JP4641182B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池スタック、熱交換器及び改質器が筐体に収容される燃料電池システムに関する。

通常、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（単セル）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、単セルとセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。

上記の燃料電池において、カソード電極に酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう）が供給されると、前記カソード電極と電解質との界面でこの酸化剤ガス中の酸素がイオン化され、酸化物イオン（Ｏ^2-）が電解質を通ってアノード電極側に移動する。アノード電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）やＣＯが供給されているために、このアノード電極において、酸化物イオン及び水素（又はＣＯ）が反応して水（又はＣＯ₂）が生成される。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。

この種の燃料電池としては、例えば、小型で設置面積が小さく、且つ放熱ロスが少ない一体型燃料電池発電装置が特許文献１に開示されている。この特許文献１の燃料電池発電装置は、図１６に示すように、燃料予熱器１、改質器２、燃料電池３、触媒燃焼器４及びこれらを収納する圧力容器（図示せず）を備えている。

燃料電池３の上には、改質器２が同一位置に積層されるとともに、前記燃料電池３の周囲には、燃料予熱器１及び触媒燃焼器４が配設されている。そして、上下の締め付け板５ａ、５ｂ間に燃料電池３及び改質器２が挟持されるとともに、複数のコンロッド６を介して前記締め付け板５ａ、５ｂ間を圧縮することにより、前記燃料電池３及び前記改質器２に所定の面圧を付与して一体化している。

特開平１０−９２４５７号公報（図１）

上記の特許文献１では、流体部である燃料予熱器１と改質器２とは、燃料ガス配管７ａ及び改質ガス配管７ｂを介して接続されるとともに、前記燃料予熱器１と燃料電池３とは、改質ガス配管７ｃを介して接続されている。さらに、燃料電池３と各触媒燃焼器４とは、アノード排ガス配管７ｄ及びカソード排ガス配管７ｅを介して接続されるとともに、前記触媒燃焼器４と改質器２とは、燃焼ガス配管７ｆを介して接続されている。

このように、上記の特許文献１では、燃料ガス配管７ａを含む多数の配管が設けられているため、前記配管からの放熱によって熱効率が低下するという問題がある。しかも、燃料電池３と改質器２とを平行に配設しているものの、この燃料電池３の側部には、燃料予熱器１及び触媒燃焼器４が配設されている。これにより、燃料電池発電装置全体が大型化するという問題がある。

本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタック及び流体部を狭小なスペースに効率的に収容することができ、システム全体のコンパクト化を容易に図ることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックと、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料電池スタック、前記熱交換器及び前記改質器を収容する筐体とを備えるとともに、前記筐体内では、少なくとも前記熱交換器及び前記改質器を含む流体部が前記燃料電池スタックの一方の側に配置されている。

また、流体部は、燃料電池スタックの中心軸に対して軸対称に配設されることが好ましく、さらに、前記流体部は、熱交換器の内側に改質器を配設することが好ましい。

さらにまた、燃料電池スタックの他方の側には、燃料電池スタックの燃料ガス供給連通孔の近傍に対し積層方向に締め付け荷重を付与する荷重付与部が配設されることが好ましく、また、前記荷重付与部は、前記燃料電池スタックの中心軸に対して軸対称に配設されることが好ましい。さらに、前記荷重付与機構は、燃料ガス供給連通孔の近傍を押圧する押圧プレートを有してもよい。

本発明によれば、少なくとも熱交換器及び改質器を含む流体部が、燃料電池スタックの一方の側に配置されるため、前記熱交換器と前記改質器とを互いに近接させることができる。従って、筐体内の狭小なスペースに燃料電池スタック及び流路部をコンパクトに収容することができ、燃料電池システム全体のコンパクト化を図ることが可能になる。しかも、配管数及び配管長を有効に削減することができ、熱損失を低減して効率的な発電が遂行可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システム１０の一部断面説明図であり、図２は、前記燃料電池システム１０を構成する燃料電池１１が矢印Ａ方向に複数積層された燃料電池スタック１２の概略斜視説明図である。

燃料電池システム１０は、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池システム１０は、図１に示すように、燃料電池スタック１２と、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック１２に供給する前に加熱する熱交換器１４と、燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器１６と、前記燃料電池スタック１２、前記熱交換器１４及び前記改質器１６を収容する筐体１８とを備える。

