JP2010009945A - 燃料電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池セル同士を電気的に接続する際の接続作業性を向上しつつ、集電性能の低下を防止することが可能な燃料電池ユニットを提供すること。
【解決手段】燃料電池ユニットは、開口部を有するガスタンク３と、開口部を介してガスタンク３内と連通する内部通路を有すると共に外側の電極層を有する燃料電池セル４と、開口部を介してガスタンク３内と連通する内部通路を有すると共に内側の電極層を有する燃料電池セル４と、燃料電池セル４の外側の電極層に電気的に接続される外側電極端子４２と、燃料電池セル４の内側の電極層に電気的に接続される内側電極端子と、外側電極端子４２と内側電極端子を電気的に接続する接続端子５２と、を備えている。外側電極端子４２と接続端子５２とは、ガスタンク３内に封止されるように配置されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に使用される燃料電池ユニットに関する。

従来、このような燃料電池ユニットにおいては、開口部を有するガスタンクと、開口部を介してガスタンク内と連通する内部通路を有すると共に外側及び内側電極を有する複数の燃料電池セルと、を備えている（例えば、下記特許文献１〜３参照）。特許文献１〜３（特表２００１−５１８６８８号公報、特開２００４−３１１７２号公報、及び特開２００８−７１７１２号公報）では、複数の燃料電池セルは、電気的に直列に接続されている。

特許文献１（特表２００１−５１８６８８号公報）では、ガスタンク内に燃料電池セルの一部を突出させており、燃料電池セルの突出部分における外側電極に電気的に接続するように外側端子が配置されている。そして、外側端子は、隣接する一つの燃料電池セルの内側電極にワイヤを介して電気的に接続されている。特許文献２（特開２００４−３１１７２号公報）では、燃料電池セルの外側電極及び内側電極のそれぞれに、集電部材が接続されている。そして、ガスタンク内において、一つの燃料電池セルの外側電極に接続された集電部材と当該燃料電池セルに隣接する一つの燃料電池セルの内側電極に接続された集電部材とが導電部材により電気的に接続されている。特許文献３（特開２００８−７１７１２号公報）では、燃料電池セルの一端に外側電極に電気的に接続される外側端子が配置され、その他端に内側電極に電気的に接続される内側端子が配置されている。一つの燃料電池セルの外側端子と当該燃料電池セルに隣接する一つの燃料電池セルの内側端子とが接続部材又は接続電極端子により電気的に接続されている。
特表２００１−５１８６８８号公報 特開２００４−３１１７２号公報 特開２００８−７１７１２号公報

ところで、特許文献１（特表２００１−５１８６８８号公報）では、内側電極とワイヤとが直接接続されることとなるため、ワイヤと内部電極との接触面積が小さい。このため、内側電極とワイヤとの接続箇所での導通抵抗が大きくなり、集電性能が低下する懼れがある。また、内側電極とワイヤとを接続する必要があるため、燃料電池セル同士を電気的に接続する作業を効率良く且つ容易に行うことができない。

特許文献２（特開２００４−３１１７２号公報）では、各集電部材の厚みが薄いため、導電部材を介した接続作業を極めて慎重に行う必要があり、作業性が悪い。また、集電部材と導電部材との接続箇所での機械的強度が低く、接続箇所にクラック等が発生して、導通抵抗が大きくなる懼れもある。更に、外側電極に接続された集電部材は、大気に曝されることとなるため、酸化を防ぐための対策を別途採用する必要が生じる。集電部材が酸化すると、集電部材の導通抵抗が大きくなり、集電性能が低下してしまう。

