JP2012156058A - セルスタックおよび燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】集電部材と燃料電池セルとの接合強度を向上できるセルスタックおよび燃料電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数の燃料電池セル３が、該燃料電池セル３間に金属板からなる集電部材４を介して一列に配列され、集電部材４は、燃料電池セル３が接合される面を有する複数の集電片４ａ、４ｂを有しており、該集電片４ａ、４ｂの面と燃料電池セル３とを多孔質の導電性接着層１５で接合してなるセルスタック２であって、集電片４ａ、４ｂの燃料電池セル３側の面に、集電片４ａ、４ｂの対向する両端面４ａ１、４ｂ１間にわたって形成された凹溝１６を有している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、セルスタックおよび燃料電池モジュールに関し、特に、燃料電池セルを集電部材を介して複数配列してなるセルスタックおよび燃料電池モジュールに関する。

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気等）とを用いて６００℃〜１０００℃の高温下で発電する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をガスタンクに固定してなるセルスタック装置や、それを収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる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）。

このようなセルスタックにおいては、燃料電池セルの上端部側で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させ、燃料電池セルの温度を上昇させることにより、燃料電池セルの発電を効率よく行なうことができる。

セルスタックは、燃料電池セルと金属板からなる集電部材とを交互に積層するとともに、集電部材と燃料電池セルの空気極層、もしくは集電部材とインターコネクタ層とを導電性接着剤で接合して構成されている（特許文献２参照）。

特開２００７−５９３７７号公報 特開２００５−３３９９０４号公報

しかしながら、平板状の金属板からなる集電部材を、燃料電池セルの平坦な空気極層またはインターコネクタ層に導電性接着剤で接合していたので、集電部材と、この集電部材が接合される空気極層、インターコネクタ層とはほぼ平行となり、その間に空隙が介在しやすくなり、集電部材と燃料電池セルとの間の導電性接着層中に空隙が存在すると、集電部材と燃料電池セルとの接合強度が低下するという問題があった。特に、固体酸化物形燃料電池セルでは、例えば８００℃以上の高温となるため、集電部材と燃料電池セルとの接続信頼性が要求されていた。

本発明は、集電部材と燃料電池セルとの接合強度を向上できるセルスタックおよび燃料電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明のセルスタックは、複数の燃料電池セルが、該燃料電池セル間に金属からなる集電部材を介して配列され、前記集電部材は、前記燃料電池セルが接合される面を有する複数の集電片を有しており、該集電片の前記面と前記燃料電池セルとを多孔質の導電性接着層で接合してなるセルスタックであって、前記集電片の前記面に、前記集電片の対向する両端面間にわたって形成された凹溝を有していることを特徴とする。

本発明の燃料電池モジュールは、上記セルスタックを収納容器に収納してなることを特徴とする。

本発明のセルスタックでは、集電片の燃料電池セル側の面に、集電片の対向する両端面間にわたって形成された凹溝を有しているので、燃料電池セルに集電片を導電性接着層を介して接合する場合には、例えば、燃料電池セルの空気極層に導電性ペーストを塗布し、この導電性ペーストの塗布膜が乾燥する前に集電部材の集電片を配置し、燃料電池セル側に押圧するが、集電片と導電性ペーストの塗布膜との間に存在する空気は凹溝に入り込み、この凹溝を介して集電片の対向する端面から外部に導出され、導電性接着層中に空気（空隙）が存在することを抑制することができ、集電部材と燃料電池セルとの接合強度を向上できる。このようなセルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールでは、セルスタックにおいて集電部材と燃料電池セルとの接合強度を向上できるため、長期にわたって信頼性を向上できる。

