JP5168623B2 - Fuel cell stack, fuel cell module including the same, and fuel cell including the same - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)に使用される燃料電池セルスタック、それを備える燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack used for a solid oxide fuel cell (SOFC), a fuel cell module including the same, and a fuel cell including the same.

従来、このような燃料電池においては、複数の燃料電池セルを収納容器内に収容し、その複数の燃料電池セルそれぞれに燃料ガスと酸化剤ガスとしての空気とを供給して作動させている。複数の燃料電池セルを用いているのは、燃料電池セル単体では十分な起電力が得られないためである。そのため、複数の燃料電池セルを直列又は並列に配置して、電圧や電流を上げている。   Conventionally, in such a fuel cell, a plurality of fuel cells are accommodated in a storage container, and each of the plurality of fuel cells is supplied with fuel gas and air as an oxidant gas to operate. The reason why the plurality of fuel cells are used is that a sufficient electromotive force cannot be obtained with a single fuel cell. Therefore, a plurality of fuel cells are arranged in series or in parallel to increase the voltage and current.

円筒型の燃料電池セルを用いるもので、燃料電池セルの直列配置及び並列配置を容易ならしめ、燃料電池全体としての小型化を成し得るものとして下記特許文献1に記載されている技術が提案されている。下記特許文献1に開示されている燃料電池は、支持体の外表面に順次第一の電極、電解質および第二の電極を積層した管状セルと接続部材とを具備した円筒型単セルを、第一の集電板と第二の集電板の間に接続部材を介して接続しているものである。
特開2002−289249号公報
A technique described in Patent Document 1 below proposes that a cylindrical fuel battery cell is used, which facilitates the serial arrangement and parallel arrangement of the fuel battery cells, and can reduce the size of the entire fuel cell. Has been. A fuel cell disclosed in the following Patent Document 1 includes a cylindrical single cell including a tubular cell and a connecting member in which a first electrode, an electrolyte, and a second electrode are sequentially laminated on the outer surface of a support. A current collector plate and a second current collector plate are connected via a connecting member.
JP 2002-289249 A

上記特許文献1に記載されている燃料電池は、複数の円筒型単セルを第一の集電板と第二の集電板とで挟んで保持している。従って、第一の集電板及び第二の集電板は、円筒型単セルを保持する役割と、円筒型単セルから電気を集める役割とを果たしている。従って、一方の集電板には各円筒型単セルの同じ極から取り出される電気を集める必要があるため、一対の集電板の間においては円筒型単セルを並列にしか配置することができなかった。上記特許文献1に記載されている技術において円筒型単セルを直列に接続する場合には、上記特許文献1の図6や図7に示されているように円筒型単セルの長手方向に直列して配置する必要があり、燃料電池を構成する際に形態上の制約を受けていた。   The fuel cell described in Patent Document 1 holds a plurality of cylindrical single cells sandwiched between a first current collector plate and a second current collector plate. Accordingly, the first current collector plate and the second current collector plate serve to hold the cylindrical single cell and to collect electricity from the cylindrical single cell. Therefore, since it is necessary to collect electricity taken from the same pole of each cylindrical single cell on one current collector plate, the cylindrical single cells could only be arranged in parallel between the pair of current collector plates. . When the cylindrical unit cells are connected in series in the technique described in Patent Document 1, as shown in FIGS. 6 and 7 of Patent Document 1, the cylindrical unit cells are serially connected in the longitudinal direction. When the fuel cell is configured, there is a limitation on the form.

そこで本発明者らは、燃料電池セルの配置態様の自由度を高めることが可能な燃料電池セルスタックの検討を行った。そのような課題を解決する燃料電池セルスタックでは、燃料電池セル同士の電気的な接続を確保する際に、従来には想定できないような課題が存在することを見出した。   Therefore, the present inventors have studied a fuel cell stack that can increase the degree of freedom of the arrangement of fuel cells. In the fuel cell stack that solves such a problem, it has been found that there is a problem that cannot be assumed in the past when securing the electrical connection between the fuel cells.

そこで本発明では、燃料電池セルの配置態様の自由度を高めることが可能であって、燃料電池セル同士の電気的な接続を確実に確保することが可能な燃料電池セルスタック、それを備える燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, the degree of freedom of the arrangement mode of the fuel cells can be increased, and the fuel cell stack capable of reliably ensuring the electrical connection between the fuel cells, and the fuel including the fuel cell stack It aims at providing a battery module and a fuel cell provided with the same.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池セルスタックは、環状に形成され、内部空間をガスが通過可能なように構成されている第一電極層と、前記第一電極に重ねて配置され環状に形成された固体電解質層と、前記固体電解質層に重ねて配置され環状に形成された第二電極層とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとによって作動する複数の燃料電池セルを備える燃料電池セルスタックであって、前記複数の燃料電池セルそれぞれの端部に設けられ前記第一電極層及び前記第二電極層の一方から集電するための集電部材と、前記燃料電池セルとを有する複数の燃料電池セルユニットと、前記複数の燃料電池セルユニットをその主面に対して立設させて保持するための保持板と、前記複数の燃料電池セルの内の第一の燃料電池セルに設けられている集電部材と、前記複数の燃料電池セルの内の第二の燃料電池セルに設けられている集電部材とを電気的に接続するための複数の接続部材と、を備え、前記集電部材は、前記燃料電池セルの端面に沿って形成される平面部を有しており、前記接続部材は、その少なくとも一部分が前記集電部材の平面部に当接することで前記集電部材と電気的に接続されている。   In order to solve the above problems, a fuel cell stack according to the present invention is formed in an annular shape, and is arranged so as to overlap with the first electrode layer configured to allow gas to pass through the internal space. A plurality of fuel cells that are operated by a fuel gas and an oxidant gas, the solid electrolyte layer having an annular shape, and a second electrode layer that is disposed on the solid electrolyte layer and is annularly formed. A fuel cell stack comprising: a current collecting member for collecting current from one of the first electrode layer and the second electrode layer provided at an end of each of the plurality of fuel cells; and the fuel cell A plurality of fuel cell units, a holding plate for holding the plurality of fuel cell units upright with respect to the main surface, and a first fuel among the plurality of fuel cells Provided in the battery cell And a plurality of connecting members for electrically connecting a current collecting member provided in a second fuel cell among the plurality of fuel cells, and The member has a flat portion formed along the end surface of the fuel cell, and the connecting member is electrically connected to the current collecting member by at least a part of the connecting member being in contact with the flat portion of the current collecting member. Connected.

本発明によれば、燃料電池セルの配置態様の自由度を高めることが可能であって、燃料電池セル同士の電気的な接続を確実に確保することが可能な燃料電池セルスタック、それを備える燃料電池モジュール、及びそれを備える燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell stack which can raise the freedom degree of the arrangement | positioning aspect of a fuel cell, and can ensure the electrical connection of fuel cells reliably is provided. A fuel cell module and a fuel cell including the same can be provided.

本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。   Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described.

本発明に係る燃料電池セルスタックは、環状に形成され、内部空間をガスが通過可能なように構成されている第一電極層と、前記第一電極に重ねて配置され環状に形成された固体電解質層と、前記固体電解質層に重ねて配置され環状に形成された第二電極層とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとによって作動する複数の燃料電池セルを備える燃料電池セルスタックであって、前記複数の燃料電池セルそれぞれの端部に設けられ前記第一電極層及び前記第二電極層の一方から集電するための集電部材と、前記燃料電池セルとを有する複数の燃料電池セルユニットと、前記複数の燃料電池セルユニットをその主面に対して立設させて保持するための保持板と、前記複数の燃料電池セルの内の第一の燃料電池セルに設けられている集電部材と、前記複数の燃料電池セルの内の第二の燃料電池セルに設けられている集電部材とを電気的に接続するための複数の接続部材と、を備え、前記集電部材は、前記燃料電池セルの端面に沿って形成される平面部を有しており、前記接続部材は、その少なくとも一部分が前記集電部材の平面部に当接することで前記集電部材と電気的に接続されている。   A fuel cell stack according to the present invention includes a first electrode layer formed in an annular shape and configured to allow gas to pass through an internal space, and a solid formed in an annular shape so as to overlap the first electrode. The fuel cell stack includes an electrolyte layer and a second electrode layer formed in an annular shape so as to overlap with the solid electrolyte layer, and includes a plurality of fuel cells operated by a fuel gas and an oxidant gas. A plurality of fuel cells each having a current collecting member for collecting current from one of the first electrode layer and the second electrode layer provided at an end of each of the plurality of fuel cells, and the fuel cell. A cell unit; a holding plate for holding the plurality of fuel cell units upright with respect to a main surface thereof; and a first fuel cell among the plurality of fuel cells. A current collecting member; A plurality of connecting members for electrically connecting a current collecting member provided in a second fuel cell of the fuel cells, wherein the current collecting member comprises The connecting member has a flat portion formed along the end face, and the connecting member is electrically connected to the current collecting member by at least a part of the connecting member being in contact with the flat portion of the current collecting member.

本発明によれば、環状に形成された部分を有する燃料電池セルの端面に沿って形成される平面部を有する集電部材と、燃料電池セル相互の電気的な接続を担う接続部材とが、集電部材の平面部において当接することで電気的に接続されているので、所定の面積を有する平面的な接合状態を確保でき、電気的な接続の信頼性を向上させることができる。   According to the present invention, the current collecting member having a flat portion formed along the end face of the fuel cell having the annularly formed portion, and the connecting member responsible for the electrical connection between the fuel cells, Since it is electrically connected by abutting on the flat surface portion of the current collecting member, a planar joined state having a predetermined area can be secured, and the reliability of electrical connection can be improved.

また、本発明に係る燃料電池セルスタックでは、前記接続部材は、前記集電部材の平面部と前記保持板の主面とによって挟持されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、燃料電池セル相互の電気的な接続を担う接続部材が、集電部材の平面部と保持板の主面とによって挟持されているので、接続部材と集電部材の平面部とを密着させることができる。従って、接続部材と集電部材との平面的な接合状態をより確実に確保でき、電気的な接続の信頼性を向上させることができる。   In the fuel cell stack according to the present invention, it is also preferable that the connection member is sandwiched between a flat portion of the current collecting member and a main surface of the holding plate. According to this preferable aspect, since the connection member responsible for the electrical connection between the fuel cells is sandwiched between the planar portion of the current collector and the main surface of the holding plate, the plane of the connection member and the current collector is Can be brought into close contact with each other. Therefore, a planar joining state between the connecting member and the current collecting member can be ensured more reliably, and the reliability of electrical connection can be improved.

