JP2009289532A - Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device - Google Patents

Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device Download PDF

Info

Publication number
JP2009289532A
JP2009289532A JP2008139326A JP2008139326A JP2009289532A JP 2009289532 A JP2009289532 A JP 2009289532A JP 2008139326 A JP2008139326 A JP 2008139326A JP 2008139326 A JP2008139326 A JP 2008139326A JP 2009289532 A JP2009289532 A JP 2009289532A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
manifold
reaction gas
gas supply
cell stack
fuel
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.)
Granted
Application number
JP2008139326A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5334456B2 (en
Inventor
Hitohide Oshima
仁英 大嶋
Mitsuhiro Nakamura
光博 中村
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.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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 Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2008139326A priority Critical patent/JP5334456B2/en
Publication of JP2009289532A publication Critical patent/JP2009289532A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5334456B2 publication Critical patent/JP5334456B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device capable of improving the efficiency of power generation. <P>SOLUTION: The cell stack device includes a cell stack arranged by a plurality of fuel cells 2 via current-collecting members 3 in an erected state, a manifold 6 for supplying reaction gas to the fuel cell 2 wherein a lower end of the fuel cell 2 is fixed, and a reaction gas supply tube 7 for supplying the reaction gas to the manifold 6. The reaction gas supply tube 7 has a reaction gas supply port 15 at one end, and the one end is inserted into the manifold 6 or is connected with the bottom of the manifold 6 so as to make the reaction gas supply port 15 locate at the center section of the manifold 6 in an arranged direction of the fuel cells 2. Thus, an amount of the reaction gas supplied to each fuel cell 2 forming the cell stack can be brought close to equality in order to improve the efficiency of power generation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数個の燃料電池セルを配列してなるセルスタックと、セルスタックを固定するマニホールドと、マニホールドに接続された反応ガス供給管とを具備してなるセルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関する。   The present invention includes a cell stack device including a cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells, a manifold for fixing the cell stack, and a reaction gas supply pipe connected to the manifold, and the same. The present invention relates to a fuel cell module and a fuel cell device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（通常、空気である）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てなるセルスタック（装置）を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。   In recent years, as a next generation energy, a cell stack (apparatus) comprising a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (usually air). Has been proposed (for example, see Patent Document 1).

図８は従来の燃料電池モジュール７０を示す外観斜視図であり、収納容器７１内に複数個の燃料電池セル７２を配列してなるセルスタック７４を収納して燃料電池モジュール７０が構成されている。   FIG. 8 is an external perspective view showing a conventional fuel cell module 70. The fuel cell module 70 is configured by housing a cell stack 74 in which a plurality of fuel cell cells 72 are arranged in a storage container 71. FIG. .

ここで、セルスタック７４の上方にはＵの字状の改質器７５が配置されており、原燃料供給管７７より供給された原燃料は、改質器７５内にて水蒸気改質等の改質反応が行なわれて燃料ガス（水素含有ガス）に改質される。そして改質器７５にて生成された反応ガス（燃料ガス）は、反応ガス供給管７６を介してマニホールド７３に供給され、マニホールド７３から各燃料電池セル７２に反応ガス（図７においては燃料ガス）が供給される。なお、マニホールド７３、セルスタック７４、燃料ガス供給管７６の構成によりセルスタック装置８０が構成されている。   Here, a U-shaped reformer 75 is disposed above the cell stack 74, and the raw fuel supplied from the raw fuel supply pipe 77 is subjected to steam reforming or the like in the reformer 75. A reforming reaction is performed to reform the fuel gas (hydrogen-containing gas). The reaction gas (fuel gas) generated in the reformer 75 is supplied to the manifold 73 via the reaction gas supply pipe 76, and the reaction gas (in FIG. 7, fuel gas in FIG. 7) is supplied to each fuel cell 72. ) Is supplied. The cell stack device 80 is configured by the configuration of the manifold 73, the cell stack 74, and the fuel gas supply pipe 76.

また図９は、図８で示したセルスタック装置８０を概略的に示す側面図および一部拡大平面図であり、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板９０の一方の平坦面上に燃料側電極層８７、固体電解質層８８及び空気側電極層８９を順次積層してなる柱状の燃料電池セル８１の複数個を、隣接する燃料電池セル８１間に集電部材８２を介装して電気的に直列に接続してセルスタックを形成し、燃料電池セル８１の下端を、燃料電池セル８１に反応ガス（燃料ガス）を供給するマニホールド８５に固定して形成されている。なお、導電性支持基板９０は多孔質体からなり、内部に長手方向に貫通した複数のガス流路９１が形成されている。また、マニホールド８５の一端側には反応ガス供給管８６が連結されている。改質器７５より供給された反応ガス（燃料ガス）は、マニホールド８５を介して導電性支持基板９０に設けられたガス流路９１を流通するとともに、燃料側電極層８７に供給されるように構成されている。   FIG. 9 is a side view and a partially enlarged plan view schematically showing the cell stack device 80 shown in FIG. 8, and one flat surface of a columnar conductive support substrate 90 having a pair of opposed flat surfaces. A plurality of columnar fuel cells 81 formed by sequentially laminating a fuel-side electrode layer 87, a solid electrolyte layer 88, and an air-side electrode layer 89 on top of each other, and a current collecting member 82 interposed between adjacent fuel cells 81 Then, they are electrically connected in series to form a cell stack, and the lower end of the fuel cell 81 is fixed to a manifold 85 that supplies a reaction gas (fuel gas) to the fuel cell 81. The conductive support substrate 90 is made of a porous body, and a plurality of gas passages 91 penetrating in the longitudinal direction are formed therein. A reaction gas supply pipe 86 is connected to one end side of the manifold 85. The reaction gas (fuel gas) supplied from the reformer 75 flows through the gas passage 91 provided in the conductive support substrate 90 via the manifold 85 and is supplied to the fuel-side electrode layer 87. It is configured.

また図１０は、図９で示したセルスタック装置８０のうち、マニホールド８５と反応ガス供給管８６との接続を示す断面図であり、反応ガス供給管８６の一端部がマニホールド８５の一端と連結されている。
特開２００７−５９３７７号公報 FIG. 10 is a cross-sectional view showing the connection between the manifold 85 and the reaction gas supply pipe 86 in the cell stack apparatus 80 shown in FIG. 9. One end of the reaction gas supply pipe 86 is connected to one end of the manifold 85. Has been.
JP 2007-59377 A

しかしながら、図９および図１０に示すセルスタック装置８０においては、反応ガス供給管８６がマニホールド８５の一端に連結されていることから、反応ガス供給管８６側に位置する燃料電池セル８１には反応ガス（燃料ガス）が十分に供給されるものの、マニホールド８５の他端側に位置する燃料電池セル８１には、反応ガス（燃料ガス）を十分に供給することができないおそれがあり、それに伴い、発電効率が低下するおそれがある。   However, in the cell stack device 80 shown in FIGS. 9 and 10, since the reaction gas supply pipe 86 is connected to one end of the manifold 85, the fuel cell 81 located on the reaction gas supply pipe 86 side does not react. Although the gas (fuel gas) is sufficiently supplied, the fuel cell 81 located on the other end side of the manifold 85 may not be able to supply the reaction gas (fuel gas) sufficiently. The power generation efficiency may be reduced.

