JP2011154821A - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】運転した後にも、解体や部品交換を容易に行うことができる固体酸化物形燃料電池を提供すること。
【解決手段】ガス通路部材２７〜３０は、ガス通路部材２７〜３０を貫くとともに、燃料電池スタック５の貫通孔３８〜４４と同方向に伸びて貫通孔３８〜４４と連通する連通孔８５と、連通孔８５から分岐して外部に連通する分岐孔８７とを備えている。ボルト８〜１４は、燃料電池スタック５の貫通孔３８〜４４とガス通路部材２７〜３０の連通孔８５とに貫挿される。また、ガス通路部材２７〜３０と燃料電池積層体５とは、ボルト８〜１４とナット１８〜２４とによって、分離可能に一体に固定されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池セルを複数積層した燃料電池積層体を備えた固体酸化物形燃料電池に関するものである。

従来より、燃料電池として、電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（以下ＳＯＦＣとも記す）が知られている。
このＳＯＦＣは、例えば板状の固体電解質体の各面に燃料極と空気極とを備えた燃料電池セルを、多数積層してスタック（燃料電池スタック：燃料電池積層体）を形成し、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、燃料及び空気中の酸素を固体電解質体を介して化学反応させることによって電力を発生させるものである。

このＳＯＦＣのスタック構造としては、平板型セルとインターコネクタとを交互に積層し、これをボルト締結した構造が知られている。
また、ＳＯＦＣのスタック構造としては、各セルにガスの導入又は排出をするためのガス導入孔又はガス排出孔をスタック内に設けた内部マニホールド型構造が知られている。

更に、上記のボルト締結用のボルト孔とマニホールドとを兼用した構造も知られている（特許文献１、２参照）。
詳しくは、特許文献１、２の技術においては、燃料電池スタックを積層方向に貫くボルトとボルトの先端に取り付けられるナットによって燃料電池スタックを固定し、且つ、ボルトの周囲に各燃料電池セルと連通するガス流路を設けるとともに、ナットに外部と連通するガス流路を設けている。そして、ボルトの周囲のガス流路とナットの内部のガス流路とを連通するために、ボルトの軸中心に連通孔を設けたり、ボルトの先端の外周（ナットの螺合部分）に、軸方向に連通溝を設けたりしていた。

特開２００７−３１４８６３号公報 特開２００９−８７５５０号公報

ところが、上述した従来技術では、ボルトの軸中心にガス流路となる連通孔を形成したり、ボルトの周囲にガス流路となる連通溝を形成するので、ボルトの強度が低下し易いという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、燃料電池スタックを積層方向に貫くボルト等の挿通部材の強度が低下しない固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。

（１）請求項１の発明では、複数の平板形状の固体酸化物形燃料電池セルを厚み方向に沿って積層した燃料電池積層体と、前記燃料電池積層体を積層方向に貫き、該燃料電池積層体の内部に、燃料ガス、酸化剤ガス、又は発電後の排ガスが流れるガス流路を構成する貫通孔と、前記貫通孔に挿通した挿通部材と、前記挿通部材の両端部にて用いられ、前記燃料電池積層体を積層方向に固定する固定部材と、前記固定部材と前記燃料電池積層体との間に配置され、前記燃料電池積層体の内部の前記ガス流路と外部との間の前記各種ガスの導入又は排出を行うガス通路部材と、を備える固体酸化物形燃料電池において、前記ガス通路部材は、該ガス通路部材を貫くとともに、前記燃料電池積層体の前記貫通孔と同方向に伸びて該貫通孔と連通する連通孔と、前記連通孔から分岐して前記外部に連通する分岐孔と、を備えており、前記挿通部材は、前記燃料電池積層体の前記貫通孔と前記ガス通路部材の連通孔とに貫挿されていることを特徴とする。

つまり、本発明の固体酸化物形燃料電池は、固定部材と燃料電池積層体との間にガス通路部材を備えており、このガス通路部材は、燃料電池積層体の貫通孔と連通する連通孔とその連通孔から分岐する分岐孔とを備えている。

従って、本発明では、挿通部材（例えばボルト）に、従来の様な軸中心を貫くガス流路（中空構造）や外周に沿って軸方向に伸びるガス流路（溝）を形成しなくても、燃料電池積層体の貫通孔とガス通路部材の連通孔（更には分岐孔）とを連通することができる。つまり、燃料電池積層体とガス通路部材とを重ね合わせ、燃料電池積層体の貫通孔とガス通路部材の連通孔とを貫くように挿通部材を配置し、その挿通部材と固定部材とで、燃料電池積層体とガス通路部材とを固定すれば、その固定と同時に、燃料電池積層体内部から外部に到るガス流路を形成することができる。

