JP2013229342A - Flat plate fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To vary effective electrode areas of unit cells so as to improve temperature distribution characteristics and enhance durability of a flat plate fuel cell stack.SOLUTION: A flat plate fuel cell stack 1 includes power generation units 2 that are laminated in multiple tiers and connected electrically in series to each other. Each power generation unit 2 has: a flat plate unit cell 6 that has a fuel electrode 4 and an air electrode 5 formed on two respective sides of a solid oxide electrolyte 3; housing members 7 and 8 that house the unit cell 6 and also supply fuel gas to the fuel electrode 4 and oxidant gas G2 to the air electrode 5; and a collector member 11 that is disposed between the unit cell 6 and the housing members 7 and 8. The power generation units 2 are divided into at least two kinds of power generation units 2 where the respective unit cells 6 have different effective electrode areas. The effective electrode area of each unit cell 6 is determined by an area of the collector member 10 or 11 on a side of the less conductive one of the air electrode 5 and the fuel electrode 4.

Description

本発明は、平板型の単セルとこの単セルを収容する収容部材とを備えた平板型燃料電池スタックに関するものである。   The present invention relates to a flat plate type fuel cell stack provided with a flat plate type single cell and a housing member for housing the single cell.

平板型固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell、以下、平板型燃料電池ともいう)は、平板状の電解質層の表裏面に空気極および燃料極をそれぞれ形成してなる単セルと、燃料ガスと酸化剤ガスをそれぞれ給排気する通路を有するインターコネクタとを交互に複数個積層して電気的に直列に接続することにより平板型燃料電池スタックを形成し、前記通路を介して各単セルの燃料極に燃料ガスを供給し、空気極に酸化剤ガスを供給することにより発電を行うようにした燃料電池である(例えば、特許文献1参照)。   A flat solid oxide fuel cell (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell, hereinafter also referred to as a flat fuel cell) is a single cell in which an air electrode and a fuel electrode are respectively formed on the front and back surfaces of a flat electrolyte layer. A plurality of interconnectors having passages for supplying and exhausting fuel gas and oxidant gas are alternately stacked and electrically connected in series to form a flat plate fuel cell stack. In this fuel cell, power is generated by supplying fuel gas to the fuel electrode of a single cell and supplying oxidant gas to the air electrode (see, for example, Patent Document 1).

図9および図10は、このような平板型燃料電池スタックの従来例を示す図で、図9は平板型燃料電池スタックの概略断面図、図10は発電ユニットの断面図である。これらの図において、平板型燃料電池スタック1は、同一構造からなる複数の発電ユニット2を積層して電気的に直列に接続することにより構成され、断熱壁で囲まれた断熱容器A内に収納されている。   9 and 10 are diagrams showing a conventional example of such a flat fuel cell stack. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the flat fuel cell stack, and FIG. 10 is a cross-sectional view of the power generation unit. In these drawings, a flat plate fuel cell stack 1 is configured by stacking a plurality of power generation units 2 having the same structure and electrically connecting them in series, and is housed in a heat insulating container A surrounded by heat insulating walls. Has been.

発電ユニット2は、平板状の電解質3と、この電解質3の両面に形成された燃料極4および空気極5とからなる燃料極支持型の単セル6と、この単セル6を収容する凹部7aを有する燃料極インターコネクタ(燃料極セパレータ)7と、この燃料極インターコネクタ7と協働して発電ユニット2の収容容器を構成する空気極インターコネクタ(空気極セパレータ)8と、燃料極インターコネクタ7と空気極インターコネクタ8との間に配設された絶縁部材9と、燃料極4と燃料極インターコネクタ7との間に配設された燃料極側集電部材10と、空気極5と空気極インターコネクタ8との間に配設された空気極側集電部材11等で構成される。   The power generation unit 2 includes a flat electrode 3, a fuel electrode-supporting single cell 6 including a fuel electrode 4 and an air electrode 5 formed on both surfaces of the electrolyte 3, and a recess 7 a that accommodates the single cell 6. A fuel electrode interconnector (fuel electrode separator) 7, an air electrode interconnector (air electrode separator) 8 that forms a container for the power generation unit 2 in cooperation with the fuel electrode interconnector 7, and a fuel electrode interconnector. An insulating member 9 disposed between the fuel electrode 7 and the air electrode interconnector 8, a fuel electrode side current collecting member 10 disposed between the fuel electrode 4 and the fuel electrode interconnector 7, and an air electrode 5. An air electrode side current collecting member 11 and the like disposed between the air electrode interconnector 8 and the like.

燃料極4は、燃料極側集電部材10を介して燃料極インターコネクタ7に電気的に接続され、空気極5は、空気極側集電部材11を介して空気極インターコネクタ8に電気的に接続されている。燃料極インターコネクタ7と空気極インターコネクタ8とは、それぞれ隣接する燃料極インターコネクタ7または空気極インターコネクタ8に電気的に接続されている。そして、最上段の空気極インターコネクタ8と最下段の燃料極インターコネクタ7とを端子として負荷回路を構成することにより、平板型燃料電池スタック1が構築される。   The fuel electrode 4 is electrically connected to the fuel electrode interconnector 7 via the fuel electrode side current collecting member 10, and the air electrode 5 is electrically connected to the air electrode interconnector 8 via the air electrode side current collecting member 11. It is connected to the. The fuel electrode interconnector 7 and the air electrode interconnector 8 are electrically connected to the adjacent fuel electrode interconnector 7 or air electrode interconnector 8, respectively. Then, a flat fuel cell stack 1 is constructed by configuring a load circuit using the uppermost air electrode interconnector 8 and the lowermost fuel electrode interconnector 7 as terminals.

また、燃料極インターコネクタ7は、燃料流路7b、燃料供給経路7cおよび燃料排出経路7dを有し、燃料供給経路7cが燃料ガスG1 を供給する燃料供給マニホールド12に接続され、燃料排出経路7dには単セル6で反応しなかった未反応の燃料ガスG1 を排出する燃料排出マニホールド13が接続されている。空気極インターコネクタ8は、空気経路8aおよび空気供給経路8bを有し、空気供給経路8bが酸化剤ガスG2 を供給する空気供給マニホールド14に接続されている。 Further, the fuel electrode interconnector 7, the fuel flow path 7b, having a fuel supply passage 7c and the fuel discharge passage 7d, the fuel supply line 7c is connected to the fuel supply manifold 12 for supplying the fuel gas G 1, the fuel discharge route A fuel discharge manifold 13 for discharging unreacted fuel gas G 1 that has not reacted in the single cell 6 is connected to 7d. Air electrode interconnector 8 has an air path 8a and an air supply path 8b, air supply path 8b is connected to an air supply manifold 14 for supplying oxidant gas G 2.