それゆえ、本発明は、セルスタック装置を構成する各燃料電池セルに十分な反応ガスを供給することが可能なセルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a cell stack device capable of supplying a sufficient reaction gas to each fuel cell constituting the cell stack device, a fuel cell module including the cell stack device, and a fuel cell device. And

本発明のセルスタック装置は、柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列し、隣接する前記燃料電池セル間に集電部材を介して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端が固定されている前記燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドと、該マニホールドに反応ガスを供給するための反応ガス供給管とを具備するセルスタック装置であって、前記反応ガス供給管は、その一端部に反応ガス供給口を有しており、該反応ガス供給口が前記マニホールドの前記燃料電池セルの配列方向における中央部に位置するように、前記一端部が前記マニホールドの内部に挿入されているかまたは前記マニホールドの底部に接続されていることを特徴とする。   The cell stack device of the present invention is arranged in a state in which a plurality of columnar fuel cells are erected, and is electrically connected via a current collecting member between adjacent fuel cells, and A cell stack device comprising a manifold for supplying a reaction gas to the fuel battery cell to which a lower end of the fuel battery cell is fixed, and a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas to the manifold. The reaction gas supply pipe has a reaction gas supply port at one end thereof, and the one end portion is positioned so that the reaction gas supply port is located at the center of the manifold in the arrangement direction of the fuel cells. Is inserted into the manifold or connected to the bottom of the manifold.

このようなセルスタック装置においては、一端部に反応ガス供給口を有する反応ガス供給管を、反応ガス供給口がマニホールドの燃料電池セルの配列方向における中央部に位置するように、一端部がマニホールドの内部に挿入されているかまたはマニホールドの底部に接続されていることから、マニホールドの内部の上面側に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができるため、セルスタックを構成する各燃料電池セルに供給される反応ガスの量を均一に近づけることができる。それにより、発電効率が向上したセルスタック装置とすることができる。   In such a cell stack apparatus, a reaction gas supply pipe having a reaction gas supply port at one end is disposed at one end of the manifold so that the reaction gas supply port is located at a central portion in the arrangement direction of the fuel cells of the manifold. Since each of the fuel cells constituting the cell stack can be made close to the amount of the reaction gas supplied to the upper surface side of the interior of the manifold because it is inserted into the interior of the manifold or connected to the bottom of the manifold. The amount of the reaction gas supplied to the cell can be made nearly uniform. Thereby, a cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained.

また、本発明のセルスタック装置は、前記反応ガス供給口が、前記マニホールドの前記燃料電池セルの配列方向と直交する方向における幅の中央部に位置していることが好ましい。   In the cell stack device of the present invention, it is preferable that the reaction gas supply port is located at a central portion of a width in a direction orthogonal to the arrangement direction of the fuel cells of the manifold.

このようなセルスタック装置においては、反応ガス供給口が、さらにマニホールドの燃料電池セルの配列方向と直交する方向における幅の中央部に位置していることから、マニホールドの内部の上面側に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができるため、セルスタックを構成する各燃料電池セルに供給される反応ガスの量を均一に近づけることができる。それにより、発電効率が向上したセルスタック装置とすることができる。   In such a cell stack device, since the reaction gas supply port is further located at the center of the width in the direction perpendicular to the arrangement direction of the fuel cells of the manifold, it is supplied to the upper surface side inside the manifold. Therefore, the amount of reaction gas supplied to each fuel cell constituting the cell stack can be made closer to uniform. Thereby, a cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained.

また、本発明のセルスタック装置は、前記マニホールドの内部に挿入されている前記反応ガス供給管の前記一端部が、前記マニホールドの内部底面と間隔をあけて配置されているとともに、前記反応ガス供給口が前記マニホールドの内部底面と対向して設けられていることが好ましい。   In the cell stack device of the present invention, the one end of the reaction gas supply pipe inserted into the manifold is disposed at a distance from the inner bottom surface of the manifold, and the reaction gas supply It is preferable that the opening is provided to face the inner bottom surface of the manifold.

このようなセルスタック装置においては、反応ガス供給管の一端部がマニホールドの内部底面と間隔をあけて挿入されているとともに、その一端部に設けられた反応ガス供給口がマニホールドの内部底面と対向して設けられていることから、反応ガス供給口より供給される反応ガスは、マニホールドの底面に向けて流れた後、マニホールドの内部全体に拡散して、マニホールドに固定された各燃料電池セルに供給されることとなる。それにより、セルスタックを構成する各燃料電池セルに供給される反応ガスの量を均一に近づけることができ、発電効率が向上したセルスタック装置とすることができる。   In such a cell stack apparatus, one end portion of the reaction gas supply pipe is inserted with a space from the inner bottom surface of the manifold, and the reaction gas supply port provided at the one end portion faces the inner bottom surface of the manifold. Therefore, the reaction gas supplied from the reaction gas supply port flows toward the bottom surface of the manifold, and then diffuses throughout the interior of the manifold to each fuel cell fixed to the manifold. Will be supplied. As a result, the amount of the reaction gas supplied to each fuel cell constituting the cell stack can be made close to uniform, and a cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained.

また、本発明のセルスタック装置は、前記マニホールドの内部に挿入されている前記反応ガス供給管の前記一端部が、前記マニホールドの内部底面に配置されているとともに、前記反応ガス供給口が前記マニホールドの内部上面と対向して設けられていることが好ましい。   In the cell stack device of the present invention, the one end portion of the reaction gas supply pipe inserted into the manifold is disposed on the inner bottom surface of the manifold, and the reaction gas supply port is connected to the manifold. It is preferable that it is provided so as to face the inner upper surface.

このようなセルスタック装置においては、反応ガス供給管の一端部がマニホールドの内部底面上に配置されているとともに、反応ガス供給口がマニホールドの内部上面と対向して設けられていることから、反応ガス供給口からマニホールドの内部上面までの距離を長くすることができる。それにより、反応ガス供給口より供給される反応ガスは、マニホールドの上面に至るまでの間にマニホールドの内部全体に拡散して、マニホールドに固定された各燃料電池セルに供給されることとなる。それにより、セルスタックを構成する各燃料電池セルに供給される反応ガスの量を均一に近づけることができ、発電効率が向上したセルスタック装置とすることができる。   In such a cell stack apparatus, one end of the reaction gas supply pipe is disposed on the inner bottom surface of the manifold, and the reaction gas supply port is provided to face the inner upper surface of the manifold, The distance from the gas supply port to the inner upper surface of the manifold can be increased. As a result, the reaction gas supplied from the reaction gas supply port diffuses to the entire interior of the manifold before reaching the upper surface of the manifold, and is supplied to each fuel cell fixed to the manifold. As a result, the amount of the reaction gas supplied to each fuel cell constituting the cell stack can be made close to uniform, and a cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained.

また、本発明のセルスタック装置は、前記マニホールドの内部に挿入されている前記反応ガス供給管の前記一端部が、前記燃料電池セルの配列方向に沿う前記マニホールドの一端および他端とそれぞれ接合されていることが好ましい。   In the cell stack device of the present invention, the one end of the reaction gas supply pipe inserted into the manifold is joined to one end and the other end of the manifold along the arrangement direction of the fuel cells. It is preferable.

このようなセルスタック装置においては、マニホールドの内部に挿入されている反応ガス供給管の一端部が、燃料電池セルの配列方向に沿うマニホールドの一端および他端とそれぞれ接合されていることから、反応ガス供給管のマニホールドの挿入部における応力を緩和することができる。それにより、反応ガス供給管の変形を抑制できるほか、反応ガス供給管のマニホールド挿入部におけるガスシール性を向上することができる。   In such a cell stack device, one end of the reaction gas supply pipe inserted into the manifold is joined to one end and the other end of the manifold along the arrangement direction of the fuel cells. The stress in the insertion portion of the manifold of the gas supply pipe can be relieved. Thereby, deformation of the reaction gas supply pipe can be suppressed, and gas sealing performance at the manifold insertion portion of the reaction gas supply pipe can be improved.

本発明の燃料電池モジュールは、上記のうちいずれかに記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなることを特徴とする。   The fuel cell module of the present invention is characterized in that the cell stack device described above is housed in a housing container.

