JP5041711B2 - Fuel cell stack device - Google Patents

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Description

本発明は、固体電解質形燃料電池セルを複数配列させた燃料電池セルスタック及びその周辺構造を含む燃料電池セルスタック装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack device including a fuel cell stack in which a plurality of solid oxide fuel cells are arranged and a peripheral structure thereof.

近年、次世代エネルギーとして燃料電池セルのスタックを収納ケースに収容した燃料電池が種々提案されている。
図１０は、従来提示されている固体電解質形燃料電池セルの一例であり、燃料電池セル３０の断面を含む部分斜視図である。燃料電池セル３０は全体形状が平板柱状であり、ガス透過性のある導電性支持管３１の内部に軸方向に沿って燃料ガス通路３１ａが穿設され、導電性支持管３１の外周面上にサーメットからなる燃料極３２、固体電解質３３、導電性セラミックスからなる酸素極３４が順次積層されている。酸素極３４に対向する外周面上には接合層３８を介して導電性セラミックスからなるインターコネクタ３５が設けられ、その上に接触抵抗低減用のＰ型半導体層３９を設けている。例えば、燃料極３２はＮｉと、Ｙ２Ｏ３を含有するＺｒＯ２（ＹＳＺ）とから形成され、固体電解質３３はＹ２Ｏ３を含有するＺｒＯ２（ＹＳＺ）から形成され、酸素極３４はランタンマンガネート系のペロブスカイト型複合酸化物から形成される。 In recent years, various fuel cells have been proposed in which a stack of fuel cells is accommodated in a storage case as next-generation energy.
FIG. 10 is an example of a conventionally presented solid oxide fuel cell, and is a partial perspective view including a cross section of the fuel cell 30. The overall shape of the fuel cell 30 is a flat columnar column, and a fuel gas passage 31a is bored along the axial direction inside a conductive support tube 31 having gas permeability, on the outer peripheral surface of the conductive support tube 31. A fuel electrode 32 made of cermet, a solid electrolyte 33, and an oxygen electrode 34 made of conductive ceramic are sequentially laminated. An interconnector 35 made of conductive ceramics is provided on the outer peripheral surface facing the oxygen electrode 34 via a bonding layer 38, and a P-type semiconductor layer 39 for reducing contact resistance is provided thereon. For example, the fuel electrode 32 is formed of Ni and ZrO 2 (YSZ) containing Y 2 O 3 , the solid electrolyte 33 is formed of ZrO 2 (YSZ) containing Y 2 O 3 , and the oxygen electrode 34 is It is formed from a lanthanum manganate perovskite complex oxide.

斯かる燃料電池セル３０では、燃料ガス通路３１ａに燃料ガス（水素）を流すことにより燃料極３２に水素を供給し、一方、燃料電池セル３０の周囲に酸素含有ガスを供給することにより酸素極３４に酸素を供給する。これにより、酸素極３４及び燃料極３２で次の電極反応がそれぞれ生じることによって発電する。
酸素極：１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−（固体電解質）
燃料極：Ｏ２−（固体電解質）＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− In such a fuel cell 30, hydrogen is supplied to the fuel electrode 32 by flowing a fuel gas (hydrogen) through the fuel gas passage 31 a, while an oxygen-containing gas is supplied around the fuel cell 30 to generate an oxygen electrode. 34 is supplied with oxygen. Thus, power is generated by the following electrode reactions occurring at the oxygen electrode 34 and the fuel electrode 32, respectively.
Oxygen electrode: 1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (solid electrolyte)
Fuel electrode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e −

燃料電池モジュールは、上記の構造を有する燃料電池セルを複数個一列に配列させ、各燃料電池セルの一端をマニホールドに支持固定し、隣接するセル同士の間で酸素極とインターコネクタとを集電体を介して互いに電気的に接続することにより燃料電池セルスタックを構成し、燃料極３２への燃料ガス供給手段及び酸素極３４への酸素含有ガス供給手段等と共に収容ケースに収容され、６００〜１０００℃で発電を行い、出力する。   In the fuel cell module, a plurality of fuel cells having the above structure are arranged in a row, one end of each fuel cell is supported and fixed to a manifold, and an oxygen electrode and an interconnector are collected between adjacent cells. The fuel cell stack is configured by being electrically connected to each other through the body, and is housed in the housing case together with the fuel gas supply means to the fuel electrode 32 and the oxygen-containing gas supply means to the oxygen electrode 34, and the like. Power is generated at 1000 ° C and output.

収容ケース内の酸素含有ガスの供給手段としては、例えば、燃料電池セルスタックの近傍に酸素含有ガス供給ノズルを設け、その末端の流出口から加圧された酸素含有ガスを噴射していた。また、燃料ガス供給手段としては、例えば、被改質ガスを改質する改質器を備え、改質された水素リッチな燃料ガスを、マニホールドの内部空間を介して燃料電池セルの燃料ガス通路へ送り込んでいた。
特開２００５−２６０５９号公報 As a means for supplying the oxygen-containing gas in the housing case, for example, an oxygen-containing gas supply nozzle is provided in the vicinity of the fuel cell stack, and pressurized oxygen-containing gas is injected from the outlet at the end thereof. Further, as the fuel gas supply means, for example, a reformer for reforming the reformed gas is provided, and the reformed hydrogen-rich fuel gas is supplied to the fuel gas passage of the fuel cell through the internal space of the manifold. It was sent to.
JP 2005-26059 A

燃料電池セルにおける発電効率は、酸素極と燃料極の酸素濃度差が大きいほど良好である。しかしながら、加圧された酸素含有ガスをセルスタックの周囲で噴射しても、収容ケース内がほぼ大気圧であるので酸素含有ガスはセルスタックの周囲に留まらず拡散しやすく、酸素極に対して十分高濃度の酸素含有ガスを供給することができなかった。噴射後の酸素含有ガスの拡散を防止するために、例えばその流速や流量を好適に制御すると、圧縮機等の設備が大きくなりコストも高くなるという問題がある。   The power generation efficiency in the fuel battery cell is better as the difference in oxygen concentration between the oxygen electrode and the fuel electrode is larger. However, even when pressurized oxygen-containing gas is injected around the cell stack, the oxygen is contained in the housing case at almost atmospheric pressure, so that the oxygen-containing gas does not stay around the cell stack and easily diffuses. A sufficiently high concentration of oxygen-containing gas could not be supplied. In order to prevent the diffusion of the oxygen-containing gas after injection, for example, if the flow rate and flow rate are suitably controlled, there is a problem that equipment such as a compressor becomes large and costs increase.

以上の現状に鑑み本発明は、燃料電池セルスタックにおける燃料電池セル間に酸素含有ガスを十分高濃度で供給することができ、かつ、現状の設備を大容量としたり制御システムを変更することなく実現できることを目的とする。   In view of the above situation, the present invention can supply an oxygen-containing gas at a sufficiently high concentration between fuel cells in a fuel cell stack, and without increasing the capacity of current equipment or changing the control system. It aims to be realized.