また、本発明に係る燃料電池セルスタックでは、前記集電部材は、前記燃料電池セルの端面及び側面を含む端部を囲繞するように前記燃料電池セルに対して取り付けられており、前記接続部材は、前記集電部材が前記燃料電池セルの側面に沿っている部分に当接することで、前記集電部材と電気的に接続されていることも好ましい。この好ましい態様によれば、接続部材と集電部材とが、平面的な接合状態と併せて、集電部材が燃料電池セルの側面に沿っている部分においても当接しているので、接続部材と集電部材との平面的な接合状態をより確実に確保でき、電気的な接続の信頼性を向上させることができる。   Further, in the fuel cell stack according to the present invention, the current collecting member is attached to the fuel cell so as to surround an end portion including an end surface and a side surface of the fuel cell, and the connection member It is also preferable that the current collecting member is electrically connected to the current collecting member by abutting against a portion along the side surface of the fuel cell. According to this preferable aspect, the connecting member and the current collecting member are in contact with each other in a portion along the side surface of the fuel cell, together with the planar joined state. A planar joining state with the current collecting member can be ensured more reliably, and the reliability of electrical connection can be improved.

また、本発明に係る燃料電池セルスタックでは、前記複数の接続部材の内の一部の接続部材が、当該燃料電池セルスタックから電気を取り出すための端子として機能することも好ましい。この好ましい態様によれば、燃料電池セル同士の電気的な接続を担う接続部材の一部が、燃料電池セルスタックから電気を取り出す役割も果たすので、部材点数の削減を実現することができる。   In the fuel cell stack according to the present invention, it is also preferable that some of the plurality of connection members function as terminals for taking out electricity from the fuel cell stack. According to this preferred aspect, a part of the connection member that is responsible for electrical connection between the fuel cells also serves to take out electricity from the fuel cell stack, so that the number of members can be reduced.

また、本発明に係る燃料電池セルスタックを備える燃料電池モジュールでは、上述したような作用効果を奏する燃料電池モジュールを提供することができる。また、本発明に係る燃料電池セルスタックを備える燃料電池では、上述したような作用効果を奏する燃料電池を提供することができる。   Moreover, in a fuel cell module provided with the fuel cell stack according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell module having the above-described effects. Moreover, in a fuel cell provided with the fuel cell stack according to the present invention, a fuel cell having the above-described effects can be provided.

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same constituent elements in the drawings will be denoted by the same reference numerals as much as possible, and redundant description will be omitted.

図1,図2,図3を参照しながら本実施形態に係る燃料電池モジュールFCについて説明する。図1は、燃料電池モジュールFCを部分的に破断した概略的な斜視図である。図2は、図1のA方向から燃料電池モジュールFCを視た図である。図3は、図1のB方向から燃料電池モジュールFCを視た図である。   The fuel cell module FC according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view in which the fuel cell module FC is partially broken. FIG. 2 is a view of the fuel cell module FC as viewed from the direction A in FIG. FIG. 3 is a view of the fuel cell module FC as viewed from the direction B in FIG.

燃料電池モジュールFCは、カバー部材1(第二部材)とベース部材2(第一部材)とによって密閉される空間内に10個の燃料電池セルスタック400を並べて配置している。各燃料電池セルスタック400には、燃料電池セル4を含む燃料電池セルユニット30が、2列×8列の16個ずつ配置されている。これらの燃料電池セルユニット30及び燃料電池セル4は、電気的に直列に配置されている。   In the fuel cell module FC, ten fuel cell stacks 400 are arranged side by side in a space sealed by the cover member 1 (second member) and the base member 2 (first member). In each fuel cell stack 400, 16 fuel cell units 30 including the fuel cells 4 are arranged in 2 rows × 8 rows. The fuel cell unit 30 and the fuel cell 4 are electrically arranged in series.

カバー部材1は、矩形平板状の上壁10と、その上壁10の各辺に繋がって一方向に延びる側壁11とを備えている。側壁11の上壁10と繋がる側とは反対側の端部には、フランジ部12が形成されている。カバー部材1のフランジ部12を、ベース部材2のベース板21に当接させることで、カバー部材1とベース部材2とによって密閉される空間が形成されている。この密閉される空間は、仕切板22,23によって仕切られていて、セル室13と排出ガス室14とが形成されている。排出ガス室14には、排出ガス管36が繋がれていて、排出ガスはこの排出ガス管36を通って外部に排出される。   The cover member 1 includes a rectangular flat plate-like upper wall 10 and side walls 11 connected to the respective sides of the upper wall 10 and extending in one direction. A flange 12 is formed at the end opposite to the side connected to the upper wall 10 of the side wall 11. A space sealed by the cover member 1 and the base member 2 is formed by bringing the flange portion 12 of the cover member 1 into contact with the base plate 21 of the base member 2. This sealed space is partitioned by partition plates 22 and 23, and a cell chamber 13 and an exhaust gas chamber 14 are formed. An exhaust gas pipe 36 is connected to the exhaust gas chamber 14, and the exhaust gas is discharged outside through the exhaust gas pipe 36.

上壁10は、矩形平板状の部材によって構成されていて、一重壁構造を成している。側壁11は、4つの側壁部分111,112,113,114によって構成されている。側壁部分111,112,113,114はそれぞれ、矩形平板状の部材を3枚用いた三重壁構造を成している。また、側壁部分112の内側には空気流路116が、側壁部分114の内側には空気流路118が、それぞれ設けられている。   The upper wall 10 is composed of a rectangular flat plate member and forms a single wall structure. The side wall 11 is constituted by four side wall portions 111, 112, 113 and 114. Each of the side wall portions 111, 112, 113, and 114 has a triple wall structure using three rectangular flat plate members. An air flow path 116 is provided inside the side wall portion 112, and an air flow path 118 is provided inside the side wall portion 114.

仕切板22,23上にはガスタンク6が載置されている。ガスタンク6には、燃料電池セルスタック400が10個並べて配置されており、ガスタンク6から燃料ガスが、それぞれの燃料電池セルスタック400を構成する燃料電池セル4に供給される。   A gas tank 6 is placed on the partition plates 22 and 23. Ten fuel cell stacks 400 are arranged side by side in the gas tank 6, and fuel gas is supplied from the gas tank 6 to the fuel cells 4 constituting each fuel cell stack 400.

より具体的には、ガスタンク6の上面には、燃料電池セルスタック400の下支持板400b(保持板)とほぼ同じ形状の開口部61(図2参照)が設けられており、その開口部61に下支持板400bを密接させてガスタンク6と各燃料電池セルスタック400とが接続されている。従って、燃料電池セルスタック400を構成する燃料電池セル4は、その先端部分を上部側に向け、先端部分とは反対側の部分がガスタンク6に繋がれた状態でガスタンク6に立設されている。ガスタンク6は仕切板22に載置されており、仕切板22はベース部材2に固定されている。従って、燃料電池セルスタック400を構成する燃料電池セル4は、第一部材であるベース部材2に設けられた平板状の部分に相当する仕切板22に立設されている。また、ガスタンク6は、排出ガス室14から熱伝導によって熱を受け取ることが可能なように接触して配置されている。   More specifically, an opening 61 (see FIG. 2) having substantially the same shape as the lower support plate 400 b (holding plate) of the fuel cell stack 400 is provided on the upper surface of the gas tank 6. The gas tank 6 and each fuel cell stack 400 are connected with the lower support plate 400b being in close contact with each other. Therefore, the fuel cell 4 constituting the fuel cell stack 400 is erected on the gas tank 6 with its tip portion facing upward and the portion opposite to the tip portion connected to the gas tank 6. . The gas tank 6 is placed on the partition plate 22, and the partition plate 22 is fixed to the base member 2. Therefore, the fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are erected on the partition plate 22 corresponding to the flat plate portion provided on the base member 2 as the first member. The gas tank 6 is disposed in contact with the exhaust gas chamber 14 so as to receive heat from the exhaust gas chamber 14 by heat conduction.

ガスタンク6の斜視図を図4に示す。ガスタンク6は、直方体形状の本体6aと、本体6aの両端に設けられているフランジ部6bとを有している。本体6aの上面には、外枠部611と、桟部612とが設けられている。本実施形態の場合、桟部612は9本設けられていて、開口部61が10個所に形成されている。各桟部612には、支持柱613が2つずつ設けられている。支持柱613は、桟部612と本体6aの底板614との間に設けられていて、桟部612を支えている。また、外枠部611と桟部612とには、開口部61を囲繞するように段差が設けられている。この段差によって燃料電池セルスタック400の下支持板400bを支持している。ガスタンク6には連結管34も設けられていて、この連結管34を通って改質後の燃料ガスが本体6a内に導入される。   A perspective view of the gas tank 6 is shown in FIG. The gas tank 6 has a rectangular parallelepiped main body 6a and flange portions 6b provided at both ends of the main body 6a. An outer frame portion 611 and a crosspiece portion 612 are provided on the upper surface of the main body 6a. In the case of this embodiment, nine crosspieces 612 are provided, and ten openings 61 are formed. Each crosspiece 612 is provided with two support columns 613. The support column 613 is provided between the crosspiece 612 and the bottom plate 614 of the main body 6a, and supports the crosspiece 612. The outer frame portion 611 and the crosspiece portion 612 are provided with a step so as to surround the opening 61. The lower support plate 400b of the fuel cell stack 400 is supported by this step. The gas tank 6 is also provided with a connecting pipe 34 through which the reformed fuel gas is introduced into the main body 6a.

図1〜3に戻り、各燃料電池セルスタック400の上方には改質器7が設けられている。改質器7には、改質触媒が封入されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用いられる。これらの改質触媒は球体である。一方、改質器7には、燃料ガス供給管32及び水蒸気供給管33、連結管34が繋がっており、これらが繋がっている接続部分においては、開口部として円形の穴が形成されている。改質触媒が開口部よりも小さければ、改質器7から改質触媒が流出してしまうので、本実施形態の場合は流入防止部としての網状部材(図示しない)を配置している。図1〜3には明示しないが本実施形態では、燃料ガス供給管32と水蒸気供給管33とのそれぞれに電磁弁が取り付けられていて、それぞれの電磁弁は制御部としてのCPUから出力される指示信号に応じて開閉し、改質器7に供給する燃料ガスと水蒸気との比率を変更可能なように構成されている。   1 to 3, the reformer 7 is provided above each fuel cell stack 400. In the reformer 7, a reforming catalyst is enclosed. As the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is applied to the surface of the alumina sphere and a catalyst in which ruthenium is applied to the surface of the alumina sphere are appropriately used. These reforming catalysts are spheres. On the other hand, the reformer 7 is connected to a fuel gas supply pipe 32, a water vapor supply pipe 33, and a connection pipe 34, and a circular hole is formed as an opening in a connection portion where these are connected. If the reforming catalyst is smaller than the opening, the reforming catalyst flows out from the reformer 7, and therefore, in the present embodiment, a mesh member (not shown) is provided as an inflow prevention unit. Although not explicitly shown in FIGS. 1 to 3, in the present embodiment, a solenoid valve is attached to each of the fuel gas supply pipe 32 and the water vapor supply pipe 33, and each solenoid valve is output from a CPU as a control unit. It is configured so as to be able to change the ratio of fuel gas to water vapor supplied to the reformer 7 by opening and closing in accordance with the instruction signal.