これにより、挿通部材に特殊な加工（例えば「中空構造」や「溝」などの形成加工）を実施する必要がなく、挿通部材の強度を低下させることもない。容易に上述したガス流路を構成できるという顕著な効果を奏する。また、挿通部材としてボルト等の単純な棒状の部材を使用でき、特殊な加工を施す必要がないので、製造工程を簡易化できるとともに、コスト低減にも大きく寄与することができる。

更に、本発明では、ガス通路部材に、連通孔から分岐する（例えば積層方向と直交する）分岐孔を備えているので、分岐孔を通過するガスに対して、スタックからの輻射熱を利用して受熱（予熱）性を向上させるという利点もある。

なお、本発明の固定部材は、挿通部材に対して着脱可能とすることができる。この場合、（着脱可能な）固定部材としては、例えばボルトに螺合するナットが挙げられる。一方、（着脱可能な）固定部材と反対側の端部には、同様な（着脱可能な）固定部材以外に、（着脱可能ではない）固定部材を使用でき、この（着脱可能ではない）固定部材としては、溶接等により固定されたナットや、（頭部を有するボルトの場合には）ボルトの頭部が挙げられる。

また、本発明で外部とは、燃料電池積層体及びガス通路部材以外をいい、例えばガス通路部材の分岐孔は、ガス配管以外に、後述する補助器に接続されていてもよい。
また、本発明の燃料電池積層体とガス通路部材とを、「別体」とすることができる。即ち、燃料電池積層体及びガス通路部材を貫く挿通部材と固定部材とによって、燃料電池積層体とガス通路部材とを分離可能に一体に固定することができる。

（２）請求項２の発明では、前記燃料電池積層体と前記ガス通路部材との間、及び、前記ガス通路部材と前記固定部材との間の少なくとも一方に、絶縁性を有する絶縁部材を備えることを特徴とする。

本発明では、前記絶縁部材により、（発電する構成である）燃料電池積層体と、ガス通路部材や固定部材との間のショートや漏電を防止することができる。
（３）請求項３の発明では、前記燃料電池積層体と前記ガス通路部材との間、及び、前記ガス通路部材と前記固定部材との間の少なくとも一方に、耐熱温度が７００℃以上の耐熱部材を備えることを特徴とする。

本発明では、前記耐熱部材により、固体酸化物形燃料電池を高温にて運転した場合でも、燃料電池積層体とガス通路部材との間の焼き付きや、ガス通路部材と固定部材との間の焼き付きを防止することができる。

（４）請求項４の発明は、前記請求項２に記載の絶縁部材と前記請求項３に記載の前記耐熱部材とは、同一部材であることを特徴とする。
本発明では、絶縁部材と耐熱部材とを共通の部材にて構成することができる。これにより、絶縁性と耐熱性を１つの部材で実現することができる。

（５）請求項５の発明は、前記請求項２に記載の絶縁部材又は前記請求項３に記載の前記耐熱部材は、マイカ材料から構成されることを特徴とする。
本発明は、絶縁部材及び耐熱部材の好適な材料を例示したものである。

（６）請求項６の発明は、前記ガス通路部材の分岐孔と前記外部との間に、発電反応に使用される前記燃料ガスを改質する改質器、発電後の排ガスを燃焼する燃焼器、発電反応に使用される前記酸化剤ガスを予熱する酸化剤ガス予熱器、及び前記燃料ガスを予熱する燃料ガス予熱器の各機能のうち、少なくとも一つの機能を有する補助器が接続されるとともに、前記ガス通路部材は、前記補助器と一体化されており、前記ガス通路部材を介して、前記補助器と前記燃料電池積層体の内部の前記ガス流路とが連通されていることを特徴とする。

本発明は、補助器を備えた固体酸化物形燃料電池を例示したものである。これにより、部材を共用でき、装置をコンパクトにすることができるとともに、軽量化を実現できる。
なお、補助層としては、１層又は（同一又は異なる機能を有する）複数層を採用でき、その配置も、固体酸化物形燃料電池スタックの一方のみに配置しても良いが、両方に配置してもよい。

また、前記挿入部材及び固定部材は、燃料電池積層体とガス通路部材とを一体に固定するだけでなく、複数の固体酸化物形燃料電池セルを押圧して燃料電池積層体自身を一体化させてもよい。

（ａ）は実施例１の固体酸化物形燃料電池の平面図、（ｂ）は固体酸化物形燃料電池の正面図である。 固体酸化物形燃料電池セルを分解した状態を示す説明図である。 （ａ）はガス通路部材の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）はガス通路部材の平面図である。 固体酸化物形燃料電池内部のガス流路を模式的に示す説明図である。 （ａ）は実施例２の固体酸化物燃料電池の正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は実施例３の固体酸化物燃料電池の正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｃ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 （ａ）は実施例４の固体酸化物燃料電池の正面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。 他の固体酸化物燃料電池の構成を示す説明図である。

