JP2021034374A - Fuel battery cell and cell stack device - Google Patents

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Abstract

To reduce hydrogen concentration in off-gas.SOLUTION: A fuel battery cell 10 comprises a porous support substrate 4, a first gas passage 41a, a power generation element part 5, and a hydrogen permeable film 13. The first gas passage 41a extends in the support substrate 4. The first gas passage 41a has a gas outlet 411a. The power generation element part 5 is supported by the support substrate 4. Between the power generation element part 5 and the gas outlet 411a, the hydrogen permeable film 13 is supported by the support substrate 4. The hydrogen permeable film 13 is interposed between the outside of the support substrate 4 and the first gas passage 41a. The hydrogen permeable film 13 allows hydrogen to permeate therethrough.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、燃料電池セル、及びセルスタック装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell and a cell stacking device.

特許文献１に示すように、燃料電池セルは、支持基板、ガス流路、及び発電素子部を備えている。ガス流路は、支持基板内に形成されている。発電素子部は支持基板に支持されている。支持基板内のガス流路に燃料ガスが供給されることによって、発電素子部が発電する。燃料電池セルは、発電素子部において使用されなかった燃料ガスをガス流路から排出する。 As shown in Patent Document 1, the fuel cell includes a support substrate, a gas flow path, and a power generation element portion. The gas flow path is formed in the support substrate. The power generation element portion is supported by a support substrate. By supplying fuel gas to the gas flow path in the support substrate, the power generation element unit generates power. The fuel cell cell discharges fuel gas that has not been used in the power generation element unit from the gas flow path.

特開２０１５−６９７０１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-69701

燃料電池セルが排出する燃料ガス（オフガス）中には水素、水蒸気、一酸化炭素、及び二酸化炭素が含まれている。このオフガス中の水素濃度を低下させることが要望されている。そこで、本発明の課題は、オフガス中の水素濃度を低下させることにある。 The fuel gas (off gas) emitted by the fuel cell contains hydrogen, steam, carbon monoxide, and carbon dioxide. It is desired to reduce the hydrogen concentration in this off-gas. Therefore, an object of the present invention is to reduce the hydrogen concentration in the off-gas.

本発明の第１側面に係る燃料電池セルは、多孔質の支持基板と、第１ガス流路と、発電素子部と、水素透過膜とを備える。第１ガス流路は、支持基板内を延びる。第１ガス流路は、ガス排出口を有する。発電素子部は、支持基板に支持される。水素透過膜は、発電素子部とガス排出口との間において支持基板に支持される。水素透過膜は、支持基板の外部と第１ガス流路との間に介在する。水素透過膜は、水素を透過させる。 The fuel cell according to the first aspect of the present invention includes a porous support substrate, a first gas flow path, a power generation element portion, and a hydrogen permeable membrane. The first gas flow path extends in the support substrate. The first gas flow path has a gas outlet. The power generation element portion is supported by a support substrate. The hydrogen permeable membrane is supported by a support substrate between the power generation element portion and the gas discharge port. The hydrogen permeable membrane is interposed between the outside of the support substrate and the first gas flow path. The hydrogen permeable membrane allows hydrogen to permeate.

この構成によれば、第１ガス流路内に水素を含む燃料ガスを流し、支持基板の外部に酸化剤ガス（例えば、空気）を流すと、発電素子部が発電する。そして、発電素子部とガス排出口との間における第１ガス流路内には、発電素子部において使用されなかった燃料ガスが流れる。この発電素子部とガス排出口との間における第１ガス流路内から、水素透過膜を介して燃料ガス中の水素が、支持基板の外部へと供給される。この結果、オフガス中の水素濃度を低下させることができる。なお、水素を透過させるとは、プロトンを透過させることだけでなく、水素分子を透過させることも含む概念である。すなわち、水素透過膜は、プロトンを透過させるものだけでなく、分子ふるいとして水素分子を透過させるものも含む。 According to this configuration, when a fuel gas containing hydrogen is passed through the first gas flow path and an oxidant gas (for example, air) is passed outside the support substrate, the power generation element unit generates electricity. Then, the fuel gas not used in the power generation element section flows in the first gas flow path between the power generation element section and the gas discharge port. Hydrogen in the fuel gas is supplied from the inside of the first gas flow path between the power generation element portion and the gas discharge port to the outside of the support substrate via the hydrogen permeation membrane. As a result, the hydrogen concentration in the off-gas can be reduced. It should be noted that the permeation of hydrogen is a concept that includes not only permeation of protons but also permeation of hydrogen molecules. That is, the hydrogen permeable membrane includes not only a membrane that allows protons to permeate but also a membrane that allows hydrogen molecules to permeate as molecular sieves.

また、オフガス中の水素濃度が低下することによって、一酸化炭素濃度を低下させることができる。詳細には、オフガス中において、水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２）によって平衡が取られている。この中でＨ２を除去すれば全体の反応が右側に進み、一酸化炭素濃度も低下させることができる。したがって、一酸化炭素および水素の処理負荷を減らすことができる。 Further, the carbon monoxide concentration can be lowered by lowering the hydrogen concentration in the off-gas. Specifically, in off-gas, equilibrium is achieved by a water-gas shift reaction (CO + H 2 O ⇔ CO 2 + H 2). If H 2 is removed from this, the whole reaction proceeds to the right side, and the carbon monoxide concentration can also be reduced. Therefore, the processing load of carbon monoxide and hydrogen can be reduced.

好ましくは、燃料電池セルは、ガス供給口を有する第２ガス流路をさらに備える。第１ガス流路は、燃料電池セルの第１端部から第２端部に向かって延びる。ガス排出口は、燃料電池セルの第２端部において開口する。第２ガス流路は、燃料電池セルの第１端部において、第１ガス流路と連通する。 Preferably, the fuel cell further comprises a second gas flow path having a gas supply port. The first gas flow path extends from the first end to the second end of the fuel cell. The gas outlet opens at the second end of the fuel cell. The second gas flow path communicates with the first gas flow path at the first end of the fuel cell.

好ましくは、水素透過膜は、電子伝導性を有する。 Preferably, the hydrogen permeable membrane has electron conductivity.

好ましくは、水素透過膜は、ＢａＺｒＯ３を含む。 Preferably, the hydrogen permeable membrane comprises BaZrO 3 .

好ましくは、発電素子部は、複数の発電素子部を有する。複数の発電素子部は、ガス流路が延びる方向に沿って配列される。水素透過膜は、複数の発電素子部のうち、最もガス排出口側に配置される端部発電素子部とガス排出口との間に配置される。 Preferably, the power generation element unit has a plurality of power generation element units. The plurality of power generation element units are arranged along the direction in which the gas flow path extends. The hydrogen permeable membrane is arranged between the end power generation element portion arranged closest to the gas discharge port side and the gas discharge port among the plurality of power generation element portions.

好ましくは、水素透過膜は、発電素子部と電気的に隔離される。 Preferably, the hydrogen permeable membrane is electrically isolated from the power generation element portion.

好ましくは、支持基板は、主面上に凹部を有している。支持基板の凹部は、底面から開口面に向かって広がる形状である。水素透過膜は、凹部内に配置される。 Preferably, the support substrate has a recess on the main surface. The concave portion of the support substrate has a shape that extends from the bottom surface toward the opening surface. The hydrogen permeable membrane is arranged in the recess.

本発明の第２側面に係るセルスタック装置は、上記いずれかの燃料電池セルと、燃料電池セルにガスを供給するマニホールドと、を備える。 The cell stack device according to the second aspect of the present invention includes any of the above fuel cell cells and a manifold for supplying gas to the fuel cell.

本発明の第３側面に係るセルスタック装置は、燃料電池セルと、ガス供給室及びガス回収室を有するマニホールドと、を備える。燃料電池セルは、多孔質の支持基板と、第１ガス流路と、第２ガス流路と、発電素子部と、水素透過膜とを備える。第１ガス流路は、支持基板内を延びる。第１ガス流路は、ガス排出口を有する。発電素子部は、支持基板に支持される。水素透過膜は、発電素子部とガス排出口との間において支持基板に支持される。水素透過膜は、支持基板の外部と第１ガス流路との間に介在する。水素透過膜は、水素を透過させる。第２ガス流路は、ガス供給口を有する。第１ガス流路は、燃料電池セルの第１端部から第２端部に向かって延びる。ガス排出口は、燃料電池セルの第２端部において開口する。第２ガス流路は、燃料電池セルの第１端部において、第１ガス流路と連通する。第１ガス流路は、ガス回収室と連通する。第２ガス流路は、ガス供給室と連通する。 The cell stack device according to the third aspect of the present invention includes a fuel cell and a manifold having a gas supply chamber and a gas recovery chamber. The fuel cell includes a porous support substrate, a first gas flow path, a second gas flow path, a power generation element portion, and a hydrogen permeable membrane. The first gas flow path extends in the support substrate. The first gas flow path has a gas outlet. The power generation element portion is supported by a support substrate. The hydrogen permeable membrane is supported by a support substrate between the power generation element portion and the gas discharge port. The hydrogen permeable membrane is interposed between the outside of the support substrate and the first gas flow path. The hydrogen permeable membrane allows hydrogen to permeate. The second gas flow path has a gas supply port. The first gas flow path extends from the first end to the second end of the fuel cell. The gas outlet opens at the second end of the fuel cell. The second gas flow path communicates with the first gas flow path at the first end of the fuel cell. The first gas flow path communicates with the gas recovery chamber. The second gas flow path communicates with the gas supply chamber.