本形態のセルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置の点線枠で囲った部分の一部を拡大した断面図である。 図１に示す集電部材の斜視図である。 （ａ）は集電部材の断面図、（ｂ）は集電部材の平面図、（ｃ）は集電片の平面図である。 燃料電池セルと集電部材との接続を概略的に示すもので、（ａ）は集電片のセル側の面に断面が半円状の凹溝が形成されている状態を示す断面図、（ｂ）は集電片のセル側の面に断面が三角形状の凹溝が形成されている状態を示す断面図である。 （ａ）は燃料電池セルと集電部材との接合状態を示す断面図であり、（ｂ）は深さが空気の流れる方向に向けて浅くなっている場合の断面図、（ｃ）は深さが幅方向中央から両側に向けて深くなっている場合の断面図である。 燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。 燃料電池装置の一例を示す一部の記載を省略した斜視図である。

図１は、本形態のセルスタック装置の一例を示し、（ａ）はセルスタック装置を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置１を示す断面図であり、（ａ）で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。図２は、図１に示す集電部材４の斜視図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。

セルスタック装置１は、内部に所定の間隔を空けて燃料ガス通路９を複数有しており、一対の対向する平坦面をもつ全体的に見て楕円柱状の導電性支持体１０の一方の平坦面上に燃料極層１１と、固体電解質層１２と、空気極層１３とをこの順に積層してなるとともに、他方の平坦面のうち空気極層１３および固体電解質層１２が形成されていない部位にインターコネクタ１４を積層してなる柱状（中空平板状）の燃料電池セル３を、集電部材４を介して立設させた状態で配置することで、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を備えている。

言い換えると、燃料電池セル３は、導電性支持体１０の一方の平坦面上に燃料極層１１と、固体電解質層１２と、空気極層１３とをこの順に積層してなるとともに、他方の平坦面のうち空気極層１３および固体電解質層１２が形成されていない部位にインターコネクタ１４を積層して構成されており、これらの燃料電池セル３を、金属板（合金を含む）からなる集電部材４を介して複数積層して一列に配列して、セルスタック２が構成されている。

集電部材４は、詳細を後述するが、例えば、図２に示すように、一枚の板部材に所定の
間隔で幅方向にスリットが複数設けられ、スリットを挟んで上下方向に隣接する部位が集電片４ａ、４ｂとなる。集電部材４の長手方向に形成されたそれぞれの集電片４ａ、４ｂは、隣接する一方側の燃料電池セル３および隣接する他方側の燃料電池セル３と多孔質の導電性接着層１５で接合されるように、接続部４ｃから交互に突出するように形成されている。それにより隣接する一方の燃料電池セル３側の集電片４ａと隣接する他方の燃料電池セル３側の集電片４ｂとの間が、空気が流れるガス流路８となる。

集電部材４は、図１（ｂ）に示すように、燃料電池セル３が接合される面、すなわち、燃料電池セル３の接合される面と対向するほぼ平行な面を有する複数の集電片４ａ、４ｂを有しており、集電片４ａ、４ｂの燃料電池セル３側の面と燃料電池セル３とを多孔質の導電性接着層１５で接合している。導電性接着層１５は、空気極層１３のほぼ全面に形成されており、空気は、ガス流路８、多孔質の導電性接着層１５を介して空気極層１３に供給される。

そして、集電片４ａ、４ｂには、図３、図４に示すように、集電片４ａ、４ｂの燃料電池セル３側の面に、集電片４ａ、４ｂの対向する両端面４ａ１、４ｂ１間にわたって形成された複数の凹溝１６を有している。これらの凹溝１６は直線状に形成されている。

なお、図４では、集電部材４の接続部４ｃを省略し、他の部材も簡略化して記載している。

複数の集電片４ａ、４ｂは帯状であり、図５に示すように、集電片４ａ、４ｂの幅方向Ｂ、すなわち一端面から他端面に至る方向が、集電片４ａ、４ｂの幅方向Ｂが燃料電池セル３の長さ方向Ｌとなるように、所定間隔をおいて燃料電池セル３に接合されており、凹溝１６が集電片４ａ、４ｂの幅方向Ｂに直線状に形成されている。これらの凹溝１６内には、導電性接着剤が充填されている。なお、図５では、凹溝１６の記載を省略した。図５において、破線矢印は、空気の流れを示している。