このような燃料電池モジュールにおいては、発電効率の向上したセルスタック装置を収納容器内に収納してなることから、発電効率の向上した燃料電池モジュールとすることができる。   In such a fuel cell module, since the cell stack device with improved power generation efficiency is stored in the storage container, the fuel cell module with improved power generation efficiency can be obtained.

本発明の燃料電池装置は、上記に記載の燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることを特徴とする。   The fuel cell device of the present invention is characterized in that the fuel cell module described above is housed in an outer case.

このような燃料電池装置においては、発電効率の向上したセルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることから、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。   In such a fuel cell device, since the fuel cell module in which the cell stack device with improved power generation efficiency is stored in the storage container is stored in the outer case, the fuel cell device with improved power generation efficiency and can do.

本発明のセルスタック装置は、柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列し、隣接する前記燃料電池セル間に集電部材を介して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端が固定されている前記燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドと、該マニホールドに反応ガスを供給するための反応ガス供給管とを具備するセルスタック装置であって、前記反応ガス供給管は、その一端部に反応ガス供給口を有しており、該反応ガス供給口が前記マニホールドの前記燃料電池セルの配列方向における中央部に位置するように、前記一端部が前記マニホールドの内部に挿入されているかまたは前記マニホールドの底部に接続されていることから、マニホールドの内部の上面側に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができるため、セルスタックを構成する各燃料電池セルに供給される反応ガスの量を均一に近づけることができる。それにより、発電効率が向上したセルスタック装置とすることができる。また、本発明の燃料電池モジュールは、上記セルスタック装置を収納容器内に収納してなることから、発電効率を向上させることができる。さらに、本発明の燃料電池装置は、上記燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることから、発電効率を向上させることができる。   The cell stack device of the present invention is arranged in a state in which a plurality of columnar fuel cells are erected, and is electrically connected via a current collecting member between adjacent fuel cells, and A cell stack device comprising a manifold for supplying a reaction gas to the fuel battery cell to which a lower end of the fuel battery cell is fixed, and a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas to the manifold. The reaction gas supply pipe has a reaction gas supply port at one end thereof, and the one end portion is positioned so that the reaction gas supply port is located at the center of the manifold in the arrangement direction of the fuel cells. Is inserted into the manifold or connected to the bottom of the manifold, so that the amount of reaction gas supplied to the upper surface of the manifold is made uniform. It is possible to characterize, it is possible to make the amount of reaction gas supplied to each of the fuel cells that constitute the cell stack uniformly. Thereby, a cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained. In addition, the fuel cell module of the present invention can improve the power generation efficiency because the cell stack device is housed in the housing container. Further, the fuel cell device of the present invention can improve the power generation efficiency because the fuel cell module is housed in the outer case.

図１は、本発明のセルスタック装置１の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置１の一部拡大平面図であり、（ａ）で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。また、同一の部材については同一の番号を付するものとし、以下同様とする。なお、（ｂ）において（ａ）で示した点線枠で囲った部分の対応する部分を明確とするために矢印にて示している。   1A and 1B show an example of a cell stack device 1 according to the present invention. FIG. 1A is a side view schematically showing the cell stack device 1, and FIG. 1B is a diagram of the cell stack device 1 of FIG. It is a partial enlarged plan view, and shows a part extracted by a dotted line frame shown in (a). The same members are assigned the same numbers, and so on. In addition, in (b), in order to clarify, the part corresponding to the part enclosed with the dotted-line frame shown by (a) is shown with the arrow.

ここで、セルスタック装置１は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板１１（以下、支持基板１１と略す場合がある）の少なくとも一方の平坦面上に燃料側電極層８、固体電解質層９及び空気側電極層１０を順次積層してなる柱状の燃料電池セル２の複数個を、隣接する燃料電池セル２間に集電部材３を介装して電気的に直列に接続してセルスタックを形成し、燃料電池セル２の下端を、燃料電池セル２に反応ガスを供給するマニホールド６に固定して形成されている。そして、下端がマニホールド６に固定され、燃料電池セル２の配列方向の両端部から集電部材３を介してセルスタックを挟持するように配置される端部集電部材４を具備する。また、マニホールド６には反応ガス（例えば、燃料ガス）を供給するための反応ガス供給管７が接続されている。なお、マニホールド６および反応ガス供給管７の構成については、後に詳述する。   Here, the cell stack device 1 includes the fuel-side electrode layer 8 on at least one flat surface of a columnar conductive support substrate 11 (hereinafter, may be abbreviated as the support substrate 11) having a pair of opposed flat surfaces. A plurality of columnar fuel cells 2 formed by sequentially laminating a solid electrolyte layer 9 and an air-side electrode layer 10 are electrically connected in series via a current collecting member 3 between adjacent fuel cells 2. Thus, a cell stack is formed, and the lower end of the fuel cell 2 is fixed to a manifold 6 for supplying a reaction gas to the fuel cell 2. And the lower end is fixed to the manifold 6, and the end current collecting member 4 is provided so as to sandwich the cell stack from the both ends in the arrangement direction of the fuel cells 2 via the current collecting member 3. The manifold 6 is connected to a reaction gas supply pipe 7 for supplying a reaction gas (for example, fuel gas). The configurations of the manifold 6 and the reaction gas supply pipe 7 will be described in detail later.

また、図１に示す端部集電部材４においては、燃料電池セル２の配列方向に沿って、外側に向けて延びるとともに、燃料電池セル２の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部５が設けられている。   Further, in the end current collecting member 4 shown in FIG. 1, the current drawing portion 5 extends outward along the arrangement direction of the fuel cells 2 and draws current generated by power generation of the fuel cells 2. Is provided.

さらに、支持基板１１の他方の平坦面上にはインターコネクタ１３が設けられており、支持基板１１の内部には、燃料電池セル２に反応ガスを流すためのガス流路１２が複数設けられている。なお、図１に示すセルスタック装置１においては、ガス流路１２にマニホールド６より燃料ガス（水素含有ガス）を供給する場合の例を示しており、あわせて反応ガス供給管７より燃料ガスがマニホールド６内に供給される。   Further, an interconnector 13 is provided on the other flat surface of the support substrate 11, and a plurality of gas flow paths 12 for flowing reaction gas to the fuel cell 2 are provided inside the support substrate 11. Yes. In the cell stack device 1 shown in FIG. 1, an example in which fuel gas (hydrogen-containing gas) is supplied from the manifold 6 to the gas flow path 12 is shown. In addition, the fuel gas is supplied from the reaction gas supply pipe 7. It is supplied into the manifold 6.

また、インターコネクタ１３の外面（上面）にはＰ型半導体１４を設けることもできる。集電部材３を、Ｐ型半導体１４を介してインターコネクタ１３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。   A P-type semiconductor 14 can also be provided on the outer surface (upper surface) of the interconnector 13. By connecting the current collecting member 3 to the interconnector 13 via the P-type semiconductor 14, the contact between the two becomes an ohmic contact, the potential drop can be reduced, and the deterioration of the current collecting performance can be effectively avoided. Become.

また、支持基板１１が燃料側電極を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層９および空気側電極層１０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。   The support substrate 11 can also serve as a fuel-side electrode, and the fuel cell 2 can be configured by sequentially laminating the solid electrolyte layer 9 and the air-side electrode layer 10 on the surface thereof.

なお、燃料電池セル２としては、各種燃料電池セルが知られているが、燃料電池を小型化、高効率化する上で、固体酸化物形燃料電池セルとすることができる。それにより、燃料電池装置を小型化、高効率化することができるとともに、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。   Various fuel cells are known as the fuel cell 2. However, in order to reduce the size and increase the efficiency of the fuel cell, it can be a solid oxide fuel cell. Thereby, the fuel cell device can be reduced in size and increased in efficiency, and a load following operation can be performed to follow a fluctuating load required for a household fuel cell.