本発明によれば、オフガス中の水素濃度を低下させることができる。 According to the present invention, the hydrogen concentration in the off-gas can be reduced.

セルスタック装置の斜視図。Perspective view of the cell stack device. マニホールドの断面図。Sectional view of the manifold. マニホールドの上面図。Top view of the manifold. セルスタック装置の断面図。Sectional drawing of the cell stack device. 燃料電池セルの斜視図。Perspective view of the fuel cell. 燃料電池セルの断面図。Sectional view of the fuel cell. 第２端部における燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel cell at the 2nd end. 第２端部における燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel cell at the 2nd end. 第１端部における燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel cell at the 1st end. 変形例に係る燃料電池セルの断面図。Sectional drawing of the fuel cell which concerns on a modification. 変形例に係るセルスタック装置の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a cell stack device according to a modified example. 変形例に係るセルスタック装置の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a cell stack device according to a modified example. 変形例に係る燃料電池セルの第２端部の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of a second end portion of a fuel cell according to a modified example.

以下、本発明に係る燃料電池セル及びセルスタック装置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。図１はセルスタック装置を示す斜視図、図２はマニホールドの断面図である。なお、図１及び図２において、いくつかの燃料電池セルの記載を省略している。 Hereinafter, embodiments of the fuel cell and cell stack device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) will be used as an example of the fuel cell. FIG. 1 is a perspective view showing a cell stack device, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a manifold. Note that some fuel cell cells are omitted in FIGS. 1 and 2.

［セルスタック装置］
図１に示すように、セルスタック装置１００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。 [Cell stack device]
As shown in FIG. 1, the cell stack device 100 includes a manifold 2 and a plurality of fuel cell cells 10.

［マニホールド］
図１及び図２に示すように、マニホールド２は、各燃料電池セル１０の第２端部１０２を支持している。マニホールド２は、複数の燃料電池セル１０のそれぞれにガスを分配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２１ｂとガス回収室２１ａとを有している。ガス供給室２１ｂには、改質器などを介して燃料ガス供給源から燃料ガスが供給される。ガス回収室２１ａは、各燃料電池セル１０から排出された燃料ガス（オフガス）を回収する。 [Manifold]
As shown in FIGS. 1 and 2, the manifold 2 supports the second end 102 of each fuel cell 10. The manifold 2 is configured to distribute gas to each of the plurality of fuel cell 10. Further, the manifold 2 is configured to recover the gas discharged from the fuel cell 10. The manifold 2 has a gas supply chamber 21b and a gas recovery chamber 21a. Fuel gas is supplied to the gas supply chamber 21b from a fuel gas supply source via a reformer or the like. The gas recovery chamber 21a recovers the fuel gas (off gas) discharged from each fuel cell 10.

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 main body 23 and a partition plate 24. The manifold main 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の天板部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の長手方向（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２１ｂ及びガス回収室２１ａと連通している。なお、各貫通孔２３２は、ガス供給室２１ｂと連通する部分とガス回収室２１ａ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 top plate portion 231 of the manifold main body portion 23. The through holes 232 are arranged at intervals in the longitudinal direction (z-axis direction) of the manifold main body 23. Each through hole 232 extends in the width direction (y-axis direction) of the manifold main body 23. Each through hole 232 communicates with the gas supply chamber 21b and the gas recovery chamber 21a. Each through hole 232 may be divided into a portion communicating with the gas supply chamber 21b and a portion communicating with the gas recovery chamber 21a.

仕切板２４は、マニホールド本体部２３の空間をガス供給室２１ｂとガス回収室２１ａ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の長手方向に延びている。 The partition plate 24 partitions the space of the manifold main body 23 into a gas supply chamber 21b and a gas recovery chamber 21a. 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.

図２に示すように、ガス供給室２１ｂの底面には、ガス供給孔２１１が形成されている。また、ガス回収室２１ａの底面には、ガス排出孔２２１が形成されている。ガス供給孔２１１は、例えば、燃料電池セル１０の配列方向（ｚ軸方向）において、マニホールド２の中心Ｃよりも一方側に配置されている。一方、ガス排出孔２２１は、例えば、燃料電池セル１０の配列方向（ｚ軸方向）において、マニホールド２の中心Ｃよりも他方側に配置されている。すなわち、ガス供給孔２１１とガス排出孔２２１は、燃料電池セル１０の配列方向において、マニホールド２の中心Ｃを基準に、互いに反対側に配置されている。 As shown in FIG. 2, a gas supply hole 211 is formed on the bottom surface of the gas supply chamber 21b. Further, a gas discharge hole 221 is formed on the bottom surface of the gas recovery chamber 21a. The gas supply hole 211 is arranged on one side of the center C of the manifold 2 in, for example, the arrangement direction (z-axis direction) of the fuel cell 10. On the other hand, the gas discharge hole 221 is arranged on the other side of the center C of the manifold 2 in, for example, the arrangement direction (z-axis direction) of the fuel cell 10. That is, the gas supply hole 211 and the gas discharge hole 221 are arranged on opposite sides of each other with respect to the center C of the manifold 2 in the arrangement direction of the fuel cell 10.

［燃料電池セル］
図４は、セルスタック装置の断面図を示している。図４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。燃料電池セル１０は、第１端部１０１及び第２端部１０２を有している。燃料電池セル１０は、第２端部１０２がマニホールド２に取り付けられている。このように、燃料電池セル１０の第２端部１０２は、マニホールド２側の端部であり、第１端部１０１は、マニホールド２から離れた側の端部である。本実施形態では、燃料電池セル１０の第２端部１０２は燃料電池セル１０の下端部であり、燃料電池セル１０の第１端部１０１は燃料電池セル１０の上端部である。 [Fuel cell]
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the cell stack device. As shown in FIG. 4, the fuel cell 10 extends upward from the manifold 2. The fuel cell 10 has a first end 101 and a second end 102. The fuel cell 10 has a second end 102 attached to the manifold 2. As described above, the second end 102 of the fuel cell 10 is the end on the manifold 2 side, and the first end 101 is the end on the side away from the manifold 2. In the present embodiment, the second end 102 of the fuel cell 10 is the lower end of the fuel cell 10, and the first end 101 of the fuel cell 10 is the upper end of the fuel cell 10.

燃料電池セル１０の第２端部１０２は、接合材などによってマニホールド２の天板部２３１に取り付けられる。詳細には、燃料電池セル１０の第２端部１０２は、天板部２３１に形成された貫通孔２３２に挿入されている。なお、燃料電池セル１０の第２端部１０２は、貫通孔２３２に挿入されていなくてもよい。すなわち、燃料電池セル１０の第２端面１０４によって貫通孔２３２を覆うように、燃料電池セル１０が天板部２３１上に載置されていてもよい。 The second end 102 of the fuel cell 10 is attached to the top plate 231 of the manifold 2 by a joining material or the like. Specifically, the second end 102 of the fuel cell 10 is inserted into the through hole 232 formed in the top plate 231. The second end 102 of the fuel cell 10 may not be inserted into the through hole 232. That is, the fuel cell 10 may be placed on the top plate portion 231 so that the through hole 232 is covered by the second end surface 104 of the fuel cell 10.

図１に示すように、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の長手方向（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の長手方向に沿っている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell 10s are arranged so that their main surfaces face each other. Further, the fuel cell 10s are arranged at intervals along the longitudinal direction (z-axis direction) of the manifold 2. That is, the arrangement direction of the fuel cell 10 is along the longitudinal 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、複数の第１ガス流路４１ａと、複数の第２ガス流路４１ｂと、複数の発電素子部５と、水素透過膜１３と、を有している。また、燃料電池セル１０は、連通部材３をさらに有している。 As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell 10 includes a support substrate 4, a plurality of first gas flow paths 41a, a plurality of second gas flow paths 41b, a plurality of power generation element portions 5, and hydrogen. It has a permeable membrane 13. Further, the fuel cell 10 further includes a communication member 3.