筐体１８内では、燃料電池スタック１２の一方の側に、少なくとも熱交換器１４及び改質器１６を含む流体部１９が配置されるとともに、前記燃料電池スタック１２の他方の側に、燃料電池１１の積層方向（矢印Ａ方向）に締め付け荷重を付与する荷重付与機構２１が配設される。流体部１９及び荷重付与機構２１は、燃料電池スタック１２の中心軸に対して軸対称に配設される。

燃料電池１１は、固体電解質型燃料電池であり、この燃料電池１１は、図３及び図４に示すように、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質（電解質板）２０の両面に、カソード電極２２及びアノード電極２４が設けられた電解質・電極接合体２６を備える。電解質・電極接合体２６は、円板状に形成されるとともに、少なくとも内側周端部（セパレータ２８の中央側）には、酸化剤ガスの進入を阻止するためにバリアー層（図示せず）が設けられている。

燃料電池１１は、一対のセパレータ２８間に複数、例えば、８個の電解質・電極接合体２６を挟んで構成される。セパレータ２８間には、このセパレータ２８の中心部である燃料ガス供給連通孔３０と同心円上に８個の電解質・電極接合体２６が配列される。

セパレータ２８は、図３に示すように、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される１枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。セパレータ２８は、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する第１小径端部３２を有する。この第１小径端部３２から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する複数の第１橋架部３４を介して比較的大径な円板部３６が一体的に設けられる。円板部３６は、電解質・電極接合体２６と略同一寸法に設定されている。図３、図５及び図６に示すように、隣り合う円板部３６は、スリット３８を介して互いに分離される。

各円板部３６のアノード電極２４に接触する面３６ａには、前記アノード電極２４の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路４６を形成する第１突起部４８が設けられる（図５参照）。各円板部３６のカソード電極２２に接触する面３６ｂには、前記カソード電極２２の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路５０を形成する第２突起部５２が設けられる（図６参照）。図７に示すように、第１突起部４８と第２突起部５２は、互いに相反する方向に延在するように突出している。

第１突起部４８は、リング状突起を構成するとともに、第２突起部５２は、山状突起を構成する。山状突起である第２突起部５２は、リング状突起である第１突起部４８に囲繞されるように配置されている。第２突起部５２が突出した面には、第１突起部４８が突出することに対応して陥没した凹部５３が形成されており、前記第２突起部５２は、前記凹部５３内に配置されている。

図８及び図９に示すように、第１及び第２突起部４８、５２は、複数形成されており、前記第１突起部４８の高さＨ１と、前記第２突起部５２の高さＨ２とは、Ｈ１＜Ｈ２の関係に設定される。酸化剤ガス通路５０の容積を燃料ガス通路４６の容積よりも大きくするためである。

なお、第１突起部４８を山状突起で構成する一方、第２突起部５２をリング状突起で構成してもよい。その際、リング状突起の高さを山状突起の高さよりも大きく設定することが好ましい。

図３〜図６に示すように、円板部３６には、燃料ガス通路４６に燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口５４が形成される。燃料ガス導入口５４の位置は、燃料ガスが均一に分布するように決められ、例えば、円板部３６の略中心に対応して設定される。

セパレータ２８のカソード電極２２に対向する面には、通路部材５６が、例えば、ろう付けやレーザ溶接等により固着される。通路部材５６は、図３及び図１０に示すように、中央部に燃料ガス供給連通孔３０を形成する第２小径端部５８を備える。この第２小径端部５８から放射状に８本の第２橋架部６０が延在するとともに、各第２橋架部６０は、セパレータ２８の第１橋架部３４から円板部３６の燃料ガス導入口５４まで固着される。

通路部材５６の接合面において、第２小径端部５８には、燃料ガス供給連通孔３０に連通して複数のスリット６２が放射状に形成される。このスリット６２には、第２小径端部５８を周回してろう材の流れを防止し、且つ、燃料ガスの流れを均一にするための凹部６４が連通する。第１及び第２橋架部３４、６０間には、燃料ガス供給連通孔３０からスリット６２及び凹部６４を介して燃料ガス通路４６に連通する燃料ガス供給通路６６が形成される。