そこで本発明では、燃料電池セル同士を電気的に接続する際の接続作業性を向上しつつ、集電性能の低下を防止することが可能な燃料電池ユニットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池用ユニットは、燃料電池に使用される燃料電池ユニットであって、開口部を有するガスタンクと、前記開口部を介して前記ガスタンク内と連通する内部通路を有すると共に外側電極を有する第１の燃料電池セルと、前記開口部を介して前記ガスタンク内と連通する内部通路を有すると共に内側電極を有する第２の燃料電池セルと、前記第１の燃料電池セルの前記外側電極に電気的に接続される外側電極端子と、前記第２の燃料電池セルの前記内側電極に電気的に接続される内側電極端子と、前記外側電極端子と前記内側電極端子を電気的に接続する導電部材と、を備えており、前記外側電極端子と前記導電部材とは、前記ガスタンク内に封止されるように配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池セル同士を電気的に接続する際の接続作業性を向上しつつ、集電性能の低下を防止することが可能な燃料電池ユニットを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。

本発明に係る燃料電池ユニットは、燃料電池に使用される燃料電池ユニットであって、開口部を有するガスタンクと、前記開口部を介して前記ガスタンク内と連通する内部通路を有すると共に外側電極を有する第１の燃料電池セルと、前記開口部を介して前記ガスタンク内と連通する内部通路を有すると共に内側電極を有する第２の燃料電池セルと、前記第１の燃料電池セルの前記外側電極に電気的に接続される外側電極端子と、前記第２の燃料電池セルの前記内側電極に電気的に接続される内側電極端子と、前記外側電極端子と前記内側電極端子を電気的に接続する導電部材と、を備えており、前記外側電極端子と前記導電部材とは、前記ガスタンク内に封止されるように配置されている。

本発明では、外側電極端子と内側電極端子とを備え、これらの外側電極端子と内側電極端子とが導電部材により電気的に接続されることとなる。このように、本発明によれば、内側電極及び外側電極の両者に関して、端子を用いた接続作業が可能となるため、燃料電池セル同士を電気的に接続する際の接続作業性を向上する。

また、本発明では、燃料電池セル同士の電気的な接続構造が端子により実現されているため、端子と導電部材との接続箇所における接触面積が比較的大きい。この結果、接続箇所における導通抵抗が小さく、集電効率の低下を抑制することができる。

更に、本発明では、外側電極端子と導電部材とはガスタンク内に封止されるように配置されているので、外側電極端子と導電部材とが大気に曝されるのを防ぐことができる。これにより、外側電極端子と導電部材との酸化を防ぎ、外側電極端子及び導電部材において導通抵抗が大きくなることはない。なお、外側電極端子及び導電部材の材料として、比較的安価な金属材料を使用することも可能であり、この場合には、燃料電池ユニットの低コスト化が図られることとなる。

また本発明に係る燃料電池ユニットでは、前記第１及び第２の燃料電池セルは、前記ガスタンク内に突出するガスタンク内突出部をそれぞれ含んでおり、前記外側電極端子は、前記第１の燃料電池セルの前記ガスタンク内突出部に配置されていることも好ましい。この好ましい態様では、ガスタンク内への外側電極端子と導電部材との封止配置を確実且つ容易に実現することができる。

また本発明に係る燃料電池ユニットでは、前記内側電極は、前記第２の燃料電池セルの内側周面に形成されており、前記内側電極端子は、前記第２の燃料電池セルの前記内側電極に面接触することにより該内側電極に電気的に接続されていることも好ましい。この好ましい態様では、内側電極と内側電極端子との接続箇所における導通抵抗の低下を図り、集電性能をより一層向上することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る燃料電池モジュールの一実施形態を示す正面図である。また、図２は、燃料電池セル集合体及びガスタンクを示す斜視図である。

同図に示すように、燃料電池モジュールＦＣは、カバー部材１とベース部材２とによって密閉される空間内に１０個の燃料電池セルスタック４００を並べて配置している。従って、この燃料電池モジュールＦＣでは、カバー部材１とベース部材２とによって、燃料電池セル４等が内包される容器が形成されている。各燃料電池セルスタック４００には、１６個の燃料電池セル４が２列になって配置されている。これらの燃料電池セル４は、電気的に直列に配置されている。本実施形態の燃料電池モジュールＦＣは、燃料電池用ユニットを含んでいる。