［支持基板、第１及び第２ガス流路］
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、板状である。詳細には、支持基板４は、正面視（ｚ軸方向視）が長方形状である。支持基板４は、長手方向（ｘ軸方向）と幅方向（ｙ軸方向）とを有している。なお、支持基板４は、長手方向の寸法が幅方向の寸法よりも長い。本実施形態では、図４の上下方向（ｘ軸方向）が支持基板４の長手方向であり、図４の左右方向が（ｙ軸方向）が支持基板４の幅方向である。 [Support substrate, first and second gas flow paths]
The support substrate 4 extends upward from the manifold 2. The support substrate 4 has a plate shape. Specifically, the support substrate 4 has a rectangular shape when viewed from the front (viewed in the z-axis direction). The support substrate 4 has a longitudinal direction (x-axis direction) and a width direction (y-axis direction). The support substrate 4 has a length in the longitudinal direction longer than a dimension in the width direction. In the present embodiment, the vertical direction (x-axis direction) of FIG. 4 is the longitudinal direction of the support substrate 4, and the horizontal direction (y-axis direction) of FIG. 4 is the width direction of the support substrate 4.

複数の第１ガス流路４１ａ及び複数の第２ガス流路４１ｂは、支持基板４内を延びている。詳細には、第１ガス流路４１ａは、支持基板４内を燃料電池セル１０の第１端部１０１から第２端部１０２に向かって延びている。また、第２ガス流路４１ｂは、支持基板４内を燃料電池セル１０の第２端部１０２から第１端部１０１に向かって延びている。第１及び第２ガス流路４１ａ、４１ｂは、支持基板４の長手方向に延びている。第１及び第２ガス流路４１ａ、４１ｂは、支持基板４を貫通している。 The plurality of first gas flow paths 41a and the plurality of second gas flow paths 41b extend in the support substrate 4. Specifically, the first gas flow path 41a extends in the support substrate 4 from the first end 101 to the second end 102 of the fuel cell 10. Further, the second gas flow path 41b extends in the support substrate 4 from the second end 102 of the fuel cell 10 toward the first end 101. The first and second gas flow paths 41a and 41b extend in the longitudinal direction of the support substrate 4. The first and second gas flow paths 41a and 41b penetrate the support substrate 4.

各第１ガス流路４１ａは、支持基板４の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。また、各第２ガス流路４１ｂも、支持基板４の幅方向において互いに間隔をあけて配置されている。なお、第１ガス流路４１ａと第２ガス流路４１ｂとの間隔は、第１ガス流路４１ａ同士の間隔よりも大きく、第２ガス流路４１ｂ同士の間隔よりも大きいことが好ましい。 The first gas flow paths 41a are arranged so as to be spaced apart from each other in the width direction of the support substrate 4. Further, the second gas flow paths 41b are also arranged at intervals from each other in the width direction of the support substrate 4. The distance between the first gas flow path 41a and the second gas flow path 41b is preferably larger than the distance between the first gas flow paths 41a and larger than the distance between the second gas flow paths 41b.

第１ガス流路４１ａは、ガス排出口４１１ａを有している。ガス排出口４１１ａは、燃料電池セル１０の第２端部１０２において開口している。詳細には、ガス排出口４１１ａは、燃料電池セル１０の第２端面１０４において開口している。なお、燃料電池セル１０の第２端面１０４は、第２端部１０２側の端面である。この第２端面１０４は、マニホールド２側を向いている。 The first gas flow path 41a has a gas discharge port 411a. The gas discharge port 411a is opened at the second end 102 of the fuel cell 10. Specifically, the gas discharge port 411a is open at the second end surface 104 of the fuel cell 10. The second end surface 104 of the fuel cell 10 is an end surface on the second end 102 side. The second end surface 104 faces the manifold 2 side.

第１ガス流路４１ａのガス排出口４１１ａは、ガス回収室２１ａに開口している。すなわち、第１ガス流路４１ａは、ガス回収室２１ａと連通している。このガス排出口４１１ａから、オフガスが排出される。 The gas discharge port 411a of the first gas flow path 41a is open to the gas recovery chamber 21a. That is, the first gas flow path 41a communicates with the gas recovery chamber 21a. Off-gas is discharged from the gas discharge port 411a.

第２ガス流路４１ｂは、ガス供給口４１１ｂを有している。ガス供給口４１１ｂは、燃料電池セル１０の第２端部１０２において開口している。詳細には、ガス供給口４１１ｂは、燃料電池セル１０の第２端面１０４において開口している。 The second gas flow path 41b has a gas supply port 411b. The gas supply port 411b is open at the second end 102 of the fuel cell 10. Specifically, the gas supply port 411b is open at the second end surface 104 of the fuel cell 10.

第２ガス流路４１ｂのガス供給口４１１ｂは、ガス供給室２１ｂに開口している。すなわち、第２ガス流路４１ｂは、ガス供給室２１ｂと連通している。このガス供給口４１１ｂから、燃料ガスが供給される。 The gas supply port 411b of the second gas flow path 41b is open to the gas supply chamber 21b. That is, the second gas flow path 41b communicates with the gas supply chamber 21b. Fuel gas is supplied from the gas supply port 411b.

第１ガス流路４１ａと第２ガス流路４１ｂとは、燃料電池セル１０の第１端部１０１側において互いに連通している。詳細には、第１ガス流路４１ａと、第２ガス流路４１ｂとが、後述する連通部材３の連通流路３０を介して連通している。 The first gas flow path 41a and the second gas flow path 41b communicate with each other on the first end 101 side of the fuel cell 10. Specifically, the first gas flow path 41a and the second gas flow path 41b communicate with each other via the communication flow path 30 of the communication member 3 described later.

第１及び第２ガス流路４１ａ、４１ｂは、第１ガス流路４１ａ内におけるガスの圧力損失が第２ガス流路４１ｂ内におけるガスの圧力損失よりも大きくなるように構成されている。 The first and second gas flow paths 41a and 41b are configured so that the pressure loss of the gas in the first gas flow path 41a is larger than the pressure loss of the gas in the second gas flow path 41b.

例えば、各第１ガス流路４１ａの流路断面積は、各第２ガス流路４１ｂの流路断面積よりも小さくすることができる。なお、第１ガス流路４１ａの数と第２ガス流路４１ｂとの数とが異なる場合は、各第１ガス流路４１ａの流路断面積の合計値が、各第２ガス流路４１ｂの流路断面積の合計値よりも小さくすることができる。 For example, the flow path cross-sectional area of each first gas flow path 41a can be smaller than the flow path cross-sectional area of each second gas flow path 41b. When the number of the first gas flow paths 41a and the number of the second gas flow paths 41b are different, the total value of the flow path cross-sectional areas of the first gas flow paths 41a is the total value of the flow path cross-sectional areas of the second gas flow paths 41b. It can be made smaller than the total value of the cross-sectional areas of the flow paths of.

図５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１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. 5, 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 face each other in opposite directions. The first main surface 45 and the second main surface 46 support each power generation element portion 5. The first main surface 45 and the second main surface 46 face the thickness direction (z-axis direction) of the support substrate 4. Further, 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. 1, each support substrate 4 is arranged so that the first main surface 45 and the second main surface 46 face each other.

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。 The support substrate 4 is made of a porous material having no electron conductivity. The support substrate 4 is composed of, for example, CSZ (calcia-stabilized zirconia). Or, the supporting substrate 4, NiO may be constituted from (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), NiO is constructed from (nickel oxide) and Y 2 O 3 and (yttria) 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 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４１ａ及び第２ガス流路４１ｂ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９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 a dense layer 48. The dense layer 48 is configured to prevent the gas diffused into the support substrate 4 from being discharged to the outside from the first gas flow path 41a and the second gas flow path 41b. In the present embodiment, the dense layer 48 covers the first main surface 45, the second main surface 46, and each side surface 47 of the support substrate 4. In this embodiment, the dense layer 48 is composed of an electrolyte 7 and an interconnector 9, which will be described later. 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%.

図６に示すように、支持基板４は、複数の凹部４９と、複数の桟部５０とを有している。複数の凹部４９は、支持基板４の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。複数の凹部４９のそれぞれは、支持基板４の幅方向に延びている。なお、複数の凹部４９のそれぞれは、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）の両端部には形成されていない。 As shown in FIG. 6, the support substrate 4 has a plurality of recesses 49 and a plurality of crosspieces 50. The plurality of recesses 49 are arranged at intervals from each other in the longitudinal direction of the support substrate 4. Each of the plurality of recesses 49 extends in the width direction of the support substrate 4. It should be noted that each of the plurality of recesses 49 is not formed at both ends of the support substrate 4 in the width direction (y-axis direction).