上記の目的を達成するべく、本発明は以下の構成を提供する。
（１）請求項１に係る燃料電池セルスタック装置は、収納ケース内に収納される燃料電池セルスタック装置であって、
柱状であって軸方向に貫通する燃料ガス通路を具備する固体電解質形燃料電池セルを複数配列させた燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルの各々をその軸方向の一端にて支持しかつ前記燃料ガス通路と連通する内部空間を具備するマニホールドと、
前記燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく該燃料電池セルスタックの側面を包囲する酸素含有ガス包囲手段とを有し、
該酸素含有ガス包囲手段が、前記マニホールドに固定されており、一部分が前記マニホールドとの間に前記軸方向に間隙を有する壁状枠体であることを特徴とする。
（２）請求項２に係る燃料電池セルスタック装置は、請求項１において、前記壁状枠体の外面に対し離間して酸素含有ガス供給部材が設けられ、該酸素含有ガス供給部材が、前記軸方向に平行に延在する管路と、該管路の一端にて前記間隙に向かって開口する流出口とを具備することを特徴とする。
（３）請求項３に係る燃料電池セルスタック装置は、請求項１において、前記壁状枠体の外面に対し当接して酸素含有ガス供給部材が設けられ、該酸素含有ガス供給部材が、前記軸方向に平行に延在する管路と、該管路の一端から前記間隙を通り該壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする。
（４）請求項４に係る燃料電池セルスタック装置は、収納ケース内に収納される燃料電池セルスタック装置であって、
柱状であって軸方向に貫通する燃料ガス通路を具備する固体電解質形燃料電池セルを複数配列させた燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルの各々をその軸方向の一端にて支持しかつ前記燃料ガス通路と連通する内部空間を具備するマニホールドと、
前記燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく該燃料電池セルスタックを取り囲む酸素含有ガス包囲手段とを有し、
該酸素含有ガス包囲手段が、前記マニホールドと連設して設けられた壁状枠体であることを特徴とする。
（５）請求項５に係る燃料電池セルスタック装置は、請求項４において、前記壁状枠体が中空でありかつ該中空の壁状枠体内に酸素含有ガス供給路が形成されており、該酸素含有ガス供給路が、前記壁状枠体内の蛇行路と、該壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする。
（６）請求項６に係る燃料電池セルスタック装置は、請求項４において、前記壁状枠体と前記燃料電池セルスタックとの間に酸素含有ガス供給部材が設けられ、該酸素含有ガス供給部材が、前記軸方向に平行に延在する管路と、該管路の一端にて開口する流出口とを具備することを特徴とする。
（７）請求項７に係る燃料電池セルスタック装置は、請求項４において、前記マニホールドに酸素含有ガス供給路が形成されており、該酸素含有ガス供給路が、前記マニホールドの側壁内を通る管路と、該管路の一端にて前記壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする。
（８）請求項８に係る燃料電池セルスタック装置は、収納ケース内に収納される燃料電池セルスタック装置であって、
柱状であって軸方向に貫通する燃料ガス通路を具備する固体電解質形燃料電池セルを複数配列させた燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルの各々をその軸方向の一端にて支持しかつ前記燃料ガス通路と連通する内部空間を具備するマニホールドと、
前記燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく該燃料電池セルスタックを取り囲む酸素含有ガス包囲手段とを有し、
前記酸素含有ガス包囲手段が前記マニホールドの側壁外面を覆う壁状枠体であり該壁状枠体は前記マニホールドの底壁外面を覆う底部枠体を具備し、かつ前記マニホールドに酸素含有ガス供給路が形成されており、該酸素含有ガス供給路が、前記マニホールドの側壁内を通る管路と、該管路の一端にて前記壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする。
（９）請求項９に係る燃料電池セルスタック装置は、請求項１乃至８のいずれかにおいて、前記燃料電池セルスタックにおける前記燃料電池セルの配列方向において端部側に位置する前記酸素含有ガス包囲手段が導電性であって、前記燃料電池セルスタックの配列方向の端部に位置する燃料電池セルと電気的に接続されることにより前記酸素含有ガス包囲手段を用いて電流を取り出すことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following configurations.
(1) The fuel cell stack device according to claim 1 is a fuel cell stack device stored in a storage case,
A fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cells each having a columnar fuel gas passage extending in the axial direction are arranged;
A manifold having an internal space that supports each of the fuel cells at one axial end thereof and communicates with the fuel gas passage;
It possesses an oxygen-containing gas enclosing means for enclosing the sides of the fuel cell stack in order to prevent the diffusion of the oxygen-containing gas supplied to the periphery of the fuel cell stack,
Oxygen-containing gas enclosing means are secured to said manifold, a portion wherein the wall-like frame der Rukoto with a gap in the axial direction between the manifold.
(2) The fuel cell stack device according to claim 2 is the fuel cell stack device according to claim 1, wherein an oxygen-containing gas supply member is provided apart from the outer surface of the wall-shaped frame, and the oxygen-containing gas supply member is A pipe line extending in parallel with the axial direction and an outlet opening toward the gap at one end of the pipe line are provided .
(3) fuel cell stack apparatus according to claim 3, in claim 1, an oxygen-containing gas supply member is provided in contact to an outer surface of said wall-like frame, the oxygen-containing gas supply member, the A pipe line extending parallel to the axial direction, and an outlet opening from one end of the pipe line to the space surrounded by the wall-shaped frame through the gap .
(4) The fuel cell stack device according to claim 4 is a fuel cell stack device stored in a storage case,
A fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cells each having a columnar fuel gas passage extending in the axial direction are arranged;
A manifold having an internal space that supports each of the fuel cells at one axial end thereof and communicates with the fuel gas passage;
Oxygen-containing gas surrounding means for surrounding the fuel cell stack to prevent diffusion of the oxygen-containing gas supplied around the fuel cell stack,
Oxygen-containing gas enclosing means, characterized in wall-like frame der Rukoto provided in the manifold and continuously provided.
(5) The fuel cell stack device according to claim 5 is the fuel cell stack device according to claim 4 , wherein the wall-shaped frame body is hollow and an oxygen-containing gas supply path is formed in the hollow wall-shaped frame body, the oxygen-containing gas supply passage, the meandering path of the wall-shaped frame body, characterized by comprising a flow outlet opening into the space surrounding the wall-like frame.
(6) The fuel cell stack device according to claim 6 is the fuel cell stack device according to claim 4 , wherein an oxygen-containing gas supply member is provided between the wall- shaped frame body and the fuel cell stack, and the oxygen-containing gas supply member Comprises a pipe line extending in parallel to the axial direction and an outlet opening at one end of the pipe line.
(7) Fuel cell stack device according to claim 7, in claim 4, wherein the oxygen-containing gas supply passage the manifold is formed, oxygen-containing gas supply passage, through the inner wall of the manifold It is characterized by comprising a pipe line and an outlet opening at one end of the pipe line into a space surrounded by the wall frame.
(8) The fuel cell stack device according to claim 8 is a fuel cell stack device stored in a storage case,
A fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cells each having a columnar fuel gas passage extending in the axial direction are arranged;
A manifold having an internal space that supports each of the fuel cells at one axial end thereof and communicates with the fuel gas passage;
Oxygen-containing gas surrounding means for surrounding the fuel cell stack to prevent diffusion of the oxygen-containing gas supplied around the fuel cell stack,
It said oxygen-containing gas enclosing means a wall-like frame body covers the side wall outer surface of the manifold wall-like frame body comprises a bottom frame body which covers the external surface of the bottom wall of the manifold, and an oxygen-containing gas supply passage to the manifold There are formed, oxygen-containing gas supply passage comprises a conduit passing through the wall of the manifold, and a flow outlet opening into the space surrounding the wall-like frame at one end of the conduit It is characterized by that.
(9) The fuel cell stack device according to claim 9 is the fuel cell stack device according to any one of claims 1 to 8, wherein the oxygen-containing gas is located on the end side in the arrangement direction of the fuel cells in the fuel cell stack. The means is conductive, and is electrically connected to a fuel cell located at an end in the arrangement direction of the fuel cell stack, thereby extracting current using the oxygen-containing gas surrounding means. To do.

請求項１〜８に係る各発明においては、加圧状態で噴射される酸素含有ガスを酸素含有ガス包囲手段により燃料電池セルスタックの周囲領域に閉じ込めることにより拡散を防止し、高濃度の酸素を燃料電池セルの周囲に流通させることができる。これにより、燃料電池セルにおける酸素極に高濃度の酸素を供給でき、発電効率を高めることができる。また、酸素含有ガスを高濃度のまま発電に利用できるので、拡散による無駄が低減され有効に使える。燃料電池セルスタックの周囲に壁状枠体を設けるだけであるので、現状の圧縮機や制御システム等の変更は不要である。   In each of the inventions according to claims 1 to 8, diffusion is prevented by confining the oxygen-containing gas injected in a pressurized state in the surrounding region of the fuel cell stack by the oxygen-containing gas surrounding means, and high-concentration oxygen is It can be distributed around the fuel cell. Thereby, high concentration oxygen can be supplied to the oxygen electrode in a fuel cell, and power generation efficiency can be improved. In addition, since the oxygen-containing gas can be used for power generation with a high concentration, waste due to diffusion is reduced and it can be used effectively. Since only a wall-like frame is provided around the fuel cell stack, it is not necessary to change the current compressor, control system, and the like.

請求項１では、マニホールドに固定されており、一部分がマニホールドとの間に間隙を有する壁状枠体を設けるのみであるので構造が簡易であり、低コストで実現できる。 According to the first aspect of the present invention , the structure is simple because it is fixed to the manifold and only a part of the wall frame having a gap between the manifold and the manifold is provided.

請求項２では、酸素含有ガス供給部材の流出口が壁状枠体とマニホールドとの間の間隙に向かって開口するので、酸素含有ガスを壁状枠体の外側にほとんど拡散させることなく大部分を壁状枠体の包囲する空間に送り込むことができる。酸素含有ガス供給部材と壁状枠体とが分離しているので製造、組み立て、各部品の交換が容易である。 In claim 2 , since the outlet of the oxygen-containing gas supply member opens toward the gap between the wall-shaped frame and the manifold, most of the oxygen-containing gas hardly diffuses outside the wall-shaped frame. Can be fed into the space surrounded by the wall frame. Since the oxygen-containing gas supply member and the wall-shaped frame are separated, manufacture, assembly, and replacement of each component are easy.

