JP2020009728A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

To improve utilization ratio of gas.SOLUTION: A reformer 101 generates hydrogen-containing gas from material gas by steam modification. A first cell stack device 102 generates electricity by the hydrogen-containing gas from the reformer 101. A steam removal device 103 removes steam from the hydrogen-containing gas exhausted from the first cell stack device 102. A second cell stack device 104 generates electricity by using the hydrogen-containing gas from which steam is removed by the steam removal device 103. The reformer 101 modifies the material gas by using the steam removed by the steam removal device 103. At least one of the first and second cell stack device 102, 104 has a manifold and the fuel battery cell. First gas passageway of a support substrate communicates with a gas supply chamber, and second gas passageway communicates with a gas supply chamber. The second gas passageway communicates with the first gas passageway at the tip of the fuel battery cell.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池セルと、燃料電池セルにガスを供給するマニホールドと、を備えたセルスタック装置が知られている。燃料電池セルは、ガス流路が形成された支持基板と、支持基板に支持される発電素子部とを備えている。支持基板の基端部からガス流路に供給ガスが供給される一方で、支持基板の先端部から未反応のガスが外部へと排出される。   BACKGROUND ART A cell stack device including a fuel cell and a manifold for supplying gas to the fuel cell is known. The fuel cell includes a support substrate in which a gas flow path is formed, and a power generation element supported by the support substrate. While the supply gas is supplied to the gas flow path from the base end of the support substrate, unreacted gas is discharged to the outside from the front end of the support substrate.

特開２０１６−１７１０６４号公報JP-A-2006-171064

上述したようなセルスタック装置において、ガスの使用効率を向上させることが要望されている。そこで本発明の課題は、ガスの使用効率を向上させることのできる燃料電池システムを提供することにある。   In the cell stack apparatus as described above, there is a demand for improving the gas use efficiency. Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving gas use efficiency.

本発明のある側面に係る燃料電池システムは、改質装置、第１セルスタック装置、水蒸気除去装置、及び第２セルスタック装置を備えている。改質装置は、水蒸気改質によって原料ガスから水素含有ガスを生成する。第１セルスタック装置は、改質装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する。水蒸気除去装置は、第１セルスタック装置から排出された未反応の水素含有ガスから水蒸気を除去する。第２セルスタック装置は、水蒸気除去装置によって水蒸気が除去された水素含有ガスを用いて発電する。改質装置は、水蒸気除去装置によって除去された水蒸気を用いて原料ガスを改質する。第１セルスタック装置及び第２セルスタック装置の少なくとも一方は、ガス供給室及びガス回収室を有するマニホールドと、マニホールドから延びる燃料電池セルと、を有する。燃料電池セルは、マニホールドから延びる支持基板と、支持基板に支持される発電素子部と、を有する。支持基板は、少なくとも１つの第１ガス流路と、少なくとも１つの第２ガス流路とを有する。第１ガス流路は、ガス供給室と連通し、支持基板の基端部から先端部に延びる。第２ガス流路は、ガス回収室と連通する。そして、第２ガス流路は、支持基板の基端部から先端部に延び、燃料電池セルの先端部において第１ガス流路と連通する。   A fuel cell system according to one aspect of the present invention includes a reformer, a first cell stack device, a water vapor removal device, and a second cell stack device. The reformer generates a hydrogen-containing gas from a raw material gas by steam reforming. The first cell stack device generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the reformer. The steam removing device removes steam from unreacted hydrogen-containing gas discharged from the first cell stack device. The second cell stack device generates power using the hydrogen-containing gas from which steam has been removed by the steam removing device. The reformer reforms the raw material gas using the steam removed by the steam remover. At least one of the first cell stack device and the second cell stack device has a manifold having a gas supply chamber and a gas recovery chamber, and fuel cells extending from the manifold. The fuel cell has a support substrate extending from the manifold, and a power generation element unit supported by the support substrate. The support substrate has at least one first gas flow path and at least one second gas flow path. The first gas flow path communicates with the gas supply chamber and extends from the base end to the front end of the support substrate. The second gas flow path communicates with the gas recovery chamber. The second gas flow path extends from the base end of the support substrate to the front end, and communicates with the first gas flow path at the front end of the fuel cell.

この構成によれば、第１及び第２セルスタック装置の少なくとも一方において、第１ガス流路を流れたガスのうち未反応のガスは第２ガス流路を流れ、第２ガス流路を流れたガスのうちさらに未反応のガスは、ガスマニホールドのガス回収室にて回収される。このため、ガスの使用効率を向上させることができる。また、水蒸気除去装置によって除去された水蒸気を、改質装置による水蒸気改質に用いられる水蒸気として利用することができる。   According to this configuration, in at least one of the first and second cell stack devices, the unreacted gas among the gases flowing through the first gas flow path flows through the second gas flow path and flows through the second gas flow path. Unreacted gas is recovered in the gas recovery chamber of the gas manifold. For this reason, gas use efficiency can be improved. Further, the steam removed by the steam removing device can be used as steam used for steam reforming by the reforming device.

好ましくは、支持基板は、支持基板の先端部において第１ガス流路と第２ガス流路を連通する連通流路をさらに有する。   Preferably, the support substrate further has a communication flow path that connects the first gas flow path and the second gas flow path at the tip of the support substrate.

好ましくは、燃料電池セルは、支持基板の先端部に取り付けられる連通部材をさらに有する。連通部材は、第１ガス流路と第２ガス流路とを連通する連通流路を有する。   Preferably, the fuel cell further includes a communication member attached to the tip of the support substrate. The communication member has a communication flow path that connects the first gas flow path and the second gas flow path.

本発明によれば、ガスの使用効率を向上させることができる。   According to the present invention, gas use efficiency can be improved.

燃料電池システムのブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system. セルスタック装置の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a cell stack device. マニホールドの平面図。The top view of a manifold. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. セルスタック装置の断面図。Sectional drawing of a cell stack apparatus. 燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of a fuel cell. 変形例に係るセルスタック装置の断面図。Sectional drawing of the cell stack apparatus concerning a modification. 変形例に係るセルスタック装置の断面図。Sectional drawing of the cell stack apparatus concerning a modification. 変形例に係るセルスタック装置の断面図。Sectional drawing of the cell stack apparatus concerning a modification.

以下、本発明に係る燃料電池システムの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、燃料電池セルの一例として固体酸化物形燃料電池セル（ＳＯＦＣ）を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) will be described as an example of a fuel cell.

［燃料電池システム］
燃料電池システム１００は、改質装置１０１，第１セルスタック装置１０２、水蒸気除去装置１０３、及び第２セルスタック装置１０４を備えている。 [Fuel cell system]
The fuel cell system 100 includes a reforming device 101, a first cell stack device 102, a water vapor removing device 103, and a second cell stack device 104.