燃料電池モジュールＦＣでは、１０個の燃料電池セルスタック４００により、燃料電池セル集合体４０１が構成されている。燃料電池セル集合体４０１では、１６０個の燃料電池セル４が行列配置されている。本実施形態では、燃料電池セル４が８行×２０列配置されている。

各燃料電池セル４は、管状であり、燃料電池セル４の管内を燃料電池セル４の一方の端部４ａから他方の端部４ｂへと流れるガスと、その管外を一方の端部４ａから他方の端部４ｂへと流れるガスの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル４の管内を流れるガスは、水素又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル４の管外を流れるガスは、酸素を含む空気等の酸化剤ガスである。

燃料電池セルユニット３０について、図３を参照しながら説明する。図３に示すように、燃料電池セルユニット３０は、燃料電池セル４によって形成され且つ上下方向に延びる管状構造体であり、円筒形の燃料電池セル４と、燃料電池セル４の一方の端部４ａに取付けられた内側電極端子４０及び外側電極端子４２と、を有している。

燃料電池セル４は、円筒形の内側の電極層４４と、円筒形の外側の電極層４８と、これらの電極層４４、４８の間に配置された円筒形の電解質層４６と、内側の電極層４４の内側に構成される貫通流路５０とを有している。燃料電池セル４の一方の端部４ａに、内側の電極層４４が露出した内側電極面４４ａが設けられている。また、燃料電池セル４の一方の端部４ａは、外側の電極層４８が露出した外側電極面４８ａによって構成されている。貫通流路５０は、内部通路として機能する。内側の電極層４４は内部電極として機能し、外側の電極層４８は外側電極として機能する。内側電極面４４ａは、燃料電池セル４の内側周面となり、外側電極面４８ａは、燃料電池セル４の外側周面となる。

内側の電極層４４は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。電解質層４６は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。外側の電極層４８は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたサマリウムコバルト、銀、などの少なくとも一種から形成される。この場合、内側の電極層４４が燃料極になり、外側の電極層４８が空気極になる。内側の電極層４４の厚さは、例えば、１ｍｍであり、電解質層４６の厚さは、例えば、３０μｍであり、外側の電極層４８の厚さは、例えば、３０μｍであり、その外径は、例えば、１〜１０ｍｍである。

内側電極端子４０は、図４に示すように、断面略Ｃ字形状の本体部分４０ａと、延出部分４０ｂとを有している。本体部分４０ａは、燃料電池セル４の一方の端部４ａにおいて、内側電極面４４ａを略全周にわたって内側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続されている。延出部分４０ｂは、本体部分４０ａから燃料電池セル４の長手方向に延びている。本体部分４０ａは、その外周面が内側の電極層４４の内側電極面４４ａと当接している。すなわち、内側電極端子４０は、内側電極面４４ａに面接触することにより該内側電極面４４ａに電気的に接続されている。本実施形態では、延出部分４０ｂは、本体部分４０ａと一体に且つ略板状に形成されている。内側電極端子４０は、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる。

外側電極端子４２は、図５に示すように、断面略Ｃ字形状の本体部分４２ａと、延出部分４２ｂとを有している。本体部分４２ａは、燃料電池セル４の一方の端部４ａにおいて、外側電極面４８ａを略全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続されている。延出部分４２ｂは、本体部分４２ａから燃料電池セル４の外側方向に伸びその後長手方向に延びている。本体部分４２ａは、その内周面が外側の電極層４８の外側電極面４８ａと当接している。すなわち、外側電極端子４２は、外側電極面４８ａに面接触することにより該外側電極面４８ａに電気的に接続されている。本実施形態では、延出部分４２ｂは、本体部分４２ａと一体に且つ略板状に形成されている。外側電極端子４２は、内側電極端子４０と同じく、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる。