請求項３では、酸素含有ガス供給部材の流出口が壁状枠体とマニホールドとの間の間隙を通り壁状枠体の包囲する空間に開口するので、酸素含有ガスを壁状枠体の外側に拡散させずに壁状枠体の包囲する空間へ送り込むことができる。供給ノズルが壁状枠体の外面に当接しているので安定する。
請求項４では、壁状枠体とマニホールドとが連設して設けられる。この場合、壁状枠体の包囲する空間の側面は完全に閉じているため、酸素含有ガスが壁状枠体の外側へほとんど漏れない。 According to the third aspect of the present invention , since the outlet of the oxygen-containing gas supply member passes through the gap between the wall-shaped frame and the manifold and opens into a space surrounded by the wall-shaped frame, the oxygen-containing gas is discharged outside the wall-shaped frame. It can be sent to the space surrounded by the wall frame without being diffused. Since the supply nozzle is in contact with the outer surface of the wall frame, the supply nozzle is stable.
According to a fourth aspect of the present invention, the wall frame and the manifold are provided in a row. In this case, since the side surface of the space enclosed by the wall frame is completely closed, the oxygen-containing gas hardly leaks to the outside of the wall frame.

請求項５では、中空の壁状枠体内部に蛇行路を設けて酸素含有ガスを供給する。この場合、蛇行路を流れる間に酸素含有ガスが十分に加熱されるため、高温状態で酸素含有ガスを供給でき、燃料電池セルを損傷しない。 According to a fifth aspect of the present invention, the oxygen-containing gas is supplied by providing a meandering path inside the hollow wall frame. In this case, since the oxygen-containing gas is sufficiently heated while flowing through the snake path, it can supply oxygen-containing gas at a high temperature, without damaging the fuel cell.

請求項６では、酸素含有ガス供給ノズルが壁状枠体と燃料電池セルスタックとの間に設けられる。この場合、供給ノズルの流出口がストレートでよいので製造が容易である。供給ノズルが独立した部品であるので交換が容易である。 In the claims 6, oxygen-containing gas supply nozzle is provided between the wall-like frame and the fuel cell stack. In this case, the outlet of supply nozzle is easy to manufacture because good straight. Since the supply nozzle is an independent part, it can be easily replaced.

請求項７では、酸素含有ガス供給路がマニホールドの側壁内に設けられる。この場合、酸素含有ガス供給路は、酸素含有ガス供給部材に比べて燃料電池セルまでの供給路が短いため圧損が小さい。また、供給部材に比べて破損し難い。 In the claims 7, oxygen-containing gas supply passage is provided in the sidewall of the manifold. In this case, the oxygen-containing gas supply path has a smaller pressure loss because the supply path to the fuel cell is shorter than the oxygen-containing gas supply member . Moreover, it is hard to damage compared with a supply member .

請求項８では、壁状枠体が、マニホールドの側壁外面を覆い、マニホールドの底壁外面を覆う底部枠体を具備し、かつ酸素含有ガス供給路がマニホールドの側壁内に設けられる。この場合、壁状枠体の包囲する空間の側面は完全に閉じているため、酸素含有ガスが壁状枠体の外側へほとんど漏れない。さらに、マニホールドが壁状枠体により側面及び底面を支持されるため転倒し難い。マニホールドと壁状枠体が一体型であるのでセルスタック装置全体の交換が容易である。 According to an eighth aspect of the present invention, the wall-shaped frame includes a bottom frame that covers the outer surface of the side wall of the manifold, covers the outer surface of the bottom wall of the manifold, and an oxygen-containing gas supply path is provided in the side wall of the manifold. In this case, since the side surface of the space enclosed by the wall frame is completely closed, the oxygen-containing gas hardly leaks to the outside of the wall frame. Furthermore, since the manifold is supported on the side surface and the bottom surface by the wall-shaped frame, it is difficult to fall down. Since the manifold and the wall frame are integrated, the entire cell stack apparatus can be easily replaced.

請求項９では、セル配列方向においてセルスタックの端部側に位置する酸素含有ガス包囲手段が導電性であり、燃料電池セルスタックの端部と電気的に接続される。これにより、酸素含有ガス包囲手段を用いて発電電流を取り出すことができる。酸素含有ガス包囲手段は、その近傍または内部に酸素含有ガスが流通することで比較的冷却されやすいため高温の影響が緩和される。この結果、従来の電流取り出し金属において生じていた酸化による電気抵抗増大の問題が解消される。   According to a ninth aspect of the present invention, the oxygen-containing gas surrounding means located on the end side of the cell stack in the cell arrangement direction is conductive and is electrically connected to the end of the fuel cell stack. Thereby, the generated current can be taken out using the oxygen-containing gas surrounding means. Since the oxygen-containing gas surrounding means is relatively easily cooled by the oxygen-containing gas flowing in or near the oxygen-containing gas surrounding means, the influence of high temperature is alleviated. As a result, the problem of increase in electrical resistance due to oxidation, which has occurred in conventional current extraction metals, is solved.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の基本的な実施形態を示す燃料電池セルスタック装置１の概略的な外観斜視図である。固体電解質形燃料電池セル３０は、背景技術で説明した図１０と同様の平板柱状のものである。以下の説明では、便宜上、燃料電池セル３０の軸方向を上下方向として説明するが、この軸方向を水平に向けて設置することもある。また、燃料電池セル３０の配列方向を前後方向と称し、これに垂直な方向を左右方向と称する。燃料電池セル３０の内部には軸方向に複数の燃料ガス通路３１ａが穿設されている。前述の通り、平板柱状の燃料電池セル３０の一方の平坦外面には酸素極が、他方の平坦外面にはインターコネクタ（燃料極と導通）が設けられている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic external perspective view of a fuel cell stack apparatus 1 showing a basic embodiment of the present invention. The solid electrolyte fuel cell 30 has a flat columnar shape similar to that of FIG. 10 described in the background art. In the following description, for the sake of convenience, the axial direction of the fuel cell 30 will be described as the vertical direction, but the axial direction may be set horizontally. In addition, the arrangement direction of the fuel cells 30 is referred to as the front-rear direction, and the direction perpendicular to this is referred to as the left-right direction. A plurality of fuel gas passages 31 a are formed in the fuel cell 30 in the axial direction. As described above, an oxygen electrode is provided on one flat outer surface of the flat columnar fuel cell 30, and an interconnector (conducting with the fuel electrode) is provided on the other flat outer surface.

図１では、燃料電池セル３０を複数配列させて構成した１つの燃料電池セルスタックの一部のみを示している。各燃料電池セル３０の下端は、マニホールド１１の上壁を形成するガラスまたはセメント等のセル固定材１３により支持固定される。それぞれの燃料ガス通路３１ａはマニホールド１１の内部空間と連通する。
燃料電池セル３０同士の間には、酸素極とインターコネクタとを電気的に接続する集電体（図示省略）が挿入される。集電体は、耐熱金属またはセラミックス等の導電性材料からなり、燃料電池セル３０間における酸素含有ガスの流れを妨げず、各酸素極に酸素含有ガスが十分供給されるような構造とされる。 In FIG. 1, only a part of one fuel battery cell stack configured by arranging a plurality of fuel battery cells 30 is shown. The lower end of each fuel cell 30 is supported and fixed by a cell fixing material 13 such as glass or cement forming the upper wall of the manifold 11. Each fuel gas passage 31 a communicates with the internal space of the manifold 11.
A current collector (not shown) that electrically connects the oxygen electrode and the interconnector is inserted between the fuel cells 30. The current collector is made of a conductive material such as a refractory metal or ceramic, and has a structure in which the oxygen-containing gas is sufficiently supplied to each oxygen electrode without obstructing the flow of the oxygen-containing gas between the fuel cells 30. .

燃料電池セルスタックの側面周囲（前後及び左右）は、所定の間隔を空けて酸素含有ガス包囲手段である壁状枠体１０により取り囲まれている。壁状枠体１０は、左右一対の枠体側部１０ａと、前後一対の枠体端部１０ｂとから構成され、左右の枠体側部１０ａとマニホールド１１の上壁との間には、上下方向に間隙１５が設けられている。この間隙１５があるので、燃料電池セルスタックの側面周囲空間は完全には閉塞されないが、枠体側部１０ａ及び枠体支持部１０ｂのない場合に比べれば閉塞性が格段に高まる。なお、前後の枠体端部１０ｂは、マニホールド１１の両端部にそれぞれ固定されることにより、壁状枠体１０全体を支持する。壁状枠体１０の包囲する空間の上面は基本的に開放されているが、後述する図７に示す形態のように、排ガスの排出に支障のない限り部分的に閉塞してもよい。   The side surface periphery (front and rear and left and right) of the fuel cell stack is surrounded by a wall frame 10 which is an oxygen-containing gas enclosing means with a predetermined interval. The wall-shaped frame body 10 is composed of a pair of left and right frame body side portions 10a and a pair of front and rear frame body end portions 10b, and is vertically disposed between the left and right frame body side portions 10a and the upper wall of the manifold 11. A gap 15 is provided. Since the gap 15 is present, the space around the side surface of the fuel cell stack is not completely closed, but the closing property is remarkably increased as compared with the case where the frame body side portion 10a and the frame body support portion 10b are not provided. The front and rear frame end portions 10b are respectively fixed to both end portions of the manifold 11, thereby supporting the entire wall-shaped frame body 10. Although the upper surface of the space surrounding the wall-shaped frame 10 is basically open, it may be partially closed as long as it does not hinder the exhaust gas discharge as shown in FIG.

