JP2010129266A - 燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各燃料電池セル十分量の反応ガスを供給することができる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を提供する。
【解決手段】本発明の燃料電池セルスタック装置１は、燃料電池セル３に反応ガスを供給するための中空状のマニホールド７を有し、マニホールド７は、上部に燃料電池セル３の配列方向に沿った開口部１７を有し、開口部１７に燃料電池セル３の下端部が挿入されて接合剤にて固定されており、燃料電池セル３の配列方向に沿った一端部側にマニホールド７内に反応ガスを供給するための反応ガス供給管８が接続されているとともに、燃料電池セル３の配列方向に沿った他端部側における内部の底面が、開口部１７の燃料電池セル３の配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状であることから、各燃料電池セル３に十分量の反応ガスを供給することができ、信頼性を向上することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の燃料電池セルをマニホールド上に固定してなる燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを電気的に直列に複数個接続してなる燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収容した燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このような燃料電池セルスタック装置においては、燃料電池セルの複数個を集電部材を介して電気的に直列に接続してなるセルスタックが、燃料電池セルに反応ガス（燃料ガス）を供給するためのマニホールドに固定されている。

このようなマニホールドにおいて、マニホールド内に供給される反応ガスを各燃料電池セルに供給すべく、例えばマニホールドの内部空間の断面形状を三角形状とする（例えば、特許文献２参照）などが提唱されている。
特開２００７−５９３７７号公報 特開２００７−１７９７５７号公報

ところで、マニホールドの内部に反応ガスを供給するための反応ガス供給管を燃料電池セルの配列方向に沿った一端部に接続した場合において、その反応ガス供給管から遠い位置に配置される燃料電池セル（他端部側に配置される燃料電池セル）に十分量の反応ガスが供給されないおそれがある。

そして、燃料電池セルの配列方向に沿った他端部側に位置する燃料電池セルに十分量の反応ガスが供給されない場合においては、セルスタック全体としての発電効率が低下するほか、燃料電池セルの配列方向に沿った他端部側に位置する燃料電池セルが破損等を生じるおそれがある。

それゆえ、本発明は燃料電池セルの配列方向に沿った他端部側に位置する燃料電池セルに十分量の反応ガスを供給することができるマニホールドを備える燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを、集電部材を介して複数個立設させた状態で配列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を固定するとともに前記燃料電池セルに反応ガスを供給するための中空状のマニホールドとを有する燃料電池セルスタック装置であって、前記マニホールドは、上部に前記燃料電池セルの配列方向に沿った開口部を有し、該開口部に前記燃料電池セルの下端部が挿入されて接合材にて固定されており、前記燃料電池セルの配列方向に沿った一端部側に前記マニホールド内に反応ガスを供給するための反応ガス供給管が接続されているとともに、前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端部側における内部の底面が、前記開口部の前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状であることを特徴とする。

このような燃料電池セルスタック装置においては、中空状で、上部に燃料電池セルの配列方向に沿って、燃料電池セルの下端部が挿入されて接合材にて固定される開口部を有するマニホールドにおいて、燃料電池セルの配列方向に沿った一端部側に反応ガス供給管が接続され、燃料電池セルの配列方向に沿った他端部におけるマニホールドの内部の底面が、開口部の燃料電池セルの配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状であることから、反応ガス供給管より供給された反応ガスが、他端部側に配置された燃料電池セルに供給されやすくなる。

それにより、他端部側に位置する燃料電池セルに十分量の反応ガスを供給することができることから、セルスタック全体としての発電量が低下することを抑制できるほか、燃料電池セルに破損等が生じることを抑制することができ、信頼性を向上することができる。

また、本発明の燃料電池セルスタック装置は、前記マニホールドに２つ以上の前記セルスタックが並列して配置されており、前記反応ガス供給管は、前記燃料電池セルの配列方向に沿った一端部側で、かつ前記セルスタックの配列方向に沿った一端部側に接続されているととともに、前記マニホールドは、前記セルスタックの配列方向における他端部側の底面が、他端に位置する前記セルスタックを固定するための前記開口部における前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状であることが好ましい。