以下に、図１において示す燃料電池セル２を構成する各部材について説明する。
燃料側電極層８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ＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称する）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。 Below, each member which comprises the fuel cell 2 shown in FIG. 1 is demonstrated.
As the fuel-side electrode layer 8, generally known ones can be used, and porous conductive ceramics such as ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved, Ni and / or It can be formed from NiO.

固体電解質層９は、電極８と電極１０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蔽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緻密質のＺｒＯ２系セラミックスから形成される。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。 空気側電極層１０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ＡＢＯ３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る。空気側電極層１０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。
インターコネクタ１３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（水素含有ガス）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（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ１３は支持基板１１に形成されたガス流路１２を流通する燃料ガス、および支持基板１１の外側を流通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１１としては、燃料ガスを燃料側電極層８まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ１３を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持基板１１としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等の多孔質セラミックスを用いることができる。
また、図１に示した燃料電池セル２において、柱状の支持基板１１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中空平板状に形成されている。そして燃料電池セル２の下端と、端部集電部材４とが、燃料電池セル２（ガス流路１２）に燃料ガスを供給するマニホールド６に接合材によって固定されている。 The solid electrolyte layer 9 has a function as an electrolyte for bridging electrons between the electrode 8 and the electrode 10 and at the same time has gas shielding properties to prevent leakage of fuel gas and oxygen-containing gas. And is formed from a dense ZrO 2 based ceramic in which 3 to 15 mol% of a rare earth element is dissolved. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc. The air-side electrode layer 10 is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the air-side electrode layer 10 can be formed from a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The air-side electrode layer 10 is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.
Although the interconnector 13 can be formed from conductive ceramics, it is required to have reduction resistance and oxidation resistance because it is in contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.). Therefore, a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) is preferably used. The interconnector 13 must be dense to prevent leakage of the fuel gas flowing through the gas flow path 12 formed in the support substrate 11 and the oxygen-containing gas flowing outside the support substrate 11, and 93% As described above, it is particularly preferable to have a relative density of 95% or more. The support substrate 11 is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas to the fuel side electrode layer 8, and to be conductive in order to collect current via the interconnector 13. Therefore, as the support substrate 11, it is necessary to adopt a material satisfying such a requirement as a material. For example, porous ceramics such as conductive ceramics and cermet can be used.
In the fuel cell 2 shown in FIG. 1, the columnar support substrate 11 is a plate-like piece that is elongated in the standing direction, and is formed in a hollow flat plate shape having both flat and semicircular sides. ing. The lower end of the fuel cell 2 and the end current collecting member 4 are fixed to the manifold 6 for supplying fuel gas to the fuel cell 2 (gas flow path 12) by a bonding material.

また、燃料電池セル２を作製するにあたり、燃料側電極層８または固体電解質層９との同時焼成により支持基板１１を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから支持基板１１を形成することが好ましい。支持基板１１は、所要の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、その導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。なお、以降の説明において、中空平板状の燃料電池セル２を用いて説明する。 さらに、Ｐ型半導体層１４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１３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（ＬａＣｒＯ３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ＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３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Ｐ型半導体層１４の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。 Further, when the support substrate 11 is manufactured by co-firing with the fuel-side electrode layer 8 or the solid electrolyte layer 9 when the fuel battery cell 2 is manufactured, the support substrate 11 is formed from the iron group metal component and the specific rare earth oxide. Is preferably formed. In order to provide the required gas permeability, the support substrate 11 preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50%, and its conductivity is 300 S / cm or more, particularly 440 S / cm. The above is preferable. In the following description, a description will be given using a hollow flat fuel cell 2. Furthermore, examples of the P-type semiconductor layer 14 include a layer made of a transition metal perovskite oxide. Specifically, one having a higher electron conductivity than the lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) constituting the interconnector 13, for example, LaMnO in which Mn, Fe, Co, etc. are present at the B site P-type semiconductor ceramics made of at least one of three- based oxides, LaFeO 3 -based oxides, LaCoO 3 -based oxides and the like can be used. In general, the thickness of the P-type semiconductor layer 14 is preferably in the range of 30 to 100 μm.

燃料電池セル２を電気的に接続するために介装される集電部材３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施した部材から構成することができる。   The current collecting member 3 interposed for electrically connecting the fuel cells 2 is a member made of an elastic metal or alloy or a member made of a felt made of metal fiber or alloy fiber and subjected to a required surface treatment. Can be configured.

図２は、本発明のセルスタック装置１のうち、マニホールド６と反応ガス供給管（図２においては燃料ガス供給管）７との接続を示す断面図であり、マニホールド６と反応ガス供給管７とを抜粋して示している。なお、以降の図面においても、特に断りがない限り同様に示している。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the connection between the manifold 6 and the reaction gas supply pipe (in FIG. 2, the fuel gas supply pipe) 7 in the cell stack apparatus 1 of the present invention, and the manifold 6 and the reaction gas supply pipe 7. And excerpted. In the following drawings, the same is shown unless otherwise specified.

図２において、反応ガス供給口１５を有する反応ガス供給管７の一端部が、マニホールド６の燃料電池セル２（図２においては省略して示している）の配列方向における中央部に位置するようにマニホールド６の内部に挿入されている例を示している。   In FIG. 2, one end portion of the reaction gas supply pipe 7 having the reaction gas supply port 15 is positioned at the central portion in the arrangement direction of the fuel cells 2 (not shown in FIG. 2) of the manifold 6. The example inserted in the inside of the manifold 6 is shown.

ところで、図１０に示したように、マニホールドの一端に反応ガス供給管が連結されている場合には、反応ガス供給管側に位置する燃料電池セルに多くの反応ガスが供給され、マニホールドの他端側に位置する燃料電池セルに供給される反応ガスの量が少なくなり、セルスタック装置の発電量が低下するおそれがある。   By the way, as shown in FIG. 10, when a reaction gas supply pipe is connected to one end of the manifold, a large amount of reaction gas is supplied to the fuel cells located on the reaction gas supply pipe side, There is a possibility that the amount of reaction gas supplied to the fuel cell located on the end side is reduced and the power generation amount of the cell stack device is reduced.

一方、図２に示したセルスタック装置１においては、反応ガス供給管７の一端部に有する反応ガス供給口１５が、マニホールド６の燃料電池セル２の配列方向における中央部に位置するように、反応ガス供給管７の一端部がマニホールド６内に挿入されていることから、反応ガス供給口１５より供給される反応ガス（燃料ガス等）がマニホールド６の内部全体に拡散し、マニホールド６の内部の上面側に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができる。   On the other hand, in the cell stack apparatus 1 shown in FIG. 2, the reaction gas supply port 15 at one end of the reaction gas supply pipe 7 is positioned at the center of the manifold 6 in the arrangement direction of the fuel cells 2. Since one end of the reaction gas supply pipe 7 is inserted into the manifold 6, the reaction gas (fuel gas or the like) supplied from the reaction gas supply port 15 diffuses throughout the manifold 6, The amount of the reaction gas supplied to the upper surface side of the substrate can be made close to uniform.

それによりセルスタックを構成する各燃料電池セル２に十分な量の反応ガスを供給することができ、特に、セルスタックの一端側に位置する燃料電池セル２と他端側に位置する燃料電池セル２に供給される反応ガスの量に差が生じることを抑制することができる。すなわち、各燃料電池セル２に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができる。それにより、セルスタック装置１の発電量が低下することを抑制することができ、発電効率が向上したセルスタック装置１とすることができる。   Thereby, a sufficient amount of reaction gas can be supplied to each fuel cell 2 constituting the cell stack, and in particular, the fuel cell 2 located on one end side of the cell stack and the fuel cell located on the other end side. It can suppress that a difference arises in the quantity of the reaction gas supplied to 2. FIG. That is, the amount of reaction gas supplied to each fuel battery cell 2 can be made nearly uniform. Thereby, it can suppress that the electric power generation amount of the cell stack apparatus 1 falls, and it can be set as the cell stack apparatus 1 which the power generation efficiency improved.