改質器7に導入された燃料ガス及び水蒸気は、改質器7内に収められている改質触媒によって改質される。改質された燃料ガスは、連結管34を通ってガスタンク6へと供給される。改質器7内部には、改質器7に対して燃料ガス供給管32及び水蒸気供給管33が繋がっている部分と、改質器7に対して連結管34が繋がっている部分との間を仕切るように仕切り壁(図1〜3において明示しない)が設けられている。従って、燃料ガス供給管32及び水蒸気供給管33が繋がっている部分と、連結管34が繋がっている部分との間は、改質器7の長手方向の略2倍の長さに引き離されているのと同等の構成となる。これによって、改質器7に供給された燃料ガス及び空気は改質触媒に十分に触れることが可能となる。   The fuel gas and water vapor introduced into the reformer 7 are reformed by the reforming catalyst stored in the reformer 7. The reformed fuel gas is supplied to the gas tank 6 through the connecting pipe 34. Inside the reformer 7, there is a space between a portion where the fuel gas supply pipe 32 and the water vapor supply pipe 33 are connected to the reformer 7 and a portion where the connection pipe 34 is connected to the reformer 7. A partition wall (not explicitly shown in FIGS. 1 to 3) is provided so as to partition. Therefore, the portion where the fuel gas supply pipe 32 and the water vapor supply pipe 33 are connected and the portion where the connection pipe 34 is connected are separated by a length approximately twice the longitudinal direction of the reformer 7. It becomes the same composition as there is. As a result, the fuel gas and air supplied to the reformer 7 can sufficiently touch the reforming catalyst.

改質器7によって改質された燃料ガスは、連結管34を通ってガスタンク6に供給される。燃料ガスは、ガスタンク6から、燃料電池セルユニット30の管内流路(図1〜3において明示しない)を通って上昇する。また、燃料電池セル4の外側を流れる空気も上昇する。燃料電池セルスタック400の上側には、燃焼ガスと空気との燃焼を開始させるための点火装置(図に明示しない)が設けられており、この点火装置と燃焼触媒との作用により燃料ガスと空気とが混合して燃焼する。従って、この燃焼ガスと空気とが混合して燃焼する部分が燃焼部であり、燃料電池セルスタック400を構成する燃料電池セル4は、上方からはこの燃焼部における燃焼によって加熱される。   The fuel gas reformed by the reformer 7 is supplied to the gas tank 6 through the connecting pipe 34. The fuel gas rises from the gas tank 6 through an in-pipe flow path (not explicitly shown in FIGS. 1 to 3) of the fuel cell unit 30. Further, the air flowing outside the fuel cell 4 also rises. On the upper side of the fuel cell stack 400, an ignition device (not shown in the figure) for starting combustion of combustion gas and air is provided, and fuel gas and air are operated by the action of this ignition device and the combustion catalyst. And mix and burn. Therefore, the portion where the combustion gas and air are mixed and burned is the combustion portion, and the fuel cells 4 constituting the fuel cell stack 400 are heated from above by the combustion in the combustion portion.

各燃料電池セル4は、管状であり、燃料電池セル4の管内を流れるガスと、その管外を流れるガスの作用により作動する。本実施形態では、燃料電池セル4の管内を流れるガスは、水素又は炭化水素燃料等を改質した改質ガス等の燃料ガスであり、燃料電池セル4の管外を流れるガスは、酸素を含む空気である。   Each fuel battery cell 4 has a tubular shape, and is operated by the action of a gas flowing inside the pipe of the fuel battery cell 4 and a gas flowing outside the pipe. In the present embodiment, the gas flowing in the pipe of the fuel battery cell 4 is a fuel gas such as reformed gas obtained by reforming hydrogen or hydrocarbon fuel, and the gas flowing outside the pipe of the fuel battery cell 4 contains oxygen. Contains air.

ここで、燃料電池セル4を含む燃料電池セルユニット30について、図5を参照しながら説明する。図5に示すように、燃料電池セルユニット30は、燃料電池セル4によって形成され且つ上下方向に延びる管状構造体であり、円筒形の燃料電池セル4と、燃料電池セル4の一方の端部4aに取付けられた内側電極端子40(集電部材)と、他方の端部4bに取付けられた外側電極端子42(集電部材)と、を有している。   Here, the fuel cell unit 30 including the fuel cells 4 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the fuel cell unit 30 is a tubular structure formed by the fuel cells 4 and extending in the vertical direction, and includes a cylindrical fuel cell 4 and one end of the fuel cell 4. It has an inner electrode terminal 40 (current collecting member) attached to 4a and an outer electrode terminal 42 (current collecting member) attached to the other end 4b.

燃料電池セル4は、円筒形の内側の電極層44(第一電極層)と、円筒形の外側の電極層48(第二電極層)と、これらの電極層44、48の間に配置された円筒形の電解質層46(固体電解質層)と、内側の電極層44の内側に構成される貫通流路50とを有している。また、燃料電池セル4の一方の端部4aに、内側の電極層44が電解質層46及び外側の電極層48に対して露出した内側電極露出周面44aと、電解質層46が外側の電極層48に対して露出した電解質露出周面46aとが設けられている。燃料電池セル4の他方の端部4bは、外側の電極層48が露出した外側電極露出周面48aによって構成されている。   The fuel cell 4 is disposed between a cylindrical inner electrode layer 44 (first electrode layer), a cylindrical outer electrode layer 48 (second electrode layer), and the electrode layers 44, 48. The cylindrical electrolyte layer 46 (solid electrolyte layer) and the through flow path 50 formed inside the inner electrode layer 44 are provided. Further, an inner electrode exposed peripheral surface 44a in which the inner electrode layer 44 is exposed to the electrolyte layer 46 and the outer electrode layer 48 at one end 4a of the fuel cell 4, and the electrolyte layer 46 is an outer electrode layer. An electrolyte exposed peripheral surface 46 a exposed to 48 is provided. The other end 4b of the fuel cell 4 is configured by an outer electrode exposed peripheral surface 48a from which the outer electrode layer 48 is exposed.

内側の電極層44は、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体、の少なくとも一種から形成される。   The inner electrode layer 44 includes, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, ceria doped with at least one selected from Ni and rare earth elements, A mixture of Ni and a mixture of lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu.

電解質層46は、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。   The electrolyte layer 46 includes, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, ceria doped with at least one selected from rare earth elements, lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg, Formed from at least one of the following.

外側の電極層48は、例えば、Sr、Caから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたサマリウムコバルト、銀、などの少なくとも一種から形成される。   The outer electrode layer 48 is made of, for example, lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni, and Cu, Sr, Fe, Ni, and Cu. It is formed from at least one selected from samarium cobalt and silver doped with at least one selected.

この場合、内側の電極層44が燃料極になり、外側の電極層48が空気極になる。内側の電極層44の厚さは、例えば、1mmであり、電解質層46の厚さは、例えば、30μmであり、外側の電極層48の厚さは、例えば、30μmであり、その外径は、例えば、1〜10mmである。   In this case, the inner electrode layer 44 becomes a fuel electrode, and the outer electrode layer 48 becomes an air electrode. The thickness of the inner electrode layer 44 is, for example, 1 mm, the thickness of the electrolyte layer 46 is, for example, 30 μm, the thickness of the outer electrode layer 48 is, for example, 30 μm, and the outer diameter is For example, it is 1-10 mm.

内側電極端子40は、内側電極外周面44aを全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分40a(大径部)と、本体部分40aから燃料電池セル4の長手方向に延びる管状部分40b(小径部)とを有している。本体部分40a及び管状部分40bは、円筒形であり且つ同心に配置され、管状部分40bの管径は、本体部分40aの管径よりも細くなっている。管状部分40bは、貫通流路50と連通し且つ外部と通じる接続流路40cを有している。本体部分40aと管状部分40bとの間の段部40dは、内側の電極層44の端面44bと当接している。内側電極端子40は、燃料電池セル4の端部に設けられており、燃料電池セル4の端面の一部である端面44bに沿って形成される平面部としての段部40dを有している。内側電極端子40は、燃料電池セル4の端面である端面44dに加えて、燃料電池セル4の側面を含む端部を囲繞するように形成されている。   The inner electrode terminal 40 is disposed so as to cover the inner electrode outer peripheral surface 44a from the outside over the entire circumference and is electrically connected to the main body portion 40a (large diameter portion), and the longitudinal length of the fuel cell 4 from the main body portion 40a. It has a tubular portion 40b (small diameter portion) extending in the direction. The main body portion 40a and the tubular portion 40b are cylindrical and concentrically arranged, and the tube diameter of the tubular portion 40b is smaller than the tube diameter of the main body portion 40a. The tubular portion 40b has a connection channel 40c that communicates with the through channel 50 and communicates with the outside. A step portion 40 d between the main body portion 40 a and the tubular portion 40 b is in contact with the end surface 44 b of the inner electrode layer 44. The inner electrode terminal 40 is provided at an end portion of the fuel battery cell 4, and has a step portion 40 d as a flat portion formed along an end surface 44 b that is a part of the end face of the fuel battery cell 4. . The inner electrode terminal 40 is formed so as to surround an end including the side surface of the fuel battery cell 4 in addition to the end face 44 d which is an end face of the fuel battery cell 4.

外側電極端子42は、外側電極外周面48を全周にわたって外側から覆うように配置され且つそれと電気的に接続された本体部分42a(大径部)と、本体部分42aから燃料電池セル4の長手方向に延びる管状部分42b(小径部)とを有している。本体部分42a及び管状部分42bは、円筒形であり且つ同心であり、管状部分42bの管径は、本体部分42aの管径よりも細くなっている。管状部分42bは、貫通流路50と連通し且つ外部と通じる接続流路42cを有している。本体部分42aと管状部分42bとの間の段部42dは、環状の絶縁部材52を介して外側の電極層48、電解質層46及び内側の電極層44の端面44cと当接している。外側電極端子42は、燃料電池セル4の端部に設けられており、燃料電池セル4の端面の一部である端面44cに沿って形成される平面部としての段部42dを有している。外側電極端子42は、燃料電池セル4の端面である端面42dに加えて、燃料電池セル4の側面を含む端部を囲繞するように形成されている。   The outer electrode terminal 42 is disposed so as to cover the outer electrode outer circumferential surface 48 from the outside over the entire circumference and is electrically connected to the outer electrode terminal 42, and the longitudinal length of the fuel cell 4 from the main body portion 42 a. It has the tubular part 42b (small diameter part) extended in the direction. The main body portion 42a and the tubular portion 42b are cylindrical and concentric, and the tube diameter of the tubular portion 42b is smaller than the tube diameter of the main body portion 42a. The tubular portion 42b has a connection channel 42c that communicates with the through channel 50 and communicates with the outside. A step portion 42 d between the main body portion 42 a and the tubular portion 42 b is in contact with the outer electrode layer 48, the electrolyte layer 46, and the end surface 44 c of the inner electrode layer 44 via the annular insulating member 52. The outer electrode terminal 42 is provided at an end portion of the fuel battery cell 4, and has a step portion 42 d as a flat portion formed along the end face 44 c that is a part of the end face of the fuel battery cell 4. . The outer electrode terminal 42 is formed so as to surround an end including the side surface of the fuel battery cell 4 in addition to the end face 42 d which is an end face of the fuel battery cell 4.