マニホールドに２つ以上のセルスタックを並列して配置し、燃料電池セルの配列方向に沿った一端部側で、かつセルスタック配列方向に沿った一端部側に反応ガス供給管が接続されている場合に、反応ガス供給管の接続部から遠い位置のセルスタックに十分量の反応ガスが供給されないおそれがある。

それゆえ、マニホールドを、セルスタックの配列方向における他端部側の底面が、他端に位置するセルスタックを固定するための開口部における燃料電池セルの配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状とすることにより、反応ガス供給管の接続部から遠い位置のセルスタックを構成する各燃料電池セルに十分量の反応ガスを供給することができることから、セルスタック全体としての発電量が低下することを抑制できるほか、燃料電池セルに破損等が生じることを抑制することができ、信頼性を向上することができる。

また、本発明の燃料電池セルスタック装置は、前記マニホールドの内部が、前記反応ガス供給管が接続された一端部から前記燃料電池セルの配列方向に沿って他端部に向けて狭くなっていることが好ましい。

このような燃料電池セルスタック装置においては、マニホールドの内部が、反応ガス供給管が接続された一端部から燃料電池セルの配列方向に沿って他端部に向けて狭くなっていることから、反応ガス供給管から供給される反応ガスが、他端部に向けて流れやすくなる。それにより、他端部側に位置する燃料電池セルに十分量の反応ガスを供給することができることから、セルスタック全体としての発電量が低下することを抑制できるほか、燃料電池セルに破損等が生じることを抑制することができ、信頼性を向上することができる。

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燃料電池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、信頼性の向上した燃料電池モジュールとすることができる。

本発明の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと、上記燃料電池セルスタック装置を動作させるための補機とを外装ケース内に収納してなることから、信頼性を向上した燃料電池装置とすることができる。

本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを、集電部材を介して複数個立設させた状態で配列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を固定するとともに前記燃料電池セルに反応ガスを供給するための中空状のマニホールドとを有する燃料電池セルスタック装置であって、前記マニホールドは、上部に前記燃料電池セルの配列方向に沿った開口部を有し、該開口部に前記燃料電池セルの下端部が挿入されて接合材にて固定されており、前記燃料電池セルの配列方向に沿った一端部側に前記マニホールド内に反応ガスを供給するための反応ガス供給管が接続されているとともに、前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端部側における内部の底面が、前記開口部の前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状であることから、信頼性の向上した燃料電池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、上記燃料電池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、信頼性の向上した燃料電池モジュールとすることができる。さらに、本発明の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールと、上記燃料電池セルスタック装置を動作させるための補機とを外装ケース内に収納してなることから、信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。

図１は本発明の燃料電池セルスタック装置（以下、セルスタック装置と略す場合がある）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に対応する部分を明確とするために矢印で表している。

ここで、セルスタック装置１は、内部にガス流路１４を有して、一対の対向する平坦面をもつ断面が扁平状の導電性支持体１３の一方の平坦面上に内側電極層としての燃料極層９と、固体電解質層１０と、外側電極層としての空気極層１１を順次積層してなるとともに、他方の平坦面のうち空気極層１１が形成されていない部位にインターコネクタ１２を積層してなる柱状の燃料電池セル３の複数個を、隣接する燃料電池セル３間に集電部材４を介して配置することで、燃料電池セル３同士を電気的に直列に接続してなるセルスタック２が形成される。なお、インターコネクタ１２の外面にはＰ型半導体層１５を設けることもできる。集電部材４を、Ｐ型半導体層１５を介してインターコネクタ１２に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に抑制することができる。このＰ型半導体層１５は、空気極層１１の外面に設けることもできる。

そして、セルスタック２を構成する各燃料電池セル３の下端が、ガス流路１４を介して燃料電池セル３に反応ガスを供給するためのマニホールド７にガラスシール材等の接合材により固定されている。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１４にマニホールド７より反応ガスとして水素含有ガス（燃料ガス）を供給する場合の例を示しており、マニホールド７の側面に、反応ガスをマニホールド７内に供給するための反応ガス供給管８が接続されている。なお、以降の説明において、特に断りのない限り、マニホールド７を、燃料電池セル３に燃料ガスを供給する構成のマニホールド７として説明する。