また、図２には示していないが、反応ガス供給口１５は、燃料電池セル２の配列方向と直交する方向における幅の中央部に位置するように設けられていることが好ましい。それにより、セルスタックを構成する各燃料電池セル２に反応ガスを効率よく供給することができ、セルスタック装置１の発電効率を向上することができる。   Although not shown in FIG. 2, the reactive gas supply port 15 is preferably provided so as to be positioned at the center of the width in the direction orthogonal to the arrangement direction of the fuel cells 2. Accordingly, the reaction gas can be efficiently supplied to each fuel cell 2 constituting the cell stack, and the power generation efficiency of the cell stack device 1 can be improved.

なお、マニホールド６に複数のセルスタックを並置する場合においては、反応ガス供給口１５はマニホールド６の幅方向（料電池セル２の配列方向と直交する方向における幅）の中央部に位置するように設けることが好ましい。例えば、マニホールド６に２つのセルスタックを並置して配置する場合においては、反応ガス供給口１５はセルスタック間の中央部に位置するように設けることが好ましい。   When a plurality of cell stacks are juxtaposed on the manifold 6, the reaction gas supply port 15 is positioned at the center of the manifold 6 in the width direction (width in the direction perpendicular to the arrangement direction of the battery cells 2). It is preferable to provide it. For example, when two cell stacks are arranged side by side in the manifold 6, it is preferable to provide the reaction gas supply port 15 so as to be located at the center between the cell stacks.

さらに、図２においては、マニホールド６に挿入されている反応ガス供給管７の一端部が、マニホールド６の内部底面と間隔をあけて配置されているとともに、反応ガス供給口１５がマニホールド６の内部底面と対向して設けられている例を示している。   Further, in FIG. 2, one end portion of the reaction gas supply pipe 7 inserted into the manifold 6 is disposed with a space from the inner bottom surface of the manifold 6, and the reaction gas supply port 15 is disposed inside the manifold 6. The example provided facing the bottom is shown.

反応ガス供給管７の一端部をマニホールド６の内部底面と間隔をあけて配置し、さらに反応ガス供給口１５をマニホールド６の内部底面と対向するように設けることにより、反応ガス供給口１５より供給される反応ガスは、マニホールド６の底面に向けて流れた後、マニホールド６の内部全体に拡散して、マニホールド６に固定された各燃料電池セル６に供給されることとなる。すなわち、このような構成とすることにより、反応ガス供給口１５から燃料電池セル２までの距離を実質的に長くすることができる。   The reaction gas supply pipe 7 is supplied from the reaction gas supply port 15 by disposing one end portion of the reaction gas supply tube 7 at a distance from the inner bottom surface of the manifold 6 and by providing a reaction gas supply port 15 so as to face the inner bottom surface of the manifold 6. After the reaction gas flows toward the bottom surface of the manifold 6, it diffuses throughout the interior of the manifold 6 and is supplied to each fuel cell 6 fixed to the manifold 6. That is, with such a configuration, the distance from the reaction gas supply port 15 to the fuel cell 2 can be substantially increased.

それにより、セルスタックを構成する各燃料電池セル２に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができ、発電効率を向上させることができる。   Thereby, the quantity of the reaction gas supplied to each fuel cell 2 which comprises a cell stack can be closely approached, and electric power generation efficiency can be improved.

なお、反応ガス供給管７の一端部をマニホールド６の内部底面と間隔をあけて配置するにあたり、この間隔は、マニホールド６の大きさやセルスタックを構成する各燃料電池セル２の数等により適宜設定することができる。   Note that when the one end portion of the reaction gas supply pipe 7 is spaced from the inner bottom surface of the manifold 6, this interval is appropriately set depending on the size of the manifold 6, the number of fuel cells 2 constituting the cell stack, and the like. can do.

図３は、本発明のセルスタック装置１の他の一例を示しており、マニホールド６の内部に挿入されている反応ガス供給管７の一端部が、マニホールド６の内部底面に配置されているとともに、反応ガス供給口１５がマニホールド６の内部上面（燃料電池セル２側）と対向して設けられている例を示す断面図である。   FIG. 3 shows another example of the cell stack device 1 according to the present invention, in which one end portion of the reaction gas supply pipe 7 inserted into the manifold 6 is disposed on the inner bottom surface of the manifold 6. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example in which a reaction gas supply port 15 is provided so as to face an inner upper surface (fuel cell 2 side) of a manifold 6.

ここで、反応ガス供給管７の一端部をマニホールド６内部底面に配置し、かつ反応ガス供給口１５がマニホールド６の内部上面と対向して設けられていることから、反応ガス供給口１５からマニホールド６の内部上面（すなわちセルスタックを構成する各燃料電池セル２）までの距離を長くすることができる。   Here, one end portion of the reaction gas supply pipe 7 is arranged on the bottom surface inside the manifold 6 and the reaction gas supply port 15 is provided so as to face the inner top surface of the manifold 6. The distance to the inner upper surface of 6 (that is, each fuel cell 2 constituting the cell stack) can be increased.

すなわち、反応ガス供給口１５より供給される反応ガスは、マニホールド６の内部上面に至るまでの間にマニホールド６の内部全体に拡散して、セルスタックを構成する各燃料電池セル６に供給することができる。   That is, the reaction gas supplied from the reaction gas supply port 15 is diffused throughout the interior of the manifold 6 until reaching the inner upper surface of the manifold 6 and supplied to each fuel cell 6 constituting the cell stack. Can do.

それにより、セルスタックを構成する各燃料電池セル２に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができ、発電効率を向上させることができる。   Thereby, the quantity of the reaction gas supplied to each fuel cell 2 which comprises a cell stack can be closely approached, and electric power generation efficiency can be improved.

なお、マニホールド６の内部上面とは、例えばマニホールド６が上面に天板を有している構造の場合にはその天板が内部上面であることを意味し、例えばマニホールド６が蓋部材を有さない形状である場合に、その上部でガラスシール材等により各燃料電池セル２を固定する場合には、そのガラスシール材を内部上面とすることができる。   The internal upper surface of the manifold 6 means that, for example, when the manifold 6 has a top plate on the upper surface, the top plate is the internal upper surface. For example, the manifold 6 has a lid member. In the case where the fuel cell 2 is fixed with a glass sealing material or the like at the upper part when the shape is not, the glass sealing material can be used as the inner upper surface.

図４は、マニホールド６内に挿入されている反応ガス供給管７の一端部が、燃料電池セル２の配列方向に沿うマニホールドの一端および他端とそれぞれ接合されている例を示す断面図である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example in which one end portion of the reaction gas supply pipe 7 inserted into the manifold 6 is joined to one end and the other end of the manifold along the arrangement direction of the fuel cells 2. .

例えば、反応ガス供給管７の一端部がマニホールド６内に挿入されており、その一端部（特には先端部）がマニホールド６と接続されていない場合（すなわち、マニホールド６の内部に浮いているような状態の場合）に、反応ガス供給管７のマニホールド６の挿入部（接合部）に応力がかかり、反応ガス供給管７が変形する可能性や反応ガスのシール性の問題が生じる可能性がある。   For example, one end of the reaction gas supply pipe 7 is inserted into the manifold 6, and the one end (particularly, the tip) is not connected to the manifold 6 (that is, it floats inside the manifold 6. In such a case, stress is applied to the insertion part (joint part) of the manifold 6 of the reaction gas supply pipe 7, and the reaction gas supply pipe 7 may be deformed or the reaction gas may be sealed. is there.