桟部５０は、一対の凹部４９の間に配置される。すなわち、一対の凹部４９の間の部分が桟部５０となる。桟部５０は、支持基板４の幅方向に延びている。支持基板４の長手方向において、凹部４９と桟部５０とが交互に配置される。 The crosspiece 50 is arranged between the pair of recesses 49. That is, the portion between the pair of recesses 49 becomes the crosspiece 50. The crosspiece 50 extends in the width direction of the support substrate 4. In the longitudinal direction of the support substrate 4, the recesses 49 and the crosspieces 50 are alternately arranged.

［発電素子部］
図５に示すように、複数の発電素子部５は、支持基板４に支持されている。なお、本実施形態では、複数の発電素子部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、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のどちらか一方のみに支持されていてもよい。 [Power generation element]
As shown in FIG. 5, the plurality of power generation element portions 5 are supported by the support substrate 4. In this embodiment, the plurality of power generation element portions 5 are supported by the first main surface 45 and the second main surface 46 of the support substrate 4. The number of power generation element portions 5 formed on the first main surface 45 and the number of power generation element portions 5 formed on the second main surface 46 may be the same as or different from each other. Further, the power generation element portion 5 may be supported by only one of the first main surface 45 and the second main surface 46 of the support substrate 4.

複数の発電素子部５は、第１及び第２ガス流路４１ａ、４１ｂが延びる方向に沿って配列されている。詳細には、複数の発電素子部５は、支持基板４の長手方向に配列されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル１０は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。複数の発電素子部５は、インターコネクタ９によって、互いに直列に接続されている。 The plurality of power generation element units 5 are arranged along the direction in which the first and second gas flow paths 41a and 41b extend. Specifically, the plurality of power generation element portions 5 are arranged in the longitudinal direction of the support substrate 4. That is, the fuel cell 10 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe type fuel cell. The plurality of power generation element units 5 are connected in series with each other by an interconnector 9.

複数の発電素子部５のうち、最も第２端部１０２側に配置される発電素子部５を端部発電素子部５ａと称する。すなわち、端部発電素子部５ａは、複数の発電素子部５の中で、マニホールド２の最も近くに配置されている。 Of the plurality of power generation element portions 5, the power generation element portion 5 arranged on the second end 102 side is referred to as an end power generation element portion 5a. That is, the end power generation element portion 5a is arranged closest to the manifold 2 among the plurality of power generation element portions 5.

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の長手方向視（ｘ軸方向視）において、ガス供給室２１ｂとガス回収室２１ａ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 (y-axis direction) of the support substrate 4. The power generation element portion 5 is divided into a first portion 51 and a second portion 52 in the width direction of the support substrate 4. 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, the portion overlapping the boundary between the gas supply chamber 21b and the gas recovery chamber 21a in the longitudinal direction (x-axis direction view) of the support substrate 4 is first. It can be the boundary between the 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４１ａ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４１ｂ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４１ａのうち、一部の第１ガス流路４１ａ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４１ｂのうち、一部の第２ガス流路４１ｂが第２部分５２と重複していなくてもよい。 In the thickness direction view (z-axis direction view) of the support substrate 4, the first gas flow path 41a overlaps with the first portion 51 of the power generation element portion 5. Further, in the thickness direction view (z-axis direction view) of the support substrate 4, the second gas flow path 41b overlaps with the second portion 52 of the power generation element portion 5. Of the plurality of first gas flow paths 41a, a part of the first gas flow paths 41a may not overlap with the first portion 51. Similarly, of the plurality of second gas flow paths 41b, a part of the second gas flow path 41b may not overlap with the second portion 52.

図６は、第１ガス流路４１ａに沿って切断した燃料電池セル１０の断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view of the fuel cell 10 cut along the first gas flow path 41a.

図６に示すように、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。支持基板４側から、燃料極６、電解質７、空気極８の順で配置されている。発電素子部５は、反応防止膜１１をさらに有している。 As shown in FIG. 6, the power generation element portion 5 has a fuel electrode 6, an electrolyte 7, and an air electrode 8. From the support substrate 4 side, the fuel electrode 6, the electrolyte 7, and the air electrode 8 are arranged in this order. The power generation element unit 5 further has a reaction prevention film 11.

［燃料極］
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。燃料極６は、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。各燃料極６は、支持基板４上に配置されている。各燃料極６は、支持基板４の長手方向（ｘ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。 [Fuel pole]
The fuel electrode 6 is made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 6 is a fired body. The fuel electrode 6 has a fuel electrode current collecting unit 61 and a fuel electrode active unit 62. Each fuel pole 6 is arranged on the support substrate 4. The fuel poles 6 are arranged at intervals from each other in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 4.

［燃料極集電部］
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３主面６１１を有している。 [Fuel pole current collector]
The fuel electrode current collector 61 is arranged in the recess 49. The recess 49 is formed in the support substrate 4. Specifically, the fuel electrode current collector 61 is filled in the recess 49 and has an outer shape similar to that of the recess 49. Each fuel pole current collector 61 has a third main surface 611.

燃料極集電部６１の第３主面６１１は、支持基板４の第１主面４５と実質的に同一面上にある。すなわち、支持基板４の第１主面４５と、各燃料極集電部６１の第３主面６１１とによって、一つの面が構成されている。なお、第３主面６１１は、第１主面４５と完全に同一面上になくてもよい。例えば、第１主面４５と第３主面６１１との間に、２０μｍ以下程度の段差があってもよい。第３主面６１１は平坦面を構成している。 The third main surface 611 of the fuel electrode current collector 61 is substantially on the same surface as the first main surface 45 of the support substrate 4. That is, one surface is composed of the first main surface 45 of the support substrate 4 and the third main surface 611 of each fuel electrode current collector 61. The third main surface 611 does not have to be completely on the same surface as the first main surface 45. For example, there may be a step of about 20 μm or less between the first main surface 45 and the third main surface 611. The third main surface 611 constitutes a flat surface.

燃料極集電部６１は、電子伝導性を有する。燃料極集電部６１は、燃料極活性部６２よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。燃料極集電部６１は、酸化物イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。 The fuel electrode current collector 61 has electron conductivity. The fuel electrode current collecting unit 61 preferably has higher electron conductivity than the fuel electrode active unit 62. The fuel electrode current collector 61 may or may not have oxide ion conductivity.

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 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia). Alternatively, the anode current collecting section 61, NiO may be constituted from (nickel oxide) and Y 2 O 3 and (yttria), NiO is constructed from the (nickel oxide) and CSZ (calcia-stabilized zirconia) May be 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］
燃料極活性部６２は、燃料極集電部６１の第３主面６１１上に配置されている。このため、燃料極活性部６２は、凹部４９から突出している。すなわち、燃料極活性部６２は、燃料極集電部６１に埋設されていない。燃料極活性部６２の端縁は、第３主面６１１上において、燃料極集電部６１の端縁よりも内側に形成されている。詳細には、燃料極活性部６２は、燃料極集電部６１よりも平面視（ｚ軸方向視）の面積が小さい。そして、燃料極活性部６２は、第３主面６１１内に収まっている。 [Fuel pole active part]
The fuel electrode active section 62 is arranged on the third main surface 611 of the fuel electrode current collector section 61. Therefore, the fuel electrode active portion 62 protrudes from the recess 49. That is, the fuel electrode active section 62 is not embedded in the fuel electrode current collector section 61. The edge of the fuel electrode active portion 62 is formed on the third main surface 611 on the inner side of the edge of the fuel electrode current collector 61. Specifically, the fuel electrode active section 62 has a smaller area in plan view (z-axis direction view) than the fuel electrode current collector section 61. The fuel electrode active portion 62 is housed in the third main surface 611.

燃料極活性部６２は、酸化物イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。燃料極活性部６２は、燃料極集電部６１よりも酸化物イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、燃料極活性部６２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合は、燃料極集電部６１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。 The fuel electrode active portion 62 has oxide ion conductivity and electron conductivity. The fuel electrode active section 62 has a higher content of a substance having oxide ion conductivity than the fuel electrode current collector section 61. Specifically, the volume ratio of the substance having oxide ion conductivity to the total volume excluding the pore portion in the fuel electrode active portion 62 is the oxide with respect to the total product excluding the pore portion in the fuel electrode current collecting portion 61. It is larger than the volume ratio of the substance having ionic conductivity.