また、燃料電池セル３の配列方向の両端から集電部材４を介してセルスタック２を挟持するように、マニホールド７に下端が固定された弾性変形可能な導電部材５を具備している。ここで、図１に示す導電部材５においては、燃料電池セル３の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック２（燃料電池セル３）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部６が設けられている。

ちなみに、このようなセルスタック装置１においては、ガス流路１４より排出される燃料ガス（余剰の燃料ガス）を燃料電池セル３の上端部側で燃焼させるように構成することにより燃料電池セル３の温度を上昇させることができる。それにより、セルスタック装置１の起動を早めることができる。

以下に、図１において示す燃料電池セル３を構成する各部材について説明する。

燃料極層９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（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。

固体電解質層１０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。

空気極層１１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る。空気極層１１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１２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（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ１２は導電性支持体１３に形成された複数のガス流路１４を流通する燃料ガス、および導電性支持体１３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。

導電性支持体１３としては、燃料ガスを燃料極層９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１２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、導電性支持体１３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を用いることができる。

ちなみに、燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層９または固体電解質層１０との同時焼成により導電性支持体１３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導電性支持体１３を形成することが好ましい。また、導電性支持体１３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。

さらに、Ｐ型半導体層１５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１１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Ｐ型半導体層１５の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。

なお、図示はしていないが、固体電解質層１０と空気極層１１との間に、固体電解質層１０と空気極層１１との接合を強固とするとともに、固体電解質層１０の成分と空気極層１１の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で中間層を備えることもできる。

ここで、中間層としては、Ｃｅ（セリウム）と他の希土類元素とを含有する組成にて形成することができ、例えば、
（１）：（ＣｅＯ_２）_１−ｘ（ＲＥＯ_１．５）_ｘ
式中、ＲＥはＳｍ、Ｙ、Ｙｂ、Ｇｄの少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ≦０．３を満足する数。
で表される組成を有していることが好ましい。さらには、電気抵抗を低減するという点から、ＲＥとしてＳｍやＧｄを用いることが好ましく、例えば１０〜２０モル％のＳｍＯ_１．５またはＧｄＯ_１．５が固溶したＣｅＯ_２からなることが好ましい。い。

また、固体電解質層１０と空気極層１１とを強固に接合するとともに、固体電解質層１０の成分と空気極層１１の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることをさらに抑制することを目的として、中間層を２層から形成することもできる。

また、図示はしていないが、インターコネクタ１２と導電性支持体１３との間に、インターコネクタ１２と導電性支持体１３との間の熱膨張係数差を軽減する等のために密着層を設けることもできる。

密着層としては、燃料極層９と類似した組成とすることができ、例えば、ＹＳＺなどの希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（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。なお、希土類元素が固溶したＺｒＯ_２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯとは、体積比で４０：６０〜６０：４０の範囲とすることが好ましい。

ところで、このようなセルスタック装置１において、マニホールド７の内部に反応ガスを供給するための反応ガス供給管８を、マニホールド７のうち燃料電池セル３の配列方向に沿った一端部側に接続した場合において、反応ガス供給管８から遠い位置に配置される燃料電池セル３（他端部側に配置される燃料電池セル３）に十分量の反応ガスが供給されないおそれがある。

ここで、反応ガス供給管８から遠い位置に配置される燃料電池セル３に十分量の反応ガスが供給されない場合においては、セルスタック２全体としての発電効率が低下するほか、他端部側に位置する燃料電池セル３が破損するおそれがある。

図２は、本発明のセルスタック装置の一例を、マニホールド７と反応ガス供給管８とを抜粋して示しており、（ａ）は側面方向における断面図を概略的に示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図２に示すセルスタック装置１６においては、マニホールド７は燃料電池セル３に燃料ガス（反応ガス）を供給するために中空状となっており、また上部には、燃料電池セル３の配列方向に沿った開口部１７を有している。燃料電池セル３の下端がこの開口部１７に挿入されてガラスシール材等の接合材にて固定される（図示せず）。なお、図中において破線は、燃料電池セル３の下端が固定される部位を示している。また、マニホールド７のうち、燃料電池セル３の配列方向に沿った一端部側に反応ガス供給管８が接続されており、反応ガス供給管８を流れる燃料ガス（反応ガス）がマニホールド７の内部に供給されて各燃料電池セル３に供給される。なお、反応ガス供給管８は、図２においてはマニホールド７の上面に接続した例を示しているが、例えばマニホールド７の側面側に接続することもできる。