凹溝１６は、集電片４ａ、４ｂの燃料電池セル３側の面に形成されていれば良い。また、凹溝１６の断面形状は、図４（ａ）に示すように半円形状、図４（ｂ）に示すように三角形状を記載したが、これに限定されるものではない。

本形態のセルスタックでは、集電片４ａ、４ｂの燃料電池セル３側の面に、集電片４ａ、４ｂの対向する両端面４ａ１、４ｂ１間に延びる凹溝１５が形成されているので、燃料電池セル３に集電片４ａ、４ｂを導電性接着層１５を介して接合する場合には、例えば、燃料電池セル３の空気極層１３に導電性接着剤を塗布し、この導電性接着剤の塗布膜が乾燥する前に集電部材４の集電片４ａを配置し、燃料電池セル３側に押圧する。この際、集電片４ａと導電性ペーストの塗布膜との間に空気を噛みこみやすいが、その集電片４ａと導電性ペーストの塗布膜との間の空気は凹溝１６に入り込み、この凹溝１６を介して集電片４ａの対向する端面４ａ１から外部に排出され、集電片４ａ、４ｂと導電性接着層１５との間に空隙が形成されることを抑制でき、集電部材４と燃料電池セル３との接合強度を向上できる。また、集電片４ａ、４ｂと燃料電池セル３との間に空隙が存在しないため、集電片４ａ、４ｂと燃料電池セル３との間の導電性を向上できる。

さらに、集電片４ａ、４ｂの燃料電池セル３側の面に、集電片４ａ、４ｂの対向する端面４ａ１、４ｂ１間に延びる凹溝１６が形成され、この凹溝１５が形成された面が燃料電池セル３に多孔質の導電性接着層１５で接合されているため、導電性接着層１５の断面積を増加するため空気が導電性接着層１５中に入りやすくなり、燃料電池セルの空気極層１３への空気供給量を増加できる。

なお、上記例では、凹溝１６を集電片４ａ、４ｂの幅方向Ｂに直線状に形成したが、図３（ｃ）に示すように、燃料電池セル３の長さ方向Ｌ（空気の流れる方向）に対して、所定角度をもって形成しても良い。この場合、凹溝１６内を通過する空気抵抗が大きくなるため、燃料電池セル３の空気極層１３への空気供給量を増加できる。

さらに、上記例では、凹溝１６の深さを一定深さとしたが、図５（ｂ）に示すように、空気の流れ（集電片４ａ、４ｂの幅方向Ｂ）に対して、深さが浅くなる凹溝１６を形成することができる。この場合には、導電性接着剤で集電部材４を接合する際に噛み込んだ空気を、凹溝１６の底部傾斜に沿って外部に排出することができ、空隙の発生をさらに防止できる。さらに、この場合には、発電する際に、導電性接着層１５中に入ってきた空気が凹溝１６の底部傾斜に沿って流れるため、より燃料電池セル３の空気極層１３に空気を供給し易くできる。

また、図５（ｃ）に示すように、集電片４ａ、４ｂにおける幅方向Ｂ中央から、幅方向Ｂに向けて両側に深さが深くなる凹溝１６を形成することができる。言い換えれば、集電片４ａ、４ｂにおける幅方向Ｂ中央部の凹溝１６の深さが最も浅くなるように形成されている。この場合には、導電性接着剤で集電部材４を接合する際に噛み込んだ空気を、凹溝１６の幅方向両側に向けて排出でき、空気を外部に排出する経路を短くすることができ、空隙の発生をさらに防止できる。さらに、この場合にも、発電する際に、導電性接着層１５中に入ってきた空気が凹溝１６の底部傾斜に沿って流れるため、より燃料電池セル３の空気極層１３に空気を供給し易くできる。

凹溝１６の幅についても、空気の流れる方向に向けて小さくすることができる。この場合にも、発電する際に、空気が凹溝１６内の導電性接着剤中を流れる際に、より燃料電池セル３の空気極層１３に空気を供給し易くできる。