以下、本発明が適用された固体酸化物形燃料電池の実施例について図面を用いて説明する。

ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池の概略構成について説明する。
図１に示すように、固体酸化物形燃料電池１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気）との供給を受けて発電を行う装置である。

この固体酸化物形燃料電池１は、発電単位である平板形の燃料電池セル３が複数個積層された燃料電池スタック（燃料電池積層体）５と、燃料電池スタック５を貫く複数（８本）のボルト（挿通部材、外径：１０ｍｍ）７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４と、各ボルト７〜１４の一端に螺合する各ナット（固定部材）１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４と、燃料電池スタック５とナット１７〜２４との間に配置されたガス通路部材２７、２８、２９、３０及びスペーサ３３、３４、３５、３６とを備えている。

なお、各ボルト７〜１４は、燃料電池スタック５の外周縁部に沿って、燃料電池スタック５を積層方向に貫くように開けられた円柱形状（φ１４ｍｍ）の貫通孔３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４にそれぞれ挿通されている。

以下、各構成について説明する。
・図２に分解して示すように、前記燃料電池セル３は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの燃料電池セルであり、燃料ガス流路５１側には、燃料極（アノード）５３が配置され、燃料極５１の図２上側の表面には、薄膜の固体電解質体５５が形成されている。一方、固体電解質体５５の空気流路５７側の表面には、空気極（カソード）５９が形成されている。なお、前記燃料電池スタック５は、複数個の燃料電池セル３が電気的に直列に接続されたものである。

固体電解質体５５としては、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。燃料極５３としては、Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用でき、空気極５９としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。

空気極５９と図２上方の金属製のインターコネクタ６１との間には、導通を確保するために集電体６２が配置されている。なお、ここでは、燃料極５３と固体電解質体５５と空気極５９とをセル本体６３と称する。

また、インターコネクタ（その外周縁部）６１と空気極フレーム６５と絶縁フレーム６７とセパレータ（その外周縁部）６９と燃料極フレーム７１とにより、燃料電池セル３の枠部７３が構成されており、この枠部７３に、ボルト７〜１４が貫挿される貫通孔３７〜４４が形成されている。

・図３に示す様に、前記ガス通路部材２７〜３０は、円筒状（外径φ２４ｍｍ）の本体部８１と、本体部８１の中央部から外方向（径方向）に直角に分岐する円筒状（外径φ１２．７ｍｍ）の分岐管８３とから構成されている。

また、本体部８１の軸中心には、前記燃料電池スタック５の貫通孔３７〜４４と連通する円柱形状（内径φ１４ｍｍ）に連通孔８５が形成されており、この連通孔８５と連通するように、分岐管８３内に円柱形状（内径φ１０ｍｍ）の分岐孔８７が形成されている。

なお、スペーサ３３〜３６は、前記本体部８３と同様な円筒部材である（但し分岐管８３は無い）。
・図４に固体酸化物形燃料電池１の一部を模式的に示すように、燃料電池スタック５の一方の側（図４上方）に、前記ガス通路部材２７〜３０等が配置されている。

詳しくは、燃料電池スタック５の８箇所の貫通孔３７〜４４のうち、外部とのガスの流入又は流出に利用される貫通孔３８、４０、４２、４４と、各ガス通路部材２７〜３０の連通孔８５とが（同軸となって）連通するように、ガス通路部材２７〜３０が配置されている。

また、各ガス通路部材２７〜３０及びスペーサ３３〜３６と各ナット１７〜２４との間、各ガス通路部材２７〜３０及びスペーサ３３〜３６と燃料電池スタック５との間、及び燃料電池スタック５とボルト７〜１４の頭部９１との間には、電気絶縁性、（７００℃以上の）耐熱性、及びガスシール性を有するマイカシート９３、９４、９５が配置されている。

なお、前記ガス通路部材２７〜３０の材料としては、例えばＳＵＳやニッケル系合金等の金属材料を使用でき、ボルト７〜１４及びナット１７〜２４の材料としては、例えばＳＵＳやニッケル系合金等の金属材料を使用できる。更に、前記マイカシート９３〜９５以外に、例えばセラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等、各種の材料を使用することができる。

ｂ）次に、本実施例の要部であるガス通路部材２７〜３０等を介したボルト７〜１４及びナット１７〜２４による固定等について説明する。
前記図１及び図４に示すように、ボルト７〜１４及びナット１７〜２４は、燃料電池スタック５とガス通路部材２７〜３０及びスペーサ３３〜３６とを分離可能に一体に結束して固定するための連結部材である。