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 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia). Alternatively, the fuel electrode active portion 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］
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９から他のインターコネクタ９まで支持基板４の長手方向に延びている。すなわち、支持基板４の長手方向において、電解質７とインターコネクタ９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。 [Electrolytes]
The electrolyte 7 is arranged so as to cover the fuel electrode 6. Specifically, the electrolyte 7 extends from one interconnector 9 to the other interconnector 9 in the longitudinal direction of the support substrate 4. That is, the electrolyte 7 and the interconnector 9 are alternately arranged in the longitudinal direction of the support substrate 4. Further, 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 ionic conductivity and not electron conductivity. The electrolyte 7 may be composed of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia). Alternatively, it may be composed of LSGM (lantern gallate). The thickness of the electrolyte 7 is, for example, about 3 to 50 μm.

［反応防止膜］
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、厚さ方向視において、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と空気極活性部８１内のＳｒとが反応して電解質７と空気極活性部８１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。 [Anti-reaction membrane]
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 the thickness direction. The reaction prevention film 11 is arranged at a position corresponding to the fuel electrode active portion 62 via the electrolyte 7. In the reaction prevention film 11, a phenomenon occurs in which YSZ in the electrolyte 7 reacts with Sr in the air electrode active portion 81 to form a reaction layer having a large electrical resistance at the interface between the electrolyte 7 and the air electrode active portion 81. It is provided to suppress. The anti-reaction membrane 11 may be composed 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］
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。空気極８は、焼成体である。空気極８は、燃料極６と協働して電解質７を挟むように配置されている。空気極８は、空気極活性部８１及び空気極集電部８２を有している。 [Air pole]
The air electrode 8 is made of a porous material having electron conductivity. The air electrode 8 is a fired body. The air pole 8 is arranged so as to sandwich the electrolyte 7 in cooperation with the fuel pole 6. The air pole 8 has an air pole active portion 81 and an air pole current collector 82.

［空気極活性部］
空気極活性部８１は、反応防止膜１１上に配置されている。空気極活性部８１は、酸化物イオン伝導性を有するとともに、電子伝導性を有する。空気極活性部８１は、空気極集電部８２よりも酸化物イオン伝導性を有する物質の含有率が大きい。詳細には、空気極活性部８１における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合は、空気極集電部８２における、気孔部分を除いた全体積に対する酸化物イオン伝導性を有する物質の体積割合よりも大きい。 [Air pole active part]
The air electrode active portion 81 is arranged on the reaction prevention film 11. The air electrode active portion 81 has oxide ion conductivity and electron conductivity. The air electrode active unit 81 has a higher content of a substance having oxide ion conductivity than the air electrode current collector 82. Specifically, the volume ratio of the substance having oxide ion conductivity to the total volume excluding the pores in the air electrode active portion 81 is the oxide with respect to the total volume excluding the pores in the air electrode current collector 82. It is larger than the volume ratio of the substance having ionic conductivity.

空気極活性部８１は、多孔質の材料から構成される。空気極活性部８１は焼成体である。空気極活性部８１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、空気極活性部８１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。空気極活性部８１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。 The air electrode active part 81 is made of a porous material. The air electrode active part 81 is a fired body. The air electrode active portion 81 may be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, from LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanterntium strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lantern nickel ferrite), LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanternstrontium cobaltite), etc. It may be configured. Further, the air electrode active portion 81 may be composed of two layers, a first layer (inner layer) composed of LSCF and a second layer (outer layer) composed of LSC. The thickness of the air electrode active portion 81 is, for example, 10 to 100 μm.

［空気極集電部］
空気極集電部８２は、空気極活性部８１上に配置されている。空気極集電部８２は、空気極活性部８１から、隣の発電素子部５に向かって延びている。空気極集電部８２は、インターコネクタ９を介して隣の発電素子部５の燃料極集電部６１と電気的に接続されている。なお、燃料極集電部６１と空気極集電部８２とは、支持基板４の長手方向（ｘ軸方向）において、発電領域から互いに反対側に延びている。なお、発電領域とは、燃料電池セル１０の厚さ方向視（ｚ軸方向視）において、燃料極活性部６２と電解質７と空気極活性部８１とが重複する領域である。 [Air pole current collector]
The air electrode current collecting unit 82 is arranged on the air electrode active unit 81. The air electrode current collecting unit 82 extends from the air electrode active unit 81 toward the adjacent power generation element unit 5. The air electrode current collector 82 is electrically connected to the fuel electrode current collector 61 of the adjacent power generation element 5 via the interconnector 9. The fuel electrode current collector 61 and the air electrode current collector 82 extend from the power generation region to opposite sides in the longitudinal direction (x-axis direction) of the support substrate 4. The power generation region is a region where the fuel electrode active portion 62, the electrolyte 7, and the air electrode active portion 81 overlap in the thickness direction view (z-axis direction view) of the fuel cell 10.

空気極集電部８２は、電子伝導性を有する多孔質材料から構成される。空気極集電部８２は、焼成体である。空気極集電部８２は、空気極活性部８１よりも高い電子伝導性を有していることが好ましい。空気極集電部８２は、酸化物イオン伝導性を有していてもよいし、有していなくてもよい。 The air electrode current collector 82 is made of a porous material having electron conductivity. The air electrode current collector 82 is a fired body. The air electrode current collecting unit 82 preferably has higher electron conductivity than the air electrode active unit 81. The air electrode current collector 82 may or may not have oxide ion conductivity.

空気極集電部８２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、空気極集電部８２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、空気極集電部８２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。なお、空気極集電部８２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。 The air electrode current collector 82 may be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite). Alternatively, the air electrode current collector 82 may be composed of LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite). Alternatively, the air electrode current collector 82 may be composed of Ag (silver) and Ag—Pd (silver-palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 82 is, for example, about 50 to 500 μm.

［インターコネクタ］
インターコネクタ９は、支持基板４の長手方向において隣り合う発電素子部５同士を電気的に接続するように構成されている。インターコネクタ９は、隣り合う発電素子部５の一方の発電素子部５の燃料極６と、他方の発電素子部５の空気極８とを電気的に接続している。詳細には、インターコネクタ９は、一方の発電素子部５の燃料極集電部６１と、他方の発電素子部５の空気極集電部８２とを電気的に接続している。 [Interconnector]
The interconnector 9 is configured to electrically connect the power generation element portions 5 adjacent to each other in the longitudinal direction of the support substrate 4. The interconnector 9 electrically connects the fuel pole 6 of one power generation element 5 of the adjacent power generation element 5 and the air pole 8 of the other power generation element 5. Specifically, the interconnector 9 electrically connects the fuel electrode current collector 61 of one power generation element 5 and the air electrode current collector 82 of the other power generation element 5.

このように、各発電素子部５は、インターコネクタ９によって、第１及び第２主面４５、４６のそれぞれにおいて燃料電池セル１０の第１端部１０１から第２端部１０２まで直列に接続されている。 In this way, each power generation element portion 5 is connected in series from the first end portion 101 to the second end portion 102 of the fuel cell 10 on each of the first and second main surfaces 45 and 46 by the interconnector 9. ing.

インターコネクタ９は、燃料極集電部６１の第３主面６１１上に配置されている。インターコネクタ９は、支持基板４の長手方向において、燃料極活性部６２と間隔をあけて配置されている。 The interconnector 9 is arranged on the third main surface 611 of the fuel electrode current collector 61. The interconnector 9 is arranged at a distance from the fuel electrode active portion 62 in the longitudinal direction of the support substrate 4.

インターコネクタ９は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される。インターコネクタ９は、焼成体である。インターコネクタ９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９の気孔率は、０〜７％程度である。インターコネクタ９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９の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。 The interconnector 9 is made of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 9 is a fired body. The interconnector 9 is denser than the support substrate 4. For example, the porosity of the interconnector 9 is about 0 to 7%. The interconnector 9 may 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 9 is, for example, 10 to 100 μm.

図７に示すように、各燃料電池セル１０において最も第２端部１０２側に配置されたインターコネクタ９は、第１主面４５に配置される発電素子部５と、第２主面４６に配置される発電素子部５とを電気的に接続している。 As shown in FIG. 7, the interconnector 9 arranged on the second end 102 side of each fuel cell 10 is on the power generation element portion 5 arranged on the first main surface 45 and the second main surface 46. It is electrically connected to the power generation element portion 5 to be arranged.

第２主面４６において最も第２端部１０２側に配置された端部発電素子部５ａの空気極集電部８２は、第２主面４６から側面４７を介して第１主面４５まで延びている。すなわち、この最も第２端部側に配置された端部発電素子部５ａの空気極集電部８２は、環状に延びている。そして、第１主面４５において最も第２端部１０２側に配置されたインターコネクタ９は、第２主面４６から第１主面４５まで延びる空気極集電部８２と、第１主面４５において最も第２端部１０２側に配置された端部発電素子部５の燃料極集電部６１と、を電気的に接続している。 The air pole current collecting portion 82 of the end power generation element portion 5a arranged on the second end portion 102 side of the second main surface 46 extends from the second main surface 46 to the first main surface 45 via the side surface 47. ing. That is, the air electrode current collecting portion 82 of the end power generation element portion 5a arranged on the secondmost end side extends in an annular shape. The interconnector 9 arranged on the second end 102 side of the first main surface 45 has an air electrode current collector 82 extending from the second main surface 46 to the first main surface 45 and the first main surface 45. In the above, the fuel electrode current collecting unit 61 of the end power generation element unit 5 arranged on the second end 102 side is electrically connected.