内側電極端子40の全体形状と外側電極端子42の全体形状とは同一である。また、内側電極端子40と燃料電池セル4、及び、外側電極端子42と燃料電池セル4とは、その全周にわたって導電性のシール材54によってシールされ且つ固定されている。シール材54は、例えば、銀、銀とガラスの混合物、金、ニッケル、銅、チタンなどを含む各種ロウ材である。内側電極端子40の接続流路40c、燃料電池セル4の貫通流路50、及び外側電極端子42の接続流路42cは、燃料電池セルユニット30の管内流路30cを構成する。   The overall shape of the inner electrode terminal 40 and the overall shape of the outer electrode terminal 42 are the same. Further, the inner electrode terminal 40 and the fuel battery cell 4, and the outer electrode terminal 42 and the fuel battery cell 4 are sealed and fixed by a conductive sealing material 54 over the entire circumference. The sealing material 54 is various brazing materials including, for example, silver, a mixture of silver and glass, gold, nickel, copper, and titanium. The connection flow path 40 c of the inner electrode terminal 40, the through flow path 50 of the fuel cell 4, and the connection flow path 42 c of the outer electrode terminal 42 constitute an in-pipe flow path 30 c of the fuel cell unit 30.

続いて、燃料電池セルスタック400について、図6を参照しながら説明する。燃料電池セルスタック400は、16本の燃料電池セルユニット30と、上支持板400aと、下支持板400bと、接続部材400cと、外部端子400dとを備えている。   Next, the fuel cell stack 400 will be described with reference to FIG. The fuel cell stack 400 includes 16 fuel cell units 30, an upper support plate 400a, a lower support plate 400b, a connection member 400c, and an external terminal 400d.

上支持板400a及び下支持板400bは略矩形であり、それぞれ、燃料電池セルユニット30を2列×8列で支持するように燃料電池セルユニット30の管状部分40b、42bに嵌合する貫通孔(図5に明示しない)を有している。管状部分40b,42bは、貫通孔に挿入されている。管状部分40b,42bと、貫通孔との間の隙間を埋めてガス(本実施形態の場合は燃料ガス)の漏出を防ぐように、管状部分40b,42bと下支持板400bとの間には封止部材(図5に明示しない)が配置されている。より具体的には、管状部分40b,42bは、下支持板400bの燃料電池セルユニット30が立設している主面400baに対する裏面400bb側に突出しており、この突出している部分を囲繞するように封止部材が配置されている。上支持板400a及び下支持板400bは、電気絶縁性材料で形成されており、例えば、耐熱性のセラミックスで形成されている。具体的には、アルミナ、ジルコニア、スピネル、フォルステライト、マグネシア、チタニアなどを用いることが好ましい。   The upper support plate 400a and the lower support plate 400b are substantially rectangular, and are respectively through holes that fit into the tubular portions 40b and 42b of the fuel cell unit 30 so as to support the fuel cell unit 30 in 2 rows × 8 rows. (Not explicitly shown in FIG. 5). The tubular portions 40b and 42b are inserted into the through holes. Between the tubular portions 40b and 42b and the lower support plate 400b, the gaps between the tubular portions 40b and 42b and the through holes are filled to prevent leakage of gas (fuel gas in this embodiment). A sealing member (not explicitly shown in FIG. 5) is arranged. More specifically, the tubular portions 40b and 42b protrude to the back surface 400bb side of the main surface 400ba on which the fuel cell unit 30 of the lower support plate 400b stands, and surround the protruding portions. The sealing member is arrange | positioned. The upper support plate 400a and the lower support plate 400b are formed of an electrically insulating material, for example, formed of heat resistant ceramics. Specifically, it is preferable to use alumina, zirconia, spinel, forsterite, magnesia, titania or the like.

16本の燃料電池セルユニット30は、それらが電気的に直列に接続されるように配列されている。詳細には、燃料電池セルユニット30は、隣接した燃料電池セルユニット30の内側電極端子40が交互に上側及び下側に配置されるように配列されている。更に、16本の燃料電池セルユニット30を電気的に直列に接続するための接続部材400cが設けられている。接続部材400cは、隣接した1つの内側電極端子40と1つの外側電極端子42とを電気的に接続する。接続部材400cが、隣接した内側電極端子40と外側電極端子42とを電気的に接続する態様を図11に示す。図11に示すように、接続部材400cは、一の燃料電池セルユニット30(第一の燃料電池セルとしての燃料電池セル4を含む)に当接する第一部分400caと、その一の燃料電池セルユニット30に隣接する燃料電池セルユニット30(第二の燃料電池セルとしての燃料電池セル4を含む)に当接する第二部分400cbとを有している。第一部分400caは、燃料電池セルユニット30の内側電極端子40の段部40dと下支持板400bとによって挟持される第三部分400ccと、内側電極端子40の本体部分40aの側面に当接する第四部分400cdとを有している。また、第二部分400cbは、燃料電池セルユニット30の外側電極端子42の段部42dと下支持板400bとによって挟持される第五部分400ceと、外側電極端子42の本体部分42aの側面に当接する第六部分400cfとを有している。従って、接続部材400cは、第一部分400caを構成する第三部分400cc及び第四部分400cdにおいて内側電極端子40に電気的に接続されていると共に、第二部分400cbを構成する第五部分400ce及び第六部分400cfにおいて外側電極端子42に電気的に接続されている。図11においては、接続部材400cと下支持板400bとの関係のみを図示したけれども、接続部材400cと上支持板400aとの関係も同様である。   The 16 fuel cell units 30 are arranged so that they are electrically connected in series. Specifically, the fuel cell units 30 are arranged so that the inner electrode terminals 40 of the adjacent fuel cell units 30 are alternately arranged on the upper side and the lower side. Further, a connection member 400c for electrically connecting the 16 fuel cell units 30 in series is provided. The connection member 400c electrically connects one adjacent inner electrode terminal 40 and one outer electrode terminal 42. A mode in which the connecting member 400c electrically connects the adjacent inner electrode terminal 40 and the outer electrode terminal 42 is shown in FIG. As shown in FIG. 11, the connecting member 400c includes a first portion 400ca that abuts on one fuel cell unit 30 (including the fuel cell 4 as the first fuel cell), and the one fuel cell unit. And a second portion 400 cb that abuts on the fuel cell unit 30 adjacent to the fuel cell unit 30 (including the fuel cell 4 as the second fuel cell). The fourth portion 400ca is in contact with the third portion 400cc sandwiched between the step portion 40d of the inner electrode terminal 40 of the fuel cell unit 30 and the lower support plate 400b and the side surface of the main body portion 40a of the inner electrode terminal 40. Part 400cd. The second portion 400cb is in contact with the fifth portion 400ce sandwiched between the step portion 42d of the outer electrode terminal 42 of the fuel cell unit 30 and the lower support plate 400b, and the side surface of the main body portion 42a of the outer electrode terminal 42. A sixth portion 400cf in contact therewith. Accordingly, the connection member 400c is electrically connected to the inner electrode terminal 40 at the third portion 400cc and the fourth portion 400cd constituting the first portion 400ca, and the fifth portion 400ce and the fifth portion 400ce constituting the second portion 400cb. The six portions 400cf are electrically connected to the outer electrode terminal 42. Although only the relationship between the connection member 400c and the lower support plate 400b is illustrated in FIG. 11, the relationship between the connection member 400c and the upper support plate 400a is the same.

直列に接続された16本の燃料電池セルユニット30の両端部の内側電極端子40及び外側電極端子42にはそれぞれ、外部と電気的な接続を行うための外部端子400dが設けられている。接続部材400c、外部端子400dは、例えば、ステンレス鋼、ニッケル基合金、クロム基合金などの耐熱金属や、ランタンクロマイトなどのセラミック材料で形成される。本実施形態では、接続部材400cと外部端子400dとは別個独立した部品として形成されているけれども、端に配置されている接続部材400cと外部端子400dとを一体的に形成することも好ましい態様である。   Each of the inner electrode terminal 40 and the outer electrode terminal 42 at both ends of the 16 fuel cell units 30 connected in series is provided with an external terminal 400d for electrical connection with the outside. The connection member 400c and the external terminal 400d are made of, for example, a heat-resistant metal such as stainless steel, a nickel base alloy, or a chromium base alloy, or a ceramic material such as lanthanum chromite. In the present embodiment, the connection member 400c and the external terminal 400d are formed as separate and independent components. However, it is also preferable to integrally form the connection member 400c and the external terminal 400d disposed at the ends. is there.

各燃料電池セルスタック400の外部端子400dは、隣接する燃料電池セルスタック400の外部端子400dと接続部材400e(図1参照)によって電気的に接続されている。両端の燃料電池セルスタック400の外部端子400dは、接続部材400fによってそれぞれ電極棒35a,35bに接続されている(図1参照)。   The external terminal 400d of each fuel cell stack 400 is electrically connected to the external terminal 400d of the adjacent fuel cell stack 400 by a connecting member 400e (see FIG. 1). The external terminals 400d of the fuel cell stack 400 at both ends are connected to the electrode rods 35a and 35b by connection members 400f, respectively (see FIG. 1).

上述したように、保持板としての下支持板400bは、燃料電池セルユニット30を下支持板400bの主面400baに立設するように保持している。下支持板400bに形成されている貫通孔は、その貫通孔に燃料電池セルユニット30の管状部分40b、42bを挿入した場合に、各燃料電池セルユニット30を電気的に接続するための接続部材400c同士が接触しないような位置に形成されている。また、各燃料電池セルユニット30の内側電極端子40及び外側電極端子42は、下支持板400bの主面400baに立設するように配置されている。   As described above, the lower support plate 400b as the holding plate holds the fuel cell unit 30 so as to stand on the main surface 400ba of the lower support plate 400b. The through holes formed in the lower support plate 400b are connecting members for electrically connecting the fuel cell units 30 when the tubular portions 40b and 42b of the fuel cell unit 30 are inserted into the through holes. It is formed at a position where the 400c does not contact each other. Further, the inner electrode terminal 40 and the outer electrode terminal 42 of each fuel cell unit 30 are arranged so as to stand on the main surface 400ba of the lower support plate 400b.