従って、このボルト７〜１４及びナット１７〜２４によって、固体酸化物形燃料電池１を積層方向に締め付けると、燃料電池スタック５とガス通路部材２７〜３０及びスペーサ３３〜３６とを一体に固定できる。逆に、ボルト７〜１４及びナット１７〜２４による固定を緩めると、燃料電池スタック５とガス通路部材２７〜３０及びスペーサ３３〜３６とを分離することができる。

また、ボルト７〜１４のうち、ボルト８、１０、１２、１４は、燃料電池スタック５とガス通路部材２７〜３０との固定とともに、ガスを流通させる流路として用いられる。即ち、後述する様に、ボルト８が貫挿される貫通孔３８は、燃料ガスを導入する流路として用いられ、ボルト１０が貫挿される貫通孔４０は、空気を導入する流路として用いられ、ボルト１２が貫挿される貫通孔４２は、燃料ガスを排出する流路として用いられ、ボルト１４が貫挿される貫通孔４４は、空気を排出する流路として用いられる。

なお、固体酸化物形燃料電池１の四隅に配置された４本のボルト７、９、１１、１３は、単に燃料電池スタック５とスペーサ３３〜３６とを固定するためのみに使用されるボルトである。

ｃ）次に、本実施例におけるガスの流路について説明する。
＜燃料ガスの流路＞
図４に示す様に、ガス通路部材２７の分岐管８３には、外部から固体酸化物形燃料電池１に燃料ガスを供給するために、ガス配管１０１が接続されている。

従って、燃料ガスは、ガス配管１０１から、分岐管８３の分岐孔８７を介して、本体部８１の連通孔８５に導入され、その後、燃料電池スタック５の（ボルト８が挿通された）貫通孔３８に導入される。

そして、この燃料ガスは、貫通孔３８を通って、各燃料電池セル３の燃料ガス流路５１に分配供給される。
その後、各燃料電池セル３にて発電に寄与した残余の燃料ガスは、ボルト１２の周囲の貫通孔４２を通って、ガス通路部材２９の連通孔８５に導入され、分岐孔８７を介して、他のガス配管１０３に排出される。

＜空気の流路＞
図４に示す様に、ガス通路部材２８の分岐管８３には、外部から固体酸化物形燃料電池１に空気を供給するために、ガス配管１０５が接続されている。

従って、空気は、ガス配管１０５から、分岐管８３の分岐孔８７を介して、本体部８１の連通孔８５に導入され、その後、燃料電池スタック５の（ボルト１０が挿通された）貫通孔４０に導入される。

そして、この空気は、貫通孔４０を通って、各燃料電池セル３の空気流路５７に分配供給される。
その後、各燃料電池セル３にて発電に寄与した残余の空気は、ボルト１４の周囲の貫通孔４４を通って、ガス通路部材３０の連通孔８５に導入され、分岐孔８７を介して、他のガス配管１０７に排出される。

ｄ）本実施例の効果について説明する。
本実施例では、固体酸化物形燃料電池１は、ナット１７〜２４と燃料電池スタック５との間に（別体の）ガス通路部材２７〜３０を備えており、このガス通路部材２７〜３０は、連通孔８５と分岐孔８７とを備えている。また、（燃料電池スタック５の貫通孔３７〜４４とガス通路部材２７〜３０の連通孔８５及びスペーサ３３〜３６の連通孔とを貫く）ボルト７〜１４とナット１７〜２４とによって、ガス通路部材２７〜３０と燃料電池スタック５とは一体に固定されている。更に、ガス通路部材２７〜３０及びスペーサ３３〜３６と各ナット１７〜２４との間、ガス通路部材２７〜３０及びスペーサ３３〜３６と燃料電池スタック５との間、及び燃料電池スタック５とボルト７〜１４の頭部９１との間には、マイカシート９３〜９５が配置されている。

従って、本実施例では、ボルト８、１０、１２、１４に、従来の様な軸中心を貫くガス流路や外周に沿って軸方向に伸びるガス流路を形成しなくても、燃料電池スタック５の貫通孔３８、４０、４２、４４とガス通路部材２７〜３０の連通孔８５とを連通することができる。つまり、燃料電池スタック５とガス通路部材２７〜３０（及びスペーサ３３〜３６）とを重ね合わせ、燃料電池スタック５の貫通孔３７〜４４とガス通路部材２７〜３０の連通孔８５（及びスペーサ３３〜３６の連通孔）とを貫くようにボルト７〜１４を配置し、そのボルト７〜１４とナット１７〜２４とで、燃料電池スタック５とガス通路部材２７〜３０（及びスペーサ３３〜３６）とを固定すれば、その固定と同時に、燃料電池スタック５内部から外部に到るガス流路を形成することができる。