なお、「壁状枠体」は、酸素含有ガスの閉じ込め効果が十分得られる程度に燃料電池セルスタックの側面周囲を取り囲む部材であればよく、必ずしも四方の各側面に配置された部材が互いに完全に接合され一体化された部品でなくともよい。例えば、各側面の角部が接合されておらず、支障ない程度の間隙があってもよい。また、四方の各側面の部材として必ずしも別部品を新たに追加する必要はなく、既存の部品の配置や形状等の設計を変更することにより、本発明における壁状枠体の効果を奏するように兼用させてもよい。   The “wall-shaped frame” may be any member that surrounds the periphery of the side surface of the fuel cell stack to such an extent that the confinement effect of the oxygen-containing gas is sufficiently obtained, and the members arranged on the four side surfaces are not necessarily mutually complete. It does not have to be a part that is joined and integrated with each other. For example, the corners of the side surfaces may not be joined, and there may be a gap that does not hinder. Further, it is not always necessary to add another part as a member on each side surface of the four sides, and by changing the design of the arrangement and shape of the existing parts, the effect of the wall-shaped frame in the present invention is achieved. It may be used also.

さらに、酸素含有ガス供給ノズル１２が、上方から延びて壁状枠体１０とマニホールド１１との間の間隙１５まで到達し、その下端に流出口１２ｂを具備する。流出口１２ｂは壁状枠体１０とマニホールド１１との間の間隙１５に向かって開口する。従って、供給ノズル１２により上方から供給された酸素含有ガスは、流出口１２ｂで水平方向に方向転換させられ、間隙１５に向かって噴射される（矢印参照）。なお、流出口１２ｂが両方向に開口しているのは、隣に設置される同じ構造の別の燃料電池セルスタック装置に対しても噴射するためである。   Furthermore, the oxygen-containing gas supply nozzle 12 extends from above and reaches the gap 15 between the wall frame 10 and the manifold 11, and has an outlet 12b at the lower end thereof. The outlet 12 b opens toward the gap 15 between the wall frame 10 and the manifold 11. Therefore, the oxygen-containing gas supplied from above by the supply nozzle 12 is changed in the horizontal direction at the outlet 12b and injected toward the gap 15 (see the arrow). The reason why the outlet 12b is open in both directions is to inject the fuel into another fuel cell stack device of the same structure installed next.

間隙１５に向かって噴射された高圧の酸素含有ガスは、ほとんどが壁状枠体１０により包囲される空間内に流入する。壁状枠体１０を設けない従来構造に比べて酸素含有ガスの拡散を格段に低減でき、高圧状態を保持できるので、酸素含有ガスを高濃度で燃料電池セル３０の酸素極へ供給できる。この場合の間隙１５の大きさは、ガス噴射後の拡散を防ぐためにはできるだけ狭くすることが望ましいが、流出口１２ｂとの距離や噴射ガスの拡がり角なども考慮してなるべく多くの酸素含有ガスを壁状枠体１０の内側に取り込めるように間隙１５を設定する。   Most of the high-pressure oxygen-containing gas injected toward the gap 15 flows into the space surrounded by the wall frame 10. Compared to the conventional structure in which the wall frame 10 is not provided, the diffusion of the oxygen-containing gas can be remarkably reduced and the high-pressure state can be maintained, so that the oxygen-containing gas can be supplied to the oxygen electrode of the fuel cell 30 at a high concentration. In this case, the size of the gap 15 is desirably as small as possible in order to prevent diffusion after gas injection. However, as much oxygen-containing gas as possible is considered in consideration of the distance to the outlet 12b and the expansion angle of the injection gas. Is set to be able to be taken inside the wall-shaped frame 10.

壁状枠体１０の材料としては、耐熱金属またはセラミックスを用いることができる。ただし、導電性材料の場合は、燃料電池セル３０と接触するおそれのある箇所については絶縁物を挿入するか被覆することが望ましい。   As a material of the wall-shaped frame 10, a refractory metal or ceramics can be used. However, in the case of a conductive material, it is desirable to insert or cover an insulator for a portion that may come into contact with the fuel cell 30.

図２は、燃料電池セルスタック装置１を３個並置した状態の平面図である。酸素含有ガス供給ノズル１２は、燃料電池セルスタック装置１同士の間に燃料電池セル３０の配列方向に沿って３個ずつ設けられている。酸素含有ガス供給ノズル１２の数及び位置は、壁状枠体１０の包囲する空間内においてできるだけ均一な濃度で酸素含有ガスが分布するように設定される。   FIG. 2 is a plan view of a state in which three fuel cell stack devices 1 are juxtaposed. Three oxygen-containing gas supply nozzles 12 are provided between the fuel cell stack devices 1 along the arrangement direction of the fuel cells 30. The number and position of the oxygen-containing gas supply nozzles 12 are set so that the oxygen-containing gas is distributed at a concentration as uniform as possible in the space surrounded by the wall frame 10.

図３Ａは、図１に示した燃料電池セルスタック装置１の縦断面図である。壁状枠体１０の枠体側部１０ａの外面に対し離間して酸素含有ガス供給ノズル１２がそれぞれ設けられている。酸素含有ガス供給ノズル１２は、燃料電池セル３０の軸方向に平行に延在する管路１２ａと、管路１２ａの一端にて間隙１５に向かって開口する流出口１２ｂとを具備する。図３Ａの酸素含有ガス供給ノズル１２は全体形状がＴ型であり、流出口１２ｂが管路１２ａに対して垂直方向に延び両側に開口する。
また、図３Ａに示す通り、マニホールド１１の内部空間１１ａと各燃料ガス通路３１ａは連通している。 3A is a longitudinal sectional view of the fuel cell stack device 1 shown in FIG. Oxygen-containing gas supply nozzles 12 are provided separately from the outer surface of the frame side portion 10a of the wall-shaped frame 10. The oxygen-containing gas supply nozzle 12 includes a pipe line 12a that extends parallel to the axial direction of the fuel battery cell 30, and an outlet 12b that opens toward the gap 15 at one end of the pipe line 12a. The oxygen-containing gas supply nozzle 12 shown in FIG. 3A is T-shaped as a whole, and the outlet 12b extends in a direction perpendicular to the pipe 12a and opens on both sides.
As shown in FIG. 3A, the internal space 11a of the manifold 11 and each fuel gas passage 31a communicate with each other.

図３Ｂは、本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。図３Ｂの実施形態では、壁状枠体１０の枠体側部１０ａの外面に対し当接して酸素含有ガス供給ノズル１２がそれぞれ設けられている。酸素含有ガス供給ノズル１２の形状は図３Ａのものと同じＴ型である。
その管路１２ａに対し垂直な流出口１２ｂは、マニホールド１１と壁状枠体１０との間の間隙を通過して壁状枠体１０の包囲する空間に開口している。図３Ｂの形態は、図３Ａの形態よりもさらに酸素含有ガスの拡散を低減できる。なお、図３Ｂの形態におけるマニホールド１１と壁状枠体１０との間の間隙は、流出口１２ｂ以外の部分を閉塞すれば側面が完全に閉じた空間となるため望ましいが、開放状態のままでもよい。 FIG. 3B is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 3B, the oxygen-containing gas supply nozzle 12 is provided in contact with the outer surface of the frame side part 10 a of the wall-shaped frame 10. The shape of the oxygen-containing gas supply nozzle 12 is the same as that of FIG. 3A.
The outlet 12 b perpendicular to the pipe line 12 a passes through a gap between the manifold 11 and the wall frame 10 and opens to a space surrounded by the wall frame 10. The form of FIG. 3B can further reduce the diffusion of the oxygen-containing gas than the form of FIG. 3A. Note that the gap between the manifold 11 and the wall frame 10 in the form of FIG. 3B is desirable because the side surface is completely closed if the portion other than the outflow port 12b is closed. Good.