ここで、図２に示すマニホールド７においては、燃料電池セル３の配列方向に沿った他端部側（反応ガス供給管８が接続されていない側）における内部の底面が、開口部１７の燃料電池セル３の配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜しており、その傾斜した内部の底面が開口部１７の下端に接続されている。

それにより、反応ガス供給管８より供給された燃料ガス（反応ガス）は、マニホールド７の内部の底面に沿って燃料電池セル３の配列方向に沿った他端部側に流れやすくなり、反応ガス供給管８から遠い位置に配置される燃料電池セル３（他端部側に配置される燃料電池セル３）に十分量の反応ガスを供給することができる。それゆえ、セルスタック２の発電量が低下することを抑制できる（すなわち発電効率を向上することができる）とともに、他端部側に位置する燃料電池セル３が破損することを抑制でき、信頼性を向上することができる。

なお、マニホールド７の内部の底面を傾斜させるにあたり、その傾斜開始場所は、マニホールド７に固定される燃料電池セル３の数や大きさ、また燃料電池セル３（導電性支持体１３）の内部に設けられるガス流路１４の数や大きさ等に基づいて適宜設定することができ、シミュレーション等の結果に基づいて設定することが好ましい。図２においては、傾斜開始点を、マニホールド７の内部の底面における燃料電池セル３の配列方向に沿った中央部とした例を示している。

図３は、本発明のセルスタック装置の他の一例を、図２と同様に、マニホールド７と反応ガス供給管８とを抜粋して示しており、（ａ）は側面方向における断面図を概略的に示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図３に示すセルスタック装置１８においては、図２と同様にマニホールド７の内部の底面が、燃料電池セル３の配列方向における他端部側に向けて上方に傾斜している。ここで、図３に示したマニホールド７においては、内部の底面が、燃料電池セル３の配列方向における他端部側（反応ガス供給管８が接続されていない側）の開口部１７の下端（図３において破線で示している部位）よりも下方で接続されている。

このようなセルスタック装置１８においても、図２で示したセルスタック装置１６と同様に、セルスタック２の発電量が低下することを抑制できる（すなわち発電効率を向上することができる）とともに、燃料電池セル３の配列方向に沿った他端部側に位置する燃料電池セル３が破損することを抑制でき、信頼性を向上することができる
なお、マニホールド７の内部の底面を傾斜させるにあたり、マニホールド７の内部の底面とマニホールド７本体（燃料電池セル３の配列方向に沿った他端側）とを接続する場合の接続位置も、マニホールド７に固定される燃料電池セル３の数や大きさ、また燃料電池セル３（導電性支持体１３）の内部に設けられるガス流路１４の数や大きさ等に基づいて適宜設定することができ、シミュレーション等の結果に基づいて設定することが好ましい。さらには、マニホールド７の内部の底面は、マニホールド７の側面方向における断面図において、開口部１７の下端をマニホールド７の下方に向けて延長した部位で接続されるようにすることが好ましい。

図４は、本発明のセルスタック装置の他の一例を、図２と同様に、マニホールド７と反応ガス供給管８とを抜粋して示しており、（ａ）は側面方向における断面図を概略的に示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

マニホールド７に２つ以上のセルスタック２を並列して配置し、燃料電池セル３の配列方向に沿った一端部側で、かつセルスタッ２の配列方向に沿った一端部側に反応ガス供給管８が接続されている場合に、反応ガス供給管８の接続部から遠い位置に配置されたセルスタック２（図４においては、図面に対して左側の開口部１７に挿入されて接合材にて固定されるセルスタック２（図示せず））に十分量の燃料ガス（反応ガス）が供給されないおそれがある。

そこで、図４に示したセルスタック装置１９においては、マニホールド７の内部におけるセルスタック２の配列方向における他端部側（反応ガス供給管８の接続部から遠い位置に配置されたセルスタック２側）の底面を、他端部側に位置するセルスタック２を固定するための開口部１７における燃料電池セル３の配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状としている。