ここで、図４に示したように、反応ガス供給管７の一端部を、燃料電池セル２の配列方向に沿うマニホールド６の一端および他端とそれぞれ接合させることにより、反応ガス供給管７のマニホールド６の挿入部（接合部）における応力を緩和することができる。それにより、反応ガス供給管７の変形を抑制するほか、ガスシール性を向上することができる。   Here, as shown in FIG. 4, one end of the reaction gas supply pipe 7 is joined to one end and the other end of the manifold 6 along the arrangement direction of the fuel cells 2. The stress at the insertion portion (joint portion) of the manifold 6 can be relaxed. Thereby, besides suppressing the deformation of the reaction gas supply pipe 7, the gas sealing performance can be improved.

さらに、反応ガス供給管７の一端部を、燃料電池セル２の配列方向に沿うマニホールド６の一端および他端とそれぞれ接合させることにより、反応ガス供給管７により反応ガスの流れが不均一となることを抑制できる。すなわち、反応ガス供給口１５より供給される反応ガスの流れ（マニホールド６内部での拡散度合い）において、マニホールド６内に配置された反応ガス供給管７による影響を抑制することができ、マニホールド６の内部全体により均一に拡散することができる。   Further, by joining one end of the reaction gas supply pipe 7 to one end and the other end of the manifold 6 along the arrangement direction of the fuel cells 2, the flow of the reaction gas becomes nonuniform by the reaction gas supply pipe 7. This can be suppressed. That is, in the flow of the reaction gas supplied from the reaction gas supply port 15 (the degree of diffusion in the manifold 6), the influence of the reaction gas supply pipe 7 disposed in the manifold 6 can be suppressed. It can diffuse more uniformly throughout the interior.

それにより、セルスタックを構成する各燃料電池セル２に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができることから、発電効率を向上することができる。   As a result, the amount of the reaction gas supplied to each fuel battery cell 2 constituting the cell stack can be made closer to the uniform value, so that power generation efficiency can be improved.

なお、図４においては図示していないが、反応ガス供給管７の一端部を、燃料電池セル２の配列方向に沿うマニホールド６の一端および他端と接合させる場合において、反応ガス供給管７内を流れる反応ガスが、燃料電池セル２の配列方向における中央部に設けられた反応ガス供給口１５よりマニホールド６内に供給されればよい。それゆえ、図４に示したように、反応ガス供給管７の内部の反応ガス流路を反応ガス供給口１５までとするほか、反応ガス流路を反応ガス供給管７の内部をマニホールド６の一端から他端にわたるように設けることもできる。   Although not shown in FIG. 4, when one end of the reaction gas supply pipe 7 is joined to one end and the other end of the manifold 6 along the arrangement direction of the fuel cells 2, The reaction gas flowing through the fuel cell 2 may be supplied into the manifold 6 from the reaction gas supply port 15 provided at the center in the arrangement direction of the fuel cells 2. Therefore, as shown in FIG. 4, the reaction gas flow path inside the reaction gas supply pipe 7 extends to the reaction gas supply port 15, and the reaction gas flow path is connected to the inside of the reaction gas supply pipe 7 of the manifold 6. It can also be provided so as to extend from one end to the other end.

ところで、上述においては、反応ガス供給管７の一端部をマニホールド６の内部に挿入して配置する例を示したが、反応ガス供給管７の一端部をマニホールド６の底部に接続するように設けることもできる。   By the way, in the above description, an example in which one end portion of the reaction gas supply pipe 7 is inserted into the manifold 6 is shown, but one end portion of the reaction gas supply pipe 7 is provided so as to be connected to the bottom portion of the manifold 6. You can also

図５は、反応ガス供給管７の一端部をマニホールド６の底部に接続するように配置したセルスタック装置１の他の一例を示す断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the cell stack device 1 arranged so that one end of the reaction gas supply pipe 7 is connected to the bottom of the manifold 6.

ここで、図５に示したセルスタック装置１においても、反応ガス供給口１５を有する反応ガス供給管７の一端部が、マニホールド６の燃料電池セル２（図２においては省略して示している）の配列方向における中央部に位置するように配置されている例を示している。それにより、反応ガス供給口１５より供給される反応ガスは、マニホールド６の内部を上面側に流れる間にマニホールド６の内部全体に拡散することで、マニホールド６の内部の上面側に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができる。それゆえ、セルスタックを構成する各燃料電池セル２に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができ、発電効率を向上することができる。   Here, also in the cell stack apparatus 1 shown in FIG. 5, one end portion of the reaction gas supply pipe 7 having the reaction gas supply port 15 is shown in the fuel cell 2 of the manifold 6 (not shown in FIG. 2). In the example shown in FIG. As a result, the reaction gas supplied from the reaction gas supply port 15 diffuses to the entire inside of the manifold 6 while flowing through the inside of the manifold 6 to the upper surface side, so that the reaction supplied to the upper surface side inside the manifold 6. The amount of gas can be made uniform. Therefore, the amount of the reaction gas supplied to each fuel cell 2 constituting the cell stack can be made close to uniform, and the power generation efficiency can be improved.

また、反応ガス供給管７をマニホールド６の底面に接続する場合においては、反応ガス供給口１５より供給される反応ガスの流れは、反応ガス供給管７の形状等による影響を受けることがない。それゆえ、反応ガス供給口１５より供給される反応ガスは、マニホールド６の内部全体により均一に拡散することができ、それにより燃料電池セル２の発電効率を向上することができる。   When the reaction gas supply pipe 7 is connected to the bottom surface of the manifold 6, the flow of the reaction gas supplied from the reaction gas supply port 15 is not affected by the shape of the reaction gas supply pipe 7. Therefore, the reaction gas supplied from the reaction gas supply port 15 can be uniformly diffused in the entire interior of the manifold 6, thereby improving the power generation efficiency of the fuel cell 2.

なお、図５においては、反応ガス供給管７がマニホールド６の底面を燃料電池セル２の配列方向に沿って配置され、その一端部がマニホールド６に接続されている例を示したが、たとえば、反応ガス供給管７の一端部（特には反応ガス供給口１５を含む先端部）だけを、マニホールド６の底部に接続するように配置することもできる。   5 shows an example in which the reaction gas supply pipe 7 is arranged on the bottom surface of the manifold 6 along the arrangement direction of the fuel cells 2 and one end thereof is connected to the manifold 6. Only one end portion of the reaction gas supply pipe 7 (particularly, the front end portion including the reaction gas supply port 15) can be disposed so as to be connected to the bottom portion of the manifold 6.

図６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。本発明の燃料電池モジュール１６においては、上述したセルスタック装置２０を収納容器１７内に挿入して配置することにより、燃料電池モジュール１６が構成される。   FIG. 6 is an external perspective view showing an example of the fuel cell module of the present invention. In the fuel cell module 16 of the present invention, the fuel cell module 16 is configured by inserting the cell stack device 20 described above into the storage container 17 and arranging it.

なお、図６に示したセルスタック装置２０においては、燃料電池セル２（セルスタック）の上方に、原燃料を供給する原燃料供給管１９が接続されたＵの字状の改質器１８が配置されており、改質器１８での改質反応により改質された反応ガス（燃料ガス）が、反応ガス供給管７を通じてマニホールド６に供給される。   In the cell stack device 20 shown in FIG. 6, a U-shaped reformer 18 connected to a raw fuel supply pipe 19 for supplying raw fuel is provided above the fuel cell 2 (cell stack). The reaction gas (fuel gas) arranged by the reforming reaction in the reformer 18 is supplied to the manifold 6 through the reaction gas supply pipe 7.

ここで、本発明の燃料電池モジュール１６は、セルスタックを構成する各燃料電池セル２に供給される反応ガスの量を均一に近づけることができるセルスタック装置２０を収納容器１７内に収納してなることから、発電効率の向上した燃料電池モジュール１６とすることができる。   Here, the fuel cell module 16 of the present invention accommodates the cell stack device 20 that can make the amount of the reaction gas supplied to each fuel cell 2 constituting the cell stack uniformly close in the storage container 17. Thus, the fuel cell module 16 with improved power generation efficiency can be obtained.