続いて、燃料電池セルスタック４００について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６では、後述する接続端子５２の図示を省略している。燃料電池セルスタック４００は、１６本の燃料電池セルユニット３０と、支持板４００ａとを備えている。支持板４００ａは矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニット３０を２列×８行で支持するように燃料電池セル４の一方の端部４ａの管状部分に嵌合する貫通孔（図に明示しない）を有している。支持板４００ａは、電気絶縁性材料で形成されており、例えば、耐熱性のセラミックスで形成されている。具体的には、アルミナ、ジルコニア、スピネル、フォルステライト、マグネシア、チタニアなどを用いることが好ましい。

１６本の燃料電池セルユニット３０は、それらが電気的に直列に接続されるように配列されている。詳細には、燃料電池セルユニット３０は、一つの燃料電池セルユニット３０（第２の燃料電池セルとしての燃料電池セル４を含む）の内側電極端子４０と、該燃料電池セルユニット３０に隣接した一つの燃料電池セルユニット３０（第１の燃料電池セルとしての燃料電池セル４を含む）の外側電極端子４２とが接続端子５２により電気的に接続されている。接続端子５２は、内側電極端子４０の延出部分４０ｂと外側電極端子４２の延出部分４２ｂとを挟持するようにして、延出部分４０ｂ，４２ｂに固定される。接続端子５２の固定方法としては、かしめ、はんだ付け、ろう付け、又はレーザ溶接等が挙げられる。接続端子５２は、内側電極端子４０や外側電極端子４２と同じく、例えばステンレス鋼等の金属材料からなる。接続端子５２は、導電部材として機能する。

隣接する内側電極端子４０の延出部分４０ｂと外側電極端子４２の延出部分４２ｂとは、外側電極端子４２の延出部分４２ｂが上述したように外側方向に屈曲していることから、燃料電池セルスタック４００に配列した状態で、近接する。これにより、接続端子５２を用いた接続作業を容易に行うことができる。

延出部分４２ｂは、燃料電池セル４の外側方向に伸びていることから、同一の燃料電池セルユニット３０において、内側電極端子４０や内側の電極層４４等と接触し難い構成となっている。これにより、外側電極端子４２と、内側電極端子４０及び内側の電極層４４とのショート発生を防止することができる。

直列に接続された１６本の燃料電池セルユニット３０の両端部の内側電極端子４０及び外側電極端子４２にはそれぞれ、外部と電気的な接続を行うための外部端子（不図示）が設けられている。各燃料電池セルスタック４００の外部端子は電気的に直列に接続されていて、その両端には電極棒（不図示）に接続されている。

図１に戻り、燃料電池モジュールＦＣについて説明する。カバー部材１は、正面側の側壁（不図示）と、燃料電池セルユニット３０の配列方向の側壁１０１，１０２と、背面側の側壁１０３と、天井１０４とによって直方体状に形成されている。側壁１０１の下端部には、フランジ部１ａが形成されている。カバー部材１のフランジ部１ａをベース部材２に当接させることで、カバー部材１とベース部材２とによって密閉される空間が形成されている。

カバー部材１とベース部材２とによって形成される内部空間は、仕切り板１５によって二つの空間に分離されている。仕切り板１５によって分離されている空間の内、燃料電池セルスタック４００が配置されている空間が発電室１６である。仕切り板１５によって分離されている空間の内、他方の空間が排気ガス室１７である。

仕切り板１５にはガスタンク３が載置されている。ガスタンク３には、燃料電池セルスタック４００が１０個並べて配置されており、ガスタンク３から燃料ガスが、それぞれの燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４に供給される。

より具体的には、ガスタンク３の上面には、燃料電池セルスタック４００の支持板４００ａとほぼ同じ形状の開口部（不図示）が設けられており、その開口部に支持板４００ａを密接させてガスタンク３と各燃料電池セルスタック４００とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック４００を構成する燃料電池セル４は、その先端部分を上部側に向けてガスタンク３に立設されている。支持板４００ａは、ガスタンク３の天板の一部を構成している。