このように、第１主面４５において直列接続された複数の発電素子部５と、第２主面４６において直列接続された複数の発電素子部５とは、インターコネクタ９によって、燃料電池セル１０の第２端部１０２において直列接続されている。 As described above, the plurality of power generation element units 5 connected in series on the first main surface 45 and the plurality of power generation element units 5 connected in series on the second main surface 46 are connected to the fuel cell 10 by the interconnector 9. Is connected in series at the second end 102 of the above.

［水素透過膜］
図４に示すように、水素透過膜１３は、端部発電素子部５ａとガス排出口４１１ａとの間に配置されている。すなわち、水素透過膜１３は、端部発電素子部５ａよりも第２端部１０２側に配置されている。水素透過膜１３は、支持基板４に支持されている。 [Hydrogen permeable membrane]
As shown in FIG. 4, the hydrogen permeable membrane 13 is arranged between the end power generation element portion 5a and the gas discharge port 411a. That is, the hydrogen permeable membrane 13 is arranged closer to the second end 102 than the end power generation element 5a. The hydrogen permeable membrane 13 is supported by the support substrate 4.

図４及び図７に示すように、水素透過膜１３は、支持基板４の外部と第１ガス流路４１ａとの間に介在している。なお、図４及び図８に示すように、水素透過膜１３は、支持基板の外部と第２ガス流路４１ｂとの間には介在していない。 As shown in FIGS. 4 and 7, the hydrogen permeable membrane 13 is interposed between the outside of the support substrate 4 and the first gas flow path 41a. As shown in FIGS. 4 and 8, the hydrogen permeable membrane 13 is not interposed between the outside of the support substrate and the second gas flow path 41b.

図４に示すように、水素透過膜１３は、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。燃料電池セル１０の正面視（ｚ軸方向視）において、水素透過膜１３は、各第１ガス流路４１ａと重複している。一方、燃料電池セル１０の正面視（ｚ軸方向視）において、水素透過膜１３は、各第２ガス流路４１ｂとは重複していない。すなわち、水素透過膜１３は、各第１ガス流路４１ａが形成される領域内において、支持基板４の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。そして、水素透過膜１３は、各第２ガス流路４１ｂが形成される領域内には配置されていない。 As shown in FIG. 4, the hydrogen permeable membrane 13 extends in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4. In the front view (z-axis direction view) of the fuel cell 10, the hydrogen permeable membrane 13 overlaps with each of the first gas flow paths 41a. On the other hand, in the front view (z-axis direction view) of the fuel cell 10, the hydrogen permeable membrane 13 does not overlap with each of the second gas flow paths 41b. That is, the hydrogen permeation membrane 13 extends in the width direction (y-axis direction) of the support substrate 4 in the region where each first gas flow path 41a is formed. The hydrogen permeation membrane 13 is not arranged in the region where each second gas flow path 41b is formed.

図７に示すように、支持基板４は、端部発電素子部５ａよりも第２端部１０２側であり且つ水素透過膜１３が形成されていない領域において、電子伝導性を有さない端部緻密膜１４によって覆われている。水素透過膜１３は、端部緻密膜１４から露出している。水素透過膜１３は、酸化剤ガスが供給される空間内に露出されている。 As shown in FIG. 7, the support substrate 4 has an end portion having no electron conductivity in a region on the second end portion 102 side of the end power generation element portion 5a and on which the hydrogen permeable film 13 is not formed. It is covered with a dense film 14. The hydrogen permeable membrane 13 is exposed from the end dense membrane 14. The hydrogen permeable membrane 13 is exposed in the space to which the oxidant gas is supplied.

端部緻密膜１４は、緻密性を有する。詳細には、端部緻密膜１４は、支持基板４よりも緻密である。例えば、端部緻密膜１４の気孔率は、０〜７％程度である。端部緻密膜１４は、第１及び第２ガス流路４１ａ、４１ｂ内を流れる燃料ガスを透過させない。端部緻密膜１４は、例えば、上述した電解質７によって構成することができる。 The end dense film 14 has denseness. Specifically, the end-dense film 14 is denser than the support substrate 4. For example, the porosity of the end-dense film 14 is about 0 to 7%. The end-dense film 14 does not allow the fuel gas flowing in the first and second gas flow paths 41a and 41b to permeate. The end-dense film 14 can be composed of, for example, the above-mentioned electrolyte 7.

端部緻密膜１４は、水素透過膜１３の外周縁部と重複するように配置されている。すなわち、水素透過膜１３は、外周縁部を除いて、端部緻密膜１４から露出している。水素透過膜１３は、端部発電素子部５ａと電気的に隔離されている。 The end-dense film 14 is arranged so as to overlap the outer peripheral edge of the hydrogen-permeable membrane 13. That is, the hydrogen permeable membrane 13 is exposed from the end-dense membrane 14 except for the outer peripheral edge portion. The hydrogen permeable membrane 13 is electrically isolated from the end power generation element portion 5a.

水素透過膜１３は、支持基板４の第１主面４５上に形成されている。なお、水素透過膜１３は、第２主面４６上に形成されていてもよい。水素透過膜１３は、例えば、支持基板４の第１主面４５に形成された凹部４５１内に形成されている。 The hydrogen permeable membrane 13 is formed on the first main surface 45 of the support substrate 4. The hydrogen permeable membrane 13 may be formed on the second main surface 46. The hydrogen permeable membrane 13 is formed in, for example, a recess 451 formed in the first main surface 45 of the support substrate 4.

水素透過膜１３は、緻密性を有する。詳細には、水素透過膜１３は、支持基板４よりも緻密である。例えば、水素透過膜１３の気孔率は、０〜７％程度である。水素透過膜１３は、第１ガス流路４１ａ内を流れる燃料ガスを透過させない。 The hydrogen permeable membrane 13 has a dense property. Specifically, the hydrogen permeable membrane 13 is denser than the support substrate 4. For example, the porosity of the hydrogen permeable membrane 13 is about 0 to 7%. The hydrogen permeable membrane 13 does not allow the fuel gas flowing in the first gas flow path 41a to permeate.

水素透過膜１３は、水素を透過させる。詳細には、水素透過膜１３は、プロトンを透過させる。また、水素透過膜１３は、電子伝導性を有することが好ましい。すなわち、水素透過膜１３は、プロトン・電子混合導電性を有する。具体的には、水素透過膜１３は、水素分離膜を用いることができる。 The hydrogen permeable membrane 13 allows hydrogen to permeate. Specifically, the hydrogen permeable membrane 13 allows protons to permeate. Further, the hydrogen permeable membrane 13 preferably has electron conductivity. That is, the hydrogen permeable membrane 13 has proton / electron mixed conductivity. Specifically, as the hydrogen permeation membrane 13, a hydrogen separation membrane can be used.

水素透過膜１３は、例えば、ＢａＺｒＯ３を含む。水素透過膜１３は、ＢａＺｒＯ３を主成分として含んでいる。 The hydrogen permeable membrane 13 contains, for example, BaZrO 3 . The hydrogen permeable membrane 13 contains BaZrO 3 as a main component.

［連通部材］
図４に示すように、連通部材３は、支持基板４の先端部に取り付けられている。なお、支持基板４の先端部とは、支持基板４の第１及び第２ガス流路４１ａ、４１ｂが延びる方向の端部のうち、マニホールド２から離れた側の端部である。そして、連通部材３は、第１ガス流路４１ａと第２ガス流路４１ｂ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４１ａと各第２ガス流路４１ｂとを連通する。連通流路３０は、各第１ガス流路４１ａから各第２ガス流路４１ｂまで延びる空間によって構成されている。 [Communication member]
As shown in FIG. 4, the communication member 3 is attached to the tip end portion of the support substrate 4. The tip of the support substrate 4 is an end of the support substrate 4 in the direction in which the first and second gas flow paths 41a and 41b extend, which is located on the side away from the manifold 2. The communication member 3 has a communication flow path 30 that communicates the first gas flow path 41a and the second gas flow path 41b. Specifically, the communication flow path 30 communicates with each of the first gas flow paths 41a and each of the second gas flow paths 41b. The communication flow path 30 is composed of a space extending from each first gas flow path 41a to each second gas flow path 41b.