このような発電ユニット2は、燃料極インターコネクタ7の凹部7aの底面に形成した燃料流路7b上に、燃料極側集電部材10、単セル6および空気極側集電部材11を順次積層した後、空気極インターコネクタ8を絶縁部材9を介して燃料極インターコネクタ7に接合し空気極側集電部材11を空気極5に押し付けることにより、単セル6と集電部材
10、11を燃料極インターコネクタ7と空気極インターコネクタ8との間で保持している。
In such a power generation unit 2, the fuel electrode side current collecting member 10, the single cell 6, and the air electrode side current collecting member 11 are sequentially stacked on the fuel flow path 7 b formed on the bottom surface of the recess 7 a of the fuel electrode interconnector 7. After that, the air cell interconnector 8 is joined to the fuel electrode interconnector 7 through the insulating member 9, and the air electrode side current collecting member 11 is pressed against the air electrode 5, whereby the single cell 6 and the current collecting members 10, 11 are connected. It is held between the fuel electrode interconnector 7 and the air electrode interconnector 8.

このように形成された平板型燃料電池スタック1は、次のように動作する。まず、平板型燃料電池スタック1を加熱して所定の発電温度(例えば、700〜1000℃)に保持し、燃料ガスG1 と酸化剤ガスG2 を各発電ユニット2の単セル6に供給する。燃料ガスG1 は、水素等からなり、燃料供給マニホールド12から燃料極セパレータ7の燃料供給経路7cを通って燃料流路7bから各発電ユニット2の燃料極4に供給される。一方、酸化剤ガスG2 は、空気等からなり、空気供給マニホールド14から各発電ユニット2の空気極インターコネクタ8の空気供給経路8bを通って空気経路8aから空気極5に供給される。このように、燃料ガスG1 と酸化剤ガスG2 を各発電ユニット2の単セル6に供給することにより、燃料極4と空気極5との間に所定の電圧レベルの起電力を発生させるこ
とができる。
The flat plate fuel cell stack 1 thus formed operates as follows. First, the flat fuel cell stack 1 is heated and maintained at a predetermined power generation temperature (for example, 700 to 1000 ° C.), and the fuel gas G 1 and the oxidant gas G 2 are supplied to the single cell 6 of each power generation unit 2. . The fuel gas G 1 is made of hydrogen or the like, and is supplied from the fuel supply manifold 12 to the fuel electrode 4 of each power generation unit 2 from the fuel flow path 7 b through the fuel supply path 7 c of the fuel electrode separator 7. On the other hand, the oxidant gas G 2 is made of air or the like, and is supplied from the air supply manifold 14 to the air electrode 5 through the air supply path 8 b of the air electrode interconnector 8 of each power generation unit 2. Thus, by supplying the fuel gas G 1 and the oxidant gas G 2 to the single cell 6 of each power generation unit 2, an electromotive force having a predetermined voltage level is generated between the fuel electrode 4 and the air electrode 5. be able to.

特開2008−117737号公報JP 2008-117737 A

上記した従来の平板型燃料電池スタック1は、全ての発電ユニット2を等しく形成しているため、各発電ユニット2における単セル6の有効電極面積が等しいことから、各単セル6の電流密度も等しく、ほぼ等しい量の熱を放散していた。この結果、平板型燃料電池スタック1の単セル6が集中する中間部分に熱が集中し、上下端においては放熱が起こり
、結果としてスタック1内に温度分布が生じ、単セル6の耐久性にばらつきが生じるという問題があった。また、断熱容器A内にスタック1に隣接して収納された他の吸、発熱部分、例えば改質器や熱交換器などの吸熱部分や排気ガス燃焼器などの発熱部分による影響によっても、平板型燃料電池スタック1内に温度分布が生じるため、単セル6の耐久性にばらつきが生じることがあった。具体的には、高温部分の単セル6ほど劣化による抵抗成分の増加が著しく、内部抵抗によるジュール熱が一層高まり、他の部分が正常な状態であるにも拘わらず、壊滅的に劣化することにより、平板型燃料電池スタック1全体が使えなくなることがあった。
Since the conventional flat plate fuel cell stack 1 described above forms all the power generation units 2 equally, the effective electrode areas of the single cells 6 in each power generation unit 2 are equal. Equal and nearly the same amount of heat was dissipated. As a result, heat is concentrated in the middle portion of the flat fuel cell stack 1 where the single cells 6 are concentrated, and heat is radiated at the upper and lower ends. As a result, a temperature distribution is generated in the stack 1 and the durability of the single cells 6 is improved. There was a problem that variations occurred. The flat plate is also affected by the influence of other heat absorption and heat generation parts accommodated in the heat insulating container A adjacent to the stack 1, for example, heat absorption parts such as reformers and heat exchangers and heat generation parts such as exhaust gas combustors. Due to the temperature distribution in the fuel cell stack 1, the durability of the single cell 6 may vary. Specifically, as the single cell 6 in the high temperature part increases in resistance component due to deterioration, Joule heat due to internal resistance further increases, and the other part is in a normal state, but it is devastatingly deteriorated. As a result, the entire flat fuel cell stack 1 may become unusable.

そこで、本発明者らは、鋭意検討した結果、積層した各発電ユニットにおける単セルの有効電極面積をスタック内の温度分布に対応させて変更し、特にスタック上下段や吸熱反応を生じる装置に近い部分など熱の奪われやすい部分における発電ユニットの単セルについてはその有効電極面積を小さくし、スタック中央部や発熱反応を生じる装置に近い部分など熱の奪われにくい部分における発電ユニットの単セルについてはその有効電極面積を大きくすることにより、スタック内での温度分布を抑制もしくは平均化することができ、スタックの耐久性を向上させることができることを見出した。   Therefore, as a result of intensive studies, the present inventors have changed the effective electrode area of the single cell in each stacked power generation unit in accordance with the temperature distribution in the stack, and particularly close to the upper and lower stages of the stack and an apparatus that generates an endothermic reaction. About the unit cell of the power generation unit in the part where heat is easily taken away such as the part, the effective electrode area is reduced, and the unit cell of the power generation unit in the part where heat is not easily taken away such as the center part of the stack or the part near the device that generates exothermic reaction Has found that by increasing the effective electrode area, the temperature distribution in the stack can be suppressed or averaged, and the durability of the stack can be improved.

本発明は、上記した従来の問題と検討結果に基づいてなされたもので、その目的とするところは、単セルの有効電極面積を変えることにより温度分布特性を改善し、耐久性の高い平板型燃料電池スタックを提供することを目的とする。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned conventional problems and examination results. The object of the present invention is to improve temperature distribution characteristics by changing the effective electrode area of a single cell, and to have a highly durable flat plate type. An object is to provide a fuel cell stack.