燃料電池セルスタック４００がガスタンク３に対して取り付けられた状態では、図７に示すように、燃料電池セル４（燃料電池セルユニット３０）の一方の端部４ａ側が、ガスタンク３内に突出することとなる。これにより、燃料電池セル４（燃料電池セルユニット３０）は、ガスタンク３内に突出するガスタンク内突出部を含むこととなる。そして、内側電極端子４０及び外側電極端子４２は、上述したガスタンク内突出部に配置されるこことなる。

外側電極端子４２と接続端子５２とは、それらの全体がガスタンク３内に配置されている。これにより、外側電極端子４２と接続端子５２とは、ガスタンク３内に封止されることとなる。もちろん、内側電極端子４０も、燃料電池セル４（燃料電池セルユニット３０）の一方の端部４ａ側に配置されていることから、ガスタンク３内に配置されている。

一方、各燃料電池セル集合体４０１の上方は、空気と燃料ガスとが混合して燃焼する燃焼部１８となっている。燃料ガスは、ガスタンク３から、燃料電池セルユニット３０の管内流路３０ｃを通り、燃焼部１８に向けて上昇する。また、燃料電池セル４の外側を流れる空気も、燃焼部１８に向けて上昇する。背面側の側壁１０２において燃焼部１８に対応する部分には、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火装置１９が設けられている。点火装置１９により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。燃料電池セル集合体４０１を構成する燃料電池セル４は、燃焼部１８によって上方から加熱される。

燃料ガスは、燃料ガス供給管８を通って燃料電池モジュールＦＣ内に導入される。燃料ガス供給管８は、仕切り板１５に対して立設された配管６Ａを介して改質器５に繋がっている。配管６Ａ（改質器５）にはまた、空気供給管（不図示）も繋がっている。燃料ガス供給管８と空気供給管とは、配管６Ａに繋がる前に合流しており、改質器５には予め混合された燃料ガスと空気とが供給可能なように構成されている。図１等には明示しないが本実施形態では、燃料ガス供給管８と空気供給管とのそれぞれに電磁弁が取り付けられていて、それぞれの電磁弁は制御部としてのＣＰＵから出力される指示信号に応じて開閉し、改質器５に供給する燃料ガスと空気との比率を変更可能なように構成されている。

改質器５に導入された燃料ガス（水蒸気が混合されている場合もあり）及び空気（燃料ガスのみの場合もあり）は、改質器５内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガス及び空気は、配管６Ｂ（被改質ガス供給管）を通ってガスタンク３へと供給される。改質器５に対して配管６Ａが繋がっている部分と、改質器５に対して配管６Ｂが繋がっている部分とは、長手方向において一端近傍と他端近傍とに引き離されている。これによって、改質器５に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能となる。また、配管６Ａ，６Ｂは、図２及び図５に示すように、燃料電池セル４の長手方向からみて改質器５の投影領域内において一直線状に設けられている。つまり、配管６Ａ，６Ｂは、改質器５の上方側から見て改質器５からはみ出さない領域に設けられている。

改質器５には、改質触媒が封入されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用いられる。これらの改質触媒は球体である。

また、カバー部材１の側壁１０１，１０２，１０３、及び天井１０４は、二重壁構造になっており、その二重壁の間の空間を気体が通過可能なように構成されている。側壁１０２の内部空間と、天井１０４の内部空間と、側壁１０３の内部空間とはそれぞれ繋がっている。側壁１０２の下部には空気供給管１０が連通されていて、空気が供給されるように構成されている。

側壁１０２に供給された空気は、天井１０４から側壁１０３へと流れ、その流れる過程において発電室１６内から伝わる熱によって加熱されるように構成されている。側壁１０３へ流れ込んだ空気は、空気流路１０３ａに流れ込むように構成されている。空気流路１０３ａは、側壁１０１から側壁１０２へ向けて延びるように形成され、側壁１０３の内側において仕切り板１５の上面近傍に沿って配置されている。空気流路１０３ａには所定間隔をおいて、空気流入孔１０３ｂが設けられている。