これにより、ボルト８、１０、１２、１４の強度を低下させることなく、上述したガス流路を容易に構成できるという顕著な効果を奏する。また、ボルト８、１０、１２、１４のような単純な形状の部材を使用でき、特殊な加工を施す必要がないので、製造工程を簡易化できるとともに、コスト低減にも大きく寄与することができる。

更に、本実施例では、ガス通路部材２７〜３０に、連通孔８５から（積層方向と直交して）分岐する分岐孔８７を備えているので、分岐孔８７を通過するガスに対する受熱（予熱）性が向上するという利点がある。

また、本実施例では、外部からのガス配管１０１〜１０７は、ガス通路部材２７〜３０の分岐孔８７に接続されるので、固体酸化物形燃料電池１の高温での運転の際に、ガス配管１０１〜１０７とガス通路部材２７〜３０との連結部分が焼き付いた場合でも、ボルト７〜１４とナット１７〜２４との締結を緩めれば、ガス通路部材２７〜３０（更にはスペーサ３３〜３６）と燃料電池スタック５とを容易に分離できる。つまり、固体酸化物形燃料電池１を一旦運転した後であっても、固体酸化物形燃料電池１の解体や部品の交換を容易に行うことができるという顕著な効果を奏する。

また、前記マイカシート９３〜９５により、燃料電池スタック５と、ガス通路部材２７〜３０（更にはスペーサ３３〜３６）やボルト７〜１４やナット１７〜２４との間のショートや漏電を防止することができる。

なお、ボルト７〜１４とナット１７〜２４との配置は、積層方向（図４の上下方向）において逆にしてもよい。
また、ボルト７〜１４及びナット１７〜２４による固定のための構成としては、棒状のスタッドボルトの両端にナット（袋ナット等）を取り付ける構成としてもよい。

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池の構成について説明する。
図５に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池１２１は、燃料電池スタック１２３の一方の側（図５（ａ）下方）に、空気を予熱する平板状の空気予熱器１２５を配置し、燃料電池スタック１２３と空気予熱器１２５とを、複数（８本）のボルト１２７及びナット１２９によって、分離可能に一体に結合したものである。

前記空気予熱器１２５は、図５（ｂ）に示す様に、略直方体の容器１３１を備えており、その容器１３１の側方を構成する正方形の枠体１３３の１箇所の角部（同図左上）に、外部から空気予熱器１２５の容器１３１内に空気を導入する外部導入部１３５が接続されている。

この外部導入部１３５は、板状の本体部１３７に分岐管１３９が接続されたものであり、本体部１３７が容器１３１に（例えば溶接により）接合されている。なお、本体部１３７には、ボルト１２７が貫挿される連通孔１４３と容器１３１内と連通する流路１４２が形成されている。

また、容器１３１の他の３箇所の角部には、前記外部導入部１３５の本体部１３７とほど同様な形状のスペーサ１４５、１４７、１４９が接合されており、このスペーサ１４５〜１４９にも、各ボルト１２７が挿通される連通孔１５１、１５３、１５５が形成されている。

更に、容器１３１の枠体１３３の各辺の中央部分には、ガスの流路となる板状のガス通路部材１５７、１５９、１６１、１６３が、自身の側方（板厚方向と垂直の方向）にて接合されている。

詳しくは、図５（ｂ）の右方の辺には、空気予熱器１２５の容器１３１内で予熱された空気を燃料電池スタック１２３内に導入するために空気導入用のガス通路部材１５７が接合されている。このガス通路部材１５７には、（板厚方向に貫通する）連通孔１６５と連通孔１６５から直角に分岐する分岐孔１６７とが形成されており、分岐孔１６７が容器１３１内に開口している。

また、容器１３１の他の１辺（同図下方）には、燃料ガスを外部から燃料電池スタック１２３内に導入するための燃料導入用のガス通路部材１５９が接合されている。このガス通路部材１５９には、連通孔１６９と連通孔１６９から直角に分岐する分岐孔１７１とが形成されており、分岐孔１７１が外部側に開口している。

同様に、容器１３１の他の１辺（同図左方）には、（発電後の）空気を燃料電池スタック１２３から外部に排出するための空気排出用のガス通路部材１６１が接合されている。このガス通路部材１６１には、連通孔１７３と連通孔１７３から直角に分岐する分岐孔１７５とが形成されており、分岐孔１７５が外部側に開口している。