上記目的を達成するために本発明に係る平板型燃料電池スタックは、固体酸化物からなる電解質の表裏面に燃料極と空気極が形成された平板型の単セルと、前記単セルを収容す
るとともに、前記燃料極に燃料ガスを供給し、かつ前記空気極に酸化剤ガスを供給する収容部材と、前記単セルと前記収容部材との間に配設された集電部材とを備えた発電ユニットを複数段積層して電気的に直列に接続した平板型燃料電池スタックにおいて、前記発電ユニットを、前記単セルの有効電極面積が異なる少なくとも2種類の発電ユニットからなり、前記単セルの有効電極面積が、前記空気極または前記燃料極のうち、導電性の低い電極側における集電部材の面積によって規定されているものである。
In order to achieve the above object, a flat plate fuel cell stack according to the present invention accommodates a flat plate single cell in which a fuel electrode and an air electrode are formed on the front and back surfaces of an electrolyte made of a solid oxide, and the single cell. And a power generation member including a housing member that supplies fuel gas to the fuel electrode and that supplies an oxidant gas to the air electrode, and a current collecting member disposed between the single cell and the housing member. In a flat plate fuel cell stack in which a plurality of units are stacked and electrically connected in series, the power generation unit is composed of at least two types of power generation units having different effective electrode areas of the single cell, and the effective electrode of the single cell An area is prescribed | regulated by the area of the current collection member in the electrode side with low electroconductivity among the said air electrode or the said fuel electrode.

また、本発明は、上記発明において、スタック最下段および最上段に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積を、スタック中央部に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積よりも小さくしたものである。   Further, according to the present invention, in the above-described invention, the effective electrode area of the single cell in the power generation unit arranged at the lowermost stage and the uppermost stage of the stack is more than the effective electrode area of the single cell in the electric power generation unit arranged in the center of the stack. Is also made smaller.

また、本発明は、上記発明において、スタックの周囲に配置された吸熱反応を生じる装置および発熱反応を生じる装置を備え、前記吸熱反応を生じる装置に近い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積を、前記発熱反応を生じる装置に近い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積より小さくしたものである。   In addition, the present invention provides a single cell in a power generation unit according to the above-mentioned invention, comprising a device for generating an endothermic reaction and a device for generating an exothermic reaction arranged around the stack, the power generating unit being disposed in a portion close to the device for generating the endothermic reaction. The effective electrode area is made smaller than the effective electrode area of the single cell in the power generation unit arranged in a portion close to the device that generates the exothermic reaction.

また、本発明は、上記発明において、スタックの周囲に配置された発熱反応を生じる装置を備え、当該装置に近い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積を、当該装置から遠い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積より大きくしたものである。   Further, the present invention is the above invention, further comprising an apparatus for generating an exothermic reaction arranged around the stack, and the effective electrode area of a single cell in a power generation unit arranged in a portion close to the apparatus is far from the apparatus. This is larger than the effective electrode area of the single cell in the power generation unit arranged in the part.

さらに、本発明は、上記発明において、スタックの周囲に配置された吸熱反応を生じる装置を備え、当該装置に近い部分における単セルの有効電極面積を、当該装置から遠い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積より小さくしたものである。   Furthermore, the present invention is the above-described invention, comprising a device for generating an endothermic reaction arranged around the stack, and the effective electrode area of the single cell in a portion near the device is arranged in a portion far from the device. This is smaller than the effective electrode area of a single cell in the unit.

発電ユニットを電気的に直列に接続して積層した平板型燃料電池スタックでは、各発電ユニットの単セル中に流れる電流は全て同じである。しかし、単セルの有効電極面積が小さい発電ユニットでは、その単セル中に流れる電流の密度が高くなり、内部抵抗によって放散される発熱量が単セルの有効電極面積が大きい発電ユニットに比べて大きくなる。これにより、スタック内での温度分布を調整ないし抑制することができる。特に、スタックの上下段や吸熱反応を生じる装置に近い部分など熱の奪われやすい部分に配置される発電ユニットにおける単セルの有効電極面積を小さくし、スタック中央部や発熱反応を生じる装置に近い部分など熱の奪われにくい部分に配置される発電ユニットにおける単セルの有効電極面積を大きくしたことにより、スタック内での温度分布が平均化されるため、スタックの耐久性を高めることができる。   In the flat plate fuel cell stack in which the power generation units are electrically connected in series and stacked, the currents flowing in the single cells of each power generation unit are all the same. However, in a power generation unit with a small effective electrode area of a single cell, the density of current flowing in the single cell is high, and the amount of heat dissipated by the internal resistance is larger than in a power generation unit with a large effective electrode area of a single cell. Become. Thereby, the temperature distribution in the stack can be adjusted or suppressed. In particular, the effective electrode area of a single cell in a power generation unit placed in a part where heat is easily lost, such as the upper and lower stages of the stack and the part close to the device that generates endothermic reaction, is reduced, and it is close to the center part of the stack and the device that generates an exothermic reaction. By increasing the effective electrode area of the single cell in the power generation unit arranged in a portion where heat is not easily removed, the temperature distribution in the stack is averaged, so that the durability of the stack can be improved.

本発明に係る平板型燃料電池スタックの第1の実施の形態を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a flat plate fuel cell stack according to the present invention. 本発明の平板型燃料電池スタックに含まれる一方の発電ユニットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows one electric power generation unit contained in the flat fuel cell stack of this invention. 本発明の平板型燃料電池スタックに含まれる他方の発電ユニットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other electric power generation unit contained in the flat fuel cell stack of this invention. 本発明に係る平板型燃料電池スタックの第2の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the flat fuel cell stack which concerns on this invention. 本発明に係る平板型燃料電池スタックの第3の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the flat fuel cell stack which concerns on this invention. 本発明に係る平板型燃料電池スタックの第4の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 4th Embodiment of the flat fuel cell stack which concerns on this invention. 本発明に係る平板型燃料電池スタックの第5の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 5th Embodiment of the flat fuel cell stack which concerns on this invention. 本発明に係る平板型燃料電池スタックの第6の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 6th Embodiment of the flat fuel cell stack which concerns on this invention. 従来の平板型燃料電池スタックを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional flat type fuel cell stack. 従来の平板型燃料電池スタックに含まれる発電ユニットを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electric power generation unit contained in the conventional flat type fuel cell stack.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1〜図3に示す本発明の第1の実施の形態は、燃料極支持型の平板型燃料電池スタック20に適用した例を示す。平板型燃料電池スタック(以下単にスタックとも云う)20は、単セル6、6Aの有効電極面積が異なる2種類の発電ユニット2、2Aを複数段積層し、電気的に直列に接続して構成されている点で、図9および図10に示した従来の平板型燃料電池スタック1と異なっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The first embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 shows an example applied to a fuel electrode support type flat fuel cell stack 20. A flat plate fuel cell stack (hereinafter also simply referred to as a stack) 20 is configured by stacking a plurality of stages of two types of power generation units 2 and 2A having different effective electrode areas of the single cells 6 and 6A and electrically connecting them in series. In that respect, it is different from the conventional flat fuel cell stack 1 shown in FIGS.