側壁１０３から空気流路１０３ａに流れ込んだ空気は、空気流入孔１０３ｂを通って発電室１６内へと流れ込むように構成されている。空気流入孔１０３ｂを通って発電室１６内へと流れ込んだ空気は、燃料電池セル４の外側の通路を通って各燃料電池セル４の下方から上方へと流れる。各燃料電池セル４の上方に至った空気は、各燃料電池セル４の管内流路を通った燃料ガスと合わせて燃焼される。

側壁１０２の内側には、空気流入孔１０３ｂを通って各燃料電池セル４の下方から上方に流れる空気を燃焼部１８に方向付ける方向付け部２０Ａが配管６Ａに隣接して設けられている。より具体的には、方向付け部２０Ａは側壁１０２であって、側壁１０２が配管６Ａに近接して設けられている。

また、側壁１０１に内側にも、同様の構造が設けられている。すなわち、側壁１０２の内側にも各燃料電池セル４の下方から上方に流れる空気を燃焼部１８に近づける方向付け部２０Ｂが配管６Ｂに隣接して設けられている。より具体的には、方向付け部２０Ｂは側壁１０１であって、側壁１０１が配管６Ｂに近接して設けられている。このような方向付け部２０Ａ，２０Ｂにより、各燃料電池セル４の下方から上方に流れる空気が、燃料電池セルユニット３０の幅方向について改質器５の投影領域内に規制される。

側壁１０３の内側上端には、排気ガス流出スリット１０３ｃが設けられている。各燃料電池セル４の上方において燃料ガスと空気とが燃焼して発生した排気ガスは、排気ガス流出スリット１０３ｃを通って側壁１０３の内部空間に入る。側壁１０３へと入り込んだ排気ガスは、側壁１０３の内部空間を下方へと流れ、排気ガス室１７へと至って一時的に貯留される。排気ガス室１７へと至った排気ガスは、排気ガス管１１を通って燃料電池モジュールＦＣの外部へと排出される。

以上のように、本実施形態においては、内側電極端子４０と外側電極端子４２とが備えられ、これらの内側電極端子４０と外側電極端子４２とが接続端子５２により電気的に接続されることとなる。したがって、内側の電極層４４及び外側の電極層４８の両者に関して、端子４０，４２，５２を用いた接続作業が可能となるため、燃料電池セル４（燃料電池セルユニット３０）同士を電気的に接続する際の接続作業性を向上する。

また、本実施形態においては、燃料電池セル４（燃料電池セルユニット３０）同士の電気的な接続構造が端子４０，４２，５２により実現されているため、各端子４０，４２，５２の接続箇所における接触面積が比較的大きい。この結果、接続箇所における導通抵抗が小さく、燃料電池セルスタック４００における集電効率の低下を抑制することができる。

更に、本実施形態においては、外側電極端子４２と接続端子５２とはガスタンク３内に配置されており、ガスタンク３内に封止されているので、外側電極端子４２と接続端子５２とが発電室１６内へと流れ込んだ空気（大気）に曝されるのを防ぐことができる。これにより、外側電極端子４２と接続端子５２との酸化を防ぎ、外側電極端子４２及び接続端子５２において導通抵抗が大きくなることはない。なお、内側電極端子４０は、燃料電池セル４の内側に配置されていることから、発電室１６内へと流れ込んだ空気に曝されない。

外側電極端子４２及び接続端子５２の材料として、比較的安価な金属材料（例えば、ステンレス鋼等）を使用することも可能である。この場合には、燃料電池モジュールＦＣの低コスト化が図られることとなる。また、本体部分４０ａ，４２ａと延出部分４０ｂ，４２ｂとは必ずしも一体に形成される必要はなく、別体の部材から構成されていてもよい。

また、本実施形態においては、各燃料電池セル４（燃料電池セルユニット３０）がガスタンク３内に突出するガスタンク内突出部を含んでいる。そして、内側電極端子４０と外側電極端子４２とは、燃料電池セル４（燃料電池セルユニット３０）のガスタンク内突出部に配置されている。これらにより、ガスタンク３への外側電極端子４２と接続端子５２との封止配置を確実且つ容易に実現することができる。