なお、このような燃料電池モジュール１６においては、原燃料供給管１９より供給される原燃料が、改質器１８の内部に設けられた改質触媒により燃料ガスに改質される。改質器１８にて生成された燃料ガスは、反応ガス供給管７を通じてマニホールド６に供給された後、各燃料電池セル２に供給される。燃料電池セル２においては、マニホールド６より供給された燃料ガスと、セルスタックの側方（燃料電池セル２の配列方向に沿った側方）から供給される酸素含有ガスとで発電を行う。なお、燃料電池セル２の発電で使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスは、燃料電池セル２の上端部側で燃焼させることにより、余剰の燃料ガスが燃料電池モジュールより排気されることを抑制できるとともに、燃料電池セル２の温度を高温に維持するほか、改質器１８の温度を上昇させることができ、改質器１８にて効率よく改質反応を行わせることができる。それにより、発電効率の向上した燃料電池モジュール１６とすることができる。   In such a fuel cell module 16, the raw fuel supplied from the raw fuel supply pipe 19 is reformed into fuel gas by a reforming catalyst provided inside the reformer 18. The fuel gas generated in the reformer 18 is supplied to the manifold 6 through the reaction gas supply pipe 7 and then supplied to each fuel cell 2. In the fuel cell 2, power generation is performed using the fuel gas supplied from the manifold 6 and the oxygen-containing gas supplied from the side of the cell stack (side along the arrangement direction of the fuel cells 2). In addition, the fuel gas and the oxygen-containing gas that are not used in the power generation of the fuel battery cell 2 are burned on the upper end side of the fuel battery cell 2, thereby suppressing excess fuel gas from being exhausted from the fuel cell module. In addition to maintaining the temperature of the fuel cell 2 at a high temperature, the temperature of the reformer 18 can be raised, and the reformer 18 can efficiently perform the reforming reaction. Thereby, the fuel cell module 16 with improved power generation efficiency can be obtained.

図７は、本発明の燃料電池装置２１の一例を示す分解斜視図である。なお、図７においては一部構成を省略して示している。   FIG. 7 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device 21 of the present invention. In FIG. 7, a part of the configuration is omitted.

図７に示す燃料電池装置２１は、支柱２２と外装板２３から構成される外装ケース内を仕切り板２４により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール２９を収納するモジュール収納室２５とし、下方側を燃料電池モジュール２９を動作するための補機類を収納する補機収納室２６として構成されている。なお、補機収納室２６に収納する補機類を省略して示している。   The fuel cell device 21 shown in FIG. 7 divides the inside of an outer case made up of a column 22 and an outer plate 23 into upper and lower portions by a partition plate 24, and a module storage chamber 25 for storing the above-described fuel cell module 29 on the upper side thereof. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 26 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 29. It should be noted that auxiliary equipment stored in the auxiliary equipment storage chamber 26 is omitted.

また、仕切り板２４には、補機収納室２６の空気をモジュール収納室２５側に流すための空気流通口２７が設けられており、モジュール収納室２５を構成する外装板２３の一部に、モジュール収納室２５内の空気を排気するための排気口２８が設けられている。   Further, the partition plate 24 is provided with an air circulation port 27 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 26 to the module storage chamber 25 side, and a part of the exterior plate 23 constituting the module storage chamber 25 is An exhaust port 28 for exhausting air in the module storage chamber 25 is provided.

このような燃料電池装置２１においては、上述したように、発電効率を向上することができるセルスタック装置１を収納容器に収納してなる燃料電池モジュール２９をモジュール収納室２５に収納して構成されることにより、発電効率の向上した燃料電池装置２１とすることができる。   As described above, the fuel cell device 21 is configured by housing the fuel cell module 29 in which the cell stack device 1 capable of improving power generation efficiency is housed in the housing container in the module housing chamber 25. Thus, the fuel cell device 21 with improved power generation efficiency can be obtained.

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。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、反応ガス供給管７より供給する反応ガスを酸素含有ガスとすることもできる。この場合においても、各燃料電池セル２に供給する酸素含有ガスの量を均一に近づけることができ、発電効率の向上したセルスタック装置とすることができる。   For example, the reaction gas supplied from the reaction gas supply pipe 7 can be an oxygen-containing gas. Even in this case, the amount of the oxygen-containing gas supplied to each fuel battery cell 2 can be made close to uniform, and a cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained.

また、反応ガス供給管７の形状や大きさも適宜設計することができ、たとえば、単なる管形状のほか、例えば板状の形状とすることもできる。   In addition, the shape and size of the reaction gas supply pipe 7 can be designed as appropriate. For example, in addition to a simple pipe shape, the reaction gas supply pipe 7 may have a plate shape, for example.

さらに、上述の説明において柱状の燃料電池セル２の一例として中空平板状の燃料電池セル２を用いて説明したが、他に例えば円筒状の燃料電池セル２などを用いることもできる。   Furthermore, in the above description, the hollow flat fuel cell 2 has been described as an example of the columnar fuel cell 2. However, for example, a cylindrical fuel cell 2 or the like may be used.

さらに、マニホールド６の底部に反応ガス供給管７を配置する場合に、反応ガス供給管７をマニホールド６の一端から他端にわたって配置することもできる。   Further, when the reaction gas supply pipe 7 is arranged at the bottom of the manifold 6, the reaction gas supply pipe 7 can be arranged from one end to the other end of the manifold 6.

本発明のセルスタック装置の一例を示しており、（ａ）は側面図を、（ｂ）は一部を抜粋して示す平面図である。An example of the cell stack device of the present invention is shown, (a) is a side view, and (b) is a plan view showing a part extracted. マニホールドの内部に反応ガス供給管の一端部を挿入していることを示す断面図である。It is sectional drawing which shows having inserted the one end part of the reactive gas supply pipe | tube into the inside of a manifold. マニホールドの内部底面上に反応ガス供給管の一端部を配置していることを示す断面図である。It is sectional drawing which shows having arrange | positioned the one end part of the reactive gas supply pipe | tube on the internal bottom face of a manifold. 反応ガス供給管の一端部が、燃料電池セルの配列方向に沿うマニホールドの一端および他端と接続されていることを示す断面図である。It is sectional drawing which shows that the one end part of the reactive gas supply pipe | tube is connected with the one end and other end of the manifold which follow the arrangement direction of a fuel cell. マニホールドの底部に反応ガス供給管の一端部を接続していることを示す断面図である。It is sectional drawing which shows that the one end part of the reactive gas supply pipe | tube is connected to the bottom part of the manifold. 本発明の燃料電池モジュールの一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the fuel cell module of this invention. 本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the fuel cell apparatus of this invention. 従来の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the conventional fuel cell module. 従来のセルスタック装置の一例を示しており、（ａ）は側面図を、（ｂ）は一部を抜粋して示す平面図である。An example of the conventional cell stack apparatus is shown, (a) is a side view, (b) is a top view which extracts and shows a part. 従来のセルスタック装置におけるマニホールドと反応ガス供給管との接続を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection of the manifold and reaction gas supply pipe | tube in the conventional cell stack apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１：セルスタック装置
２：燃料電池セル
６：マニホールド
７：反応ガス供給管
１５：反応ガス供給口 1: Cell stack device 2: Fuel cell 6: Manifold 7: Reaction gas supply pipe 15: Reaction gas supply port

Claims (7)