図2において、一方の発電ユニット2は、図9に示した発電ユニット2と同一の構造であって、平板状の電解質3と、電解質3の一方の面に形成された平板な燃料極4、および電解質3の他方の面に形成された平板な空気極5とで構成された燃料極支持型の単セル6と、単セル6を収容する凹部7aが形成された燃料極インターコネクタ7と、この燃料極インターコネクタ7と協働して発電ユニット2の収容容器を形成する空気極インターコネクタ8と、燃料極インターコネクタ7と空気極インターコネクタ8との間に配設された絶縁部材9と、燃料極4と燃料極インターコネクタ7との間に配設された燃料極側集電部材10と、空気極5と空気極インターコネクタ8との間に配設された空気極側集電部材11とを備えている。   In FIG. 2, one power generation unit 2 has the same structure as the power generation unit 2 shown in FIG. 9, and includes a flat electrolyte 3 and a flat fuel electrode 4 formed on one surface of the electrolyte 3. And a fuel cell supporting type single cell 6 composed of a flat air electrode 5 formed on the other surface of the electrolyte 3, a fuel electrode interconnector 7 having a recess 7 a for accommodating the single cell 6, and An air electrode interconnector 8 that forms a container for the power generation unit 2 in cooperation with the fuel electrode interconnector 7, and an insulating member 9 disposed between the fuel electrode interconnector 7 and the air electrode interconnector 8. The fuel electrode side current collecting member 10 disposed between the fuel electrode 4 and the fuel electrode interconnector 7 and the air electrode side current collecting member disposed between the air electrode 5 and the air electrode interconnector 8. 11.

燃料極4は、電解質3と同一の面積をもつ大きさで、これより十分に厚肉に形成されている。空気極5は、電解質3および燃料極4より小さく形成され、空気極側集電部材11と同一の面積をもつ大きさを有している。なお、燃料極側集電部材10は、燃料極4の面積より面積が大きく形成されている。   The fuel electrode 4 has the same area as the electrolyte 3 and is sufficiently thick. The air electrode 5 is formed to be smaller than the electrolyte 3 and the fuel electrode 4 and has a size having the same area as the air electrode side current collecting member 11. The fuel electrode side current collecting member 10 is formed to have a larger area than the area of the fuel electrode 4.

このような電解質3、燃料極4および空気極5からなる単セル6を備えた一方の発電ユニット2は、連続して複数段積層され、その最上段と最下段に他方の発電ユニット2Aがそれぞれ配設されている。   One power generation unit 2 including a single cell 6 composed of the electrolyte 3, the fuel electrode 4, and the air electrode 5 is stacked in a plurality of stages, and the other power generation unit 2A is provided at the uppermost and lowermost stages, respectively. It is arranged.

図3において、他方の発電ユニット2Aは、単セル6Aを構成する空気極5Aの有効電極面積が前記単セル6の空気極5の有効電極面積よりも小さい点で前記発電ユニット2と異なり、それ以外は全て同一である。このため、同一構成部品については同一符号をもって示し、その説明を適宜省略する。   In FIG. 3, the other power generation unit 2A differs from the power generation unit 2 in that the effective electrode area of the air electrode 5A constituting the single cell 6A is smaller than the effective electrode area of the air electrode 5 of the single cell 6; Everything except is the same. For this reason, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.

このような発電ユニット2Aは、前記発電ユニット2と同様に形成される。すなわち、まず、燃料極インターコネクタ7の凹部7aの底面に形成された燃料流路7b上に、燃料極側集電部材10、単セル6Aおよび空気極側集電部材11を順次積層した後、空気極インターコネクタ8を絶縁部材9を介して燃料極インターコネクタ7に接合し空気極側集電部材11を空気極5に押しつける。これにより、単セル6Aは、燃料極4側が燃料極側集電部材10を介して燃料極インターコネクタ7により、空気極5側が空気極側集電部材11を介して空気極セパレータ6により、それぞれ電解質3側に押圧されることにより燃料極インターコネクタ7と空気極インターコネクタ8との間に保持され、発電ユニット2Aが形成される。   Such a power generation unit 2 </ b> A is formed in the same manner as the power generation unit 2. That is, first, after sequentially laminating the fuel electrode side current collecting member 10, the single cell 6A and the air electrode side current collecting member 11 on the fuel flow path 7b formed on the bottom surface of the recess 7a of the fuel electrode interconnector 7, The air electrode interconnector 8 is joined to the fuel electrode interconnector 7 via the insulating member 9, and the air electrode side current collecting member 11 is pressed against the air electrode 5. As a result, the single cell 6A has the fuel electrode 4 side via the fuel electrode side current collecting member 10 via the fuel electrode interconnector 7 and the air electrode 5 side via the air electrode side current collecting member 11 via the air electrode separator 6 respectively. By being pressed to the electrolyte 3 side, it is held between the fuel electrode interconnector 7 and the air electrode interconnector 8, and the power generation unit 2A is formed.

次に、図1に示すように、図2に示した発電ユニット2を所要段数積層し、最上段および最下段に、図3に示した発電ユニット2Aを加えて、平板型燃料電池スタック20を構築する。このような平板型燃料電池スタック20によれば、発電時において、発電ユニット2、2A中の単セル6、6Aに流す電流が全て同じであってもスタック20内の温度分布特性を改善することができる。すなわち、図3に示した発電ユニット2Aは、空気極5Aの有効電極面積が図2に示した発電ユニット2の空気極5の有効電極面積に比べて小さく、電流密度が高い単セル6Aを含んでいるため、内部抵抗によって放散される発熱が発電ユニット2に比べて大きくなる。このため、最上段と最下段の発電ユニット2Aの温度が高くなって中間部の発電ユニット2と同程度の温度に保つことができる。言い換えれば
、スタック20内での温度分布を平均化することができ、その結果としてスタック20の耐久性を高めることができる。なお、本実施の形態は、空気極5、5Aの有効電極面積を異ならせた2種類の発電ユニット2、2Aを用いた例を示したが、これに限らず燃料極4の有効電極面積を異ならせた2種類の発電ユニットを用いてもよい。つまり、単セル6、6Aの有効電極面積は、空気極または燃料極のうち小さい方の面積によって規定するか、または、後述するように燃料極側集電部材10または空気極側集電部材11のうちの小さい方の面積によって規定すればよい。
Next, as shown in FIG. 1, the required number of power generation units 2 shown in FIG. 2 are stacked, and the power generation unit 2A shown in FIG. To construct. According to such a flat plate fuel cell stack 20, the temperature distribution characteristics in the stack 20 can be improved even when all the currents flowing through the single cells 6 and 6A in the power generation units 2 and 2A are the same during power generation. Can do. That is, the power generation unit 2A shown in FIG. 3 includes a single cell 6A in which the effective electrode area of the air electrode 5A is smaller than the effective electrode area of the air electrode 5 of the power generation unit 2 shown in FIG. Therefore, the heat generated by the internal resistance is larger than that of the power generation unit 2. For this reason, the temperature of the uppermost power generation unit 2A and the lowermost power generation unit 2A can be increased and kept at the same temperature as the intermediate power generation unit 2. In other words, the temperature distribution in the stack 20 can be averaged, and as a result, the durability of the stack 20 can be increased. In addition, although this Embodiment showed the example using two types of electric power generation units 2 and 2A which varied the effective electrode area of the air electrodes 5 and 5A, not only this but the effective electrode area of the fuel electrode 4 was shown. Two different power generation units may be used. That is, the effective electrode area of the single cells 6 and 6A is defined by the smaller one of the air electrode and the fuel electrode, or the fuel electrode side current collecting member 10 or the air electrode side current collecting member 11 as described later. What is necessary is just to prescribe | regulate by the area of the smaller one of these.