上述した本実施形態の場合、燃料電池セルユニット30は2列×8列で配置されているけれども、燃料電池セルユニット30の配置はこの態様に限られない。図7に、燃料電池セルユニット30の配置態様の別例を示す。図7に示す燃料電池セルスタック401では、燃料電池セルユニット30は、3列×8列で配置されている。この3列×8列の燃料電池セルユニット30を支持するために、上支持板401a及び下支持板401bには、燃料電池セルユニット30の管状部分40b、42bに嵌合する貫通孔(図7に明示しない)が3列×8列で形成されている。   In the case of this embodiment described above, the fuel cell units 30 are arranged in 2 rows × 8 rows, but the arrangement of the fuel cell units 30 is not limited to this mode. FIG. 7 shows another example of the arrangement mode of the fuel cell unit 30. In the fuel cell stack 401 shown in FIG. 7, the fuel cell units 30 are arranged in 3 rows × 8 rows. In order to support the fuel cell unit 30 of 3 rows × 8 rows, the upper support plate 401a and the lower support plate 401b are provided with through holes (FIG. 7) that fit into the tubular portions 40b and 42b of the fuel cell unit 30. (Not explicitly shown) is formed in 3 rows × 8 rows.

この例の場合、内側に配置される8個の燃料電池セルユニット30は、外側に配置される8個の燃料電池セルユニット30それぞれの間から視認可能なように互い違いに配置されることが好ましい。このように内側に配置される燃料電池セルユニット30を視認可能なように配置することで、燃料電池セルスタック400の品質確認を容易に行うことができる。   In the case of this example, it is preferable that the eight fuel cell units 30 arranged on the inner side are alternately arranged so as to be visible from between the eight fuel cell units 30 arranged on the outer side. . Thus, the quality check of the fuel cell stack 400 can be easily performed by arranging the fuel cell unit 30 arranged on the inside so as to be visible.

続いて、側壁11を構成する側壁部分111,112,113,114について、図8を参照しながら説明する。図8は、カバー部材1の空気流路116,118付近における断面を示した図である。最初に側壁部分111及び側壁部分112の構成について説明すると共に、側壁部分111と側壁部分112との接合状態について説明する。   Next, the side wall portions 111, 112, 113, and 114 constituting the side wall 11 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a view showing a cross section of the cover member 1 in the vicinity of the air flow paths 116 and 118. First, the configuration of the side wall portion 111 and the side wall portion 112 will be described, and the bonding state between the side wall portion 111 and the side wall portion 112 will be described.

図8に示すように、側壁部分111は、三枚の矩形平板状の部材である側壁板111a、側壁板111b、及び側壁板111cによって構成されている。側壁板111a,111b,111cはそれぞれ所定間隔をおいて配置されており、側壁板111aと側壁板111bとの間には空気流路空間111e(第二空間)が、側壁板111bと側壁板111cとの間には排出ガス流路空間111d(第一空間)が、それぞれ形成されている。空気流路空間111eには、空気管31aが繋がっている。   As shown in FIG. 8, the side wall part 111 is comprised by the side wall board 111a, the side wall board 111b, and the side wall board 111c which are three rectangular flat plate-shaped members. The side wall plates 111a, 111b, and 111c are arranged at predetermined intervals, and an air flow path space 111e (second space) is formed between the side wall plate 111a and the side wall plate 111b, and the side wall plate 111b and the side wall plate 111c. Between them, an exhaust gas passage space 111d (first space) is formed. An air pipe 31a is connected to the air flow path space 111e.

側壁部分112は、三枚の矩形平板状の部材である側壁板112a、側壁板112b、及び側壁板112cによって構成されている。側壁板112a,112b,112cはそれぞれ所定間隔をおいて配置されており、側壁板112aと側壁板112bとの間には空気流路空間112e(第二空間)が、側壁板112bと側壁板112cとの間には排出ガス流路空間112d(第一空間)が、それぞれ形成されている。   The side wall portion 112 includes three side wall plates 112a, a side wall plate 112b, and a side wall plate 112c, which are members having a rectangular flat plate shape. The side wall plates 112a, 112b, and 112c are arranged at predetermined intervals, and an air flow path space 112e (second space) is formed between the side wall plate 112a and the side wall plate 112b, and the side wall plate 112b and the side wall plate 112c. Between them, an exhaust gas passage space 112d (first space) is formed.

側壁板112cの内側であるセル室13側の下側(ベース部材2側)には空気流路116が設けられている。空気流路116は直方体形状を成しており、側壁部分111から側壁部分113へ向かう方向に沿って形成されている。空気流路116は、セル室13内に供給する空気を一時的に貯留しておくための空気室116aと、空気室116aに貯留された空気をセル室13内に供給するための複数の空気流入孔116bとを有している。空気流路空間112eと空気室116aとは、連通管115によって繋がれている。連通管115は、排出ガス流路空間112d内を貫通し、空気流路空間112eと空気室116aとを繋いでいる。複数の空気流入孔116bは、空気室116aの長手方向に沿って形成されており、セル室13内に極力均等に空気を供給できるように構成されている。   An air flow path 116 is provided on the lower side (base member 2 side) on the cell chamber 13 side, which is the inside of the side wall plate 112c. The air flow path 116 has a rectangular parallelepiped shape, and is formed along the direction from the side wall portion 111 to the side wall portion 113. The air flow path 116 includes an air chamber 116 a for temporarily storing air to be supplied into the cell chamber 13, and a plurality of airs for supplying air stored in the air chamber 116 a into the cell chamber 13. And an inflow hole 116b. The air flow path space 112e and the air chamber 116a are connected by a communication pipe 115. The communication pipe 115 passes through the exhaust gas passage space 112d and connects the air passage space 112e and the air chamber 116a. The plurality of air inflow holes 116b are formed along the longitudinal direction of the air chamber 116a, and are configured so that air can be supplied into the cell chamber 13 as evenly as possible.

続いて、側壁部分111と側壁部分112との接合状態について説明する。側壁部分111を構成する側壁板111aと、側壁部分112を構成する側壁板112aとは、それぞれの端部において突き合わされて接合されている。側壁部分112を構成する側壁板112bは、その端部が側壁部分111の側壁板111aに当接するように構成されている。一方、側壁部分111を構成する側壁板111bは、その端部が側壁板112bに当接するように構成されている。従って、側壁部分111の空気流路空間111eと、側壁部分112の空気流路空間112eとは、側壁板112bが側壁板111bよりも突出し側壁板111aに当接する部分が隔壁となることで分離されている。この側壁板112bが側壁板111bよりも突出し側壁板111aに当接する部分は、上壁10側の一部分が切り欠かれている。従って、側壁部分111の空気流路空間111eと、側壁部分112の空気流路空間112eとは、一部が隔壁によって分離されている一方で残部である上側において繋がっている。   Next, the bonding state between the sidewall portion 111 and the sidewall portion 112 will be described. The side wall plate 111a constituting the side wall portion 111 and the side wall plate 112a constituting the side wall portion 112 are abutted and joined at each end. The side wall plate 112 b constituting the side wall portion 112 is configured such that an end thereof abuts on the side wall plate 111 a of the side wall portion 111. On the other hand, the side wall plate 111b constituting the side wall portion 111 is configured such that an end thereof abuts on the side wall plate 112b. Therefore, the air flow path space 111e of the side wall portion 111 and the air flow path space 112e of the side wall portion 112 are separated by a portion where the side wall plate 112b protrudes from the side wall plate 111b and abuts on the side wall plate 111a as a partition wall. ing. A portion of the side wall plate 112b protruding from the side wall plate 111b and in contact with the side wall plate 111a is partially cut away on the upper wall 10 side. Therefore, the air flow path space 111e of the side wall part 111 and the air flow path space 112e of the side wall part 112 are connected to each other on the upper side which is the remaining part while being separated by the partition wall.

このような構成とすることで、空気管31aから側壁部分111の空気流路空間111eに流入した空気は空気流路空間111e内を斜め上方に流れ、側壁部分112の空気流路空間112eと繋がっている部分(上側の部分)から空気流路空間112eに流入する。その後、空気流路空間112eに流入した空気は空気流路空間112e内を斜め下方に流れ、連結管115から空気流路116に流入する。空気流路116に流入した空気は空気流入孔116bからセル室13内へと流入する。   With such a configuration, the air that has flowed into the air flow path space 111e of the side wall portion 111 from the air pipe 31a flows obliquely upward in the air flow path space 111e and is connected to the air flow path space 112e of the side wall portion 112. It flows into the air flow path space 112e from the part (upper part) which is present. Thereafter, the air that has flowed into the air flow path space 112e flows obliquely downward in the air flow path space 112e and flows into the air flow path 116 from the connecting pipe 115. The air that has flowed into the air flow path 116 flows into the cell chamber 13 from the air inflow hole 116b.

また、側壁部分111を構成する側壁板111cと、側壁部分112を構成する側壁板112cとは、それぞれの端部において突き合わされて接合されている。一方、側壁部分112を構成する側壁板112bは、その端部が側壁部分111の側壁板111aに当接するように構成されており、側壁部分111を構成する側壁板111bは、その端部が側壁板112bに当接するように構成されている。従って、側壁部分111の排出ガス流路空間111dと、側壁部分112の排出ガス流路空間112dとは、隔壁となるものが無く繋がった状態となるように構成されている。また、側壁板111c及び側壁板112cは、上壁10に当接しないように構成されていて、セル室13内の排出ガスが排出ガス流路空間111d及び排出ガス流路空間112dに流入するように構成されている。側壁板111c及び側壁板112cには、フランジ部12との間にスリット(図に明示しない)が形成されていて、排出ガス室14に排出ガスが流入するように構成されている。このような構成とすることで、排出ガス流路空間111d及び排出ガス流路空間112dに上側から流入した排出ガスは下側に流れて排出ガス室14に流入するように構成されている。   Further, the side wall plate 111c constituting the side wall portion 111 and the side wall plate 112c constituting the side wall portion 112 are abutted and joined at each end. On the other hand, the side wall plate 112b constituting the side wall portion 112 is configured such that the end thereof is in contact with the side wall plate 111a of the side wall portion 111. The side wall plate 111b constituting the side wall portion 111 is configured such that the end portion is the side wall. It is comprised so that it may contact | abut to the board 112b. Therefore, the exhaust gas passage space 111d of the side wall portion 111 and the exhaust gas passage space 112d of the side wall portion 112 are configured so as to be connected to each other without any partition walls. Further, the side wall plate 111c and the side wall plate 112c are configured not to contact the upper wall 10 so that the exhaust gas in the cell chamber 13 flows into the exhaust gas passage space 111d and the exhaust gas passage space 112d. It is configured. The side wall plate 111c and the side wall plate 112c are formed with slits (not shown in the figure) between the side wall plate 111c and the side wall plate 112c so that exhaust gas flows into the exhaust gas chamber 14. With such a configuration, the exhaust gas that has flowed into the exhaust gas passage space 111d and the exhaust gas passage space 112d from the upper side flows downward and flows into the exhaust gas chamber 14.