同様に、容器１３１の他の１辺（同図上方）には、（発電後の）燃料ガスを燃料電池スタック１２３から外部に排出するための燃料排出用のガス通路部材１６３が接合されている。このガス通路部材１６３には、連通孔１７７と連通孔１７７から直角に分岐する分岐孔１７９とが形成されており、分岐孔１７９が外部側に開口している。

そして、ガス通路部材１５７〜１６３の連通孔１６５、１６９、１７３、１７７は、それぞれ（燃料電池スタック１２３を貫く）ガスの流路となる貫通孔１８１（図５（ｃ）参照）と連通しており、各貫通孔１８１は、孔内を流れる空気又は燃料ガスに対応して、それぞれセル内部の空気流路又は燃料ガス流路と連通している。

一方、外部導入部１３５の連通孔１４１及びスペーサ１４５〜１４９の連通孔１５１〜１５５は、それぞれボルト挿通用の貫通孔１８３（図５（ｂ）参照）と連通しているが、この貫通孔１８３は、単にボルト孔であり、セル内部とは分離されている。

ｂ）次に、固体酸化物形燃料電池１２１におけるガスの流路について説明する。
＜燃料ガスの流路＞
外部からガス通路部材１５９の分岐孔１７１及び連通孔１６９を介して、貫通孔１８１に導入された燃料ガスは、燃料電池スタック１２３の各セルの燃料ガス流路に導入される。

そして、各セルで発電に使用された残余の燃料ガスは、貫通孔１８１、ガス通路部材１６３の連通孔１７７及び分岐孔１７９を介して、外部に排出される。
＜空気の流路＞
外部から外部導入部１３５を介して、空気予熱器１２５の容器１３１内に導入された空気は、容器１３１内にて予熱され、ガス通路部材１５７の分岐孔１６７及び連通孔１６５を介して、燃料電池スタック１２３の貫通孔１８１に導入され、その後、各セルの空気流路に導入される。

そして、各セルで発電に使用された残余の空気は、貫通孔１８１、ガス通路部材１６１の連通孔１７３及び分岐孔１７５を介して、外部に排出される。
ｃ）本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏する。また、本実施例では、燃料電池スタック１２３と（ガス通路部材１５７〜１６３が接合された）空気予熱器１２５とが積層され、それがボルト１２７及びナット１２９によって分離可能に一体に固定されているので、部材を共用でき、装置をコンパクトにすることができるとともに、軽量化を実現できるという利点がある。

次に、実施例３について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池の構成について説明する。
図６に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池１９１は、燃料電池スタック１９３の一方の側（図６（ａ）下方）に、燃料ガスを改質する平板状の改質器１９５を配置し、燃料電池スタック１９３と改質器１９５とを、複数（８本）のボルト１９７及びナット１９９によって、分離可能に一体に結合したものである。

図６（ｂ）に示す様に、前記改質器１９５の略直方体の容器２０１の内部には、改質触媒（例えば、Ｎｉ触媒、Ｒｕ触媒、Ｒｈ触媒、Ｐｔ触媒など）が充填されており、外部から供給される炭化水素ガス(主に都市ガス、天然ガス)を改質する機能、即ち、水素リッチの燃料ガスに改質する機能を有する。なお、改質方式としては水蒸気改質や部分改質などあるがいずれの方式でも良い。

この改質器１９５は、容器２０１の側方を構成する枠体２０３の１箇所の角部（同図右上）に、外部から容器２０１内に燃料ガスを導入する外部導入部２０５が接続されている。この外部導入部２０５は、前記実施例２と同様に、板状の本体部２０７に分岐管２０９が接続されたものであり、本体部２０７が容器２０１に接合されている。

また、容器２０１の他の３箇所の角部には、前記実施例２と同様に、スペーサ２１１、２１３、２１５が接合されている。
更に、容器２０１の枠体２０３の各辺の中央部分には、ガス通路部材２１７、２１９、２２１、２２３が接合されている。

詳しくは、図６（ｂ）の下方の辺には、改質器１９５の容器２０１内で改質された燃料ガスを燃料電池スタック１９３内に導入するために、燃料導入用のガス通路部材２１９が接合されている。このガス通路部材２１９には、連通孔２２５と分岐孔２２７とが形成されている。

また、容器２０１の他の１辺（同図右方）には、空気を外部から燃料電池スタック１９３内に導入するために、空気導入用のガス通路部材２１７が接合されている。このガス通路部材２１７には、連通孔２２９と分岐孔２３１とが形成されている。

同様に、容器２０１の他の１辺（同図左方）には、（発電後の）空気を燃料電池スタック１９３から外部に排出するために、空気排出用のガス通路部材２２１が接合されている。このガス通路部材２２１には、連通孔２３３と分岐孔２３５とが形成されている。