図4は、本発明の第2の実施の形態を示す平板型燃料電池スタックの断面図である。
本実施の形態に係る平板型燃料電池スタック21は、電解質3に形成された空気極5、5A、5Bの有効電極面積が異なる単セル6、6A、6Bを含む三種類の発電ユニット2
、2A、2Bを多段に積層することによって構成し、その上に吸熱反応を伴う装置22を設置したものである。吸熱反応を伴う装置22としては、例えば燃料ガスG1 を触媒で反応させて改質ガスを生成する改質器が用いられる。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a flat plate fuel cell stack showing a second embodiment of the present invention.
The flat plate fuel cell stack 21 according to the present embodiment includes three types of power generation units 2 including single cells 6, 6A, 6B having different effective electrode areas of the air electrodes 5, 5A, 5B formed on the electrolyte 3.
2A and 2B are stacked in multiple stages, and an apparatus 22 with an endothermic reaction is installed thereon. As the apparatus 22 that involves an endothermic reaction, for example, a reformer that generates a reformed gas by reacting the fuel gas G 1 with a catalyst is used.

吸熱反応を伴う装置22をスタック21の最上段に設置した場合は、上記した第1の実施の形態で示した平板型燃料電池スタック1以上に最上段付近の発電ユニットが冷却されるため、最上段の発電ユニット2Bについては、その単セル6Bの空気極5Bの有効電極面積を最も小さくし、上から2段目と最下段に配置される発電ユニット2Aについては、その単セル6Aの空気極5Aの有効電極面積をその次に大きくし、中間に配置される発電ユニット2については、その単セル6の空気極5の有効電極面積を最も大きくする。ここで、発電ユニット2、2Aは、図1に示した第1の実施の形態の発電ユニット2、2Aとそれぞれ同一である。一方、残りの発電ユニット2Bは、空気極5Bの有効電極面積が最も小さい点が発電ユニット2、2Aと異なるだけで、その他の構成は全く同一である。   When the apparatus 22 with an endothermic reaction is installed at the uppermost stage of the stack 21, the power generation unit near the uppermost stage is cooled more than the flat plate fuel cell stack 1 shown in the first embodiment. For the upper power generation unit 2B, the effective electrode area of the air electrode 5B of the single cell 6B is minimized, and for the power generation units 2A arranged at the second and lowermost stages from the top, the air electrode of the single cell 6A. The effective electrode area of 5A is then increased, and for the power generation unit 2 arranged in the middle, the effective electrode area of the air electrode 5 of the single cell 6 is maximized. Here, the power generation units 2 and 2A are the same as the power generation units 2 and 2A of the first embodiment shown in FIG. On the other hand, the remaining power generation unit 2B is completely the same as the power generation units 2 and 2A except that the effective electrode area of the air electrode 5B is the smallest.

このような構造からなる平板型燃料電池スタック21においても、空気極5、5A、5Bの有効電極面積を変えることにより、上記した実施の形態と同様に、発電ユニット2、2A、2Bの内部抵抗によって放散される熱が発電ユニット2に比べて大きく、スタック21内の温度分布を平均化することができるため、スタック21の耐久性を高めることができる。   Also in the flat plate fuel cell stack 21 having such a structure, by changing the effective electrode areas of the air electrodes 5, 5A, 5B, the internal resistances of the power generation units 2, 2A, 2B are changed as in the above-described embodiment. The heat dissipated by is larger than that of the power generation unit 2 and the temperature distribution in the stack 21 can be averaged, so that the durability of the stack 21 can be improved.

なお、吸熱反応を伴う装置22は、スタック21の最上段に配置する必要はなく、例えばスタック中央部などに配置した場合でも、当該装置22に近い発電ユニットに含まれる単セルの有効電極面積を小さくすることで、同様な効果を得ることができる。また、吸熱反応を伴う装置22として、改質器を用いたが、これに限らず熱交換器など吸熱反応を伴う他の装置を配置した場合も同様の構成を採ることにより、スタック21の耐久性を向上させることができる。   Note that the device 22 with an endothermic reaction does not need to be arranged at the uppermost stage of the stack 21. For example, even when the device 22 is arranged at the center of the stack, the effective electrode area of the single cell included in the power generation unit close to the device 22 is reduced. By making it smaller, the same effect can be obtained. Further, although the reformer is used as the device 22 with endothermic reaction, the present invention is not limited to this, and when other devices with endothermic reaction such as a heat exchanger are arranged, the same configuration is adopted, so that the durability of the stack 21 is improved. Can be improved.

図5は、本発明の第3の実施の形態を示す平板型燃料電池スタックの断面図である。
本実施の形態に係る平板型燃料電池スタック23は、電解質支持型の単セル30、30Bからなる2種類の発電ユニット31、31Aによって構成されている点が、図1および図4に示した第1、第2の実施の形態で示した平板型燃料電池スタック20、21と異なり、その他の構成は同一であるため、同一構成部材については同一符号を以て示し、その説明を省略する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a flat plate fuel cell stack showing a third embodiment of the present invention.
The flat fuel cell stack 23 according to the present embodiment is composed of two types of power generation units 31 and 31A composed of electrolyte-supported single cells 30 and 30B, as shown in FIGS. Unlike the flat plate fuel cell stacks 20 and 21 shown in the first and second embodiments, the other components are the same, so the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

一方の発電ユニット31は、電解質3Aと、この電解質3Aの表裏面に形成された板厚が薄い燃料極4Bおよび空気極5とで構成される単セル30を備えている。電解質3Aは
、上記第1、第2の実施の形態で示した単セル6、6A、6Bの電解質3より厚肉に形成されている。
One power generation unit 31 includes a single cell 30 that includes an electrolyte 3A, and a fuel electrode 4B and an air electrode 5 that are formed on the front and back surfaces of the electrolyte 3A and have a small plate thickness. The electrolyte 3A is formed thicker than the electrolytes 3 of the single cells 6, 6A, 6B shown in the first and second embodiments.