図８及び図９に示すように、酸化剤ガス通路５０は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と円板部３６の内側周端部との間から矢印Ａ方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部６７に連通する。この酸化剤ガス供給部６７は、各円板部３６の内方と第１橋架部３４との間に位置して積層方向に延在している。

各セパレータ２８間には、図８に示すように、燃料ガス供給連通孔３０をシールするための絶縁シール６９が設けられる。絶縁シール６９は、例えば、マイカ材やセラミック材で形成されている。燃料電池１１には、円板部３６の外方に位置して排ガス通路６８が形成される。

図１及び図２に示すように、燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池１１の積層方向両端にエンドプレート７０ａ、７０ｂを配置する。エンドプレート７０ａは、略円板状を有しており、外周部に軸線方向に突出してリング状部７２が設けられる。このリング状部７２の外周部には、周回溝部７４が形成される。リング状部７２の中心部に対応して、円柱状凸部７６がこのリング状部７２と同一方向に膨出形成され、前記凸部７６の中央部に孔部７８が形成される。

エンドプレート７０ａには、凸部７６を中心にして同一仮想円周上に孔部８０とねじ孔８２とが、交互に且つ所定の角度間隔ずつ離間して設けられる。図１１に示すように、孔部８０及びねじ孔８２は、第１及び第２橋架部３４、６０同士の間に形成される各酸化剤ガス供給部６７に対応して設けられる。図１に示すように、エンドプレート７０ｂは、エンドプレート７０ａよりも大径に構成されるとともに、導電性の薄板で形成される。

筐体１８は、荷重付与機構２１を収容する第１筐体部８６ａと、燃料電池スタック１２を収容する第２筐体部８６ｂとを備える。第１及び第２筐体部８６ａ、８６ｂ間は、エンドプレート７０ｂ及び前記エンドプレート７０ｂの第２筐体部８６ｂ側に絶縁材を介装してねじ８８及びナット９０により締め付けられる。

第２筐体部８６ｂには、流体部１９を構成するリング状壁板９２の一端部が接合されるとともに、前記壁板９２の他端部には、ヘッド板９４が固着される。流体部１９は、燃料電池スタック１２の中心軸に対して軸対称に配設される。具体的には、略リング状の熱交換器１４の内側に、略円筒状の改質器１６が同軸的に配設される。熱交換器１４及び改質器１６が固定される壁板９６は、エンドプレート７０ａの周回溝部７４に固定され、前記エンドプレート７０ａと前記壁板９６との間にチャンバ９８が形成される。

改質器１６には、燃料ガス供給管１００と改質ガス供給管１０２とが設けられ、前記燃料ガス供給管１００は、ヘッド板９４を介して外部に延在する一方、前記改質ガス供給管１０２は、エンドプレート７０ａの孔部７８に嵌挿されて燃料ガス供給連通孔３０に連通する。

ヘッド板９４には、空気供給管１０４と排ガス管１０６とが接続される。筐体１８内には、空気供給管１０４から熱交換器１４を介してチャンバ９８に至る通路１０８と、燃料電池スタック１２の排ガス通路６８から熱交換器１４を介して排ガス管１０６に至る通路１１０とが設けられる。

荷重付与機構２１は、燃料ガス供給連通孔３０の近傍に対して第１締め付け荷重Ｔ１を付与する第１締め付け部１１２ａと、電解質・電極接合体２６に対して前記第１締め付け荷重Ｔ１よりも小さな第２締め付け荷重Ｔ２を付与する第２締め付け部１１２ｂとを備える（Ｔ１＞Ｔ２）。

第１締め付け部１１２ａは、図１、図２及び図１２に示すように、エンドプレート７０ａの一方の対角位置に設けられるねじ孔８２、８２に螺合する短尺な第１締め付けボルト１１４ａ、１１４ａを備える。第１締め付けボルト１１４ａ、１１４ａは、燃料電池１１の積層方向に延在するとともに、第１押圧プレート１１６ａに係合する。第１押圧プレート１１６ａは、幅狭な板状を有しており、燃料ガス供給連通孔３０を覆ってセパレータ２８の中央部に係合する。