上述したように、空気は、空気管31aから空気流路空間111eに下側から流入し、その流入したのとは反対側である上側に流れた後に空気流路空間112eに上側から流入し、下側に流れた後にセル室13内へと流入する。このような構成とすることで、単に下側又は上側から流入したものを上側又は下側に流すのに比較して、昇温対象である空気が排出ガスとの間で熱交換をする時間が長くなり、結果として十分に空気又は燃料ガスを昇温することが可能となる。更に、空気又は燃料ガスがセル室13の下側から流入するので、流入した後にセル室13内を上昇することで、燃料電池セル4と十分に接触することができ、効率的な発電を行うことができる。   As described above, air flows from the air pipe 31a into the air flow path space 111e from the lower side, and flows into the air flow path space 112e from the upper side after flowing to the upper side that is the opposite side of the flow, After flowing downward, it flows into the cell chamber 13. By adopting such a configuration, the time for heat exchange between the air to be heated and the exhaust gas compared to simply flowing the gas flowing in from the lower side or the upper side to the upper side or the lower side. As a result, the air or fuel gas can be sufficiently heated. Furthermore, since air or fuel gas flows in from the lower side of the cell chamber 13, it can be sufficiently brought into contact with the fuel cell 4 by moving up in the cell chamber 13 after flowing in, thereby performing efficient power generation. be able to.

続いて、側壁部分113及び側壁部分114の構成について説明すると共に、側壁部分113と側壁部分114との接合状態について説明する。   Next, the configuration of the side wall portion 113 and the side wall portion 114 will be described, and the bonding state between the side wall portion 113 and the side wall portion 114 will be described.

側壁部分113は、三枚の矩形平板状の部材である側壁板113a、側壁板113b、及び側壁板113cによって構成されている。側壁板113a,113b,113cはそれぞれ所定間隔をおいて配置されており、側壁板113aと側壁板113bとの間には空気流路空間113e(第二空間)が、側壁板113bと側壁板113cとの間には排出ガス流路空間113d(第一空間)が、それぞれ形成されている。空気流路空間113eには、空気管31bが繋がっている。   The side wall portion 113 includes three side wall plates 113a, a side wall plate 113b, and a side wall plate 113c, which are members of a rectangular flat plate shape. The side wall plates 113a, 113b, and 113c are arranged at predetermined intervals, and an air flow path space 113e (second space) is formed between the side wall plate 113a and the side wall plate 113b, and the side wall plate 113b and the side wall plate 113c. Between them, an exhaust gas passage space 113d (first space) is formed. An air pipe 31b is connected to the air flow path space 113e.

側壁部分114は、三枚の矩形平板状の部材である側壁板114a、側壁板114b、及び側壁板114cによって構成されている。側壁板114a,114b,114cはそれぞれ所定間隔をおいて配置されており、側壁板114aと側壁板114bとの間には空気流路空間114e(第二空間)が、側壁板114bと側壁板114cとの間には排出ガス流路空間114d(第一空間)が、それぞれ形成されている。   The side wall portion 114 includes three side wall plates 114a, a side wall plate 114b, and a side wall plate 114c, which are rectangular flat members. The side wall plates 114a, 114b, and 114c are arranged at predetermined intervals, respectively, and an air flow path space 114e (second space) is formed between the side wall plate 114a and the side wall plate 114b, and the side wall plate 114b and the side wall plate 114c. An exhaust gas passage space 114d (first space) is formed between the two.

側壁板114cの内側であるセル室13側の下側(ベース部材2側)には空気流路118が設けられている。空気流路118は直方体形状を成しており、側壁部分111から側壁部分113へ向かう方向に沿って形成されている。空気流路118は、セル室13内に供給する空気を一時的に貯留しておくための空気室118aと、空気室118aに貯留された空気をセル室13内に供給するための複数の空気流入孔118bとを有している。空気流路空間114eと空気室118aとは、連通管117によって繋がれている。連通管117は、排出ガス流路空間114d内を貫通し、空気流路空間114eと空気室118aとを繋いでいる。複数の空気流入孔118bは、空気室118aの長手方向に沿って形成されており、セル室13内に極力均等に空気を供給できるように構成されている。   An air flow path 118 is provided on the lower side (base member 2 side) on the cell chamber 13 side, which is the inner side of the side wall plate 114c. The air flow path 118 has a rectangular parallelepiped shape, and is formed along a direction from the side wall portion 111 to the side wall portion 113. The air flow path 118 includes an air chamber 118 a for temporarily storing air to be supplied into the cell chamber 13, and a plurality of airs for supplying air stored in the air chamber 118 a into the cell chamber 13. And an inflow hole 118b. The air passage space 114e and the air chamber 118a are connected by a communication pipe 117. The communication pipe 117 penetrates the exhaust gas passage space 114d and connects the air passage space 114e and the air chamber 118a. The plurality of air inflow holes 118b are formed along the longitudinal direction of the air chamber 118a, and are configured so that air can be supplied into the cell chamber 13 as evenly as possible.

側壁部分113と側壁部分114との接合状態は、上述した側壁部分111と側壁部分112との接合状態と同様であるのでその説明を省略する。また、側壁部分113の空気流路部分113e及び側壁部分114の空気流路部分114eにおける空気の流れや、側壁部分113の排出ガス流路部分113d及び側壁部分114の空気流路部分114dにおける排出ガスの流れについても既に説明したのと同様であるのでその説明を省略する。   Since the bonding state between the side wall portion 113 and the side wall portion 114 is the same as the bonding state between the side wall portion 111 and the side wall portion 112 described above, description thereof is omitted. Further, the air flow in the air flow path part 113e of the side wall part 113 and the air flow path part 114e of the side wall part 114, and the exhaust gas in the exhaust gas flow path part 113d of the side wall part 113 and the air flow path part 114d of the side wall part 114. Since the flow is the same as that already described, the description thereof is omitted.

続いて、側壁部分111と側壁部分114との接合状態について説明する。側壁部分111を構成する側壁板111aと、側壁部分114を構成する側壁板114aとは、それぞれの端部において突き合わされて接合されている。側壁部分114を構成する側壁板114bは、その端部が側壁部分111の側壁板111aに当接するように構成されている。一方、側壁部分111を構成する側壁板111bは、その端部が側壁板114bに当接するように構成されている。従って、側壁部分111の空気流路空間111eと、側壁部分114の空気流路空間114eとは、側壁板114bが側壁板111bよりも突出し側壁板111aに当接する部分が隔壁となることで分離されている。従って、側壁部分111の空気流路空間111eと側壁部分114の空気流路空間114eとは繋がることなく分離されている。   Next, the bonding state between the side wall portion 111 and the side wall portion 114 will be described. The side wall plate 111a constituting the side wall portion 111 and the side wall plate 114a constituting the side wall portion 114 are abutted and joined at each end. The side wall plate 114 b constituting the side wall portion 114 is configured such that an end thereof abuts on the side wall plate 111 a of the side wall portion 111. On the other hand, the side wall plate 111b constituting the side wall portion 111 is configured such that an end thereof abuts on the side wall plate 114b. Therefore, the air flow path space 111e of the side wall portion 111 and the air flow path space 114e of the side wall portion 114 are separated by a portion where the side wall plate 114b protrudes from the side wall plate 111b and contacts the side wall plate 111a as a partition wall. ing. Therefore, the air flow path space 111e of the side wall portion 111 and the air flow path space 114e of the side wall portion 114 are separated without being connected.

このような構成とすることで、空気流路空間111eから空気流路空間112eへの空気の流れや、空気流路空間113eから空気流路空間114eへの空気の流れが阻害されることがない。   With such a configuration, the flow of air from the air flow path space 111e to the air flow path space 112e and the flow of air from the air flow path space 113e to the air flow path space 114e are not hindered. .

また、側壁部分111を構成する側壁板111cと、側壁部分114を構成する側壁板114cとは、それぞれの端部において突き合わされて接合されている。一方、側壁部分114を構成する側壁板114bは、その端部が側壁部分111の側壁板111aに当接するように構成されており、側壁部分111を構成する側壁板111bは、その端部が側壁板112bに当接するように構成されている。従って、側壁部分111の排出ガス流路空間111dと、側壁部分114の排出ガス流路空間114dとは、隔壁となるものが無く繋がった状態となるように構成されている。また、側壁板114cは、上壁10に当接しないように構成されていて、セル室13内の排出ガスが排出ガス流路空間114dに流入するように構成されている。側壁板114cには、フランジ部12との間にスリット114ca(図3参照)が形成されていて、排出ガス室14に排出ガスが流入するように構成されている。このような構成とすることで、排出ガス流路空間114dに上側から流入した排出ガスは下側に流れて排出ガス室14に流入するように構成されている。このようなスリットは、側壁板113cにもスリット113caとして形成されている(図3参照)。   Further, the side wall plate 111c constituting the side wall portion 111 and the side wall plate 114c constituting the side wall portion 114 are abutted and joined at each end. On the other hand, the side wall plate 114b constituting the side wall portion 114 is configured such that the end thereof is in contact with the side wall plate 111a of the side wall portion 111, and the side wall plate 111b constituting the side wall portion 111 is configured such that the end portion is the side wall. It is comprised so that it may contact | abut to the board 112b. Therefore, the exhaust gas passage space 111d of the side wall portion 111 and the exhaust gas passage space 114d of the side wall portion 114 are configured so as to be connected without any partition walls. Further, the side wall plate 114c is configured not to contact the upper wall 10, and is configured such that the exhaust gas in the cell chamber 13 flows into the exhaust gas passage space 114d. A slit 114ca (see FIG. 3) is formed between the side wall plate 114c and the flange portion 12, and the exhaust gas flows into the exhaust gas chamber. By adopting such a configuration, the exhaust gas that has flowed into the exhaust gas passage space 114 d from the upper side flows downward and flows into the exhaust gas chamber 14. Such a slit is also formed as a slit 113ca in the side wall plate 113c (see FIG. 3).

側壁部分112と側壁部分113との接合状態は、上述した側壁部分111と側壁部分114との接合状態と同様であるのでその説明を省略する。   Since the joined state between the sidewall portion 112 and the sidewall portion 113 is the same as the joined state between the sidewall portion 111 and the sidewall portion 114 described above, description thereof is omitted.