［改質装置１０１］
改質装置１０１は、第１セルスタック装置１０２に供給する水素含有ガスを生成する。詳細には、改質装置１０１は、水蒸気改質によって、原料ガス（例えばメタンガスなど）から水素含有ガスを生成する。なお、改質装置１０１は、水蒸気除去装置１０３によって除去された水蒸気を用いて原料ガスを改質する。例えば、改質装置１０１は、貯水タンクなどに貯められた水を気化器などで気化されることで生成される水蒸気を用いて、原料ガスを改質する。そして、この貯水タンクに貯められた水は、例えば、水蒸気除去装置１０３によって除去された水蒸気を凝縮したものとすることができる。 [Reformer 101]
The reformer 101 generates a hydrogen-containing gas to be supplied to the first cell stack device 102. Specifically, the reformer 101 generates a hydrogen-containing gas from a raw material gas (eg, methane gas) by steam reforming. The reformer 101 reforms the raw material gas using the steam removed by the steam remover 103. For example, the reformer 101 reforms a raw material gas using steam generated by vaporizing water stored in a water storage tank or the like by a vaporizer or the like. The water stored in the water storage tank can be, for example, water obtained by condensing the water vapor removed by the water vapor removal device 103.

［第１セルスタック装置］
第１セルスタック装置１０２は、改質装置１０１の下流側に配置されている。第１セルスタック装置１０２は、改質装置１０１から供給される水素含有ガスを用いて発電する。なお、第１セルスタック装置１０２の詳細については後述する。 [First cell stack device]
The first cell stack device 102 is disposed downstream of the reforming device 101. The first cell stack device 102 generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the reforming device 101. The details of the first cell stack device 102 will be described later.

［水蒸気除去装置］
水蒸気除去装置１０３は、第１セルスタック装置１０２の下流側に配置されている。水蒸気除去装置１０３は、第１セルスタック装置１０２から排出された未反応の水素含有ガスから水蒸気を除去するように構成されている。例えば、水蒸気除去装置１０３は、水蒸気分離膜を有している。水蒸気分離膜としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ、又はモルデナイト膜などを例示することができる。 [Steam remover]
The steam removing device 103 is arranged downstream of the first cell stack device 102. The steam removing device 103 is configured to remove steam from unreacted hydrogen-containing gas discharged from the first cell stack device 102. For example, the water vapor removal device 103 has a water vapor separation membrane. Examples of the water vapor separation membrane include a Nafion or a mordenite membrane.

この水蒸気除去装置１０３によって除去された水蒸気は、上述したように改質装置１０１の水蒸気改質に使用される。詳細には、水蒸気除去装置１０３によって除去された水蒸気は凝縮されて、一旦、貯水タンクなどに貯められた後、気化器などによって気化されて、改質装置１０１へと供給される。   The steam removed by the steam removing device 103 is used for steam reforming of the reforming device 101 as described above. Specifically, the water vapor removed by the water vapor removal device 103 is condensed, temporarily stored in a water storage tank or the like, then vaporized by a vaporizer or the like, and supplied to the reforming device 101.

［第２セルスタック装置］
第２セルスタック装置１０４は、水蒸気除去装置１０３の下流側に配置されている。第２セルスタック装置１０４は、水蒸気除去装置１０３によって水蒸気が除去された水素含有ガスを用いて発電するように構成されている。なお、第２セルスタック装置１０４の基本的な構成は第１セルスタック装置１０２と同じであるため、詳細な説明を省略する。 [Second cell stack device]
The second cell stack device 104 is disposed downstream of the steam removing device 103. The second cell stack device 104 is configured to generate power using the hydrogen-containing gas from which steam has been removed by the steam removing device 103. Since the basic configuration of the second cell stack device 104 is the same as that of the first cell stack device 102, a detailed description will be omitted.

［第１セルスタック装置の詳細な構成］
図２に示すように、第１セルスタック装置１０２は、マニホールド２と、複数の燃料電池セル１０とを備えている。 [Detailed Configuration of First Cell Stack Device]
As shown in FIG. 2, the first cell stack device 102 includes a manifold 2 and a plurality of fuel cells 10.

［マニホールド］
マニホールド２は、燃料電池セル１０にガスを供給するように構成されている。また、マニホールド２は、燃料電池セル１０から排出されたガスを回収するように構成されている。マニホールド２は、ガス供給室２１とガス回収室２２とを有している。ガス供給室２１にはガス供給管２０１が接続されており、ガス回収室２２にはガス回収管２０２が接続されている。ガス供給室２１には、ガス供給管２０１を介して燃料ガスが供給される。また、ガス回収室２２内の燃料ガスは、ガス回収管２０２を介してマニホールド２から回収される。 [Manifold]
The manifold 2 is configured to supply gas to the fuel cell 10. Further, the manifold 2 is configured to collect gas discharged from the fuel cell 10. The manifold 2 has a gas supply chamber 21 and a gas recovery chamber 22. A gas supply pipe 201 is connected to the gas supply chamber 21, and a gas recovery pipe 202 is connected to the gas recovery chamber 22. Fuel gas is supplied to the gas supply chamber 21 via a gas supply pipe 201. The fuel gas in the gas recovery chamber 22 is recovered from the manifold 2 via the gas recovery pipe 202.

マニホールド２は、マニホールド本体部２３と、仕切板２４とを有している。マニホールド本体部２３は、内部に空間を有している。マニホールド本体部２３は、直方体状である。   The manifold 2 has a manifold body 23 and a partition plate 24. The manifold body 23 has a space inside. The manifold body 23 has a rectangular parallelepiped shape.

図３に示すように、マニホールド本体部２３の上板部２３１には、複数の貫通孔２３２が形成されている。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の長さ方向（ｚ軸方向）に間隔をあけて並んでいる。各貫通孔２３２は、マニホールド本体部２３の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。各貫通孔２３２は、ガス供給室２１及びガス回収室２２と連通している。なお、各貫通孔２３２は、ガス供給室２１と連通する部分とガス回収室２２と連通する部分とに分かれていてもよい。   As shown in FIG. 3, a plurality of through holes 232 are formed in the upper plate portion 231 of the manifold body 23. The through holes 232 are arranged at intervals in the longitudinal direction (z-axis direction) of the manifold body 23. Each through hole 232 extends in the width direction (y-axis direction) of the manifold body 23. Each through-hole 232 communicates with the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22. Each through-hole 232 may be divided into a part communicating with the gas supply chamber 21 and a part communicating with the gas recovery chamber 22.

仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間をガス供給室２１とガス回収室２２とに仕切っている。詳細には、仕切板２４は、マニホールド本体部２３の略中央部において、マニホールド本体部２３の長さ方向に延びている。仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間を完全に仕切っている必要は無く、仕切板２４とマニホールド本体部２３との間に隙間が形成されていてもよい。   The partition plate 24 partitions the space of the manifold body 23 into a gas supply chamber 21 and a gas recovery chamber 22. Specifically, the partition plate 24 extends in the longitudinal direction of the manifold main body 23 at a substantially central portion of the manifold main body 23. The partition plate 24 does not need to completely partition the space of the manifold body 23, and a gap may be formed between the partition plate 24 and the manifold body 23.

［燃料電池セル］
図２に示すように、燃料電池セル１０は、マニホールド２から上方に延びている。詳細には、燃料電池セル１０は、基端部１１１がマニホールド２に取り付けられている。本実施形態では、燃料電池セル１０の基端部１１１は下端部を意味し、燃料電池セル１０の先端部１１２は上端部を意味する。 [Fuel cell]
As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 extends upward from the manifold 2. Specifically, the fuel cell 10 has the base end 111 attached to the manifold 2. In the present embodiment, the base end 111 of the fuel cell 10 means the lower end, and the tip 112 of the fuel cell 10 means the upper end.