燃料極4Bは、上記第1、第2の実施の形態で示した単セル6、6A、6Bの燃料極4と同一の面積をもつ大きさではあるが、これより薄肉に形成されている。   The fuel electrode 4B has the same area as the fuel electrode 4 of the single cells 6, 6A, 6B shown in the first and second embodiments, but is formed thinner.

空気極5は、上記第1、第2の実施の形態で示した単セル6の空気極5と同一の面積と厚さを有している。   The air electrode 5 has the same area and thickness as the air electrode 5 of the single cell 6 shown in the first and second embodiments.

他方の発電ユニット31Aは、同じく電解質3Aと、この電解質3Aの表裏面に形成された板厚が薄い燃料極4Bおよび空気極5Aとで構成される単セル30Aを備えている。
空気極5Aは、一方の発電ユニット31の燃料極4Bおよび空気極5よりも有効電極面積が小さく形成されている。
The other power generation unit 31A includes a single cell 30A that is composed of an electrolyte 3A, and a fuel electrode 4B and an air electrode 5A that are formed on the front and back surfaces of the electrolyte 3A and have a small plate thickness.
The air electrode 5 </ b> A has a smaller effective electrode area than the fuel electrode 4 </ b> B and the air electrode 5 of one power generation unit 31.

このような構成からなる平板型燃料電池スタック23においても、単セル30、30Aが電解質支持型で、上記した第1、第2の実施の形態の燃料極支持型の平板型燃料電池スタック20、21と異なるだけで、その他の構成は第1の実施の形態の平板型燃料電池スタック20と同一であるため、同様な効果が得られるものである。   Also in the flat plate fuel cell stack 23 having such a configuration, the single cells 30 and 30A are electrolyte support types, and the fuel electrode support type flat plate fuel cell stack 20 of the first and second embodiments described above, Since the rest of the configuration is the same as that of the flat plate fuel cell stack 20 of the first embodiment, the same effect is obtained.

図6は、本発明の第4の実施の形態を示す平板型燃料電池スタックの断面図である。
本実施の形態に係る平板型燃料電池スタック24は、上記した第2実施の形態と同様に
、燃料極支持型の単セル6、6A、6Bからなる3種類の発電ユニット2、2A、2Bを多段に積層することによって構成し、最下段に発熱反応を伴う装置26を配置したものである。発熱反応を伴う装置26としては、例えば排気ガス燃焼器が用いられる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a flat plate fuel cell stack showing a fourth embodiment of the present invention.
The flat plate fuel cell stack 24 according to the present embodiment includes three types of power generation units 2, 2A, and 2B composed of fuel cell-supported single cells 6, 6A, and 6B, as in the second embodiment. The apparatus 26 is configured by stacking in multiple stages, and an apparatus 26 with an exothermic reaction is arranged at the lowest stage. For example, an exhaust gas combustor is used as the device 26 that involves an exothermic reaction.

発熱反応を伴う装置26をスタック24の最下段に設置した場合は、平板型燃料電池スタック24の最下段の発電ユニット2が最も加熱されるため、最下段の発電ユニット2に含まれる単セル6の空気極5の有効電極面積を最も大きくする。下から2段目と上から2段目間には、単セル6Aの空気極5Aの有効電極面積が前記空気極5よりも小さい発電ユニット2Aを多段に積層する。最上段には、単セル6Bの空気極5Bの有効電極面積が最も小さい発電ユニット2Bを配置する。その他の構成は全く同一である。   When the device 26 with an exothermic reaction is installed at the lowermost stage of the stack 24, the lowermost power generation unit 2 of the flat plate fuel cell stack 24 is heated most, so that the single cell 6 included in the lowermost power generation unit 2. The effective electrode area of the air electrode 5 is maximized. Between the second stage from the bottom and the second stage from the top, the power generation units 2A in which the effective electrode area of the air electrode 5A of the single cell 6A is smaller than the air electrode 5 are stacked in multiple stages. In the uppermost stage, the power generation unit 2B having the smallest effective electrode area of the air electrode 5B of the single cell 6B is arranged. Other configurations are exactly the same.

このような構造からなる平板型燃料電池スタック24においても、発熱反応を伴う装置26に近い発電ユニット2の単セル6の有効電極面積を最も大きくし、当該装置26から遠い発電ユニット2A、2Bの単セル6A、6Bの有効電極面積を相対的に小さくしているので、上記した実施の形態と同様に、発電ユニット2、2A、2Bの温度を略同程度に保つことができ、スタック24内の温度分布が抑制され、スタック24の耐久性を高めることができる。   Also in the flat plate fuel cell stack 24 having such a structure, the effective electrode area of the single cell 6 of the power generation unit 2 close to the device 26 with an exothermic reaction is maximized, and the power generation units 2A and 2B far from the device 26 are arranged. Since the effective electrode areas of the single cells 6A and 6B are relatively small, the temperatures of the power generation units 2, 2A and 2B can be maintained at substantially the same level in the stack 24 as in the above-described embodiment. Thus, the durability of the stack 24 can be improved.

図7は、本発明の第5の実施の形態を示す平板型燃料電池スタック断面図である。
本実施の形態に係る平板型燃料電池スタック27は、燃料極支持型の単セル6、6A、6B、6Cからなる4種類の発電ユニット2、2A、2B、2Cを多段に積層して構成し
、最上段に吸熱反応を伴う装置22を配置し、最下段に発熱反応を伴う装置26を配置したものである。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a flat plate fuel cell stack showing a fifth embodiment of the present invention.
The flat plate type fuel cell stack 27 according to the present embodiment is configured by stacking four types of power generation units 2, 2A, 2B, and 2C composed of fuel cell support type single cells 6, 6A, 6B, and 6C in multiple stages. The apparatus 22 with an endothermic reaction is arranged at the uppermost stage, and the apparatus 26 with an exothermic reaction is arranged at the lowermost stage.

この場合は、平板型燃料電池スタック27の最下段の発電ユニット2が最も加熱されるため、最下段の発電ユニット2に含まれる単セル6の空気極5の有効電極面積を最も大きくする。下から2段目と上から3段目間に配置される発電ユニット2Aについては、その単セル6Aの空気極5Aの有効電極面積を前記空気極5より小さくする。上から2段目に配置される発電ユニット2Bについては、その単セル6Bの空気極5Bの有効電極面積を前記空気極5Aよりも小さくする。そして、最上段に配置される発電ユニット2Cについては、その単セル6Cの空気極5Cの有効電極面積を最も小さくする。その他の構成は全く同一である。   In this case, since the lowermost power generation unit 2 of the flat fuel cell stack 27 is heated most, the effective electrode area of the air electrode 5 of the single cell 6 included in the lowermost power generation unit 2 is maximized. For the power generation unit 2A arranged between the second stage from the bottom and the third stage from the top, the effective electrode area of the air electrode 5A of the single cell 6A is made smaller than the air electrode 5. About the electric power generation unit 2B arrange | positioned in the 2nd step | paragraph from the top, the effective electrode area of the air electrode 5B of the single cell 6B is made smaller than the said air electrode 5A. And about the electric power generation unit 2C arrange | positioned at the uppermost stage, the effective electrode area of the air electrode 5C of the single cell 6C is made the smallest. Other configurations are exactly the same.