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４１ａ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４１ａと複数の第２ガス流路４１ｂとが連通されている。 The communication member 3 is preferably joined to the support substrate 4. Further, it is preferable that the communication member 3 is integrally formed with the support substrate 4. The number of communication flow paths 30 is smaller than the number of first gas flow paths 41a. In the present embodiment, the plurality of first gas flow paths 41a and the plurality of second gas flow paths 41b are communicated with each other by only one communication flow path 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 communicating member 3 is, for example, porous. Further, the communicating member 3 has a dense layer 31 forming an outer surface thereof. The dense layer 31 is formed more densely than the main body of the communicating 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 communicating member 3, the material used for the electrolyte 7 described above, crystallized glass, or the like.

［集電部材］
図９に示すように、セルスタック装置１００は、集電部材１２をさらに有している。集電部材１２は、隣り合う燃料電池セル１０の間に配置されている。そして、集電部材１２は、隣り合う燃料電池セル１０を互いに電気的に接続している。複数の燃料電池セル１０は、集電部材１２を介して、互いに直列接続されている。 [Current collector]
As shown in FIG. 9, the cell stack device 100 further includes a current collecting member 12. The current collecting member 12 is arranged between the adjacent fuel cell 10. Then, the current collecting member 12 electrically connects the adjacent fuel cell 10s to each other. The plurality of fuel cell 10s are connected in series to each other via a current collector member 12.

集電部材１２は、隣り合う燃料電池セル１０の第１端部１０１同士を接合している。例えば、集電部材１２は、支持基板４の両主面に配置された複数の発電素子部５のうち、最も第１端部１０１側に配置された発電素子部５よりも第１端部１０１側に配置されている。集電部材１２は、隣り合う燃料電池セル１０の最も第１端部１０１側に配置された発電素子部５同士を電気的に接続している。 The current collecting member 12 joins the first end portions 101 of the adjacent fuel cell 10 to each other. For example, the current collecting member 12 has a first end 101 than the power generation element 5 arranged on the first end 101 side of the plurality of power generation element 5 arranged on both main surfaces of the support substrate 4. It is located on the side. The current collecting member 12 electrically connects the power generation element portions 5 arranged on the most first end 101 side of the adjacent fuel cell 10s.

集電部材１２は、導電性接合材１０３を介して、発電素子部５から延びる空気極集電部８２に接合される。導電性接合材１０３としては、周知の導電性セラミックス等を用いることができる。例えば、導電性接合材１０３は、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３などから選ばれる少なくとも１種によって構成することができる。 The current collecting member 12 is joined to the air electrode current collecting unit 82 extending from the power generation element unit 5 via the conductive bonding material 103. As the conductive bonding material 103, well-known conductive ceramics or the like can be used. For example, the conductive bonding material 103, (Mn, Co) 3 O 4, (La, Sr) MnO 3, and (La, Sr) (Co, Fe) be constituted by at least one selected from such O 3 Can be done.

［発電方法］
上述したように構成されたセルスタック装置１００では、水素を含む燃料ガスをマニホールド２のガス供給室２１ｂに供給するとともに、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 cell stack device 100 configured as described above, the fuel gas containing hydrogen is supplied to the gas supply chamber 21b of the manifold 2, and the fuel cell 10 is exposed to a gas containing oxygen such as air. Then, the chemical reaction represented by the following formula (1) occurs at the air electrode 8, the chemical reaction represented by the following formula (2) occurs at the fuel electrode 6, and an electric current flows.
(1/2) ・ O 2 + 2e − → O 2- … (1)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2e − … (2)

詳細には、ガス供給室２１ｂに供給された燃料ガスは、各燃料電池セル１０の第２ガス流路４１ｂ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２ガス流路４１ｂを出て連通部材３の連通流路３０を介して第１ガス流路４１ａへ供給される。そして、第１ガス流路４１ａ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。 Specifically, the fuel gas supplied to the gas supply chamber 21b flows in the second gas flow path 41b of each fuel cell 10, and is represented by the above equation (2) in the fuel electrode 6 of each power generation element portion 5. A chemical reaction takes place. The unreacted fuel gas at each fuel electrode 6 exits the second gas flow path 41b and is supplied to the first gas flow path 41a via the communication flow path 30 of the communication member 3. Then, the fuel gas supplied to the first gas flow path 41a undergoes the chemical reaction represented by the above equation (2) again at the fuel electrode 6.

端部発電素子部５ａよりも下流側、すなわち、端部発電素子部５ａとガス排出口４１１ａとの間において、第１ガス流路４１ａ内を流れる燃料ガス中の一部の水素が支持基板４の外部へと供給される。そのため、オフガス中の水素濃度を低下させることができる。また、この結果、オフガス中の一酸化炭素濃度を低下させることができる。 A part of hydrogen in the fuel gas flowing in the first gas flow path 41a is supported by the support substrate 4 on the downstream side of the end power generation element 5a, that is, between the end power generation element 5a and the gas discharge port 411a. It is supplied to the outside of. Therefore, the hydrogen concentration in the off-gas can be reduced. As a result, the carbon monoxide concentration in the off-gas can be reduced.

［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 example]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

変形例１
図１０に示すように、水素透過膜１３は、支持基板４の第１主面４５と第２主面４６との両方に形成されていてもよい。また、水素透過膜１３は、支持基板４の各側面４７に形成されていてもよい。この場合、水素透過膜１３は、支持基板４の周囲に沿って環状に形成されている。 Modification 1
As shown in FIG. 10, the hydrogen permeable membrane 13 may be formed on both the first main surface 45 and the second main surface 46 of the support substrate 4. Further, the hydrogen permeable membrane 13 may be formed on each side surface 47 of the support substrate 4. In this case, the hydrogen permeable membrane 13 is formed in an annular shape along the periphery of the support substrate 4.

変形例２
上記実施形態では、各燃料電池セル１０は、複数の発電素子部５を有していたが、各燃料電池セル１０は、１つの発電素子部５のみを有していてもよい。この場合、水素透過膜１３は、発電素子部５とガス排出口４１１ａとの間に配置される。 Modification 2
In the above embodiment, each fuel cell 10 has a plurality of power generation element units 5, but each fuel cell 10 may have only one power generation element unit 5. In this case, the hydrogen permeable membrane 13 is arranged between the power generation element portion 5 and the gas discharge port 411a.

変形例３
上記実施形態では、燃料電池セル１０は、第１ガス流路４１ａと第２ガス流路４１ｂとを有しているが、燃料電池セル１０の構成はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、燃料電池セル１０は、第２ガス流路４１ｂを有していなくてもよい。この場合、マニホールド２は、ガス回収室２１ａは有していない。また、燃料電池セル１０は、連通部材３を有していない。 Modification 3
In the above embodiment, the fuel cell 10 has a first gas flow path 41a and a second gas flow path 41b, but the configuration of the fuel cell 10 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, the fuel cell 10 does not have to have the second gas flow path 41b. In this case, the manifold 2 does not have the gas recovery chamber 21a. Further, the fuel cell 10 does not have a communication member 3.

マニホールド２は、燃料電池セル１０の第１端部１０１を支持している。そして、燃料電池セルの第２端部１０２は、マニホールド２と反対側に配置されている。第１ガス流路４１ａのガス排出口４１１ａは、マニホールド２と反対側に開口している。このため、本変形例において、マニホールド２を基準にした水素透過膜１３の位置は、上記実施形態と逆になっている。また、端部発電素子部５ａも、複数の発電素子部５の中で、マニホールド２から最も遠くに配置されている。 The manifold 2 supports the first end 101 of the fuel cell 10. The second end 102 of the fuel cell is arranged on the side opposite to the manifold 2. The gas discharge port 411a of the first gas flow path 41a is open on the side opposite to the manifold 2. Therefore, in this modification, the position of the hydrogen permeable membrane 13 with respect to the manifold 2 is opposite to that of the above embodiment. Further, the end power generation element portion 5a is also arranged farthest from the manifold 2 among the plurality of power generation element portions 5.

変形例４
上記実施形態では、第１ガス流路４１ａと第２ガス流路４１ｂ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１２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、セルスタック装置１００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４１ａと第２ガス流路４１ｂとが連通されている。 Modification 4
In the above embodiment, the first gas flow path 41a and the second gas flow path 41b are communicated with each other by the communication flow path 30 included in the communication member 3, but the configuration is not limited to this. For example, as shown in FIG. 12, the support substrate 4 may have a communication flow path 30 inside. In this case, the cell stack device 100 does not have to include the communication member 3. The first gas flow path 41a and the second gas flow path 41b are communicated with each other by the communication flow path 30 formed in the support substrate 4.