各燃料電池セル１０は、主面同士が対向するように並べられている。また、各燃料電池セル１０は、マニホールド２の長さ方向（ｚ軸方向）に沿って間隔をあけて並べられている。すなわち、燃料電池セル１０の配列方向は、マニホールド２の長さ方向に沿っている。なお、各燃料電池セル１０は、マニホールド２の長さ方向に沿って等間隔に配置されていなくてもよい。   The fuel cells 10 are arranged such that their main surfaces face each other. The fuel cells 10 are arranged at intervals along the length direction of the manifold 2 (z-axis direction). That is, the arrangement direction of the fuel cells 10 is along the length direction of the manifold 2. The fuel cells 10 need not be arranged at equal intervals along the length direction of the manifold 2.

図４及び図５に示すように、燃料電池セル１０は、支持基板４と、複数の発電素子部５と、連通部材３と、を有している。各発電素子部５は、支持基板４の第１主面４５及び第２主面４６に支持されている。なお、第１主面４５に形成される発電素子部５の数と第２主面４６に形成される発電素子部５の数とは、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。また、各発電素子部５の大きさは、互いに異なっていてもよい。   As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell unit 10 includes a support substrate 4, a plurality of power generation element units 5, and a communication member 3. Each power generating element unit 5 is supported on a first main surface 45 and a second main surface 46 of the support substrate 4. In addition, the number of the power generating element portions 5 formed on the first main surface 45 and the number of the power generating element portions 5 formed on the second main surface 46 may be the same or different. In addition, the sizes of the power generating elements 5 may be different from each other.

［支持基板］
支持基板４は、マニホールド２から上下方向に延びている。詳細には、支持基板４は、マニホールド２から上方に延びている。支持基板４は、扁平状であり、基端部４１と先端部４２とを有している。基端部４１及び先端部４２は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）における両端部である。本実施形態では、支持基板４の基端部４１は下端部を意味し、支持基板４の先端部４２は上端部を意味する。 [Support substrate]
The support substrate 4 extends vertically from the manifold 2. Specifically, the support substrate 4 extends upward from the manifold 2. The support substrate 4 is flat and has a base end 41 and a front end 42. The proximal end 41 and the distal end 42 are both ends in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. In the present embodiment, the base end 41 of the support substrate 4 means the lower end, and the front end 42 of the support substrate 4 means the upper end.

支持基板４の基端部４１は、マニホールド２に取り付けられる。例えば、支持基板４の基端部４１は、接合材などによってマニホールド２の上板部２３１に取り付けられる。詳細には、支持基板４の基端部４１は、上板部２３１に形成された貫通孔２３２に挿入されている。なお、支持基板４の基端部４１は、貫通孔２３２に挿入されていなくてもよい。このように支持基板４の基端部４１がマニホールド２に取り付けられることによって、支持基板４の基端部４１は、ガス供給室２１及びガス回収室２２と連結している。   The base end 41 of the support substrate 4 is attached to the manifold 2. For example, the base end portion 41 of the support substrate 4 is attached to the upper plate portion 231 of the manifold 2 with a bonding material or the like. Specifically, the base end 41 of the support substrate 4 is inserted into a through hole 232 formed in the upper plate 231. Note that the base end 41 of the support substrate 4 may not be inserted into the through hole 232. By attaching the base end 41 of the support substrate 4 to the manifold 2 in this manner, the base end 41 of the support substrate 4 is connected to the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22.

支持基板４は、複数の第１ガス流路４３と、複数の第２ガス流路４４とを有している。第１ガス流路４３は、支持基板４内を上下方向に延びている。すなわち、第１ガス流路４３は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に延びている。第１ガス流路４３は、支持基板４を貫通している。各第１ガス流路４３は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第１ガス流路４３は、等間隔に配置されていることが好ましい。支持基板４は、長さ方向（ｘ軸方向）よりも幅方向（ｙ軸方向）の寸法の方が長くてもよい。   The support substrate 4 has a plurality of first gas passages 43 and a plurality of second gas passages 44. The first gas passage 43 extends in the support substrate 4 in the up-down direction. That is, the first gas channel 43 extends in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. The first gas channel 43 penetrates the support substrate 4. The first gas flow paths 43 are arranged at an interval in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4. In addition, it is preferable that the first gas channels 43 are arranged at equal intervals. The support substrate 4 may be longer in the width direction (y-axis direction) than in the length direction (x-axis direction).

図５に示すように、隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１は、例えば、１〜５ｍｍ程度である。この隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１は、第１ガス流路４３の中心間の距離である。例えば、第１ガス流路４３のピッチｐ１は、基端部４１、中央部、及び先端部４２のそれぞれにおいて測定したピッチの平均値とすることができる。   As shown in FIG. 5, the pitch p1 between the adjacent first gas channels 43 is, for example, about 1 to 5 mm. The pitch p1 between the adjacent first gas passages 43 is the distance between the centers of the first gas passages 43. For example, the pitch p1 of the first gas channel 43 can be an average value of the pitch measured at each of the base 41, the center, and the tip 42.

第１ガス流路４３は、支持基板４の基端部４１から先端部４２に向かって延びている。燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、第１ガス流路４３は、基端部４１側において、ガス供給室２１と連通している。   The first gas channel 43 extends from the base end 41 of the support substrate 4 toward the front end 42. In a state where the fuel cell 10 is attached to the manifold 2, the first gas flow path 43 communicates with the gas supply chamber 21 on the base end 41 side.

第２ガス流路４４は、支持基板４内を上下方向に延びている。すなわち、第２ガス流路４４は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に延びている。第２ガス流路４４は、第１ガス流路４３と実質的に平行に延びている。   The second gas flow path 44 extends vertically in the support substrate 4. That is, the second gas flow path 44 extends in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. The second gas flow path 44 extends substantially parallel to the first gas flow path 43.

第２ガス流路４４は、支持基板４を貫通している。各第２ガス流路４４は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。なお、各第２ガス流路４４は、等間隔に配置されていることが好ましい。   The second gas flow path 44 penetrates the support substrate 4. The second gas flow paths 44 are arranged at an interval in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4. In addition, it is preferable that the second gas flow paths 44 are arranged at equal intervals.

隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２は、例えば、１〜５ｍｍ程度である。この隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２は、第２ガス流路４４の中心間の距離である。例えば、第２ガス流路４４のピッチｐ２は、基端部４１、中央部、及び先端部４２のそれぞれにおいて測定したピッチの平均値とすることができる。なお、各第２ガス流路４４間のピッチｐ２は、各第１ガス流路４３間のピッチｐ１と実質的に等しいことが好ましい。   The pitch p2 between the adjacent second gas flow paths 44 is, for example, about 1 to 5 mm. The pitch p2 between the adjacent second gas flow paths 44 is the distance between the centers of the second gas flow paths 44. For example, the pitch p2 of the second gas flow path 44 can be an average value of the pitch measured at each of the base 41, the center, and the tip 42. It is preferable that the pitch p2 between the second gas flow paths 44 is substantially equal to the pitch p1 between the first gas flow paths 43.

第２ガス流路４４は、支持基板４の先端部４２から基端部４１に向かって延びている。燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、第２ガス流路４４は、基端部４１側において、マニホールド２のガス回収室２２と連通している。   The second gas flow path 44 extends from the distal end portion 42 of the support substrate 4 toward the proximal end portion 41. When the fuel cell 10 is mounted on the manifold 2, the second gas flow path 44 communicates with the gas recovery chamber 22 of the manifold 2 on the base end 41 side.

隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、例えば、１〜１０ｍｍ程度である。この隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、第１ガス流路４３の中心と第２ガス流路４４の中心との距離である。例えば、ピッチｐ０は、支持基板４の第１端面４１１において測定することができる。   The pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and second gas passage 44 is, for example, about 1 to 10 mm. The pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and second gas passage 44 is the distance between the center of the first gas passage 43 and the center of the second gas passage 44. For example, the pitch p0 can be measured at the first end face 411 of the support substrate 4.

隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、隣り合う第１ガス流路４３のピッチｐ１よりも大きい。また、隣り合う第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とのピッチｐ０は、隣り合う第２ガス流路４４のピッチｐ２よりも大きい。   The pitch p0 between the adjacent first gas flow paths 43 and the second gas flow paths 44 is larger than the pitch p1 between the adjacent first gas flow paths 43. Further, the pitch p0 between the adjacent first gas passage 43 and the second gas passage 44 is larger than the pitch p2 between the adjacent second gas passages 44.

第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とは、燃料電池セル１０の先端部１１２側において互いに連通している。詳細には、第１ガス流路４３と、第２ガス流路４４とが、連通部材３の連通流路３０を介して連通している。   The first gas flow path 43 and the second gas flow path 44 communicate with each other on the tip end 112 side of the fuel cell 10. Specifically, the first gas passage 43 and the second gas passage 44 communicate with each other via the communication passage 30 of the communication member 3.

第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４は、第１ガス流路４３内におけるガスの圧力損失が第２ガス流路４４内におけるガスの圧力損失よりも小さくなるように構成されている。なお、本実施形態のように第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４のそれぞれが複数本ある場合、各第１ガス流路４３内におけるガスの圧力損失の合計が、各第２ガス流路４４内におけるガスの圧力損失の合計よりも小さくなるように、第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４が構成される。   The first gas passage 43 and the second gas passage 44 are configured such that the pressure loss of the gas in the first gas passage 43 is smaller than the pressure loss of the gas in the second gas passage 44. . When there are a plurality of first gas flow paths 43 and a plurality of second gas flow paths 44 as in the present embodiment, the total pressure loss of the gas in each first gas flow path 43 is equal to the second gas flow rate. The first gas passage 43 and the second gas passage 44 are configured so as to be smaller than the total pressure loss of the gas in the passage 44.

例えば、各第１ガス流路４３の流路断面積は、各第２ガス流路４４の流路断面積よりも大きくすることができる。なお、第１ガス流路４３の数と第２ガス流路４４との数とが異なる場合は、各第１ガス流路４３の流路断面積の合計値が、各第２ガス流路４４の流路断面積の合計値よりも大きくすることができる。   For example, the flow path cross-sectional area of each first gas flow path 43 can be larger than the flow path cross-sectional area of each second gas flow path 44. When the number of the first gas passages 43 and the number of the second gas passages 44 are different, the total value of the passage cross-sectional area of each of the first gas passages 43 is equal to that of each of the second gas passages 44. Can be larger than the total value of the flow path cross-sectional areas.

特に限定されるものではないが、各第２ガス流路４４の流路断面積の合計値は、各第１ガス流路４３の流路断面積の合計値の２０〜９５％程度とすることができる。なお、第１ガス流路４３の流路断面積は、例えば、０.５〜２０ｍｍ２程度とすることができる。また、第２ガス流路４４の流路断面積は、例えば、０.１〜１５ｍｍ２程度とすることができる。 Although not particularly limited, the total value of the flow path cross-sectional areas of the respective second gas flow paths 44 should be about 20 to 95% of the total value of the flow path cross-sectional areas of the respective first gas flow paths 43. Can be. The cross-sectional area of the first gas channel 43 can be, for example, about 0.5 to 20 mm 2 . The cross-sectional area of the second gas flow path 44 can be, for example, about 0.1 to 15 mm 2 .

なお、第１ガス流路４３の流路断面積は、第１ガス流路４３が延びる方向（ｘ軸方向）と直交する面（ｙｚ平面）で切断した切断面における第１ガス流路４３の流路断面積を言う。また、第１ガス流路４３の流路断面積は、基端部４１側の任意の箇所における流路断面積と、中央部の任意の箇所における流路断面積と、先端部４２側の任意の箇所における流路断面積との平均値とすることができる。   Note that the cross-sectional area of the first gas flow channel 43 is the cross-sectional area of the first gas flow channel 43 in a cross section cut along a plane (yz plane) orthogonal to the direction in which the first gas flow path 43 extends (x-axis direction). It refers to the flow path cross-sectional area. The flow path cross-sectional area of the first gas flow path 43 includes a flow path cross-sectional area at an arbitrary position on the base end portion 41 side, a flow path cross-sectional area at an arbitrary position at the center portion, and an arbitrary flow path cross-sectional area at the distal end portion 42 side. The average value can be obtained with the cross-sectional area of the flow path at the point (1).

また、第２ガス流路４４の流路断面積は、第２ガス流路４４が延びる方向（ｘ軸方向）と直交する面（ｙｚ平面）で切断した切断面における第２ガス流路４４の流路断面積を言う。また、第２ガス流路４４の流路断面積は、基端部４１側の任意の箇所における流路断面積と、中央部の任意の箇所における流路断面積と、先端部４２側の任意の箇所における流路断面積との平均値とすることができる。   The cross-sectional area of the second gas flow path 44 is the cross-sectional area of the second gas flow path 44 in a cut plane (yz plane) perpendicular to the direction (x-axis direction) in which the second gas flow path 44 extends. It refers to the flow path cross-sectional area. The cross-sectional area of the flow path of the second gas flow path 44 includes a cross-sectional area of the flow path at an arbitrary position on the base end portion 41 side, a cross-sectional area of the flow passage at an arbitrary position of the central portion, and an arbitrary flow path cross section of the second end portion 42 side. The average value can be obtained with the cross-sectional area of the flow path at the point (1).

図４に示すように、支持基板４は、第１主面４５と、第２主面４６とを有している。第１主面４５と第２主面４６とは、互いに反対を向いている。第１主面４５及び第２主面４６は、各発電素子部５を支持している。第１主面４５及び第２主面４６は、支持基板４の厚さ方向（ｚ軸方向）を向いている。また、支持基板４の各側面４７は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）を向いている。各側面４７は、湾曲していてもよい。図２に示すように、各支持基板４は、第１主面４５と第２主面４６とが対向するように配置されている。   As shown in FIG. 4, the support substrate 4 has a first main surface 45 and a second main surface 46. The first main surface 45 and the second main surface 46 are opposite to each other. The first main surface 45 and the second main surface 46 support each power generation element unit 5. The first main surface 45 and the second main surface 46 are oriented in the thickness direction (z-axis direction) of the support substrate 4. Each side surface 47 of the support substrate 4 faces the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4. Each side surface 47 may be curved. As shown in FIG. 2, each support substrate 4 is arranged such that the first main surface 45 and the second main surface 46 face each other.