図1〜3に戻り、燃料電池モジュールFCについて更に説明する。セル室13と排出ガス室14とを仕切る仕切板22及び仕切板23について説明する。本実施形態の場合、仕切板22も仕切板23も略矩形の板状部材によって形成されている。仕切板22は比較的厚みのある板状部材によって形成されているのに対して、仕切板23は可撓性を有する薄い板状部材によって形成されている。   Returning to FIGS. 1 to 3, the fuel cell module FC will be further described. The partition plate 22 and the partition plate 23 that partition the cell chamber 13 and the exhaust gas chamber 14 will be described. In the case of this embodiment, both the partition plate 22 and the partition plate 23 are formed by substantially rectangular plate-like members. The partition plate 22 is formed of a relatively thick plate member, whereas the partition plate 23 is formed of a thin plate member having flexibility.

ベース部2を構成するベース板21には、セル室13側に向かって支持部24が形成されている。支持部24は板状の突起であって、カバー部1の四隅よりもやや内側に4つ配置されている。仕切板23は四つの支持部24上に載置されていて、その上側から仕切板22が載置されている。従って、仕切板23は仕切板22と支持部24との間に挟まれて固定されている。   A support portion 24 is formed on the base plate 21 constituting the base portion 2 toward the cell chamber 13 side. The support portions 24 are plate-like protrusions, and four support portions 24 are arranged slightly inside the four corners of the cover portion 1. The partition plate 23 is placed on the four support portions 24, and the partition plate 22 is placed from above. Therefore, the partition plate 23 is sandwiched and fixed between the partition plate 22 and the support portion 24.

仕切板23は、仕切板22よりも少し大きく形成されている。上述した配置の場合、仕切板22の外周から仕切板23の外周が突出する。仕切板23の外周は、カバー部材1の内周よりもやや大きめに形成されている。上述した配置の場合、カバー部材2を配置すると、仕切板23の外周が撓んでカバー部材1の内壁に当接する。   The partition plate 23 is formed slightly larger than the partition plate 22. In the case of the arrangement described above, the outer periphery of the partition plate 23 protrudes from the outer periphery of the partition plate 22. The outer periphery of the partition plate 23 is formed slightly larger than the inner periphery of the cover member 1. In the case of the arrangement described above, when the cover member 2 is arranged, the outer periphery of the partition plate 23 bends and contacts the inner wall of the cover member 1.

この状態について、図9を参照しながら説明する。図9は、カバー部材1と仕切板23とが当接した状態を拡大した斜視図である。仕切板23が側壁部分111の側壁板111cに当接すると、仕切板22よりも下側に撓む。従って、側壁部分111の排出ガス流路111dを流れる排出ガスが、仕切板23と側壁板111cとの当接部分においてシールされて、スリット111caから排出ガス室14へと流れ込む。   This state will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an enlarged perspective view of a state in which the cover member 1 and the partition plate 23 are in contact with each other. When the partition plate 23 comes into contact with the side wall plate 111 c of the side wall portion 111, the partition plate 23 bends below the partition plate 22. Therefore, the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 111d of the side wall portion 111 is sealed at the contact portion between the partition plate 23 and the side wall plate 111c and flows into the exhaust gas chamber 14 from the slit 111ca.

上述したような燃料電池モジュールFCを製造するに当たっては、準備工程、第一組立工程、第二組立工程、第三組立工程、第四組立工程を備える製造方法が採用される。   In manufacturing the fuel cell module FC as described above, a manufacturing method including a preparation process, a first assembly process, a second assembly process, a third assembly process, and a fourth assembly process is employed.

準備工程では、燃料電池セル4を有する複数の燃料電池セル4と、燃料電池セル4の数量に対応する内側電極端子40及び外側電極端子42と、接続部材400cと、複数の上支持板401a及び複数の下支持板401bと、ガスタンク6とを準備する。更にこの準備工程では、燃料電池モジュールFCを構成する他の部材も準備する。   In the preparation step, a plurality of fuel cells 4 having the fuel cells 4, an inner electrode terminal 40 and an outer electrode terminal 42 corresponding to the number of the fuel cells 4, a connection member 400c, a plurality of upper support plates 401a, A plurality of lower support plates 401b and the gas tank 6 are prepared. Further, in this preparation step, other members constituting the fuel cell module FC are also prepared.

第一組立工程では、各燃料電池セル4に内側電極端子40及び外側電極端子42を取り付けて燃料電池セルユニット30を形成する。   In the first assembly step, the fuel cell unit 30 is formed by attaching the inner electrode terminal 40 and the outer electrode terminal 42 to each fuel cell 4.

第二組立工程では、下支持板401bそれぞれに、複数の燃料電池セルユニット30を2列に並べて、接続部材400cにより互いに電気的に繋がるように立設させて保持し、上支持板401bを配置して燃料電池セルスタック400を形成する。   In the second assembling step, the plurality of fuel cell units 30 are arranged in two rows on each of the lower support plates 401b and are erected and held so as to be electrically connected to each other by the connection member 400c, and the upper support plate 401b is disposed. Thus, the fuel cell stack 400 is formed.

第三組立工程では、ガスタンク6の開口部61それぞれに燃料電池セルスタック30を配置し、下支持板401bによって開口部61を塞ぎ、燃料ガスを貯留するための燃料ガス室6cを形成する。その結果、複数の燃料電池セルユニット30が、ガスタンク6から燃料ガス室6cとは反対側に立設する。   In the third assembly step, the fuel cell stack 30 is disposed in each of the openings 61 of the gas tank 6, the openings 61 are closed by the lower support plate 401b, and a fuel gas chamber 6c for storing fuel gas is formed. As a result, the plurality of fuel cell units 30 are erected from the gas tank 6 on the side opposite to the fuel gas chamber 6c.

第四組立工程では、接続部材400e(スタック間接続部材)によって、一の燃料電池セルスタック400が含む燃料電池セル4に設けられている内側電極端子40又は外側電極端子42と、他の燃料電池セルスタック400が含む燃料電池セル4に設けられている内側電極端子40又は外側電極端子42とを電気的に接続する。その後、上記準備工程において準備した他の部材を用いて、上述した燃料電池モジュールFCが形成される。   In the fourth assembly step, the inner electrode terminal 40 or the outer electrode terminal 42 provided in the fuel cell 4 included in one fuel cell stack 400 and another fuel cell by the connection member 400e (inter-stack connection member). The inner electrode terminal 40 or the outer electrode terminal 42 provided in the fuel battery cell 4 included in the cell stack 400 is electrically connected. Thereafter, the fuel cell module FC described above is formed using the other members prepared in the preparation step.

続いて、図1〜3を参照しながら、本実施形態に係る燃料電池モジュールFCを含む燃料電池の動作及びその運転方法について説明する。尚、以下の説明においては便宜上、燃料電池モジュールFCの動作を説明することでその燃料電池モジュールFCを含む燃料電池の説明としている。   Next, the operation of the fuel cell including the fuel cell module FC according to the present embodiment and the operation method thereof will be described with reference to FIGS. In the following description, for the sake of convenience, the operation of the fuel cell module FC is described to describe the fuel cell including the fuel cell module FC.

本実施形態に係る燃料電池モジュールFCの運転方法は、着火工程と、改質工程と、セル作動工程と、燃焼工程と、を備えている。これらの工程は、後述するように必ずしも順次実行される工程ではなく、並行して実行されたり、順番を変えて実行されたりする工程である。   The operation method of the fuel cell module FC according to the present embodiment includes an ignition process, a reforming process, a cell operation process, and a combustion process. As will be described later, these steps are not necessarily executed sequentially, but are executed in parallel or executed in a different order.

先ず、燃料電池モジュールFCを温めるために、燃料電池モジュールFCを含む回路に負荷をかけない状態、即ち、燃料電池モジュールFCを含む回路を開いた状態で、燃料電池モジュールFCに燃料ガスと空気を供給する。この段階では、燃料ガスと空気が存在しても、回路に電流が流れないので、燃料電池モジュールFCは、発電を行わない。   First, in order to warm the fuel cell module FC, fuel gas and air are supplied to the fuel cell module FC without applying a load to the circuit including the fuel cell module FC, that is, with the circuit including the fuel cell module FC open. Supply. At this stage, even if fuel gas and air are present, no current flows through the circuit, so the fuel cell module FC does not generate power.

詳細には、燃料ガスを供給する。具体的には、燃料ガスを燃料ガス供給管32に供給して、改質器7で改質した後にガスタンク6内に貯める(改質工程)。それにより、各燃料電池セルユニット30への均一且つ一様な燃料ガスの供給を確保する。ガスタンク6内に溜まった燃料ガスが、燃料電池セルユニット30の管内流路30c(図4参照)を通って流れ、内側電極層44(図4参照)に作用する。作用しなかった燃料ガスが、各燃料電池セルユニット30の上部空間に達する。   Specifically, fuel gas is supplied. Specifically, the fuel gas is supplied to the fuel gas supply pipe 32, reformed by the reformer 7, and then stored in the gas tank 6 (reforming process). Thereby, uniform and uniform supply of fuel gas to each fuel cell unit 30 is ensured. The fuel gas accumulated in the gas tank 6 flows through the in-pipe flow path 30c (see FIG. 4) of the fuel cell unit 30 and acts on the inner electrode layer 44 (see FIG. 4). The fuel gas that did not act reaches the upper space of each fuel cell unit 30.

また、大気中の空気を供給する。具体的には、大気中の空気をブロア等によって空気供給管31a,31bに供給し、側壁部分111の空気流路部分111eから側壁部分112の空気流路部分112eへ、側壁部分113の空気流路部分113eから側壁部分114の空気流路部分114eへと流す。上述したように、その後空気は、空気流路116,118へと流れて、空気流入孔116b,118bからセル室13内へと導かれる。発電室であるセル室13内へと導かれた空気は、外側電極層48(図4参照)と作用する。作用しなかった空気は、各燃料電池セルユニット30の上方に達する。   In addition, air in the atmosphere is supplied. Specifically, air in the atmosphere is supplied to the air supply pipes 31a and 31b by a blower or the like, and the air flow of the side wall portion 113 is transferred from the air flow path portion 111e of the side wall portion 111 to the air flow path portion 112e of the side wall portion 112. The air flows from the passage portion 113e to the air flow path portion 114e of the side wall portion 114. As described above, the air then flows into the air flow paths 116 and 118 and is guided into the cell chamber 13 through the air inflow holes 116b and 118b. The air guided into the cell chamber 13 which is a power generation chamber acts with the outer electrode layer 48 (see FIG. 4). The air that did not act reaches above each fuel cell unit 30.

次いで、スパークプラグ又はヒータ等の点火装置(図示しない)を用いて、燃焼ガスと空気とを燃焼させる(着火工程、燃焼工程)。それにより生じた排出ガスは、高温になる。排気ガスは、側壁部分111,112,113,114の排出ガス流路空間111d,112d,113d,114dに導かれて、排出ガス室14へと流入する。排出ガス室14へと流入した排気ガスは、排出ガス管36から排出される。   Next, the combustion gas and air are combusted using an ignition device (not shown) such as a spark plug or a heater (ignition process, combustion process). The resulting exhaust gas becomes hot. The exhaust gas is guided to the exhaust gas passage spaces 111 d, 112 d, 113 d, 114 d of the side wall portions 111, 112, 113, 114 and flows into the exhaust gas chamber 14. The exhaust gas that has flowed into the exhaust gas chamber 14 is discharged from the exhaust gas pipe 36.