第２締め付け部１１２ｂは、長尺な第２締め付けボルト１１４ｂ、１１４ｂを備え、前記第２締め付けボルト１１４ｂ、１１４ｂは、エンドプレート７０ａの他方の対角位置に設けられるねじ孔８２、８２に螺合する。第２締め付けボルト１１４ｂ、１１４ｂの端部は、外周湾曲形状の第２押圧プレート１１６ｂを貫通し、この端部にナット１１７が螺合する。前記第２押圧プレート１１６ｂの各円弧状部には、燃料電池１１の円板部３６に配置される各電解質・電極接合体２６に対応してスプリング１１８及び台座１１９が配設される。スプリング１１８は、例えば、セラミックススプリングにより構成される。

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。

燃料電池システム１０を組み付ける際には、先ず、図３に示すように、セパレータ２８のカソード電極２２に向かう面に通路部材５６が接合される。このため、セパレータ２８と通路部材５６との間には、燃料ガス供給連通孔３０に連通する燃料ガス供給通路６６が形成されるとともに、前記燃料ガス供給通路６６が燃料ガス導入口５４から燃料ガス通路４６に連通する（図８参照）。セパレータ２８には、燃料ガス供給連通孔３０を周回してリング状の絶縁シール６９が設けられる。

これにより、セパレータ２８が構成され、前記セパレータ２８間には、８個の電解質・電極接合体２６が挟持されて燃料電池１１が得られる。図３及び図４に示すように、各セパレータ２８には、互いに対向する面３６ａ、３６ｂ間に電解質・電極接合体２６が配置され、各アノード電極２４の略中央部に燃料ガス導入口５４が配置される。

上記の燃料電池１１が矢印Ａ方向に複数積層され、積層方向両端にエンドプレート７０ａ、７０ｂが配置される。図１及び図１２に示すように、エンドプレート７０ｂ側には、第１締め付け部１１２ａを構成する第１押圧プレート１１６ａが燃料電池１１の中央部側に対応して配置される。

この状態で、短尺な各第１締め付けボルト１１４ａは、第１押圧プレート１１６ａを貫通してエンドプレート７０ｂ側からエンドプレート７０ａ側に挿入される。第１締め付けボルト１１４ａの先端は、エンドプレート７０ａの一方の対角位置にあるねじ孔８２に螺合する。これにより、燃料電池スタック１２には、燃料ガス供給連通孔３０の近傍に対して第１締め付け荷重Ｔ１が付与される。

次いで、各円板部３６に対応して配置される電解質・電極接合体２６には、それぞれ軸方向にスプリング１１８及び台座１１９が配列されるとともに、一方の台座１１９には、第２締め付け部１１２ｂを構成する第２押圧プレート１１６ｂが係合する。

長尺な各第２締め付けボルト１１４ｂが、第２押圧プレート１１６ｂを貫通してエンドプレート７０ｂ側からエンドプレート７０ａ側に挿入される。第２締め付けボルト１１４ｂの先端は、エンドプレート７０ａの他方の対角位置にあるねじ孔８２に螺合するとともに、前記第２締め付けボルト１１４ｂの端部にナット１１７が螺合する。このため、各電解質・電極接合体２６には、各スプリング１１８の弾性力を介して第２締め付け荷重Ｔ２が付与される。

燃料電池スタック１２は、エンドプレート７０ｂが筐体１８を構成する第１及び第２筐体部８６ａ、８６ｂ間に挟持された状態で、前記第１及び第２筐体部８６ａ、８６ｂがねじ８８及びナット９０により固定される。第２筐体部８６ｂには、流体部１９が接合されており、この流体部１９を構成する壁板９６がエンドプレート７０ａの周回溝部７４に装着される。このため、エンドプレート７０ａと壁板９６との間には、チャンバ９８が形成される。

そこで、燃料電池システム１０では、図１に示すように、燃料ガス供給管１００から燃料（メタン、エタン又はプロパン等）及び必要に応じて水が供給されるとともに、空気供給管１０４から酸化剤ガスである酸素含有ガス（以下、空気ともいう）が供給される。

燃料が改質器１６を通って改質されることにより燃料ガス（水素含有ガス）が得られ、この燃料ガスは、燃料電池スタック１２の燃料ガス供給連通孔３０に供給される。この燃料ガスは、積層方向（矢印Ａ方向）に移動しながら各燃料電池１１を構成するセパレータ２８内のスリット６２を介して燃料ガス供給通路６６に導入される（図８参照）。