図４に示すように、支持基板４は、発電素子部５を支持している。支持基板４は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板４は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成される。または、支持基板４は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板４の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。この気孔率は、例えば、アルキメデス法、又は微構造観察により測定される。 As shown in FIG. 4, the support substrate 4 supports the power generation element unit 5. The support substrate 4 is made of a porous material having no electron conductivity. The support substrate 4 is made of, for example, CSZ (calcia-stabilized zirconia). Alternatively, the support substrate 4 may be composed of NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), or composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). Alternatively, it may be composed of MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel). The porosity of the support substrate 4 is, for example, about 20 to 60%. This porosity is measured, for example, by the Archimedes method or microstructure observation.

支持基板４は、緻密層４８によって覆われている。緻密層４８は、第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４から支持基板４内に拡散されたガスが外部に排出されることを抑制するように構成されている。本実施形態では、緻密層４８は、支持基板４の第１主面４５、第２主面４６、及び各側面４７を覆っている。なお、本実施形態では、緻密層４８は、後述する電解質７と、インターコネクタ９１とによって構成されている。緻密層４８は、支持基板４よりも緻密である。例えば、緻密層４８の気孔率は、０〜７％程度である。   The support substrate 4 is covered with the dense layer 48. The dense layer 48 is configured to suppress the gas diffused into the support substrate 4 from the first gas passage 43 and the second gas passage 44 from being discharged to the outside. In the present embodiment, the dense layer 48 covers the first main surface 45, the second main surface 46, and the side surfaces 47 of the support substrate 4. In the present embodiment, the dense layer 48 includes the electrolyte 7 described later and the interconnector 91. The dense layer 48 is denser than the support substrate 4. For example, the porosity of the dense layer 48 is about 0 to 7%.

［発電素子部］
複数の発電素子部５が、支持基板４の第１主面４５及び第２主面４６に支持されている。各発電素子部５は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に配列されている。詳細には、各発電素子部５は、支持基板４上において、基端部４１から先端部４２に向かって互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各発電素子部５は、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に沿って、間隔をあけて配置されている。なお、各発電素子部５は、後述する電気的接続部９によって、互いに直列に接続されている。 [Power generation element]
The plurality of power generation elements 5 are supported on the first main surface 45 and the second main surface 46 of the support substrate 4. Each power generation element unit 5 is arranged in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. Specifically, the power generating element units 5 are arranged on the support substrate 4 with a space from the base end 41 toward the tip end 42. That is, the power generating elements 5 are arranged at intervals along the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. The power generating elements 5 are connected in series with each other by an electrical connection 9 described later.

発電素子部５は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。発電素子部５は、支持基板４の幅方向において第１部分５１と第２部分５２とに区画される。なお、第１部分５１と第２部分５２との厳密な境界はない。例えば、燃料電池セル１０をマニホールド２に取り付けた状態において、支持基板４の長さ方向視（ｘ軸方向視）において、ガス供給室２１とガス回収室２２との境界と重複する部分を、第１部分５１と第２部分５２との境界部とすることができる。   The power generation element portion 5 extends in the width direction of the support substrate 4 (y-axis direction). The power generation element section 5 is divided into a first portion 51 and a second portion 52 in the width direction of the support substrate 4. Note that there is no strict boundary between the first portion 51 and the second portion 52. For example, in a state where the fuel cell 10 is attached to the manifold 2, a portion overlapping with a boundary between the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22 in a length direction view (x-axis direction view) of the support substrate 4 It can be a boundary between the first portion 51 and the second portion 52.

支持基板４の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、第１ガス流路４３は、発電素子部５の第１部分５１と重複している。また、支持基板４の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、第２ガス流路４４は、発電素子部５の第２部分５２と重複している。なお、複数の第１ガス流路４３のうち、一部の第１ガス流路４３が第１部分５１と重複していなくてもよい。同様に、複数の第２ガス流路４４のうち、一部の第２ガス流路４４が第２部分５２と重複していなくてもよい。   When viewed in the thickness direction of the support substrate 4 (when viewed in the z-axis direction), the first gas channel 43 overlaps the first portion 51 of the power generation element unit 5. When viewed in the thickness direction of the support substrate 4 (when viewed in the z-axis direction), the second gas flow path 44 overlaps the second portion 52 of the power generation element unit 5. Note that, among the plurality of first gas passages 43, some of the first gas passages 43 do not have to overlap with the first portion 51. Similarly, a part of the second gas passages 44 of the plurality of second gas passages 44 may not overlap with the second portion 52.

図６は、第１ガス流路４３に沿って切断した燃料電池セル１０の断面図である。なお、第２ガス流路４４に沿って切断した燃料電池セル１０の断面図は、第２ガス流路４４の流路断面積が異なる以外は、図６と同じである。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the fuel cell unit 10 cut along the first gas passage 43. The sectional view of the fuel cell 10 cut along the second gas flow path 44 is the same as FIG. 6 except that the flow path cross-sectional area of the second gas flow path 44 is different.

発電素子部５は、燃料極６、電解質７、及び空気極８を有している。また、発電素子部５は、反応防止膜１１をさらに有している。燃料極６は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極６は、燃料極集電部６１と燃料極活性部６２とを有する。   The power generation element unit 5 has a fuel electrode 6, an electrolyte 7, and an air electrode 8. Further, the power generation element unit 5 further has a reaction prevention film 11. The fuel electrode 6 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The anode 6 has an anode current collector 61 and an anode active section 62.

燃料極集電部６１は、凹部４９内に配置されている。凹部４９は、支持基板４に形成されている。詳細には、燃料極集電部６１は、凹部４９内に充填されており、凹部４９と同様の外形を有する。各燃料極集電部６１は、第１凹部６１１及び第２凹部６１２を有している。燃料極活性部６２は、第１凹部６１１内に配置されている。詳細には、燃料極活性部６２は、第１凹部６１１内に充填されている。   The fuel electrode current collector 61 is arranged in the recess 49. The recess 49 is formed in the support substrate 4. More specifically, the anode current collector 61 is filled in the recess 49 and has the same outer shape as the recess 49. Each anode current collector 61 has a first recess 611 and a second recess 612. The fuel electrode active part 62 is arranged in the first recess 611. Specifically, the fuel electrode active portion 62 is filled in the first concave portion 611.

燃料極集電部６１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部６１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部６１の厚さ、及び凹部４９の深さは、５０〜５００μｍ程度である。 The fuel electrode current collector 61 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode current collector 61 may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or may be composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). Is also good. The thickness of the fuel electrode current collector 61 and the depth of the recess 49 are about 50 to 500 μm.

燃料極活性部６２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部６２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部６２の厚さは、５〜３０μｍである。   The fuel electrode active portion 62 can be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia). Alternatively, the anode active part 62 may be composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). The thickness of the fuel electrode active portion 62 is 5 to 30 μm.

電解質７は、燃料極６上を覆うように配置されている。詳細には、電解質７は、一のインターコネクタ９１から他のインターコネクタ９１まで長さ方向に延びている。すなわち、支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）において、電解質７とインターコネクタ９１とが交互に配置されている。また、電解質７は、支持基板４の第１主面４５、第２主面４６、及び各側面４７を覆っている。   The electrolyte 7 is disposed so as to cover the fuel electrode 6. Specifically, the electrolyte 7 extends in the length direction from one interconnector 91 to another interconnector 91. That is, the electrolytes 7 and the interconnectors 91 are arranged alternately in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. In addition, the electrolyte 7 covers the first main surface 45, the second main surface 46, and each side surface 47 of the support substrate 4.