本形態のセルスタックの他の部材について説明する。インターコネクタ１４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１４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、外側電極層１３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の下端部が、ガス通路９を介して燃料電池セル３に燃料ガスを供給するためのガスタンク７にガラスシール材（図示せず）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、燃料電池セル３として、ガス通路９内に燃料ガスを流すとともに、燃料極層１１、空気極層１３を設けてなる固体酸化物形の燃料電池セル３を示している。ガスタンク７より燃料ガスを供給し、隣り合う燃料電池セル３間に空気を供給することで、燃料電池セル３の発電が行なわれる。

また、セルスタック装置１は、燃料電池セル３の配列方向（以下、セル配列方向と略す場合がある）の両端から端部集電部材（図示せず）を介してセルスタック２を挟持するように、ガスタンク７に下端部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、セル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き出すための電流引出部６が設けられている。なお、端部集電部材としては、集電部材４と同様の構成のものを用いてもよいし、異なる構成のものを用いてもよい。

このようなセルスタック装置１においては、燃料電池セル３の上端部側にて、燃料ガス
通路９より排出され、燃料電池セル３の発電に使用されなかった燃料ガスと、燃料電池セル３の発電に使用されなかった酸素含有ガスとを燃焼させる構成とすることにより、燃料電池セル３の温度を上昇させることまたは高温に維持することができ、燃料電池セル３（セルスタック装置１）の発電を効率よく行なうことができる。

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（内側電極層）１１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ＹやＹｂ等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。

燃料極層１１において、ＮｉおよびＮｉＯのうち少なくとも一方と、希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２の含有量は、焼成−還元後における体積比率が、ＮｉＯ：希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（例えば、ＮｉＯ：ＹＳＺ）が３５：６５〜６５：３５の範囲にあるのが好ましい。さらに、この燃料極層１１の気孔率は１５％以上、特に２０〜４０％の範囲にあるのが好ましく、その厚みは１〜３０μｍであるのが好ましい。

固体電解質層１２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。

さらに、固体電解質層１２は、ガス透過を防止するという点から、相対密度（アルキメデス法による）が９３％以上、特に９５％以上の緻密質であることが望ましく、かつその厚みが５〜５０μｍであることが好ましい。

空気極層（外側電極層）１３は、導電性セラミックス（例えば、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物）から形成することができ、ガス透過性を有する必要があることから、気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。さらに、空気極層１３の厚みは、集電性という点から３０〜１００μｍであることが好ましい。

インターコネクタ１４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１４は導電性支持体１０に形成された複数のガス通路９を流通する燃料ガス、および導電性支持体１０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。

また、インターコネクタ１４の厚みは、ガスのリーク防止と電気抵抗の増大を抑制するという理由から、１０〜５０μｍであることが好ましい。この範囲よりも厚みが薄いと、ガスのリークを生じやすく、またこの範囲よりも厚みが大きいと、電気抵抗が大きく、電位降下により集電機能が低下してしまうおそれがある。

導電性支持体１０としては、燃料ガスを燃料極層１１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１４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１０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。

なお、燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層１１または固体電解質層１２との同時焼成により導電性支持体１０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１０を形成することが好ましい。また、導電性支持体１０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５０Ｓ／ｃｍ以上、より好ましくは３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

また、導電性支持体１０の平坦面ｎの長さ（導電性支持体１０の幅方向の高さ）は、通常、１５〜３５ｍｍ、弧状面ｍの長さ（弧の長さ）は、２〜８ｍｍであり、導電性支持体１０の厚み（平坦面ｎ間の厚み）は１．５〜５ｍｍであることが好ましい。

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１４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１２と空気極層１３との間に、固体電解質層１２と空気極層１３との接合を強固なものとするとともに、固体電解質層１２の成分と空気極層１３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、Ｃｅ（セリウム）と他の希土類元素（ＳｍやＧｄ等）とを含有する組成にて形成される中間層を備えることもできる。