図４Ａは、本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。図４Ａの実施形態では、壁状枠体１０の左右一対の枠体側部１０ａがマニホールド１１の上壁両側からそれぞれ上方に延びるように連設されている。なお、図示されていない前後一対の枠体支持部については、図１の形態の枠体支持部１０ｂと同様にマニホールド１１の両端部に固定されている（後述する各形態においても同様）。従って、燃料電池セルスタックの側面周囲空間は完全に閉塞される。なお、壁状枠体１０とマニホールド１１とを一体部品として製造してもよいし、別部品として製造した後に接合してもよい。
また、前後一対の枠体支持部についてはマニホールドの両端部に固定し、左右一対の枠体側部１０ａについては、前後一対の枠体支持部とは分離可能に設けてもよい。 FIG. 4A is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 4A, a pair of left and right frame body side portions 10 a of the wall-shaped frame body 10 are connected so as to extend upward from both sides of the upper wall of the manifold 11. The pair of front and rear frame support portions not shown are fixed to both end portions of the manifold 11 in the same manner as the frame support portion 10b in the form of FIG. 1 (the same applies to each form described later). Therefore, the space around the side surface of the fuel cell stack is completely closed. The wall frame 10 and the manifold 11 may be manufactured as an integral part or may be joined after being manufactured as separate parts.
Further, the pair of front and rear frame body support portions may be fixed to both ends of the manifold, and the pair of left and right frame body side portions 10a may be provided so as to be separable from the pair of front and rear frame body support portions.

図４Ａの壁状枠体１０の内部は中空であり、酸素含有ガス供給路１４が形成されている。酸素含有ガス供給路１４は、酸素含有ガスが壁状枠体１０の上端または上端近傍の流入口１０ａ１から流入し、降下し、そして下端または下端近傍の流出口１０ａ３から壁状枠体１０の包囲する空間に流出するように設けられている。この場合、壁状枠体１０とマニホールド１１との間に間隙がなく側面を完全に閉塞された空間となるため、酸素含有ガスは壁状枠体１０の外側にほとんど漏れない。   The interior of the wall-shaped frame 10 in FIG. 4A is hollow, and an oxygen-containing gas supply path 14 is formed. In the oxygen-containing gas supply path 14, the oxygen-containing gas flows in from the inlet 10a1 near the upper end or the upper end of the wall-shaped frame 10, descends, and surrounds the wall-shaped frame 10 from the outlet 10a3 near the lower or the lower end. It is provided to flow out into the space. In this case, since there is no space between the wall frame 10 and the manifold 11 and the side surface is completely closed, the oxygen-containing gas hardly leaks to the outside of the wall frame 10.

なお、前述の図３Ａ及び図３Ｂの実施形態も含め、酸素含有ガスが燃料電池セルスタックの上方から降下してくる場合、降下途中でガスが加熱され、高温となって燃料電池セルへ供給される。これにより、低温のガスとの接触によって燃料電池セルが損傷を被ることが避けられる。   In addition, when the oxygen-containing gas descends from above the fuel cell stack, including the above-described embodiments of FIGS. 3A and 3B, the gas is heated in the middle of the descent and is supplied to the fuel cell as a high temperature. The This avoids damage to the fuel cell due to contact with the low temperature gas.

図４Ａの酸素含有ガス供給路１４は、壁状枠体１０の中空内において前後方向に交互に延在する複数の仕切り材１０ａ２により蛇行路を形成することが好適である。蛇行路とすることにより経路が長くなるため、酸素含有ガスが十分高温に加熱される。図４Ｂ及び図４Ｃは、図４Ａの壁状枠体１０内部に設けられた蛇行路の実施例を示す一部切り欠き部分斜視図である。図中の矢印は酸素含有ガスの流れの方向を示している。図４Ｂでは、流出口１０ａ３が前後方向に延びるスリット形状である。図４Ｃでは、流出口１０ａ３が前後方向に沿って分布する複数の孔形状である。図４Ｃにおける複数の流出口１０ａ３の分布は、端部近傍では疎に、中央部では密になっている。これは、壁状枠体１０の包囲する内側空間の中央部に集中的に酸素含有ガスを供給するためである。燃料電池セルスタックにおいては中央部の燃料電池セルの温度が端部のものに比べて高い傾向があるので、これを防止するためである。   The oxygen-containing gas supply path 14 in FIG. 4A preferably forms a meandering path with a plurality of partition members 10 a 2 that alternately extend in the front-rear direction in the hollow of the wall-shaped frame 10. Since the path becomes longer due to the meandering path, the oxygen-containing gas is heated to a sufficiently high temperature. 4B and 4C are partially cutaway partial perspective views showing an embodiment of the meandering path provided inside the wall-shaped frame 10 of FIG. 4A. The arrows in the figure indicate the flow direction of the oxygen-containing gas. In FIG. 4B, the outflow port 10a3 has a slit shape extending in the front-rear direction. In FIG. 4C, the outflow port 10a3 has a plurality of hole shapes distributed along the front-rear direction. The distribution of the plurality of outlets 10a3 in FIG. 4C is sparse in the vicinity of the end portion and dense in the central portion. This is because the oxygen-containing gas is intensively supplied to the central portion of the inner space surrounded by the wall frame 10. In the fuel cell stack, the temperature of the fuel cell at the center tends to be higher than that at the end, and this is to prevent this.

図４Ａの変形形態として、図４Ｂ及び図４Ｃに示した酸素含有ガス供給路を内設した中空壁状枠体の下端をマニホールド上壁に接合せず、マニホールドから分離させて配置してもよい。   As a modified form of FIG. 4A, the lower end of the hollow wall-shaped frame body provided with the oxygen-containing gas supply path shown in FIGS. 4B and 4C may be arranged separately from the manifold without being joined to the upper wall of the manifold. .

図５は、本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。図５の実施形態では、図４Ａの形態と同様に、壁状枠体１０の左右一対の枠体側部１０ａがマニホールド１１の上壁両側からそれぞれ上方に延びるように連設されている。なお、壁状枠体１０とマニホールド１１とを一体部品として製造してもよいし、別部品として製造した後に接合してもよい。   FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 5, as in the embodiment of FIG. 4A, a pair of left and right frame side portions 10 a of the wall-shaped frame body 10 are continuously provided so as to extend upward from both sides of the upper wall of the manifold 11. The wall frame 10 and the manifold 11 may be manufactured as an integral part or may be joined after being manufactured as separate parts.

図５では、壁状枠体１０と燃料電池セル３０との間（すなわち燃料電池セルスタックとの間）に酸素含有ガス供給ノズル１２が設けられている。酸素含有ガス供給ノズル１２は、燃料電池セル３０の軸方向に平行に上方から延在する管路１２ａと、管路１２ａの一端にて開口する流出口１２ｂとを具備する。この場合、流出口１２ｂは下方に向かって開口しているため、酸素含有ガス供給ノズル１２は簡易なストレート管でよい。また、供給ノズル１２が詰まった場合に供給ノズル１２だけを交換できる。この場合も、壁状枠体１０とマニホールド１１との間に間隙がなく側面を完全に閉塞された空間となるため、酸素含有ガスは壁状枠体１０の外側にほとんど漏れない。   In FIG. 5, an oxygen-containing gas supply nozzle 12 is provided between the wall-shaped frame 10 and the fuel battery cell 30 (that is, between the fuel battery cell stack). The oxygen-containing gas supply nozzle 12 includes a pipe line 12a extending from above in parallel with the axial direction of the fuel battery cell 30, and an outlet 12b opened at one end of the pipe line 12a. In this case, since the outflow port 12b opens downward, the oxygen-containing gas supply nozzle 12 may be a simple straight tube. Further, when the supply nozzle 12 is clogged, only the supply nozzle 12 can be replaced. Also in this case, since there is no gap between the wall frame 10 and the manifold 11 and the side surface is completely closed, the oxygen-containing gas hardly leaks to the outside of the wall frame 10.

図６は、本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。図６の実施形態では、図４Ａの形態と同様に、壁状枠体１０の左右一対の枠体側部１０ａがマニホールド１１の上壁両側からそれぞれ上方に延びるように連設されている。なお、壁状枠体１０とマニホールド１１とを一体部品として製造してもよいし、別部品として製造した後に接合してもよい。   FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 6, as in the embodiment of FIG. 4A, the pair of left and right frame bodies 10 a of the wall-like frame body 10 are connected so as to extend upward from both sides of the upper wall of the manifold 11. The wall frame 10 and the manifold 11 may be manufactured as an integral part or may be joined after being manufactured as separate parts.

図６では、マニホールド１１に酸素含有ガス供給路１６が形成されている。酸素含有ガス供給路１６は、マニホールド１１外部からの流入口１１ｂと、マニホールド１１の側壁内を通る管路１１ｃと、管路１１ｃの一端にて壁状枠体１０の包囲する空間に開口する流出口１１ｄとを具備する。この場合、酸素含有ガス供給路１６は、前述の上方から延びる酸素含有ガス供給ノズルに比べて経路が短いため圧損が少ない。   In FIG. 6, an oxygen-containing gas supply path 16 is formed in the manifold 11. The oxygen-containing gas supply path 16 has an inflow port 11b from the outside of the manifold 11, a pipe line 11c passing through the side wall of the manifold 11, and a flow opening into a space surrounded by the wall frame 10 at one end of the pipe line 11c. And an outlet 11d. In this case, the oxygen-containing gas supply path 16 has a shorter path than the above-described oxygen-containing gas supply nozzle extending from above, so that the pressure loss is small.