同様に、容器２０１の他の１辺（同図上方）には、（発電後の）燃料ガスを燃料電池スタック１９３から外部に排出するために、燃料排出用のガス通路部材２２３が接合されている。このガス通路部材２２３には、連通孔２３７と分岐孔２３９とが形成されている。

ｂ）次に、固体酸化物形燃料電池１９１におけるガスの流路について説明する。
＜燃料ガスの流路＞
外部から外部導入部２０５を介して、改質器１９５の容器２０１内に導入された燃料ガスは、容器２０１内にて改質され、ガス通路部材２１９の分岐孔２２７及び連通孔２２５を介して、貫通孔２４１（図６（ｃ）参照）に導入され、その後、燃料電池スタック１９３の各セルの燃料ガス流路に導入される。

そして、各セルで発電に使用された残余の燃料ガスは、貫通孔２４１、ガス通路部材２２３の連通２３７及び分岐孔２３９を介して、外部に排出される。
＜空気の流路＞
外部からガス通路部材２１７の分岐孔２３１及び連通孔２２９を介して、燃料電池スタック１９３の貫通孔２４１に導入された空気は、各セルの空気流路に導入される。

そして、各セルで発電に使用された残余の空気は、貫通孔２４１、ガス通路部材２２１の連通孔２３３及び分岐孔２３５を介して、外部に排出される。
本実施例においても、前記実施例２と同様な効果を奏する。

次に、実施例４について説明するが、前記実施例２と同様な内容の説明は省略する。
ａ）まず、本実施例の固体酸化物形燃料電池の構成について説明する。
図７に模式的に示す様に、本実施例の固体酸化物形燃料電池２５１は、燃料電池スタック２５３の一方の側（図７（ａ）下方）に、発電後の残余の空気と燃料ガスとを燃焼させる平板状の燃焼器２５５を配置し、燃料電池スタック２５３と燃焼器２５５とを、複数（８本）のボルト２５７及びナット２５９によって、分離可能に一体に結合したものである。

図７（ｂ）に示す様に、前記燃焼器２５５は、略直方体の容器２６１の側方を構成する枠体２６３の１箇所の角部（同図右下）に、容器２６１から外部に燃焼ガスを排出する外部排出部２６５が接続されている。この外部排出部２６５は、前記実施例２と同様に、板状の本体部２６７に分岐管２６９が接続されたものであり、本体部２６７が容器２６１に接合されている。

また、容器２６１の他の３箇所の角部には、前記実施例２と同様に、スペーサ２７１、２７３、２７５が接合されている。
更に、容器２６１の枠体２６３の各辺の中央部分には、ガス通路部材２７７、２７９、２８１、２８３が接合されている。

詳しくは、図７（ｂ）の右方の辺には、空気を外部から燃料電池スタック２５３内に導入するために、空気導入用のガス通路部材２７７が接合されている。このガス通路部材２７７には、連通孔２８５と分岐孔２８７とが形成されている。

同様に、容器２６１の他の１辺（同図下方）には、燃料ガスを外部から燃料電池スタック２５３内に導入するために、燃料導入用のガス通路部材２７９が接合されている。このガス通路部材２７９には、連通孔２８９と分岐孔２９１とが形成されている。

また、容器２６１の他の１辺（同図左方）には、（発電後の）空気を燃料電池スタック２５３から容器２６１内に導入するために、空気排出用のガス通路部材２８１が接合されている。このガス通路部材２８１には、連通孔２９３と分岐孔２９５とが形成されている。

同様に、容器２０１の他の１辺（同図上方）には、（発電後の）燃料ガスを燃料電池スタック２５３から容器１６１内に導入するために、燃料導入用のガス通路部材２８３が接合されている。このガス通路部材２８３には、連通孔２９７と分岐孔２９９とが形成されている。

ｂ）次に、固体酸化物形燃料電池２５１におけるガスの流路について説明する。
＜燃料ガスの流路＞
外部からガス通路部材２７９の分岐孔２９１及び連通孔２８９を介して、燃料電池スタック２５１の貫通孔３０１（図７（ｃ）参照）に導入された空気は、燃料電池スタック２５３の各セルの燃料ガス流路に導入される。

そして、各セルで発電に使用された残余の燃料ガスは、貫通孔３０１、ガス通路部材２８３の連通孔２９７及び分岐孔２９９を介して、燃焼器２５５の容器２６１内に導入され、容器２６１にて残余の空気と燃焼し、その燃焼ガスは外部排出部材２６５を介して外部に排出される。

＜空気の流路＞
外部からガス通路部材２７７の分岐孔２８７及び連通孔２８５を介して、燃料電池スタック２５３の貫通孔３０１に導入された空気は、各セルの空気流路に導入される。