このような構造からなる平板型燃料電池スタック27においても、吸熱反応を生じる装置22に近い発電ユニット2B、2Cについては単セル6B、6Cの有効電極面積を小さくし、発熱反応を伴う装置26に近い発電ユニット2の単セル6の有効電極面積を最も大きくしているので、上記した実施の形態と同様に、発電ユニット2、2A、2B、2Cの温度を略同程度に保つことができ、スタック27内の温度分布が抑制され、スタック27の耐久性を高めることができる。なお、必ずしも最上段に吸熱反応を伴う装置22を配置し、最下段に発熱反応を伴う装置26を配置する必要はなく、例えばスタック27の中央部などに配置した場合でも吸熱反応を生じる装置22の近傍においては発電ユニットに含まれる単セルの有効電極面積を小さくし、発熱反応を生じる装置26の近傍に配置される発電ユニットについては、その単セルの有効電極面積を大きくすることにより、同様の効果を得ることができる。   Even in the flat plate fuel cell stack 27 having such a structure, the effective electrode areas of the single cells 6B and 6C are reduced for the power generation units 2B and 2C close to the device 22 that generates an endothermic reaction, so that the device 26 with an exothermic reaction is used. Since the effective electrode area of the single cell 6 of the near power generation unit 2 is maximized, the temperatures of the power generation units 2, 2A, 2B, and 2C can be kept substantially the same as in the above-described embodiment, The temperature distribution in the stack 27 is suppressed, and the durability of the stack 27 can be enhanced. Note that it is not always necessary to arrange the apparatus 22 with an endothermic reaction at the uppermost stage and the apparatus 26 with an exothermic reaction at the lowermost stage. For example, the apparatus 22 that generates an endothermic reaction even when arranged at the center of the stack 27 or the like. In the vicinity of, the effective electrode area of the single cell included in the power generation unit is reduced, and for the power generation unit arranged in the vicinity of the device 26 that generates an exothermic reaction, the effective electrode area of the single cell is increased. The effect of can be obtained.

ここで、上記した実施の形態は、いずれも単セルの有効電極面積を空気極の面積によって規定した例について説明したが、本発明はこれに限らず、燃料極4もしくは空気極5における集電部材10、11の面積によって規定してもよい。以下、その例を図8に示す。   Here, in each of the above-described embodiments, the example in which the effective electrode area of the single cell is defined by the area of the air electrode has been described. However, the present invention is not limited to this, and the current collection in the fuel electrode 4 or the air electrode 5 is performed. You may prescribe | regulate by the area of the members 10 and 11. FIG. An example is shown in FIG.

図8は、本発明の第6の実施の形態を示す平板型燃料電池スタックの断面図である。
本実施の形態は、上記した第3実施の形態と同様に電解質支持型の単セル30、30Cを用いた2種類の発電ユニット31、31Cによって平板型燃料電池スタック28を構成したものである。また、本実施の形態は、単セル30、30Cの有効電極面積を、空気極5の代わりに空気極側集電部材11、11Aの面積によって規定したものである。すなわち、空気極5の導電率が燃料極4の導電率よりも低い平板型燃料電池スタック28の場合は、図8に示すように、各発電ユニット31、31Cの燃料極4と空気極5の面積をそれぞれ全て一定に保持し、最上段の発電ユニット31Cの空気極5と空気極インターコネクタ8との間に配設された空気極側集電部材11Aの面積を、中間に配置された発電ユニット31の空気極5と空気極インターコネクタ8との間に配設された空気極側集電部材11より小さくすることによって、最上段と最下段の発電ユニット31Cの単セル30Cの有効電極面積を変えるようにしたものである。これは、導電率の低い電極では電流が電極内で横流れして有効電極面積が広がる効果が、導電率の高い電極に比べて期待できないためである。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a flat plate fuel cell stack showing a sixth embodiment of the present invention.
In the present embodiment, a flat plate fuel cell stack 28 is configured by two types of power generation units 31 and 31C using electrolyte-supported single cells 30 and 30C, as in the third embodiment. In this embodiment, the effective electrode area of the single cells 30 and 30C is defined by the area of the air electrode side current collecting members 11 and 11A instead of the air electrode 5. That is, in the case of the flat plate fuel cell stack 28 in which the conductivity of the air electrode 5 is lower than the conductivity of the fuel electrode 4, as shown in FIG. 8, the fuel electrode 4 and the air electrode 5 of each power generation unit 31, 31 C Power generation is performed in such a manner that the areas of the air electrode side current collecting members 11A disposed between the air electrode 5 and the air electrode interconnector 8 of the uppermost power generation unit 31C are kept in the middle. The effective electrode area of the single cell 30C of the uppermost and lowermost power generation units 31C is made smaller than the air electrode side current collecting member 11 disposed between the air electrode 5 and the air electrode interconnector 8 of the unit 31. Is to change. This is because an electrode having a low conductivity cannot be expected to have an effect that current flows laterally in the electrode and the effective electrode area is widened compared to an electrode having a high conductivity.

一方の発電ユニット31は、図5に示した第3の実施の形態の発電ユニット31と同一であり、その最上段と最下段に他方の発電ユニット31Cがそれぞれ配設されている。   One power generation unit 31 is the same as the power generation unit 31 of the third embodiment shown in FIG. 5, and the other power generation unit 31 </ b> C is disposed at the uppermost and lowermost stages.

他方の発電ユニット31Cは、空気極側集電部材11Aが前記一方の発電ユニット31の空気極側集電部材11より面積が小さく形成されている点で異なり、その他の構成は一方の発電ユニット31と同一である。   The other power generation unit 31C is different in that the air electrode side current collecting member 11A is formed to have a smaller area than the air electrode side current collecting member 11 of the one power generation unit 31, and the other configuration is the other power generation unit 31. Is the same.