柱状の燃料電池セルを複数個立設させた状態で配列し、隣接する前記燃料電池セル間に集電部材を介して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端が固定されている前記燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドと、該マニホールドに反応ガスを供給するための反応ガス供給管とを具備するセルスタック装置であって、前記反応ガス供給管は、その一端部に反応ガス供給口を有しており、該反応ガス供給口が前記マニホールドの前記燃料電池セルの配列方向における中央部に位置するように、前記一端部が前記マニホールドの内部に挿入されているかまたは前記マニホールドの底部に接続されていることを特徴とするセルスタック装置。   A plurality of columnar fuel cells arranged in an upright state, and a cell stack formed by electrically connecting adjacent fuel cells via a current collecting member, and a lower end of the fuel cells are fixed A cell stack device comprising a manifold for supplying a reaction gas to the fuel cell, and a reaction gas supply pipe for supplying a reaction gas to the manifold, wherein the reaction gas supply pipe comprises: A reaction gas supply port is provided at one end of the manifold, and the one end is inserted into the manifold so that the reaction gas supply port is located at the center of the manifold in the arrangement direction of the fuel cells. Or a cell stack device characterized in that it is connected to the bottom of the manifold. 前記反応ガス供給口が、前記マニホールドの前記燃料電池セルの配列方向と直交する方向における幅の中央部に位置していることを特徴とする請求項１に記載のセルスタック装置。   2. The cell stack device according to claim 1, wherein the reaction gas supply port is located at a central portion of a width in a direction orthogonal to the arrangement direction of the fuel cells of the manifold. 前記マニホールドの内部に挿入されている前記反応ガス供給管の前記一端部が、前記マニホールドの内部底面と間隔をあけて配置されているとともに、前記反応ガス供給口が前記マニホールドの内部底面と対向していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセルスタック装置。   The one end of the reaction gas supply pipe inserted into the manifold is disposed at a distance from the inner bottom surface of the manifold, and the reaction gas supply port faces the inner bottom surface of the manifold. The cell stack device according to claim 1, wherein the cell stack device is provided. 前記マニホールドの内部に挿入されている前記反応ガス供給管の前記一端部が、前記マニホールドの内部底面に配置されているとともに、前記反応ガス供給口が前記マニホールドの内部上面と対向していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセルスタック装置。   The one end portion of the reaction gas supply pipe inserted into the manifold is disposed on the inner bottom surface of the manifold, and the reaction gas supply port faces the inner upper surface of the manifold. The cell stack device according to claim 1 or 2, characterized in that 前記マニホールドの内部に挿入されている前記反応ガス供給管の前記一端部が、前記燃料電池セルの配列方向に沿う前記マニホールドの一端および他端とそれぞれ接合されていることを特徴とする請求項３に記載のセルスタック装置。   4. The one end portion of the reaction gas supply pipe inserted into the manifold is joined to one end and the other end of the manifold along the arrangement direction of the fuel cells, respectively. A cell stack device according to claim 1. 請求項１乃至請求項５のうちいずれかに記載のセルスタック装置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。   A fuel cell module comprising the cell stack device according to any one of claims 1 to 5 housed in a housing container. 請求項６に記載の燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。
A fuel cell apparatus comprising the fuel cell module according to claim 6 housed in an outer case.
JP2008139326A 2008-05-28 2008-05-28 Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device Active JP5334456B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008139326A JP5334456B2 (en) 2008-05-28 2008-05-28 Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008139326A JP5334456B2 (en) 2008-05-28 2008-05-28 Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009289532A true JP2009289532A (en) 2009-12-10
JP5334456B2 JP5334456B2 (en) 2013-11-06

Family

ID=41458563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008139326A Active JP5334456B2 (en) 2008-05-28 2008-05-28 Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5334456B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011100638A (en) * 2009-11-06 2011-05-19 Toto Ltd Fuel cell
JP2011165508A (en) * 2010-02-10 2011-08-25 Toto Ltd Fuel battery
JP2014056836A (en) * 2013-11-15 2014-03-27 Toto Ltd Fuel battery
JP2014192131A (en) * 2013-03-28 2014-10-06 Kyocera Corp Cell stack device and electrochemical device
WO2016158684A1 (en) * 2015-03-27 2016-10-06 京セラ株式会社 Cell stack device, module, and module housing device
JP6279139B1 (en) * 2016-11-25 2018-02-14 日本碍子株式会社 Manifold and fuel cell stack
JP2018088396A (en) * 2016-11-24 2018-06-07 日本碍子株式会社 Manifold
CN114824401A (en) * 2017-04-25 2022-07-29 京瓷株式会社 Cell stack device, cell stack module, and storage device for cell stack module

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11162497A (en) * 1997-11-28 1999-06-18 Kyocera Corp Solid electrolyte fuel cell
JP2000133298A (en) * 1998-10-28 2000-05-12 Kyocera Corp Solid electrolyte fuel cell
JP2003077496A (en) * 2001-08-30 2003-03-14 Kyocera Corp Solid electrolyte fuel cell
JP2007280652A (en) * 2006-04-03 2007-10-25 Tokyo Gas Co Ltd Flat-plate solid oxide fuel cell stack and its method for avoiding fuel shortage
JP2008084683A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Kyocera Corp Fuel cell
JP2009224299A (en) * 2008-03-19 2009-10-01 Kyocera Corp Cell stack device, and fuel battery module

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11162497A (en) * 1997-11-28 1999-06-18 Kyocera Corp Solid electrolyte fuel cell
JP2000133298A (en) * 1998-10-28 2000-05-12 Kyocera Corp Solid electrolyte fuel cell
JP2003077496A (en) * 2001-08-30 2003-03-14 Kyocera Corp Solid electrolyte fuel cell
JP2007280652A (en) * 2006-04-03 2007-10-25 Tokyo Gas Co Ltd Flat-plate solid oxide fuel cell stack and its method for avoiding fuel shortage
JP2008084683A (en) * 2006-09-27 2008-04-10 Kyocera Corp Fuel cell
JP2009224299A (en) * 2008-03-19 2009-10-01 Kyocera Corp Cell stack device, and fuel battery module

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011100638A (en) * 2009-11-06 2011-05-19 Toto Ltd Fuel cell
JP2011165508A (en) * 2010-02-10 2011-08-25 Toto Ltd Fuel battery
JP2014192131A (en) * 2013-03-28 2014-10-06 Kyocera Corp Cell stack device and electrochemical device
JP2014056836A (en) * 2013-11-15 2014-03-27 Toto Ltd Fuel battery
WO2016158684A1 (en) * 2015-03-27 2016-10-06 京セラ株式会社 Cell stack device, module, and module housing device
JPWO2016158684A1 (en) * 2015-03-27 2018-01-25 京セラ株式会社 Cell stack device, module, and module housing device
JP2018088396A (en) * 2016-11-24 2018-06-07 日本碍子株式会社 Manifold
JP6279139B1 (en) * 2016-11-25 2018-02-14 日本碍子株式会社 Manifold and fuel cell stack
CN114824401A (en) * 2017-04-25 2022-07-29 京瓷株式会社 Cell stack device, cell stack module, and storage device for cell stack module

Also Published As

Publication number Publication date
JP5334456B2 (en) 2013-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5334456B2 (en) Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
JP5542568B2 (en) Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
JP5111036B2 (en) Fuel cell stack and fuel cell
JP5409333B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5319460B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP2010129270A (en) Fuel battery cell stack device, fuel battery module, and fuel battery device
JP5377271B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5856024B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5334797B2 (en) Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device
JP5289009B2 (en) Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5241430B2 (en) Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5534893B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5334731B2 (en) Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5448917B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP5388818B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP6121793B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP2010192273A (en) Fuel battery cell stack device, fuel battery module, and fuel battery device
JP6687463B2 (en) Cell stack device, module and module storage device
JP6117690B2 (en) Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP2010231919A (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP5164630B2 (en) Cell stack and fuel cell module
JP2010108687A (en) Current collecting member, cell stack device including the same, fuel cell module and fuel cell device
JP2012014864A (en) Cell stack device, fuel battery module and fuel battery device
JP5441468B2 (en) Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device
JP2011113828A (en) Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130129

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130215

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130702

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130730

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5334456

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150