燃料ガスは、第１及び第２橋架部３４、６０間を燃料ガス供給通路６６に沿って移動し、円板部３６に形成された燃料ガス導入口５４から燃料ガス通路４６に導入される。燃料ガス導入口５４は、各電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の略中心位置に設定されている。このため、燃料ガスは、燃料ガス導入口５４からアノード電極２４の略中心に供給され、燃料ガス通路４６に沿って該アノード電極２４の外周部に向かって移動する（図９参照）。

一方、空気は、図１に示すように、空気供給管１０４から熱交換器１４の通路１０８を通って一旦チャンバ９８に導入される。この空気は、チャンバ９８に連通する孔部８０を通って各燃料電池１１の略中央側に設けられている酸化剤ガス供給部６７に供給される。その際、熱交換器１４では、後述するように、排ガス通路６８に排気される排ガスが通路１１０を通るため、使用前の空気と熱交換が行われ、この空気が予め所望の燃料電池運転温度に加温されている。

酸化剤ガス供給部６７に供給された空気は、電解質・電極接合体２６の内側周端部と円板部３６の内側周端部との間から矢印Ｂ方向に流入し、酸化剤ガス通路５０に送られる。図９に示すように、酸化剤ガス通路５０では、電解質・電極接合体２６のカソード電極２２の内側周端部（セパレータ２８の中央部）側から外側周端部（セパレータ２８の外側周端部側）に向かって空気が流動する。

従って、電解質・電極接合体２６では、アノード電極２４の電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極２２の電極面の一方向（矢印Ｂ方向）に向かって空気が供給される（図９参照）。その際、酸化物イオンが電解質２０を通ってアノード電極２４に移動し、化学反応により発電が行われる。

なお、各電解質・電極接合体２６の外周部に排出される排ガスは、排ガス通路６８を介して積層方向に移動し、熱交換器１４の通路１１０を通って空気との間で熱交換を行った後、排ガス管１０６から排出される。

この場合、第１の実施形態では、熱交換器１４及び改質器１６を含む流体部１９が、燃料電池スタック１２の一方の側に集中して配置されている（図１参照）。このため、熱交換器１４と改質器１６とを互いに近接させることができ、筐体１８内の狭小なスペースに燃料電池スタック１２及び流体部１９をコンパクトに収容することが可能になる。これにより、燃料電池システム１０全体のコンパクト化を容易に図ることができるという効果が得られる。

しかも、熱交換器１４は、壁板９６を介してエンドプレート７０ａに直接接続されている。従って、燃料電池システム１０内の配管数及び配管長を有効に削減することが可能になり、熱損失を低減して効率的な発電が遂行される。

さらに、第１の実施形態では、流体部１９は、燃料電池スタック１２の中心軸に対して軸対称に配設されている。これにより、流体部１９及び燃料電池スタック１２は、周方向に対して温度分布が生じないため、該周方向の温度が均一になる。このため、燃料電池１１が熱応力により破損することを阻止して、耐久性の向上が容易に図られるという利点がある。その際、熱交換器１４の内側に改質器１６が配設されている。従って、改質器１６の断熱性を向上させることが可能になり、燃料電池１１からの排熱（排ガス）を有効に利用することができ、熱効率を高めることが可能になる。

さらにまた、燃料電池スタック１２の他方の側には、荷重付与機構２１が配設されている。このため、荷重付与機構２１は、燃料電池スタック１２を介装して流体部１９から離間しており、この荷重付与機構２１が高温に曝されることがなく、安定した荷重付与をし得るとともに、耐久性の向上を図ることが可能になる。ここで、荷重付与機構２１は、燃料電池スタック１２の中心軸に対して軸対称に配設されている。これにより、燃料電池スタック１２に対して均一な荷重を確実に付与し、信頼性の向上を図ることができる。

図１３は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムを構成する燃料電池１２０の分解斜視図であり、図１４は、前記燃料電池１２０が複数積層された燃料電池スタック１２２の断面図であり、図１５は、前記燃料電池１２０の動作を説明する概略断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池１１と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細の説明は省略する。