さらに、図示していないが、インターコネクタ１４と導電性支持体１０との間に、インターコネクタ１４と導電性支持体１０との間の熱膨張係数差を軽減する等のために、燃料極層１１と類似した組成の密着層を設けることもできる。

導電性接着層１５は、空気極層（外側電極層）１３とほぼ同様の材料で形成することができる。例えば、導電性セラミックス（例えば、ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物）から形成することができ、例えば、ランタンストロンチウムコバルト系酸化物が好適に使用できる。これに他の添加物を添加したものも使用できる。導電性接着層１５は、導電性接着剤を塗布し、乾燥して、熱処理することにより作製できる。

ここで、本形態のセルスタック装置を構成する集電部材４について説明する。

本形態のセルスタック装置１を構成する集電部材４は、燃料電池セル３の幅方向（以下、セル幅方向と略す場合がある）に延びる一対の帯状の集電片４ａ、４ｂと、一対の集電片４ａ、４ｂの両端部を接続する接続部４ｃとを１組として、集電部材４の長手方向に連続して複数組が設けられている。

集電片４ａ、４ｂは、隣接する一方の燃料電池セル３の空気極層１３と接続される集電片４ａと、隣接する他方の燃料電池セル３のインターコネクタ１４と接続される集電片４ｂとからなり、集電部材４の長手方向に沿って複数設けられている。図２に示すように、集電片４ａ、４ｂの両端部は接続部４ｃに向けて屈曲しており、接続部４ｃにて複数の集電片４ａ、４ｂが接続されている。

集電部材４は、燃料電池セル３により発電した電流を流すために導電性が必要であり、セルスタック装置１は６００〜９００℃の高温下で作動することから、耐熱性も必要であ
る。それゆえ、合金１００質量部に対して１０〜３０質量部のＣｒを含有する合金を用いることが好ましく、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ系合金等を用いることができる。

そして、Ｃｒを含有する合金からなる一枚の矩形状の板部材（矩形板）の中央部に、燃料電池セル３の長さ方向に所定の間隔を空けて複数のスリットを設け、スリット間の板部材を隣り合う燃料電池セル３と接続するように交互に突出させることで集電片４ａ、４ｂを形成し、矩形板の両側部（スリットが形成されていない部位）を接続部４ｃとする集電部材４を作製することができる。この場合、一枚の板部材を打ち抜きプレス加工により集電部材４を作製することができるため、容易に集電部材４を作製することができる。また、凹溝１６も、プレス加工時に形成できる。

なお、一枚の矩形板により作製した例を示したが、それぞれの部材を別途作製し、溶接等により接合して集電部材４を作製してもよい。

ここで、セルスタック装置を長期間発電させると、Ｃｒを含有する合金からＣｒが燃料電池セル３の空気極層１３や空気極層１３と固体電解質層１２との界面に拡散し、電気的な抵抗が増大し、燃料電池セルの発電性能が低下するおそれがある。そのため、集電部材４の表面の一部、好ましくは全体を希土類元素を含有するペロブスカイト形酸化物等を用いてＣｒ拡散抑制層により覆うことが好ましい。それにより、集電部材４からＣｒが燃料電池セル３の空気極層１３や空気極層１３と固体電解質層１２との界面に拡散することを抑制でき、発電効率の向上したセルスタック装置１とすることができる。

図５に示すように、燃料電池セル３の一方側主面にインターコネクタ１４が燃料電池セルの長手方向の全域にわたって設けられており、他方側主面に空気極層１３が燃料電池セル３の上端部および下端部を除き設けられている。燃料電池セル３は、燃料電池セル３の燃料極層１１、固体電解質層１２および空気極層１３がこの順に積層されている部位が発電部となり発電を行なう。なお、図３においては、Ｐ型半導体層は図示していない。また、燃料ガスの流れを実線の矢印、空気の流れを破線の矢印で示している。