また、本実施形態においては、内側電極端子４０は、内側電極面４４ａに面接触することにより該内側電極面４４ａに電気的に接続されている。これにより、内側電極面４４ａと内側電極端子４０との接続箇所における導通抵抗の低下を図り、燃料電池セルスタック４００における集電性能をより一層向上することができる。

続いて、本実施形態の各変形例について、図８〜図１２を参照しながら説明する。

図８に示した変形例では、内側電極端子４０の延出部分４０ｂ及び外側電極端子４２の延出部分４２ｂが幅広に形成されており、内側電極端子４０（延出部分４０ｂ）と外側電極端子４２（延出部分４２ｂ）との接触面積の拡大を図っている。これにより、本変形例では、各端子４０，４２の接続箇所における導通抵抗の更に低減され、燃料電池セルスタック４００における集電性能をより一層向上することができる。

図９〜図１１に示した変形例では、各端子４０，４２，５２の形状に関して上述した実施形態と相違する。

内側電極端子４０は、図１０に示すように、本体部分４０ａと、延出部分４０ｂとを有している。本実施形態では、延出部分４０ｂは、本体部分４０ａと一体に形成されており、本体部分４０ａから燃料電池セル４の長手方向に延びている。延出部分４０ｂは、本体部分４０ａと略同一の曲率を有して湾曲している。延出部分４０ｂには、接続端子５２を挿通する孔４０ｃが形成されている。

外側電極端子４２は、図１１に示すように、本体部分４２ａと、延出部分４２ｂとを有している。本実施形態では、延出部分４２ｂは、本体部分４２ａと一体に形成されており、本体部分４２ａから燃料電池セル４の長手方向に延びている。延出部分４２ｂは、本体部分４２ａと略同一の曲率を有して湾曲している。延出部分４２ｂには、接続端子５２を挿通する孔４２ｃが形成されている。

接続端子５２は、略柱形状を呈している。延出部分４０ｂと延出部分４２ｂとは、燃料電池セル４の長手方向に延びていることから、互いに所定の間隔を有して位置している。接続端子５２は、延出部分４０ｂと延出部分４２ｂとに掛け渡されて、隣り合う延出部分４０ｂ（内側電極端子４０）と延出部分４２ｂ（外側電極端子４２）とを電気的に接続している。接続端子５２は、延出部分４０ｂに形成された孔４０ｃと延出部分４２ｂに形成された孔４２ｃとに挿通された状態で延出部分４０ｂ，４２ｂに固定されている。

図９〜図１１に示した変形例では、延出部分４０ｂ，４２ｂは、本体部分４０ａ，４２ａと略同一の曲率を有しており、加工が容易な形状とされている。このため、内側電極端子４０及び外側電極端子４２を比較的安価に提供することができ、燃料電池モジュールＦＣの低コスト化を図ることができる。

図１２に示した変形例では、各燃料電池セルユニット３０の構成及び配置に関して上述した図９〜図１１に示した変形例と相違する。

外側電極端子４２は、本体部分４２ａの一部が燃料電池セル４の一方の端部４ａと重なると共に本体部分４２ａの残部が一方の端部４ａからはみ出すように、配置されている。内側電極端子４０は、燃料電池セル４の一方の端部４ａにおいて、本体部分４２ａが燃料電池セル４内に位置すると共に延出部分４０ｂが一方の端部４ａからはみ出すように、配置されている。