燃料電池１２０を構成する各セパレータ２８には、アノード電極２４に対向する面に通路部材１２４が固着される。通路部材１２４は、セパレータ２８の第１橋架部３４に固着される第２橋架部１２６を備え、この第１及び第２橋架部３４、１２６間に燃料ガス供給通路６６が形成される。各第２橋架部１２６の先端は、電解質・電極接合体２６のアノード電極２４の略中心に対応する位置で終端しており、この先端部には、前記アノード電極２４に向かって開口する複数の燃料ガス導入口１２８が形成されている。なお、各セパレータ２８の円板部３６には、第１の実施形態の燃料ガス導入口５４が設けられていない。

このように構成される第２の実施形態では、燃料ガス供給連通孔３０に供給された燃料ガスは、各セパレータ２８と通路部材１２４との間に形成される燃料ガス供給通路６６に沿って移動した後、通路部材１２４の先端に形成される複数の燃料ガス導入口１２８からアノード電極２４に向かって供給される。

このため、アノード電極２４の中央側から外周側に向かって燃料ガスを一層良好且つ均一に供給することができ、発電反応の効率が高まるという効果が得られる。しかも、各セパレータ２８の円板部３６には、燃料ガス導入口を設ける必要がなく、前記セパレータ２８の構成が簡素化するとともに、製造コストの削減が容易に図られる。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムの一部断面説明図である。 前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。 前記セパレータの一方の面の説明図である。 前記セパレータの他方の面の説明図である。 前記セパレータに形成される第１及び第２突起部の斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの断面図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 前記セパレータに固着される通路部材の説明図である。 前記燃料電池スタックを構成するエンドプレートの正面図である。 前記燃料電池システムを構成する荷重付与機構の一部分解斜視説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムを構成する燃料電池の分解斜視図である。 前記燃料電池が複数積層された燃料電池スタックの断面図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 特許文献１の燃料電池用発電装置の斜視説明図である。

符号の説明

１０…燃料電池システム １１、１２０…燃料電池
１２、１２２…燃料電池スタック １４…熱交換器
１６…改質器 １８…筐体
１９…流体部 ２０…電解質
２１…荷重付与機構 ２２…カソード電極
２４…アノード電極 ２６…電解質・電極接合体
２８…セパレータ ３０…燃料ガス供給連通孔
３４、６０、１２６…橋架部 ３６…円板部
４６…燃料ガス通路 ４８、５２…突起部
５０…酸化剤ガス通路 ５４…燃料ガス導入口
５６、１２４…通路部材 ６６…燃料ガス供給通路
６７…酸化剤ガス供給部 ６８…排ガス通路
６９…絶縁シール ７０ａ、７０ｂ…エンドプレート
８６ａ、８６ｂ…筐体部 ９２、９６…壁板
９８…チャンバ １００…燃料ガス供給管
１０２…改質ガス供給管 １０４…空気供給管
１０６…排ガス管 １０８、１１０…通路
１１２ａ、１１２ｂ…締め付け部 １１４ａ、１１４ｂ…締め付けボルト
１１６ａ、１１６ｂ…押圧プレート １１８…スプリング

Claims (5)

1. 電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックと、
   酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、
   燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、
   前記燃料ガスを前記燃料電池スタックに前記燃料電池の積層方向に供給する燃料ガス供給連通孔と、
   前記燃料電池スタック、前記熱交換器及び前記改質器を収容する筐体と、
   を備えるとともに、
   前記筐体内では、少なくとも前記熱交換器及び前記改質器を含む流体部が前記燃料電池スタックの一方の側に配置され、
   前記燃料電池スタックの他方の側には、前記燃料電池スタックに積層方向に荷重を付与する荷重付与機構が配設され、且つ、前記荷重付与機構は、前記燃料ガス供給連通孔の近傍に対して第１締め付け荷重を付与する第１締め付け部と、前記電解質・電極接合体に対して前記第１締め付け荷重よりも小さな第２締め付け荷重を付与する第２締め付け部とを備える
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記流体部は、前記燃料電池スタックの中心軸に対して軸対称に配設されることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記流体部は、前記熱交換器の内側に前記改質器を配設することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記荷重付与機構は、前記燃料電池スタックの中心軸に対して軸対称に配設されることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記荷重付与機構は、前記燃料ガス供給連通孔の近傍を押圧する押圧プレートを有する
   ことを特徴とする燃料電池システム。

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