そのため、集電部材４の長手方向の長さは、空気極層の長手方向の長さと同等かもしくはそれ以上の長さになることが好ましく、それにより、効率よく集電することができる。

集電片４ａ、４ｂのセル幅方向に沿った長さは、空気極層１３またはインターコネクタ１４と接触する部位の長さが空気極層１３またはインターコネクタ１４の幅方向の長さと同等かもしくはそれ以上の長さとすることが好ましい。それにより、効率よく集電することができる。なお、集電部材については、図２に示すものに限定されるものではなく、燃料電池セルの接合される面と平行な面を有する複数の集電片を有しており、該集電片と燃料電池セルとが多孔質の導電性接着層で接合されるものであれば良い。

図６は、本形態のセルスタック装置１を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール２５の一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器２６の内部に、図１に示したセルスタック装置１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２７がセルスタック２の上方に配置されている。そして、改質器２７で生成された燃料ガスは、ガス流通管２８を介してガスタンク７に供給され、ガスタンク７を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス通路９に供給される。

なお、図６においては、収納容器２６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１および改質器２７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２５においては、セルスタック装置１を、収納容器２６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１は、改質器２７を含むものとしても良い。

また収納容器２６の内部に設けられた空気導入部材２９は、図６においてはガスタンク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、空気が燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル３の側方を下端から上端に向けて流れるように、燃料電池セル３の下端に空気を供給する。そして、燃料電池セル３のガス通路９より排出される燃料ガスと空気とを燃料電池セル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または高温に維持することができる。また、燃料電池セル３の上端部側にて、燃料電池セル３のガス通路９から排出される燃料ガスと空気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２７を効率よく温めることができる。それにより、改質器２７で効率よく改質反応を行うことができる。

さらに、本形態の燃料電池モジュール２５においても、長期信頼性が向上した燃料電池セル３を用いて構成されるセルスタック装置１を収納容器２６内に収納してなることから、長期信頼性が向上した燃料電池モジュール２５とすることができる。

図７は、外装ケース内に図６で示した燃料電池モジュール２５と、セルスタック装置１を作動させるための補機とを収納してなる本形態の燃料電池装置３０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３０は、支柱３１と外装板３２とから構成される外装ケース内を仕切板３３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２５を収納するモジュール収納室３４とし、下方側を燃料電池モジュール２５を動作させるための補機類を収納する補機収納室３５として構成されている。なお、補機収納室３５に収納する補機類は省略している。

また、仕切板３３には、補機収納室３５の空気をモジュール収納室３４側に流すための空気流通口３６が設けられており、モジュール収納室３４を構成する外装板３２の一部に、モジュール収納室３４内の空気を排気するための排気口３７が設けられている。

このような燃料電池装置３０においては、上述したように、長期信頼性の向上した燃料電池モジュール２５をモジュール収納室３４に収納して構成することにより、長期信頼性の向上した燃料電池装置３０とすることができる。

以上、本形態について詳細に説明したが、本形態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。

１：セルスタック装置
２：セルスタック
３：燃料電池セル
４：集電部材
４ａ、４ｂ：集電片
４ｃ：接続部
４ａ１、４ｂ１：集電片の端面
１５： 導電性接着層
１６：凹溝
２５：燃料電池モジュール
３０：燃料電池装置

Claims (4)

1. 複数の燃料電池セルが、該燃料電池セル間に金属からなる集電部材を介して配列され、前記集電部材は、前記燃料電池セルが接合される面を有する複数の集電片を有しており、該集電片の前記面と前記燃料電池セルとを多孔質の導電性接着層で接合してなるセルスタックであって、前記集電片の前記面に、前記集電片の対向する両端面間にわたって形成された凹溝を有していることを特徴とするセルスタック。
2. 前記凹溝は直線状に形成され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。
3. 前記燃料電池セルが柱状であるとともに、前記複数の集電片が帯状であり、該集電片の一端面から他端面に至る方向が前記燃料電池セルの長さ方向となるように、前記集電片が、所定間隔をおいて前記燃料電池セルに接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセルスタック。
4. 請求項１乃至３のうちいずれかに記載のセルスタックを収納容器に収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。

Images