それにより、反応ガス供給管８の接続部から遠い位置のセルスタック２を構成する各燃料電池セル３に十分量の反応ガスを供給することができることから、セルスタック２全体としての発電量が低下することを抑制できるほか、燃料電池セル３に破損が生じることを抑制でき、信頼性を向上することができる。

なお、マニホールド７の内部の底面を、セルスタック２を構成する燃料電池セル３の配列方向に沿って上方に傾斜させるにあたっては、マニホールド７の一端部側に接続された反応ガス供給管８と、セルスタック２の配列方向における他端に配置されるセルスタック２との距離や、セルスタック２を構成する燃料電池セル３の数等により適宜設定することができ、シミュレーション等の結果に基づいて設定することが好ましい。図４においては、セルスタック２の配列方向における他端の開口部１７の下方において、反応ガス供給管８側から開口部１７の燃料電池セル３の配列方向に沿った他端の下端に向けて上方に傾斜している形状を示している。

なお、上述と同様に、マニホールド７の内部の底面を、セルスタック２を構成する燃料電池セル３の配列方向に沿って上方に傾斜させるにあたっては、マニホールド７に固定されるセルスタック２の数等に基づいて適宜設定することができる。

図５は、本発明のセルスタック装置の他の一例を概念的に示す平面図であり、図２と同様に、マニホールド７と反応ガス供給管８とを抜粋して示している。なお、マニホールド７の内部の底面を破線にて示している。

反応ガス供給管８から遠い位置に配置された燃料電池セル３に効率よく反応ガスを供給するにあたり、マニホールド７の内部の底面を一部傾斜させる構成ついて上述したが、マニホールド７の内部を、反応ガス供給管８が接続された一端部から燃料電池セル３の配列方向における他端部に向けて狭くすることにより、特に燃料電池セル３の配列方向における他端部側に位置する燃料電池セル３に、さらに効率よく反応ガスを供給することができる。

なお、燃料電池セル３の配列方向における他端部側（反応ガス供給管８が接続されていない側）に配置される燃料電池セル３に効率よく反応ガスを供給するため、開口部１７の他端部におけるマニホールド７の内部の幅を、開口部１７の幅以上の幅とすることが好ましい。また、マニホールド７に複数の開口部１７を設ける場合においては、燃料電池セル３の配列方向における他端部側の幅を、セルスタック２の配列方向における一端に位置する開口部１７の一端側から、セルスタック２の配列方向における他端に位置する開口部１７の他端側までの幅以上の幅とすることが好ましい。

このようなセルスタック装置２０（マニホールド７）においても、マニホールド７の一端部側に接続された反応ガス供給管８から供給された燃料ガス（反応ガス）が、マニホールド７の内部を燃料電池セル３の配列方向における他端部側に向けて流れやすくなる。それにより、他端部側に位置する燃料電池セル３に十分量の反応ガスを供給することができることから、セルスタック２の発電量が低下することを抑制できる（すなわち発電効率を向上することができる）とともに、他端部側に位置する燃料電池セル３が破損することを抑制でき、信頼性を向上することができる。

図６は、燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器２２の内部に、本発明のセルスタック装置２３を収納して構成されている。

なお、燃料電池セル３にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２３をセルスタック２の上方に配置している。そして、改質器２３で生成された燃料ガスは、ガス流通管２４を介してマニホールド７に供給され、マニホールド７を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路１４に供給される。

なお、図６においては、収納容器２２の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置２３および改質器２４を後方に取り出した状態を示している。ここで、図６に示した燃料電池モジュール２１においては、セルスタック装置２３を、収納容器２２内にスライドして収納することが可能である。なお、セルスタック装置２３は、改質器２４を含むものとしても良い。

また収納容器２２の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材２６は、図６においてはマニホールド７に並置されたセルスタック２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル３の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、燃料電池セル３の下端部に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル３のガス流路より排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル３の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル３の温度を上昇させることができ、セルスタック装置２３の起動を早めることができる。また、燃料電池セル３の上端部側にて、燃料電池セル３のガス流路から排出される燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル３（セルスタック２）の上方に配置された改質器２４を温めることができる。それにより、改質器２４で効率よく改質反応を行うことができる。