図６中、壁状枠体１０の内面上に突出させて設けた突起１０ｃは、内部空間において乱流を生じさせ、酸素含有ガスを均一に分布させる働きがある。この突起１０ｃは、他の実施形態にも適用できる。   In FIG. 6, the protrusion 10 c provided so as to protrude on the inner surface of the wall-shaped frame body 10 has a function of causing turbulent flow in the internal space and uniformly distributing the oxygen-containing gas. The protrusion 10c can be applied to other embodiments.

図７は、本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。図７の実施形態では、壁状枠体１０の左右一対の枠体側部１０ａが、燃料電池セルスタックを包囲すると共にマニホールド１１の側壁外面をも覆っている。さらにマニホールド１１の底壁外面を覆う枠体底部１０ｄが設けられている。枠体側部１０ａと枠体底部１０ｄとは一体的である。この場合、マニホールド１１が壁状枠体１０により側面及び底面を支持されるため転倒し難い。また、マニホールド１１と壁状枠体１０が一体型であるのでセルスタック装置全体の交換が容易である。   FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 7, the pair of left and right frame side portions 10 a of the wall-shaped frame body 10 surrounds the fuel cell stack and also covers the outer side wall of the manifold 11. Further, a frame bottom portion 10 d that covers the outer surface of the bottom wall of the manifold 11 is provided. The frame body side portion 10a and the frame body bottom portion 10d are integrated. In this case, since the manifold 11 is supported by the wall-like frame body 10 on the side and bottom surfaces, it is difficult to fall down. Further, since the manifold 11 and the wall frame 10 are integrated, the entire cell stack apparatus can be easily replaced.

図７では、図６の形態と同様に、マニホールド１１の側壁内に酸素含有ガス供給路１６が形成されており、その流入口１０ｅは枠体側部１０ａの外面に開口している。   In FIG. 7, similarly to the embodiment of FIG. 6, an oxygen-containing gas supply path 16 is formed in the side wall of the manifold 11, and its inlet 10e is open to the outer surface of the frame side part 10a.

図７中、壁状枠体１０の上端にて内側に延びる蓋板１０ｆは、壁状枠体１０の包囲する空間の上面を完全に覆うものではないが、この空間内の酸素含有ガスの圧力を高める働きがある。この蓋板１０ｆは、他の実施形態にも適用できる。   In FIG. 7, the cover plate 10f extending inward at the upper end of the wall-shaped frame 10 does not completely cover the upper surface of the space surrounded by the wall-shaped frame 10, but the pressure of the oxygen-containing gas in this space There is a work to improve. The lid plate 10f can be applied to other embodiments.

図８Ａ（ａ）は、本発明のさらに別の実施形態を示す燃料電池セルスタック装置の概略平面図である。図８Ａ（ｂ）は、図８Ａ（ａ）の燃料電池セルスタック装置の左側面図である。   FIG. 8A (a) is a schematic plan view of a fuel cell stack device showing still another embodiment of the present invention. FIG. 8A (b) is a left side view of the fuel cell stack device of FIG. 8A (a).

本実施形態は、前述の図４Ａ〜図４Ｃに示した実施形態に類似し、壁状枠体１０の枠体側部１０ａと枠体端部１０ｂの内部は中空で連通しており、酸素含有ガス供給路１４が形成されている。但し、本実施形態では、壁状枠体１０が耐熱性合金で形成されているため、導電性である。あるいは、少なくとも枠体端部１０ｂが導電性である。枠体端部１０ｂの中空内には、図８Ａ(ａ)に示すようにその厚み方向に内側壁と外側壁との間に架橋される導電部材９９が複数配置されている。これらの導電部材９９は、セルスタックからの電流を最短距離で酸素含有ガス供給管５５へ伝達するために設けられる。   This embodiment is similar to the embodiment shown in FIG. 4A to FIG. 4C described above, and the inside of the frame body side portion 10a and the frame body end portion 10b of the wall-like frame body 10 is hollow and communicated, and the oxygen-containing gas A supply path 14 is formed. However, in this embodiment, since the wall-shaped frame 10 is formed of a heat resistant alloy, it is conductive. Alternatively, at least the frame end 10b is conductive. As shown in FIG. 8A (a), a plurality of conductive members 99 that are bridged between the inner side wall and the outer side wall are arranged in the hollow of the frame end portion 10b. These conductive members 99 are provided to transmit the current from the cell stack to the oxygen-containing gas supply pipe 55 at the shortest distance.

図８Ａ(ａ)の平面図では、両側の端部から２つのコ字状の壁状枠体１０が互いに離間して、燃料電池セルスタック４１を取り囲むように配置されることにより、絶縁性が確保されている。図８Ａ(ａ)では、壁状枠体１０の上面を省略して中空内が見えるように示しているが、実際には上面は蓋で塞がれている。矢印は、酸素含有ガスの流れを示す。   In the plan view of FIG. 8A (a), two U-shaped wall-shaped frame bodies 10 are separated from each other from both ends, and are disposed so as to surround the fuel cell stack 41, whereby insulation is achieved. It is secured. In FIG. 8A (a), the upper surface of the wall-shaped frame 10 is omitted so that the inside of the hollow can be seen, but the upper surface is actually covered with a lid. Arrows indicate the flow of oxygen-containing gas.

燃料電池セルスタック４１の配列方向に平行な枠体側部１０ａの内側壁には複数の流出口１０ａ３が設けられている。一方、燃料電池セルスタック４１の端部側に位置する枠体端部１０ｂの外側壁には、導電性の酸素含有ガス供給管５５が接続されており、酸素含有ガスが供給される。酸素含有ガスは、枠体端部１０ｂの中空内に入った後、枠体側部１０ａの中空内へと流れて行き、流通口１０ａ３から燃料電池セル３０の周囲に噴出する。   A plurality of outlets 10a3 are provided on the inner wall of the frame body side portion 10a parallel to the arrangement direction of the fuel cell stack 41. On the other hand, a conductive oxygen-containing gas supply pipe 55 is connected to the outer wall of the frame end portion 10b located on the end side of the fuel cell stack 41, and oxygen-containing gas is supplied. The oxygen-containing gas flows into the hollow of the frame body end portion 10b, then flows into the hollow of the frame body side portion 10a, and is ejected around the fuel cell 30 from the circulation port 10a3.

図８Ａ(ａ)に示すように、燃料電池セルスタックの最も端部に位置する燃料電池セルと、壁状枠体１０の導電性の枠体端部１０ｂの内側壁とは、適宜の集電材を介して電気的に接続されている。一方、枠体端部１０ｂの外側壁には導電性の酸素含有ガス供給管５５が接続されている。従って、枠体端部１０ｂ及び酸素含有ガス供給管５５は、燃料電池セルスタックから電流を取り出すための端部集電体の役割を果たしている。酸素含有ガス供給管５５及び枠体端部１０ｂの内部に酸素含有ガスが流通することにより、これらの部材は冷却され、その結果、高温による酸化等の影響がなく電気抵抗の増大が避けられる。   As shown in FIG. 8A (a), the fuel cell located at the end of the fuel cell stack and the inner wall of the conductive frame end 10b of the wall-shaped frame 10 are made of an appropriate current collector. It is electrically connected via. On the other hand, a conductive oxygen-containing gas supply pipe 55 is connected to the outer wall of the frame end 10b. Therefore, the frame end portion 10b and the oxygen-containing gas supply pipe 55 serve as an end current collector for taking out current from the fuel cell stack. By circulating the oxygen-containing gas inside the oxygen-containing gas supply pipe 55 and the frame end portion 10b, these members are cooled, and as a result, there is no influence of oxidation or the like due to high temperature, and an increase in electrical resistance is avoided.

なお、壁状枠体１０が中空でない場合にも、枠体端部１０ｂとセルスタックの端部とを電気的に接続することにより、枠体端部１０ｂから電流を取り出すことが可能である。中空でない場合にも壁状枠体１０の周囲に酸素含有ガスが流通することにより冷却効果が得られ、高温による酸化等の影響を緩和でき、電気抵抗の増大が避けられる。   Even when the wall-shaped frame 10 is not hollow, it is possible to take out current from the frame end 10b by electrically connecting the frame end 10b and the end of the cell stack. Even when it is not hollow, the cooling effect is obtained by circulating the oxygen-containing gas around the wall-shaped frame 10, the influence of oxidation or the like due to high temperature can be mitigated, and an increase in electrical resistance can be avoided.