燃料電池セルユニット３０は、外側電極端子４２の本体部分４２ａが支持板４００ａの表面（発電室１６に臨む面）から突出しないように、支持板４００ａに支持されている。本変形例では、燃料電池セルユニット３０は、一方の端部４ａが支持板４００ａの裏面（ガスタンク３の底面に対向する面）と略一致するように、支持板４００ａに支持されている。外側電極端子４２は、封止部材５４により、発電室１６に露出しないように封止されている。これにより、外側電極端子４２及び接続端子（不図示）とは、ガスタンク３内に封止されるように配置されることとなる。封止部材５４は、電気絶縁性及び耐熱性を有する材料からなる。具体的には、セラミック接着剤やガラスシール材が用いられる。セラミック接着剤としては、アルミナ、ジルコニア、シリカ、マグネシア、ジルコンなどがベースとなり、バインダー、溶剤などが添加されたものである。またガラスシール材としては、SiO₂、B₂O₃、MgO、CaO、Al₂O₃、Na₂O、K₂Oなどが成分として用いられることが好ましい。

外側電極端子４２及び接続端子５２は、必ずしも、それら全体がガスタンク３内に配置されている必要はない。外側電極端子４２及び接続端子５２は、図１２に示した変形例のように、一部がガスタンク３の内部空間外に位置していても、ガスタンク３内に封止されるように配置されていればよい。もちろん、外側電極端子４２及び接続端子５２が発電室１６内へと流れ込んだ空気（大気）に曝されるのを確実に防止するためには、外側電極端子４２及び接続端子５２全体がガスタンク３内に配置されていることが好ましい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

上述した本実施形態において、燃料電池セルスタック４００は、１６本の燃料電池セル４を直列に電気的に接続しているけれども、接続する燃料電池セル４の数は任意である。また、燃料電池セル４の配置に関し、列及び行の数は上述した実施形態の数に限られず、任意である。

本実施形態に係る燃料電池モジュールを示す正面図である。 燃料電池セル集合体及びガスタンクを示す斜視図である。 燃料電池セルユニットを説明するための図である。 内側電極端子を示す斜視図である。 外側電極端子を示す斜視図である。 燃料電池セルスタックを説明するための図である。 燃料電池セルユニットの配置構造を説明するための図である。 本実施形態の変形例に係る燃料電池セルスタックを説明するための図である。 本実施形態の変形例に係る燃料電池セルユニットの配置構造を説明するための図である。 変形例に係る内側電極端子を示す斜視図である。 変形例に係る外側電極端子を示す斜視図である。 本実施形態の更なる変形例に係る燃料電池セルユニットの配置構造を説明するための図である。

符号の説明

３…ガスタンク、４…燃料電池セル、１６…発電室、１７…排気ガス室、１８…燃焼部、１９…点火装置、３０…燃料電池セルユニット、４０…内側電極端子、４２…外側電極端子、４４…内側の電極層、４６…電解質層、４８…外側の電極層、５２…接続端子、５４…封止部材、４００…燃料電池セルスタック、ＦＣ…燃料電池モジュール。

Claims (3)

1. 燃料電池に使用される燃料電池ユニットであって、
   開口部を有するガスタンクと、
   前記開口部を介して前記ガスタンク内と連通する内部通路を有すると共に外側電極を有する第１の燃料電池セルと、
   前記開口部を介して前記ガスタンク内と連通する内部通路を有すると共に内側電極を有する第２の燃料電池セルと、
   前記第１の燃料電池セルの前記外側電極に電気的に接続される外側電極端子と、
   前記第２の燃料電池セルの前記内側電極に電気的に接続される内側電極端子と、
   前記外側電極端子と前記内側電極端子を電気的に接続する導電部材と、を備えており、
   前記外側電極端子と前記導電部材とは、前記ガスタンク内に封止されるように配置されていることを特徴とする燃料電池ユニット。
2. 前記第１及び第２の燃料電池セルは、前記ガスタンク内に突出するガスタンク内突出部をそれぞれ含んでおり、
   前記外側電極端子は、前記第１の燃料電池セルの前記ガスタンク内突出部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池ユニット。
3. 前記内側電極は、前記第２の燃料電池セルの内側周面に形成されており、
   前記内側電極端子は、前記第２の燃料電池セルの前記内側電極に面接触することにより該内側電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池ユニット。

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