さらに、本発明の燃料電池モジュール２１においても、各燃料電池セル３に十分量の燃料ガスを供給することができるセルスタック装置２３を収納容器２２内に収納してなることから、信頼性が向上した燃料電池モジュール２１とすることができる。

図７は、外装ケース内に図５で示した燃料電池モジュール２１とセルスタック装置２３を動作させるための補機とを収納してなる本発明の燃料電池装置２７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。

図７に示す燃料電池装置２７は、支柱２８と外装板２９から構成される外装ケース内を仕切板３０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２１を収納するモジュール収納室３１とし、下方側を燃料電池モジュール２１を動作させるための補機類を収納する補機収納室３２として構成されている。なお、補機収納室３２に収納する補機類を省略して示している。

また、仕切板３３には、補機収納室３２の空気をモジュール収納室３１側に流すための空気流通口３３が設けられており、モジュール収納室３１を構成する外装板２９の一部に、モジュール収納室３１内の空気を排気するための排気口３４が設けられている。

このような燃料電池装置２７においては、上述したように、信頼性を向上することができる燃料電池モジュール２１をモジュール収納室３１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２７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、本発明の用紙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、上述の説明において、モジュール７を燃料電池セル３に燃料ガスを供給する例を用いて説明したが、モジュール７を燃料電池セル３に酸素含有ガス（空気等）を供給する構成とすることもできる。この場合においては、燃料電池セル３を、導電性支持体１３上に、空気極層１１、固体電解質層１０および燃料極層９を順に積層してなる燃料電池セル３とする。

本発明の燃料電池セルスタック装置の一例を示したものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）の斜視図である。 本発明の燃料電池セルスタック装置の他の一例を、一部を抜粋して示したものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）で示す燃料電池セルスタック装置のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の燃料電池セルスタック装置のさらに他の一例を、一部を抜粋して示したものであり、（ａ）は燃料電池セルスタック装置の横断面図、（ｂ）は（ａ）で示す燃料電池セルスタック装置のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の燃料電池セルスタック装置のさらに他の一例を、一部を抜粋して示したものであり、（ａ）はその横断面図、（ｂ）は（ａ）で示す燃料電池セルスタック装置のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の燃料電池セルスタック装置のさらに他の一例を概略的に示す平面図である。 本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す外観斜視図である。 本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。

符号の説明

１、１６、１８、１９、２０、２３：燃料電池セルスタック装置
２：セルスタック
７：マニホールド
８：反応ガス供給管
２１：燃料電池モジュール
２７：燃料電池装置

Claims (5)

1. 内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを、集電部材を介して複数個立設させた状態で配列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を固定するとともに前記燃料電池セルに反応ガスを供給するための中空状のマニホールドとを有する燃料電池セルスタック装置であって、前記マニホールドは、上部に前記燃料電池セルの配列方向に沿った開口部を有し、該開口部に前記燃料電池セルの下端部が挿入されて接合材にて固定されており、前記燃料電池セルの配列方向に沿った一端部側に前記マニホールド内に反応ガスを供給するための反応ガス供給管が接続されているとともに、前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端部側における内部の底面が、前記開口部の前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状であることを特徴とする燃料電池セルスタック装置。
2. 前記マニホールドに２つ以上の前記セルスタックが並列して配置されており、前記反応ガス供給管は、前記燃料電池セルの配列方向に沿った一端部側で、かつ前記セルスタックの配列方向に沿った一端部側に接続されているととともに、前記マニホールドは、前記セルスタックの配列方向における他端部側の底面が、他端に位置する前記セルスタックを固定するための前記開口部における前記燃料電池セルの配列方向に沿った他端に向けて上方に傾斜した形状であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルスタック装置。
3. 前記マニホールドの内部が、前記反応ガス供給管が接続された一端部から前記燃料電池セルの配列方向に沿って他端部に向けて狭くなっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池セルスタック装置。
4. 請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池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。
5. 請求項４に記載の燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルスタック装置を動作させるための補機と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。
   
   

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