図８Ｂ（ａ）は、枠体側部１０ａの内側壁から見た図であり、図８Ｂ（ｂ）は、枠体端部１０ｂの内側壁から見た図である。図８Ｂ（ａ）に示す通り、内側壁に分布して設けられた複数の流出口１０ａ３は、燃料電池セルスタックの配列方向に沿った中央部において大きく、端部近傍において小さく設けられている。これにより、高温となりやすい燃料電池セルスタックの中央部における酸素含有ガスの流通を良好にして中央部の過熱を防止すると同時に、ガスの滞留を防止して配列方向全体に亘って酸素含有ガスの濃度が均一となるようにする。図８Ｂ（ｂ）に示すように、枠体端部１０ｂにも複数の流出口１０ｂ１が適宜設けられ、この流出口１０ｂ１からも酸素含有ガスが噴出する。   FIG. 8B (a) is a view seen from the inner wall of the frame body side portion 10a, and FIG. 8B (b) is a view seen from the inner wall of the frame end portion 10b. As shown in FIG. 8B (a), the plurality of outflow ports 10a3 distributed on the inner wall are large in the central portion along the arrangement direction of the fuel cell stack and small in the vicinity of the end portions. As a result, it is possible to improve the flow of the oxygen-containing gas in the center of the fuel cell stack, which is likely to become high temperature, to prevent overheating of the center, and at the same time to prevent the gas from staying and the concentration of the oxygen-containing gas throughout the arrangement direction. To be uniform. As shown in FIG. 8B (b), a plurality of outlets 10b1 are also provided at the frame end 10b as appropriate, and oxygen-containing gas is also ejected from the outlets 10b1.

図８Ｃ（ａ）は、図８Ｂに示した壁状枠体１０の変形形態であり、図８Ｃ（ａ）は壁状枠体１０をその内側壁から見た図である。図８Ｃ（ｂ）は、図８Ｃ（ａ）の一部側面図である。図８Ｃ（ｃ）は、図８Ｃ（ａ）の一部平面図である。図８Ｃの実施形態では、壁状枠体１０の枠体側部１０ａの内側壁の上部に複数のフィン５１が斜め上方に向かって突設されている。これらのフィン５１は、流出口１０ａ３から噴出した酸素含有ガスを乱流化し、流通性を良好にして、燃料電池セルに対してより多くの酸素含有ガスを供給することができる。   FIG. 8C (a) is a modification of the wall-shaped frame body 10 shown in FIG. 8B, and FIG. 8C (a) is a view of the wall-shaped frame body 10 as viewed from the inner side wall. FIG. 8C (b) is a partial side view of FIG. 8C (a). FIG. 8C (c) is a partial plan view of FIG. 8C (a). In the embodiment of FIG. 8C, a plurality of fins 51 project obliquely upward from the upper part of the inner side wall of the frame side part 10 a of the wall-shaped frame 10. These fins 51 can turbulently flow the oxygen-containing gas ejected from the outlet 10a3, improve the flowability, and supply more oxygen-containing gas to the fuel cells.

図８Ｄ（ａ）は、図８Ａ（ａ）の実施形態の燃料電池セルスタックの端部と、壁状枠体１０の枠体端部１０ｂとの関係を詳細に示す図である。燃料電池セルスタックの最も端部に位置する燃料電池セルに当接する柔軟性のある集電材５２と、導電性の枠体端部１０ｂとは導電性接着剤５３を介して電気的に接続されている。   FIG. 8D (a) is a diagram showing in detail the relationship between the end of the fuel cell stack of the embodiment of FIG. 8A (a) and the frame end 10b of the wall-shaped frame 10. A flexible current collector 52 that contacts the fuel cell located at the end of the fuel cell stack and the conductive frame end 10 b are electrically connected via a conductive adhesive 53. Yes.

そして、図８Ｄ（ｂ）に示すように、導電性接着剤５３が、枠体端部１０ｂに適宜設けられた孔１０ｂ１から中空内に入り込み、孔１０ｂ１の径より周囲に拡大した状態で硬化することにより、この中空内で硬化した部分がリベットと同様の作用を発揮して、集電材５２と枠体端部１０ｂとを強固に接続することとなり、機械的並びに電気的な接続強度が向上する。   Then, as shown in FIG. 8D (b), the conductive adhesive 53 enters the hollow from the hole 10b1 provided appropriately in the frame body end portion 10b, and is cured in a state of being expanded to the periphery from the diameter of the hole 10b1. Thus, the hardened portion in the hollow exhibits the same action as the rivet, and the current collector 52 and the frame end portion 10b are firmly connected, and the mechanical and electrical connection strength is improved. .

図９Ａに示すさらに別の実施形態では、マニホールドに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管５６の途中管路が、酸素含有ガス供給管５５の管内に挿通されている。これにより、省スペース化が図れると共に、燃料ガス供給管５６を酸素含有ガスの流れで冷却することにより燃料ガス供給管５６の耐酸化性を向上させることができる。   In yet another embodiment shown in FIG. 9A, a midway line of a fuel gas supply pipe 56 that supplies fuel gas to the manifold is inserted into a pipe of the oxygen-containing gas supply pipe 55. Thereby, space can be saved and the oxidation resistance of the fuel gas supply pipe 56 can be improved by cooling the fuel gas supply pipe 56 with the flow of the oxygen-containing gas.

図９Ｂは、図９Ａの実施形態の変形形態を示す図である。この形態は、酸素含有ガス供給管５５の管内に挿通された燃料ガス供給管５６の端部が、枠体端部１０ｂの中空内に入り、下方へ折れてマニホールド１１へと向かい、マニホールド１１の上面からマニホールド１１内に導入されている。この形態では、燃料ガス供給管５６全体が、酸素含有ガスの流れで冷却されるため、より対酸化性を向上させられる。   FIG. 9B shows a variation of the embodiment of FIG. 9A. In this embodiment, the end of the fuel gas supply pipe 56 inserted into the oxygen-containing gas supply pipe 55 enters the hollow of the frame body end portion 10b, folds downward, toward the manifold 11, and the manifold 11 It is introduced into the manifold 11 from the upper surface. In this embodiment, since the entire fuel gas supply pipe 56 is cooled by the flow of the oxygen-containing gas, the oxidation resistance can be further improved.

図９Ｃは、酸素含有ガス供給管５５のさらに別の形態を示す図である。この形態では、酸素含有ガス供給管５５の管壁に複数の孔５７を穿設している。これにより、酸素含有ガス供給管５５に少量の酸素含有ガスを供給するだけで、周囲の空気が酸素含有ガス供給管５５内に引き込まれるため、多量の酸素含有ガスを枠体端部１０ｂの中空内に供給することができる。   FIG. 9C is a diagram showing still another form of the oxygen-containing gas supply pipe 55. In this embodiment, a plurality of holes 57 are formed in the tube wall of the oxygen-containing gas supply tube 55. Thus, since only a small amount of oxygen-containing gas is supplied to the oxygen-containing gas supply pipe 55 and the surrounding air is drawn into the oxygen-containing gas supply pipe 55, a large amount of oxygen-containing gas is removed from the hollow end 10b of the frame body. Can be supplied within.

以上述べた本発明の各実施形態の燃料電池セルスタック装置を、所定の収納ケースに組み込むことにより燃料電池モジュールを形成できる。   A fuel cell module can be formed by incorporating the fuel cell stack device of each embodiment of the present invention described above into a predetermined storage case.

本発明による燃料電池セルスタック装置を用いて発電試験を行った結果を表１に示す。図６に示した酸素含有ガス包囲手段（ただし突起１０ｃを有しない）を設けることにより、電圧及び電力における出力増大の効果が得られることが示された。   Table 1 shows the results of a power generation test using the fuel cell stack device according to the present invention. It was shown that the effect of increasing the output in voltage and power can be obtained by providing the oxygen-containing gas surrounding means (but not having the protrusion 10c) shown in FIG.