そして、各セルで発電に使用された残余の空気は、貫通孔３０１、ガス通路部材２８１の連通孔２９３及び分岐孔２９５を介して、燃焼器２５５の容器２６１内に導入される。そして、上述の様に、容器２６１にて残余の燃料ガスと燃焼し、その燃焼ガスは外部排出部材２６５を介して外部に排出される。

本実施例においても、前記実施例２と同様な効果を奏する。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

（１）燃料電池スタックに積層する補助器として、例えば、空気予熱器、改質器、燃焼器以外に、燃料ガスを予熱する燃料ガス予熱器を用いてもよい。
（２）また、例えば前記実施例１では、図８（ａ）に示す様に、有頭のボルト３１１とその先端に螺合するナット（袋ナット）３１３とによって、燃料電池スタック３１５と（ナット３１３側に配置した）ガス通路部材３１７とを固定したが、図８（ｂ）に示す様に、ガス通路部材３１９をボルト３２１の頭部３２３側に配置してもよい。また、図８（ｃ）に示す様に、頭部の無い棒状のボルト（スタッドボルト）３２５の両端にナット３２７を取り付けるようにしてもよい。

１、１２１、１９１、２５１…固体酸化物形燃料電池
３…燃料電池セル
５、１２３、１９３、２５３、３１５…燃料電池スタック
８、１０、１２、１４、１２７、１９７、２５７、３１１、３２１、３２５…ボルト
１８、２０、２２、２４、１２９、１９９、２５９、３１３、３２７…ナット
２７、２８、２９、３０、１５７、１５９、１６１、１６３、２１７、２１９、２２１、２２３、２７７、２７９、２８１、２８３、３１７、３１９…ガス通路部材
３８、４０、４２、４４、１８１、２４１、３０１…（燃料電池スタックの）貫通孔
８５、１６５、１６９、１７３、１７７、２２５、２２９、２３３、２３７、２８５、２８９、２９３、２９７…（ガス通路部材の）連通孔
８７、１６７、１７１、１７５、１７９、２２７、２３１、２３５、２３９、２８７、２９１、２９５、２９９…分岐孔
９１、３２３…頭部
９３、９４、９５…マイカシート
１２５…空気予熱器
１９５…改質器
２５５…燃焼器

Claims (6)

1. 複数の平板形状の固体酸化物形燃料電池セルを厚み方向に沿って積層した燃料電池積層体と、
   前記燃料電池積層体を積層方向に貫き、該燃料電池積層体の内部に、燃料ガス、酸化剤ガス、又は発電後の排ガスが流れるガス流路を構成する貫通孔と、
   前記貫通孔に挿通した挿通部材と、
   前記挿通部材の両端部にて用いられ、前記燃料電池積層体を積層方向に固定する固定部材と、
   前記固定部材と前記燃料電池積層体との間に配置され、前記燃料電池積層体の内部の前記ガス流路と外部との間の前記各種ガスの導入又は排出を行うガス通路部材と、
   を備える固体酸化物形燃料電池において、
   前記ガス通路部材は、
   該ガス通路部材を貫くとともに、前記燃料電池積層体の前記貫通孔と同方向に伸びて該貫通孔と連通する連通孔と、
   前記連通孔から分岐して前記外部に連通する分岐孔と、
   を備えており、
   前記挿通部材は、前記燃料電池積層体の前記貫通孔と前記ガス通路部材の連通孔とに貫挿されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
2. 前記燃料電池積層体と前記ガス通路部材との間、及び、前記ガス通路部材と前記固定部材との間の少なくとも一方に、絶縁性を有する絶縁部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
3. 前記燃料電池積層体と前記ガス通路部材との間、及び、前記ガス通路部材と前記固定部材との間の少なくとも一方に、耐熱温度が７００℃以上の耐熱部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池。
4. 前記請求項２に記載の絶縁部材と前記請求項３に記載の前記耐熱部材とは、同一部材であることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
5. 前記請求項２に記載の絶縁部材又は前記請求項３に記載の前記耐熱部材は、マイカ材料から構成されることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
6. 前記ガス通路部材の分岐孔と前記外部との間に、発電反応に使用される前記燃料ガスを改質する改質器、発電後の排ガスを燃焼する燃焼器、発電反応に使用される前記酸化剤ガスを予熱する酸化剤ガス予熱器、及び前記燃料ガスを予熱する燃料ガス予熱器の各機能のうち、少なくとも一つの機能を有する補助器が接続されるとともに、
   前記ガス通路部材は、前記補助器と一体化されており、
   前記ガス通路部材を介して、前記補助器と前記燃料電池積層体の内部の前記ガス流路とが連通されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体酸化物形燃料電池。

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