燃料ガスと空気とが燃焼する際に、セル室13内が昇温される。外部から導入される空気は、側壁部分111,112,113,114と流れる間に、セル室13内と熱交換を行う共に、排出ガスと熱交換をすることで暖められる。   When the fuel gas and air are combusted, the temperature in the cell chamber 13 is raised. The air introduced from the outside is heated by exchanging heat with the exhaust gas as well as exchanging heat with the inside of the cell chamber 13 while flowing through the side wall portions 111, 112, 113 and 114.

セル室16内及び燃料電池セル4の温度が、燃料電池モジュールFCを安定的に作動させる定格温度よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュールFCを含む回路を閉じる。それにより、燃料電池モジュールFCは発電を開始し、回路に電流が流れる(セル作動工程)。燃料電池の発電により、燃料電池セル4自体も発熱し、更に、燃料電池セル4の温度が上昇する。その結果、燃料電池モジュールFCを作動させる定格温度、例えば、600〜800℃になる。   When the temperature in the cell chamber 16 and the fuel cell 4 reaches a predetermined power generation temperature lower than the rated temperature at which the fuel cell module FC is stably operated, the circuit including the fuel cell module FC is closed. Thereby, the fuel cell module FC starts power generation, and a current flows through the circuit (cell operation process). Due to the power generation of the fuel cell, the fuel cell 4 itself also generates heat, and the temperature of the fuel cell 4 rises. As a result, the temperature reaches a rated temperature at which the fuel cell module FC is operated, for example, 600 to 800 ° C.

その後、定格温度を維持するために、燃料電池セル4で消費される燃料ガス及び空気の
量よりも多い量の燃料ガス及び空気を供給し、セル室13での燃焼を継続させる(燃焼工程)。
Thereafter, in order to maintain the rated temperature, a larger amount of fuel gas and air than the amount of fuel gas and air consumed in the fuel cell 4 are supplied, and combustion in the cell chamber 13 is continued (combustion process). .

続いて、図10を参照しながら、燃料電池モジュールFCを用いた燃料電池FCSの構成について説明する。図10は、燃料電池FCSの構成を示すブロック図である。燃料電池FCSは、燃料電池モジュールFCと、燃料供給部FPと、空気供給部APと、水供給部WPと、電力取出部EPと、制御部CSとを備えている。燃料供給部FP、空気供給部AP、水供給部WP、及び電力取出部EPは、燃料電池FCSの補器ADを構成している。   Next, the configuration of the fuel cell FCS using the fuel cell module FC will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell FCS. The fuel cell FCS includes a fuel cell module FC, a fuel supply unit FP, an air supply unit AP, a water supply unit WP, a power extraction unit EP, and a control unit CS. The fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP constitute an auxiliary device AD of the fuel cell FCS.

燃料供給部FPは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュールFCに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部FPから供給される燃料ガスは燃料ガス供給管32へと送り出される。   The fuel supply unit FP is a part that supplies fuel gas from a city gas pipe as a fuel supply source to the fuel cell module FC, and includes a fuel pump and an electromagnetic valve. The fuel gas supplied from the fuel supply unit FP is sent out to the fuel gas supply pipe 32.

空気供給部APは、空気供給源としての大気中から空気を燃料電池モジュールFCに供給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部APから供給される空気は空気供給管31a,31bへと送り出される。   The air supply unit AP is a part that supplies air from the atmosphere as an air supply source to the fuel cell module FC, and includes an air blower and an electromagnetic valve. Air supplied from the air supply unit AP is sent out to the air supply pipes 31a and 31b.

水供給部WPは、水供給源としての水道管から水を燃料電池モジュールFCに供給する部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部WPから供給される水は、燃料モジュールFC内部で水蒸気となって水蒸気供給管33へと送り出される。   The water supply unit WP is a part that supplies water from a water pipe as a water supply source to the fuel cell module FC, and includes a water pump and an electromagnetic valve. The water supplied from the water supply part WP becomes water vapor inside the fuel module FC and is sent out to the water vapor supply pipe 33.

電力取出部EPは、燃料電池モジュールFCから電力を取り出す部分であって、インバータ等の電力変換装置を有している。電力取出部EPは、電極棒35a,35bと繋がっていて、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。   The power extraction unit EP is a part that extracts electric power from the fuel cell module FC, and includes a power conversion device such as an inverter. The power extraction unit EP is connected to the electrode rods 35a and 35b, and is configured to send the converted power to a power supply destination.

制御部CSは、燃料供給部FP、空気供給部AP、駆動補器AD、及び電力取出部EPのそれぞれを制御するための部分であって、CPUやROMを有している。上述したような燃料電池モジュールFCの動作は、制御部CSからの指示信号に基づいて実行される。   The control unit CS is a part for controlling each of the fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the driving auxiliary device AD, and the power extraction unit EP, and includes a CPU and a ROM. The operation of the fuel cell module FC as described above is executed based on an instruction signal from the control unit CS.

本実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池モジュールを示す図である。It is a figure which shows the fuel cell module which concerns on this embodiment. 図1〜3のガスタンクを詳細に示す図である。It is a figure which shows the gas tank of FIGS. 1-3 in detail. 図1〜3の燃料電池セルユニットを詳細に示す図である。It is a figure which shows the fuel cell unit of FIGS. 1-3 in detail. 図1〜3の燃料電池セルスタックを詳細に示す図である。It is a figure which shows the fuel cell stack of FIGS. 1-3 in detail. 燃料電池セルスタックの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a fuel cell stack. 図1〜3のカバー部材を詳細に示す図である。It is a figure which shows the cover member of FIGS. 1-3 in detail. 図1〜3の仕切板を詳細に示す図である。It is a figure which shows the partition plate of FIGS. 1-3 in detail. 本実施形態に係る燃料電池モジュールを用いた燃料電池の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell using the fuel cell module which concerns on this embodiment. 図1〜3の燃料電池セルスタックを詳細に示す図である。It is a figure which shows the fuel cell stack of FIGS. 1-3 in detail.

符号の説明Explanation of symbols

FC…燃料電池モジュール、1…カバー部材、11…側壁、111,112,113,114…側壁部分、12…フランジ部、13…セル室、14…排出ガス室、2…ベース部材、21…ベース板、22,23…仕切り板、4…燃料電池セル、30…燃料電池セルユニット、400…燃料電池セルスタック、6…ガスタンク、7…改質器、31a,31b…空気供給管、32…燃料ガス供給管、34…連結管、35a,35b…電極棒、36…排出ガス管。   FC ... fuel cell module, 1 ... cover member, 11 ... sidewall, 111, 112, 113, 114 ... sidewall portion, 12 ... flange portion, 13 ... cell chamber, 14 ... exhaust gas chamber, 2 ... base member, 21 ... base Plates 22, 23 ... Partition plates, 4 ... Fuel cell, 30 ... Fuel cell unit, 400 ... Fuel cell stack, 6 ... Gas tank, 7 ... Reformer, 31a, 31b ... Air supply pipe, 32 ... Fuel Gas supply pipe, 34 ... connecting pipe, 35a, 35b ... electrode rod, 36 ... exhaust gas pipe.

Claims (6)

環状に形成され、内部空間をガスが通過可能なように構成されている第一電極層と、前記第一電極に重ねて配置され環状に形成された固体電解質層と、前記固体電解質層に重ねて配置され環状に形成された第二電極層とを有し、燃料ガスと酸化剤ガスとによって作動する複数の燃料電池セルを備える燃料電池セルスタックであって、
前記複数の燃料電池セルそれぞれの端部に設けられ前記第一電極層及び前記第二電極層の一方から集電するための集電部材と、前記燃料電池セルとを有する複数の燃料電池セルユニットと、
前記複数の燃料電池セルユニットをその主面に対して立設させて保持するための保持板と、
前記複数の燃料電池セルの内の第一の燃料電池セルに設けられている集電部材と、前記複数の燃料電池セルの内の第二の燃料電池セルに設けられている集電部材とを電気的に接続するための複数の接続部材と、を備え、
前記集電部材は、前記燃料電池セルの端面に沿って形成される平面部を有しており、
前記接続部材は、その少なくとも一部分が前記集電部材の平面部に当接することで前記集電部材と電気的に接続されていることを特徴とする燃料電池セルスタック。
A first electrode layer formed in an annular shape and configured to allow gas to pass through the internal space, a solid electrolyte layer formed in an annular shape so as to overlap with the first electrode, and an overlay on the solid electrolyte layer A fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells that are operated by fuel gas and oxidant gas,
A plurality of fuel cell units each having a current collecting member provided at an end of each of the plurality of fuel cells to collect current from one of the first electrode layer and the second electrode layer, and the fuel cell When,
A holding plate for erecting and holding the plurality of fuel cell units with respect to the main surface;
A current collecting member provided in a first fuel cell of the plurality of fuel cells, and a current collecting member provided in a second fuel cell of the plurality of fuel cells. A plurality of connecting members for electrical connection,
The current collecting member has a flat portion formed along the end surface of the fuel cell,
The fuel cell stack, wherein the connecting member is electrically connected to the current collecting member by at least a part of the connecting member being in contact with a flat portion of the current collecting member.
前記接続部材は、前記集電部材の平面部と前記保持板の主面とによって挟持されてい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。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the connecting member is sandwiched between a flat portion of the current collecting member and a main surface of the holding plate. 前記集電部材は、前記燃料電池セルの端面及び側面を含む端部を囲繞するように前記燃料電池セルに対して取り付けられており、
前記接続部材は、前記集電部材が前記燃料電池セルの側面に沿っている部分に当接することで、前記集電部材と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池セルスタック。
The current collecting member is attached to the fuel cell so as to surround an end including the end surface and the side surface of the fuel cell.
The said connection member is electrically connected with the said current collection member, when the said current collection member contact | abuts to the part along the side surface of the said fuel cell, The said current collection member is characterized by the above-mentioned. The fuel cell stack described.
前記複数の接続部材の内の一部の接続部材が、当該燃料電池セルスタックから電気を取り出すための端子として機能することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池セルスタック。   4. The fuel cell according to claim 1, wherein some of the plurality of connection members function as terminals for taking out electricity from the fuel cell stack. 5. Cell stack. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池セルスタックを備える燃料電池モジュール。   A fuel cell module comprising the fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池セルスタックを備える燃料電池。   A fuel cell comprising the fuel cell stack according to any one of claims 1 to 4.
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