Figure 0005041711
Figure 0005041711

本発明の基本的な実施形態を示す燃料電池セルスタック装置の概略的な外観斜視図である。1 is a schematic external perspective view of a fuel cell stack device showing a basic embodiment of the present invention. 図１の燃料電池セルスタック装置を３個並置した状態の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a state in which three fuel cell stack devices of FIG. 1 are juxtaposed. 図１に示した燃料電池セルスタック装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the fuel cell stack apparatus shown in FIG. 本発明の別の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows another embodiment of this invention. 図４Ａの壁状枠体内部に設けられた蛇行路の実施例を示す一部切り欠き部分斜視図である。FIG. 4B is a partially cutaway partial perspective view showing an example of a meandering path provided inside the wall-shaped frame of FIG. 4A. 図４Ａの壁状枠体内部に設けられた蛇行路の実施例を示す一部切り欠き部分斜視図である。FIG. 4B is a partially cutaway partial perspective view showing an example of a meandering path provided inside the wall-shaped frame of FIG. 4A. 本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows another embodiment of this invention. （ａ）は本発明のさらに別の実施形態を示す平面図である。（ｂ）は前図８Ａ（ａ）の側面図である。(A) is a top view which shows another embodiment of this invention. (B) is a side view of FIG. 8A (a). （ａ）は図８Ａの枠体側部の内側壁から見た図である。（ｂ）は図８Ａの枠体端部の内側壁から見た図である。(A) is the figure seen from the inner wall of the frame side part of FIG. 8A. (B) is the figure seen from the inner wall of the frame body edge part of FIG. 8A. （ａ）は本発明のさらに別の実施形態における枠体側部の内側壁から見た図である。（ｂ）は（ａ）の一部側面図である。（ｃ）は（ａ）の一部平面図である。(A) is the figure seen from the inner wall of the frame side part in another embodiment of this invention. (B) is a partial side view of (a). (C) is a partial plan view of (a). （ａ）は図８Ａの端部集電体構造の詳細を示す図である。（ｂ）は（ａ）のさらに詳細な図である。(A) is a figure which shows the detail of the edge part collector structure of FIG. 8A. (B) is a more detailed view of (a). 本発明のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of this invention. 本発明のさらに別の実施形態を示す図である。It is a figure which shows another embodiment of this invention. 従来提示されている固体電解質形燃料電池セルの一例であり、燃料電池セルの断面を含む部分斜視図である。It is an example of the solid oxide fuel cell conventionally proposed, and is a partial perspective view including a cross section of the fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池セルスタック装置
１０ 壁状枠体
１１ マニホールド
３０ 燃料電池セル
４１ 燃料電池セルスタック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack apparatus 10 Wall frame 11 Manifold 30 Fuel cell 41 Fuel cell stack

Claims (9)

収納ケース内に収納される燃料電池セルスタック装置であって、
柱状であって軸方向に貫通する燃料ガス通路を具備する固体電解質形燃料電池セルを複数配列させた燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルの各々をその軸方向の一端にて支持しかつ前記燃料ガス通路と連通する内部空間を具備するマニホールドと、
前記燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく該燃料電池セルスタックを取り囲む酸素含有ガス包囲手段とを有し、
該酸素含有ガス包囲手段が、前記マニホールドに固定されており、一部分が前記マニホールドとの間に前記軸方向に間隙を有する壁状枠体であることを特徴とする燃料電池セルスタック装置。 A fuel cell stack device stored in a storage case,
A fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cells each having a columnar fuel gas passage extending in the axial direction are arranged;
A manifold having an internal space that supports each of the fuel cells at one axial end thereof and communicates with the fuel gas passage;
It possesses an oxygen-containing gas enclosing means surrounding the fuel cell stack in order to prevent the diffusion of the oxygen-containing gas supplied to the periphery of the fuel cell stack,
Oxygen-containing gas enclosing means are fixed to the manifold, the fuel cell stack and wherein the wall-like frame der Rukoto with a gap in the axial direction between a portion the manifold. 前記壁状枠体の外面に対し離間して酸素含有ガス供給部材が設けられ、該酸素含有ガス供給部材が、前記軸方向に平行に延在する管路と、該管路の一端にて前記間隙に向かって開口する流出口とを具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルスタック装置。 Oxygen-containing gas supply member is provided apart from to the outer surface of the wall-like frame, the oxygen-containing gas supply member, a conduit extending parallel to the axial direction, said at one end of the conduit The fuel cell stack device according to claim 1 , further comprising an outlet opening that opens toward the gap. 前記壁状枠体の外面に対し当接して酸素含有ガス供給部材が設けられ、該酸素含有ガス供給部材が、前記軸方向に平行に延在する管路と、該管路の一端から前記間隙を通り該壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セルスタック装置。 Oxygen-containing gas supply member is provided in contact to an outer surface of said wall-like frame, the oxygen-containing gas supply member, a conduit extending parallel to the axial direction, the gap from one end of the conduit 2. The fuel cell stack device according to claim 1 , further comprising an outflow port that passes through and opens into a space surrounded by the wall-shaped frame body. 収納ケース内に収納される燃料電池セルスタック装置であって、A fuel cell stack device stored in a storage case,
柱状であって軸方向に貫通する燃料ガス通路を具備する固体電解質形燃料電池セルを複数配列させた燃料電池セルスタックと、A fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cells each having a columnar fuel gas passage extending in the axial direction are arranged;
前記燃料電池セルの各々をその軸方向の一端にて支持しかつ前記燃料ガス通路と連通する内部空間を具備するマニホールドと、  A manifold having an internal space that supports each of the fuel cells at one axial end thereof and communicates with the fuel gas passage;
前記燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく該燃料電池セルスタックを取り囲む酸素含有ガス包囲手段とを有し、  Oxygen-containing gas surrounding means for surrounding the fuel cell stack to prevent diffusion of the oxygen-containing gas supplied around the fuel cell stack,
該酸素含有ガス包囲手段が、前記マニホールドと連設して設けられた壁状枠体であることを特徴とする燃料電池セルスタック装置。  The fuel cell stack device according to claim 1, wherein the oxygen-containing gas surrounding means is a wall-shaped frame body provided continuously with the manifold. 前記壁状枠体が中空でありかつ該中空の壁状枠体内に酸素含有ガス供給路が形成されており、該酸素含有ガス供給路が、前記壁状枠体内の蛇行路と、該壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池セルスタック装置。 Said and wall-like frame is an oxygen-containing gas supply passage in a wall shape frame body enabled with the hollow in the hollow formation, oxygen-containing gas supply passage, the meandering path of the wall-like frame body, the wall-like The fuel cell stack device according to claim 4 , further comprising an outflow opening that opens into a space surrounded by the frame. 前記壁状枠体と前記燃料電池セルスタックとの間に酸素含有ガス供給部材が設けられ、該酸素含有ガス供給部材が、前記軸方向に平行に延在する管路と、該管路の一端にて開口する流出口とを具備することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池セルスタック装置。 Oxygen-containing gas supply member is provided between the fuel cell stack and the wall-like frame, the oxygen-containing gas supply member, a conduit extending parallel to the axial direction, one end of the conduit The fuel cell stack device according to claim 4 , further comprising an outflow port that is open at a point. 前記マニホールドに酸素含有ガス供給路が形成されており、該酸素含有ガス供給路が、前記マニホールドの側壁内を通る管路と、該管路の一端にて前記壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池セルスタック装置。 Wherein are oxygen-containing gas supply passage formed in the manifold, space oxygen-containing gas supply passage, which surrounds the wall-like frame a conduit passing through the wall of the manifold, at one end of the conduit The fuel cell stack device according to claim 4 , further comprising an outlet opening that is open to the bottom. 収納ケース内に収納される燃料電池セルスタック装置であって、
柱状であって軸方向に貫通する燃料ガス通路を具備する固体電解質形燃料電池セルを複数配列させた燃料電池セルスタックと、
前記燃料電池セルの各々をその軸方向の一端にて支持しかつ前記燃料ガス通路と連通する内部空間を具備するマニホールドと、
前記燃料電池セルスタックの周囲に供給される酸素含有ガスの拡散を防止するべく該燃料電池セルスタックを取り囲む酸素含有ガス包囲手段とを有し、
前記酸素含有ガス包囲手段が前記マニホールドの側壁外面を覆う壁状枠体であり該壁状枠体は前記マニホールドの底壁外面を覆う底部枠体を具備し、かつ前記マニホールドに酸素含有ガス供給路が形成されており、該酸素含有ガス供給路が、前記マニホールドの側壁内を通る管路と、該管路の一端にて前記壁状枠体の包囲する空間に開口する流出口とを具備することを特徴とする燃料電池セルスタック装置。 A fuel cell stack device stored in a storage case,
A fuel cell stack in which a plurality of solid electrolyte fuel cells each having a columnar fuel gas passage extending in the axial direction are arranged;
A manifold having an internal space that supports each of the fuel cells at one axial end thereof and communicates with the fuel gas passage;
Oxygen-containing gas surrounding means for surrounding the fuel cell stack to prevent diffusion of the oxygen-containing gas supplied around the fuel cell stack,
It said oxygen-containing gas enclosing means a wall-like frame body covers the side wall outer surface of the manifold wall-like frame body comprises a bottom frame body which covers the external surface of the bottom wall of the manifold, and an oxygen-containing gas supply passage to the manifold There are formed, oxygen-containing gas supply passage comprises a conduit passing through the wall of the manifold, and a flow outlet opening into the space surrounding the wall-like frame at one end of the conduit A fuel cell stack device. 前記燃料電池セルスタックにおける前記燃料電池セルの配列方向において端部側に位置する前記酸素含有ガス包囲手段が導電性でありかつ前記燃料電池セルスタックの端部と電気的に接続されることにより前記酸素含有ガス包囲手段を用いて電流を取り出すことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置。 The oxygen-containing gas surrounding means located on the end side in the arrangement direction of the fuel cells in the fuel cell stack is electrically conductive and electrically connected to the end of the fuel cell stack. fuel cell stack according to any one of claims 1 to 8, characterized in that retrieving the current using an oxygen-containing gas enclosing means.
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