電解質７は、支持基板４よりも緻密である。例えば、電解質７の気孔率は、０〜７％程度である。電解質７は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質７は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質７の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。   The electrolyte 7 is denser than the support substrate 4. For example, the porosity of the electrolyte 7 is about 0 to 7%. The electrolyte 7 is a fired body made of a dense material having ion conductivity and no electron conductivity. The electrolyte 7 can be composed of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 7 is, for example, about 3 to 50 μm.

反応防止膜１１は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜１１は、平面視において、燃料極活性部６２と略同一の形状である。反応防止膜１１は、電解質７を介して、燃料極活性部６２と対応する位置に配置されている。反応防止膜１１は、電解質７内のＹＳＺと空気極８内のＳｒとが反応して電解質７と空気極８との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜１１は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１１の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。 The reaction prevention film 11 is a fired body made of a dense material. The reaction prevention film 11 has substantially the same shape as the fuel electrode active portion 62 in plan view. The reaction prevention film 11 is disposed at a position corresponding to the fuel electrode active portion 62 via the electrolyte 7. The reaction preventing film 11 suppresses the occurrence of a phenomenon in which YSZ in the electrolyte 7 reacts with Sr in the air electrode 8 to form a reaction layer having a large electric resistance at the interface between the electrolyte 7 and the air electrode 8. It is provided in. The reaction prevention film 11 can be made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction prevention film 11 is, for example, about 3 to 50 μm.

空気極８は、反応防止膜１１上に配置されている。空気極８は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極８は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。また、空気極８は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極８の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。 The air electrode 8 is disposed on the reaction prevention film 11. The air electrode 8 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The air electrode 8 can be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) or the like. It may be configured. Further, the air electrode 8 may be constituted by two layers of a first layer (inner layer) made of LSCF and a second layer (outer layer) made of LSC. The thickness of the air electrode 8 is, for example, 10 to 100 μm.

［電気的接続部］
電気的接続部９は、隣り合う発電素子部５を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部９は、インターコネクタ９１及び空気極集電膜９２を有する。インターコネクタ９１は、第２凹部６１２内に配置されている。詳細には、インターコネクタ９１は、第２凹部６１２内に埋設（充填）されている。インターコネクタ９１は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ９１は、支持基板４よりも緻密である。例えば、インターコネクタ９１の気孔率は、０〜７％程度である。インターコネクタ９１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ９１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。 [Electrical connection]
The electrical connection section 9 is configured to electrically connect the adjacent power generation element sections 5. The electrical connection section 9 has an interconnector 91 and an air electrode current collecting film 92. The interconnector 91 is arranged in the second concave portion 612. Specifically, the interconnector 91 is embedded (filled) in the second recess 612. The interconnector 91 is a fired body made of a dense material having electron conductivity. The interconnector 91 is denser than the support substrate 4. For example, the porosity of the interconnector 91 is about 0 to 7%. The interconnector 91 can be composed of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite). Alternatively, it may be composed of (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 91 is, for example, 10 to 100 μm.

空気極集電膜９２は、隣り合う発電素子部５のインターコネクタ９１と空気極８との間を延びるように配置される。例えば、図６の左側に配置された発電素子部５の空気極８と、図６の右側に配置された発電素子部５のインターコネクタ９１とを電気的に接続するように、空気極集電膜９２が配置されている。空気極集電膜９２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。   The air electrode current collecting film 92 is disposed so as to extend between the interconnector 91 of the adjacent power generation element unit 5 and the air electrode 8. For example, the air electrode current collector 5 is electrically connected to the air electrode 8 of the power generation element unit 5 arranged on the left side of FIG. 6 and the interconnector 91 of the power generation element unit 5 arranged on the right side of FIG. A membrane 92 is disposed. The cathode current collecting film 92 is a fired body made of a porous material having electron conductivity.

空気極集電膜９２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜９２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。 The cathode collecting film 92 may be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite) may be used. Alternatively, it may be made of Ag (silver) or Ag-Pd (silver-palladium alloy). The thickness of the cathode current collecting film 92 is, for example, about 50 to 500 μm.

［連通部材］
図５に示すように、連通部材３は、支持基板４の先端部４２に取り付けられている。そして、連通部材３は、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とを連通させる連通流路３０を有している。詳細には、連通流路３０は、各第１ガス流路４３と各第２ガス流路４４とを連通する。連通流路３０は、各第１ガス流路４３から各第２ガス流路４４まで延びる空間によって構成されている。連通部材３は、支持基板４に接合されていることが好ましい。また、連通部材３は、支持基板４と一体的に形成されていることが好ましい。連通流路３０の数は、第１ガス流路４３の数よりも少ない。本実施形態では、一本の連通流路３０のみによって、複数の第１ガス流路４３と複数の第２ガス流路４４とが連通されている。 [Communication member]
As shown in FIG. 5, the communication member 3 is attached to the front end portion 42 of the support substrate 4. The communication member 3 has a communication channel 30 that allows the first gas channel 43 and the second gas channel 44 to communicate with each other. Specifically, the communication channel 30 communicates each first gas channel 43 and each second gas channel 44. The communication channel 30 is constituted by a space extending from each first gas channel 43 to each second gas channel 44. The communication member 3 is preferably joined to the support substrate 4. Further, it is preferable that the communication member 3 is formed integrally with the support substrate 4. The number of the communication channels 30 is smaller than the number of the first gas channels 43. In the present embodiment, the plurality of first gas passages 43 and the plurality of second gas passages 44 are communicated by only one communication passage 30.

連通部材３は、例えば、多孔質である。また、連通部材３は、その外側面を構成する緻密層３１を有している。緻密層３１は、連通部材３の本体よりも緻密に形成されている。例えば、緻密層３１の気孔率は、０〜７％程度である。この緻密層３１は、連通部材３と同じ材料や、上述した電解質７に使用される材料、結晶化ガラス等によって形成することができる。   The communication member 3 is, for example, porous. In addition, the communication member 3 has a dense layer 31 forming the outer surface thereof. The dense layer 31 is formed more densely than the main body of the communication member 3. For example, the porosity of the dense layer 31 is about 0 to 7%. The dense layer 31 can be formed of the same material as the communication member 3, the material used for the above-described electrolyte 7, crystallized glass, or the like.

