が配置され、これらの燃料電池セル３３、集電材３５、３６、隔離板（セパレータ）３７、３８を順次複数積層することにより、平板型燃料電池が構成されている。

燃料側電極３３ａには集電材３６が、酸素側電極３３ｃには集電材３５が当接している。尚、図５ではセルスタックの一部の燃料電池セル３３を示している。

このような平板型燃料電池では、燃料側電極３３ａ及び酸素側電極３３ｃの中央部の円形状の空間Ａに、マニホールド４１に連結されたガス供給管３４により、それぞれ燃料ガス又は酸素含有ガスが供給され、燃料側電極３３ａ、酸素側電極３３ｃの外周部に向けて流れ、燃料電池セル３３の外周部から余剰の燃料ガス、酸素含有ガスが放出される。燃料電池セル３３の外周部から放出された余剰の燃料ガスは、燃焼される。

以上のようなセルスタックにおいても、セル配列方向の端部（上下）における集電材３５、３６の電気抵抗は、セル配列方向の中央部における集電材３５、３６の電気抵抗よりも高くすることにより、セル配列方向の端部における燃料電池セル３３を加熱することができ、セル配列方向の上下における温度を中央部における温度に近づけることができる。

本発明のセルスタックを有するセルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の一部拡大断面図である。 集電材を示す斜視図である。 本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。 図３に示す燃料電池モジュールのＸ−Ｘ線矢視断面図である。 円板状の燃料電池セルを積層したセルスタックに本発明を適用したもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の一部分解図である。 従来のセルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の一部拡大断面図である。

符号の説明

１、３８：セルスタック
１ａ：セル配列方向ｘの中央部
１ｂ：セル配列方向ｘの端部
２、３３：燃料電池セル
３ａ、３５、３６：集電材
３ａ１：セル配列方向ｘの端部における集電材
３ａ２：セル配列方向ｘの中央部における集電材
１０：セルスタック装置
１８：燃料電池モジュール
１９：収納容器

Claims (2)

1. 複数の燃料電池セルを配列し、隣接する前記燃料電池セル同士を集電材を介して電気的に接続してなるセルスタックであって、燃料電池セルの配列方向の端部における前記集電材の電気抵抗が、燃料電池セルの配列方向の中央部における前記集電材の電気抵抗よりも高いことを特徴とするセルスタック。
2. 請求項１記載のセルスタックを収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。

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