このような構成からなる平板型燃料電池スタック28においても、空気極側集電部材111、1Aによって単セル30、30Cの有効電極面積を小さくすることができるため、他方の発電ユニット31Cの発熱量を一方の発電ユニット31の発熱量よりも大きくすることができ、上記した第1〜第5の実施の形態の平板型燃料電池スタック20、21、23、24、27と同様な効果が得られるものである。なお、図8に示す平板型燃料電池スタック28は、電解質支持型の単セル30、30Cを用いた例を示しているが、燃料極支持型の単セルにも適用可能である。また、空気極5の導電率が燃料極4の導電率よりも低い場合について示したが、燃料極4の導電率が空気極5の導電率よりも低い場合も同様に
、燃料極4と燃料極インターコネクタ7との間に配設された燃料極側集電部材10の面積を小さくすることによって、単セルの有効電極面積を小さくすることができる。
Also in the flat plate fuel cell stack 28 having such a configuration, the effective electrode area of the single cells 30, 30C can be reduced by the air electrode side current collecting members 111, 1A. Can be made larger than the calorific value of one power generation unit 31, and the same effects as those of the flat plate fuel cell stacks 20, 21, 23, 24, 27 of the first to fifth embodiments described above can be obtained. Is. The flat fuel cell stack 28 shown in FIG. 8 shows an example in which the electrolyte-supporting single cells 30 and 30C are used. However, the flat-type fuel cell stack 28 can also be applied to a fuel electrode-supporting single cell. Further, although the case where the conductivity of the air electrode 5 is lower than the conductivity of the fuel electrode 4 has been shown, the fuel electrode 4 and the fuel are similarly treated when the conductivity of the fuel electrode 4 is lower than the conductivity of the air electrode 5. By reducing the area of the fuel electrode side current collecting member 10 disposed between the electrode interconnector 7 and the electrode interconnector 7, the effective electrode area of the single cell can be reduced.

1…平板型燃料電池スタック、2、2A、2B、2C…発電ユニット、3、3A…電解質
、4…燃料極、5、5A、5B、…空気極、6、6A、6B、6C…単セル、7…燃料極インターコネクタ、7a…凹部、7b…燃料流路、7c…燃料供給経路、7d…燃料排出経路、8…空気極インターコネクタ、8a…空気経路、8b…空気供給経路、9…絶縁部材、10…燃料極側集電部材、11、11A…空気極側集電部材、20、21、23、24、27、28…平板型燃料電池スタック、22…吸熱反応を伴う装置、26…発熱反応を伴う装置、30、30A、30B、30C…単セル、31、31A、31C…発電ユニット。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flat type fuel cell stack 2, 2, 2A, 2B, 2C ... Power generation unit 3, 3A ... Electrolyte 4 ... Fuel electrode 5, 5A, 5B, ... Air electrode, 6, 6A, 6B, 6C ... Single cell 7 ... Fuel electrode interconnector, 7a ... Recess, 7b ... Fuel flow path, 7c ... Fuel supply path, 7d ... Fuel discharge path, 8 ... Air electrode interconnector, 8a ... Air path, 8b ... Air supply path, 9 ... Insulating member, 10 ... Fuel electrode side current collecting member, 11, 11A ... Air electrode side current collecting member, 20, 21, 23, 24, 27, 28 ... Flat plate fuel cell stack, 22 ... Device with endothermic reaction, 26 ... devices with exothermic reaction, 30, 30A, 30B, 30C ... single cell, 31, 31A, 31C ... power generation unit.

Claims (5)

固体酸化物からなる電解質の表裏面に燃料極と空気極が形成された平板型の単セルと、
前記単セルを収容するとともに、前記燃料極に燃料ガスを供給し、かつ前記空気極に酸化剤ガスを供給する収容部材と、前記単セルと前記収容部材との間に配設された集電部材とを備えた発電ユニットを複数段積層して電気的に直列に接続した平板型燃料電池スタックにおいて、
前記発電ユニットは、前記単セルの有効電極面積が異なる少なくとも2種類の発電ユニットからなり、
前記単セルの有効電極面積が、前記空気極または前記燃料極のうち、導電性の低い電極側における集電部材の面積によって規定されている
ことを特徴とする平板型燃料電池スタック。
A flat unit cell in which a fuel electrode and an air electrode are formed on the front and back surfaces of an electrolyte made of a solid oxide;
A housing member that houses the single cell, supplies a fuel gas to the fuel electrode, and supplies an oxidant gas to the air electrode; and a current collector disposed between the single cell and the housing member In a flat plate fuel cell stack in which a plurality of power generation units provided with members are stacked and electrically connected in series,
The power generation unit comprises at least two types of power generation units having different effective electrode areas of the single cell,
An effective electrode area of the single cell is defined by an area of a current collecting member on an electrode side with low conductivity of the air electrode or the fuel electrode. A flat plate fuel cell stack, wherein:
請求項1記載の平板型燃料電池スタックにおいて、
スタック最下段および最上段に配置されている発電ユニットにおける前記単セルの有効電極面積がスタック中央部に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積よりも小さいことを特徴とする平板型燃料電池スタック。
The flat plate fuel cell stack according to claim 1,
A flat plate fuel characterized in that the effective electrode area of the single cell in the power generation unit arranged at the bottom and top of the stack is smaller than the effective electrode area of the single cell in the power generation unit arranged at the center of the stack Battery stack.
請求項1記載の平板型燃料電池スタックにおいて、
スタックの周囲に配置された吸熱反応を生じる装置および発熱反応を生じる装置を備え、前記吸熱反応を生じる装置に近い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積が、前記発熱反応を生じる装置に近い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積より小さいことを特徴とする平板型燃料電池スタック。
The flat plate fuel cell stack according to claim 1,
An effective electrode area of a single cell in a power generation unit that is provided in a portion close to the device that generates an endothermic reaction and a device that generates an endothermic reaction and a device that generates an exothermic reaction arranged around the stack A flat plate fuel cell stack characterized in that it is smaller than the effective electrode area of a single cell in a power generation unit arranged in a portion close to the resulting device.
請求項1記載の平板型燃料電池スタックにおいて、
スタックの周囲に配置された発熱反応を生じる装置を備え、当該装置に近い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積が、当該装置から遠い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積より大きいことを特徴とする平板型燃料電池スタック。
The flat plate fuel cell stack according to claim 1,
A device for generating an exothermic reaction is provided around the stack, and the effective electrode area of the single cell in the power generation unit disposed in a portion near the device is the same as that in the power generation unit disposed in a portion far from the device. A flat plate fuel cell stack characterized by being larger than the effective electrode area of the cell.
請求項1記載の平板型燃料電池スタックにおいて、
スタックの周囲に配置された吸熱反応を生じる装置を備え、当該装置に近い部分における単セルの有効電極面積が、当該装置から遠い部分に配置されている発電ユニットにおける単セルの有効電極面積より小さいことを特徴とする平板型燃料電池スタック。
The flat plate fuel cell stack according to claim 1,
A device having an endothermic reaction arranged around the stack is provided, and an effective electrode area of the single cell in a portion near the device is smaller than an effective electrode area of the single cell in a power generation unit arranged in a portion far from the device. A flat plate fuel cell stack characterized by that.
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