変形例５
上記実施形態では、端部緻密膜１４を電解質７によって構成しているが、この端部緻密膜１４は、これに限定されない。例えば、端部緻密膜１４は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む混合膜によって構成してもよい。また、端部緻密膜１４は、スピネル（例えば、Ａｌ−ＭｇＯスピネル）によって構成することもできる。 Modification 5
In the above embodiment, the end-dense film 14 is composed of the electrolyte 7, but the end-dense film 14 is not limited to this. For example, end dense film 14 may be constituted by mixed film containing magnesium oxide and yttrium oxide (Y 2 O 3) (MgO ). Further, the end dense film 14 can also be formed of a spinel (for example, Al-MgO spinel).

変形例６
上記実施形態では、水素透過膜１３は、ＢａＺｒＯ３によって構成されているが、これに限定されない。例えば、水素透過膜１３は、ゼオライト、またはパラジウム箔などによって構成してもよい。また、発電素子部５を構成する電解質７の少なくとも一部を水素透過膜１３にしてもよい。 Modification 6
In the above embodiment, the hydrogen permeable membrane 13 is composed of BaZrO 3 , but is not limited thereto. For example, the hydrogen permeable membrane 13 may be made of zeolite, palladium foil, or the like. Further, at least a part of the electrolyte 7 constituting the power generation element portion 5 may be a hydrogen permeable membrane 13.

変形例７
上記実施形態では、水素透過膜１３は、プロトンを透過させるように構成されているがこれに限定されない。例えば、水素透過膜１３は、水素分子を透過させるように構成されていてもよい。 Modification 7
In the above embodiment, the hydrogen permeable membrane 13 is configured to allow protons to permeate, but is not limited thereto. For example, the hydrogen permeable membrane 13 may be configured to allow hydrogen molecules to permeate.

変形例８
上記実施形態では、電解質７は、酸化物イオン伝導性を有していたが、プロトン伝導性を有していてもよい。具体的には、電解質７は、ＢａＺｒＯ３から構成されてもよい。この場合、空気極８において下記（３）式に示す化学反応が起こり、燃料極６において下記（４）式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（３）
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− …（４） Modification 8
In the above embodiment, the electrolyte 7 has oxide ion conductivity, but may have proton conductivity. Specifically, the electrolyte 7 may be composed of BaZrO 3. In this case, the chemical reaction represented by the following equation (3) occurs at the air electrode 8, the chemical reaction represented by the following equation (4) occurs at the fuel electrode 6, and an electric current flows.
O 2 + 4H + + 4e − → 2H 2 O… (3)
H 2 → 2H + + 2e − … (4)

変形例９
図１３に示すように、支持基板４の第１主面４５に形成された凹部４５１は、底面４５１ｂから開口面４５１ａに向かって広がる形状としてもよい。すなわち、開口面４５１ａは、底面４５１ｂよりも大きい面積を有する。凹部４５１の断面形状は、台形状である。 Modification 9
As shown in FIG. 13, the recess 451 formed on the first main surface 45 of the support substrate 4 may have a shape that extends from the bottom surface 451b toward the opening surface 451a. That is, the opening surface 451a has a larger area than the bottom surface 451b. The cross-sectional shape of the recess 451 is trapezoidal.

詳細には、凹部４５１は、開口面４５１ａ、底面４５１ｂ、及び側面４５１ｃによって画定されている。側面４５１ｃは、底面４５１ｂの外周縁から第１主面４５に向かって傾斜して延びている。開口面４５１ａと側面４５１ｃとがなす角度は、鋭角である。底面４５１ｂと側面４５１ｂとがなす角度は、鈍角である。開口面４５１ａは、側面４５１ｃの先端縁によって画定される。開口面４５１ａは、凹部４５１と外部との境界面である。 Specifically, the recess 451 is defined by an opening surface 451a, a bottom surface 451b, and a side surface 451c. The side surface 451c extends inclined from the outer peripheral edge of the bottom surface 451b toward the first main surface 45. The angle formed by the opening surface 451a and the side surface 451c is an acute angle. The angle formed by the bottom surface 451b and the side surface 451b is an obtuse angle. The opening surface 451a is defined by the tip edge of the side surface 451c. The opening surface 451a is a boundary surface between the recess 451 and the outside.

水素透過膜１３は、凹部４５１内に隙間なく配置されている。すなわち、水素透過膜１３は、凹部４５１と同様の形状になっている。
The hydrogen permeable membrane 13 is arranged in the recess 451 without a gap. That is, the hydrogen permeable membrane 13 has the same shape as the recess 451.

２ マニホールド
２１ａ ガス回収室
２１ｂ ガス供給室
４ 多孔質基材
４１ａ 第１ガス流路
４１１ａ ガス排出口
４１ｂ 第２ガス流路
４１１ｂ ガス供給口
５ 発電素子部
１０ 燃料電池セル
１３ 水素透過膜
１００ 燃料電池スタック
2 Manifold 21a Gas recovery chamber 21b Gas supply chamber 4 Porous base material 41a 1st gas flow path 411a Gas discharge port 41b 2nd gas flow path 411b Gas supply port 5 Power generation element 10 Fuel cell cell 13 Hydrogen permeable membrane 100 Fuel cell stack

Claims (9)

多孔質の支持基板と、
前記支持基板内を延び、ガス排出口を有する第１ガス流路と、
前記支持基板に支持される発電素子部と、
前記発電素子部と前記ガス排出口との間において前記支持基板に支持され、前記支持基板の外部と前記第１ガス流路との間に介在し、水素を透過させる水素透過膜と、
を備える、燃料電池セル。
Porous support substrate and
A first gas flow path extending in the support substrate and having a gas discharge port,
The power generation element part supported by the support substrate and
A hydrogen permeable membrane that is supported by the support substrate between the power generation element portion and the gas discharge port, is interposed between the outside of the support substrate and the first gas flow path, and allows hydrogen to permeate.
A fuel cell cell.
 ガス供給口を有する第２ガス流路をさらに備え、
前記第１ガス流路は、前記燃料電池セルの第１端部から第２端部に向かって延び、
前記ガス排出口は、前記燃料電池セルの第２端部において開口し、
前記第２ガス流路は、前記燃料電池セルの第１端部において、前記第１ガス流路と連通する、
請求項１に記載の燃料電池セル。
Further provided with a second gas flow path having a gas supply port,
The first gas flow path extends from the first end to the second end of the fuel cell.
The gas outlet is opened at the second end of the fuel cell.
The second gas flow path communicates with the first gas flow path at the first end of the fuel cell.
The fuel cell according to claim 1.
 前記水素透過膜は、電子伝導性を有する、
請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
The hydrogen permeable membrane has electron conductivity.
The fuel cell according to claim 1 or 2.
 前記水素透過膜は、ＢａＺｒＯ３を含む、
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池セル。
The hydrogen permeable membrane contains BaZrO 3 .
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
 前記発電素子部は、複数の発電素子部を有し、
前記複数の発電素子部は、前記ガス流路が延びる方向に沿って配列され、
前記水素透過膜は、前記複数の発電素子部のうち、最も前記ガス排出口側に配置される端部発電素子部と前記ガス排出口との間に配置される、
請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池セル。
The power generation element unit has a plurality of power generation element units, and has a plurality of power generation element units.
The plurality of power generation element portions are arranged along the direction in which the gas flow path extends.
The hydrogen permeable membrane is arranged between the end power generation element portion arranged closest to the gas discharge port side and the gas discharge port among the plurality of power generation element portions.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
 前記水素透過膜は、前記発電素子部と電気的に隔離される、
請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池セル。
The hydrogen permeable membrane is electrically isolated from the power generation element portion.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
 前記支持基板は、主面上に凹部を有しており、
前記支持基板の凹部は、底面から開口面に向かって広がる形状であり、
前記水素透過膜は、前記凹部内に配置される、
請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池セル。
The support substrate has a recess on the main surface, and the support substrate has a recess.
The recess of the support substrate has a shape that extends from the bottom surface toward the opening surface.
The hydrogen permeable membrane is arranged in the recess.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 6.
 請求項１から７のいずれかに記載された燃料電池セルと、
前記燃料電池セルにガスを供給するマニホールドと、
を備える、セルスタック装置。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 7.
A manifold that supplies gas to the fuel cell and
A cell stack device.
 請求項２に記載された燃料電池セルと、
ガス供給室及びガス回収室を有するマニホールドと、
を備え、
前記第１ガス流路は、前記ガス回収室と連通し、
前記第２ガス流路は、前記ガス供給室と連通する、
セルスタック装置。
The fuel cell according to claim 2 and
A manifold with a gas supply chamber and a gas recovery chamber,
With
The first gas flow path communicates with the gas recovery chamber and communicates with the gas recovery chamber.
The second gas flow path communicates with the gas supply chamber.
Cell stack device.
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