［発電方法］
上述したように構成された第１セルスタック装置１０２では、マニホールド２のガス供給室２１に水素ガスなどの燃料ガスを供給するとともに、燃料電池セル１０を空気などの酸素を含むガスに曝す。すると、空気極８において下記（１）式に示す化学反応が起こり、燃料極６において下記（２）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− …（２） [Power generation method]
In the first cell stack device 102 configured as described above, a fuel gas such as hydrogen gas is supplied to the gas supply chamber 21 of the manifold 2 and the fuel cell 10 is exposed to a gas containing oxygen such as air. Then, a chemical reaction expressed by the following equation (1) occurs at the air electrode 8, and a chemical reaction expressed by the following equation (2) occurs at the fuel electrode 6, and current flows.
(1/2) · O 2 + 2e − → O 2 -... (1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (2)

詳細には、ガス供給管２０１からガス供給室２１に供給された燃料ガスは、各燃料電池セル１０の第１ガス流路４３内を流れ、各発電素子部５の燃料極６において、上記（２）式に示す化学反応が起こる。各燃料極６において未反応であった燃料ガスは、第１ガス流路４３を出て連通部材３の連通流路３０を介して第２ガス流路４４へ供給される。そして、第２ガス流路４４へ供給された燃料ガスは、再度、燃料極６において上記（２）式に示す化学反応が起こる。第２ガス流路４４を流れる過程において燃料極６において未反応であった燃料ガスは、マニホールド２のガス回収室２２へ回収される。そして、ガス回収管２０２は、ガス回収室２２からガスを回収する。   More specifically, the fuel gas supplied from the gas supply pipe 201 to the gas supply chamber 21 flows in the first gas flow path 43 of each fuel cell 10, and the fuel gas flows through the fuel electrode 6 of each power generation element unit 5. 2) The chemical reaction shown in the equation occurs. The fuel gas that has not reacted at each fuel electrode 6 exits the first gas channel 43 and is supplied to the second gas channel 44 via the communication channel 30 of the communication member 3. Then, the fuel gas supplied to the second gas flow path 44 undergoes the chemical reaction represented by the above formula (2) again at the fuel electrode 6. Fuel gas that has not reacted at the fuel electrode 6 in the process of flowing through the second gas flow path 44 is recovered to the gas recovery chamber 22 of the manifold 2. Then, the gas recovery pipe 202 recovers gas from the gas recovery chamber 22.

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 [Modification]
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to these, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

変形例１
上記実施形態では、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とは、連通部材３が有する連通流路３０によって連通されていたが、この構成に限定されない。例えば、図７に示すように、支持基板４が、内部に連通流路３０を有していてもよい。この場合、第１セルスタック装置１０２は、連通部材３を備えていなくてもよい。この支持基板４内に形成された連通流路３０によって、第１ガス流路４３と第２ガス流路４４とが連通されている。 Modification 1
In the above-described embodiment, the first gas passage 43 and the second gas passage 44 are communicated by the communication passage 30 of the communication member 3, but the present invention is not limited to this configuration. For example, as shown in FIG. 7, the support substrate 4 may have a communication channel 30 inside. In this case, the first cell stack device 102 may not include the communication member 3. The first gas channel 43 and the second gas channel 44 are communicated by the communication channel 30 formed in the support substrate 4.

変形例２
各第１ガス流路４３の流路断面積は、互いに異なっていてもよい。また、各第２ガス流路４４の流路断面積は、互いに異なっていてもよい。また、第１ガス流路４３の流路断面積は、第２ガス流路４４の流路断面積と実質的に同じであってもよいし、第２ガス流路４４の流路断面積よりも小さくてもよい。 Modification 2
The flow path cross-sectional areas of the first gas flow paths 43 may be different from each other. The cross-sectional area of each second gas flow path 44 may be different from each other. The cross-sectional area of the first gas passage 43 may be substantially the same as the cross-sectional area of the second gas passage 44, or may be larger than the cross-sectional area of the second gas passage 44. May also be small.

変形例３
上記実施形態では、第２ガス流路４４の数は、第１ガス流路４３の数と同じであったが、第２ガス流路４４の数はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、第２ガス流路４４の数は、第１ガス流路４３の数よりも少なくてもよい。 Modification 3
In the above embodiment, the number of the second gas flow paths 44 is the same as the number of the first gas flow paths 43, but the number of the second gas flow paths 44 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 8, the number of the second gas flow paths 44 may be smaller than the number of the first gas flow paths 43.

変形例４
第１ガス流路４３は、その長さ方向（ｘ軸方向）において、均一な流路断面積を有していなくてもよい。特に、第１ガス流路４３の流路断面積は、燃料ガス濃度が低くなる先端部４２に近付くほど小さくなっていてもよい。また、第２ガス流路４４は、その長さ方向（ｘ軸方向）において、均一な流路断面積を有していなくてもよい。特に、第２ガス流路４４の流路断面積は、燃料ガス濃度が低くなる基端部４１に近付くほど小さくなっていてもよい。この構成によれば拡散性が向上し界面近傍に存在するＮｉがＮｉＯに変化することを抑制することができる。 Modification 4
The first gas flow channel 43 does not have to have a uniform flow channel cross-sectional area in its length direction (x-axis direction). In particular, the flow path cross-sectional area of the first gas flow path 43 may become smaller as approaching the front end portion 42 where the fuel gas concentration becomes lower. In addition, the second gas flow path 44 may not have a uniform flow path cross-sectional area in the length direction (x-axis direction). In particular, the flow path cross-sectional area of the second gas flow path 44 may become smaller as approaching the base end 41 where the fuel gas concentration becomes lower. According to this configuration, the diffusivity is improved, and the change of Ni existing near the interface to NiO can be suppressed.

変形例５
上記実施形態では、第１及び第２ガス流路４３，４４は、円形状の断面を有しているが、第１及び第２ガス流路４３，４４の断面形状は、矩形状や楕円形状であってもよい。 Modification 5
In the above embodiment, the first and second gas passages 43 and 44 have circular cross sections, but the cross section of the first and second gas passages 43 and 44 is rectangular or elliptical. It may be.

変形例６
上記実施形態では、支持基板４は、複数の第１ガス流路４３を有しているが、１つの第１ガス流路４３のみを有していてもよい。同様に、支持基板４は、複数の第２ガス流路４４を有しているが、１つの第２ガス流路４４のみを有していてもよい。 Modification 6
In the above embodiment, the support substrate 4 has the plurality of first gas channels 43, but may have only one first gas channel 43. Similarly, the support substrate 4 has a plurality of second gas passages 44, but may have only one second gas passage 44.

変形例７
上記実施形態では、第１主面４５に配置された各発電素子部５は、互いに直列に接続されているが、第１主面４５に配置された各発電素子部５の全てが直列に接続されている必要は無い。なお、第２主面４６に配置された各発電素子部５についても同様である。 Modification 7
In the above embodiment, the power generating element units 5 arranged on the first main surface 45 are connected in series with each other, but all the power generating element units 5 arranged on the first main surface 45 are connected in series. No need to be done. Note that the same applies to each power generation element unit 5 arranged on the second main surface 46.

変形例８
燃料電池セル１０において、第１主面４５に形成された各発電素子部５と第２主面４６に形成された各発電素子部５との間は、互いに電気的に接続されていなくてもよいし、複数の箇所で電気的に接続されていてもよい。 Modification 8
In the fuel cell 10, each of the power generating element portions 5 formed on the first main surface 45 and each of the power generating element portions 5 formed on the second main surface 46 are not electrically connected to each other. It may be electrically connected at a plurality of locations.

変形例９
上記実施形態では、各発電素子部５は、第１主面４５と第２主面４６との両面に配置されているが、どちらか一方の面のみに配置されていてもよい。 Modification 9
In the above embodiment, each power generating element unit 5 is disposed on both the first main surface 45 and the second main surface 46, but may be disposed on only one of the surfaces.

変形例１０
各燃料電池セル１０の幅は、互いに異なっていてもよい。また、各発電素子部５の幅は、互いに異なっていてもよい。例えば、ある支持基板４に形成された各発電素子部５の幅と、別の支持基板４に形成された各発電素子部５の幅とは、異なっていてもよい。 Modification 10
The width of each fuel cell 10 may be different from each other. Further, the width of each power generation element unit 5 may be different from each other. For example, the width of each power generation element unit 5 formed on a certain support substrate 4 may be different from the width of each power generation element unit 5 formed on another support substrate 4.

変形例１１
実施形態では、連通部材３は多孔質であるが、連通部材３は金属によって構成されていてもよい。具体的には、連通部材３は、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｎｉ基合金、又はＭｇＯ系セラミックス材料（支持基板４と同じ材料でも良い）などによって構成することができる。 Modification 11
In the embodiment, the communication member 3 is porous, but the communication member 3 may be made of metal. Specifically, the communication member 3 can be made of an Fe—Cr alloy, a Ni-based alloy, or an MgO-based ceramic material (the same material as the support substrate 4 may be used).

変形例１２
上記実施形態では、連通部材３の連通流路３０は空間によって構成されていたが、連通部材３の連通流路３０の構成はこれに限定されない。例えば、図９に示すように、連通部材３の連通流路３０は、連通部材３内に形成された複数の気孔によって構成することができる。 Modification 12
In the above-described embodiment, the communication channel 30 of the communication member 3 is configured by a space, but the configuration of the communication channel 30 of the communication member 3 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, the communication channel 30 of the communication member 3 can be configured by a plurality of pores formed in the communication member 3.

変形例１３
上記実施形態のマニホールド２では、１つのマニホールド本体部２３を仕切板２４で仕切ることによって、ガス供給室２１とガス回収室２２とを画定しているが、マニホールド２の構成はこれに限定されない。例えば、２つのマニホールド本体部２３によってマニホールド２を構成することもできる。この場合、１つのマニホールド本体部２３がガス供給室２１を有し、別のマニホールド本体部２３がガス回収室２２を有している。 Modification 13
In the manifold 2 of the above embodiment, the gas supply chamber 21 and the gas recovery chamber 22 are defined by partitioning one manifold body 23 with the partition plate 24, but the configuration of the manifold 2 is not limited to this. For example, the manifold 2 can be configured by two manifold body portions 23. In this case, one manifold body 23 has a gas supply chamber 21 and another manifold body 23 has a gas recovery chamber 22.

変形例１４
上記実施形態の燃料電池セル１０は、各発電素子部５が支持基板４の長さ方向（ｘ軸方向）に配列されている、いわゆる横縞型の燃料電池セルであるが、燃料電池セル１０の構成はこれに限定されない。例えば、燃料電池セル１０は、支持基板４の第１主面４５に１つの発電素子部５が支持された、いわゆる縦縞型の燃料電池セルであってもよい。この場合、支持基板４の第２主面４６に一つの発電素子部５が支持されていてもよいし、支持されていなくてもよい。 Modification 14
The fuel cell 10 of the above embodiment is a so-called horizontal stripe type fuel cell in which the power generation elements 5 are arranged in the length direction (x-axis direction) of the support substrate 4. The configuration is not limited to this. For example, the fuel cell 10 may be a so-called vertical stripe fuel cell in which one power generation element unit 5 is supported on the first main surface 45 of the support substrate 4. In this case, one power generation element unit 5 may be supported on the second main surface 46 of the support substrate 4 or may not be supported.

２ ：マニホールド
２１ ：ガス供給室
２２ ：ガス回収室
３ ：連通部材
３０ ：連通流路
４ ：支持基板
４１ ：基端部
４２ ：先端部
４３ ：第１ガス流路
４４ ：第２ガス流路
５ ：発電素子部
１０ ：燃料電池セル
１００ ：燃料電池システム
１０１ ：改質装置
１０２ ：第１セルスタック装置
１０３ ：水蒸気除去装置
１０４ ：第２セルスタック装置 2: manifold 21: gas supply chamber 22: gas recovery chamber 3: communication member 30: communication channel 4: support substrate 41: base end portion 42: tip end portion 43: first gas channel 44: second gas channel 5 : Power generation element unit 10: fuel cell 100: fuel cell system 101: reformer 102: first cell stack device 103: water vapor removal device 104: second cell stack device

第１ガス流路４３及び第２ガス流路４４は、第１ガス流路４３内におけるガスの圧力損失が第２ガス流路４４内におけるガスの圧力損失よりも小さくなるように構成されている。 The first gas channel 43 and the second gas flow path 44, that have a pressure loss of the gas in the first gas flow path 43 is configured to be smaller than the pressure loss of the gas in the second gas flow path 44 .

Claims (3)

水蒸気改質によって原料ガスから水素含有ガスを生成する改質装置と、
前記改質装置から供給される水素含有ガスを用いて発電する第１セルスタック装置と、
前記第１セルスタック装置から排出された未反応の水素含有ガスから水蒸気を除去する水蒸気除去装置と、
前記水蒸気除去装置によって水蒸気が除去された水素含有ガスを用いて発電する第２セルスタック装置と、
を備え、
前記改質装置は、前記水蒸気除去装置によって除去された水蒸気を用いて前記原料ガスを改質し、
前記第１セルスタック装置及び前記第２セルスタック装置の少なくとも一方は、ガス供給室及びガス回収室を有するマニホールドと、前記マニホールドから延びる燃料電池セルと、を有し、
前記燃料電池セルは、前記マニホールドから延びる支持基板と、前記支持基板に支持される発電素子部と、を有し、
前記支持基板は、前記ガス供給室と連通し且つ前記支持基板の基端部から先端部に延びる少なくとも１つの第１ガス流路と、前記ガス回収室と連通し且つ前記支持基板の基端部から先端部に延びて前記燃料電池セルの先端部において前記第１ガス流路と連通する少なくとも１つの第２ガス流路と、を有する、
燃料電池システム。
A reformer for generating a hydrogen-containing gas from a raw material gas by steam reforming,
A first cell stack device that generates power using the hydrogen-containing gas supplied from the reformer,
A steam removing device for removing steam from unreacted hydrogen-containing gas discharged from the first cell stack device;
A second cell stack device that generates power using the hydrogen-containing gas from which water vapor has been removed by the water vapor removal device;
With
The reformer reforms the raw material gas using the steam removed by the steam remover,
At least one of the first cell stack device and the second cell stack device has a manifold having a gas supply chamber and a gas recovery chamber, and a fuel cell extending from the manifold.
The fuel cell has a support substrate extending from the manifold, and a power generation element unit supported by the support substrate,
The support substrate communicates with the gas supply chamber and extends from a base end of the support substrate to a distal end, and at least one first gas flow path communicates with the gas recovery chamber and a base end of the support substrate. And at least one second gas flow path extending from the first gas flow path to the first gas flow path at the front end of the fuel cell unit.
Fuel cell system.
前記支持基板は、前記支持基板の先端部において前記第１ガス流路と前記第２ガス流路を連通する連通流路をさらに有する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
The support substrate further includes a communication flow path that communicates the first gas flow path and the second gas flow path at a tip portion of the support substrate.
The fuel cell system according to claim 1.
前記燃料電池セルは、前記支持基板の先端部に取り付けられる連通部材をさらに有し、
前記連通部材は、前記第１ガス流路と前記第２ガス流路とを連通する連通流路を有する、
請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell further includes a communication member attached to a tip portion of the support substrate,
The communication member has a communication flow path that communicates the first gas flow path and the second gas flow path,
The fuel cell system according to claim 1.
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