JP5300619B2 - Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、複数の燃料電池セルを配列してなる燃料電池セルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack device in which a plurality of fuel cells are arranged, a fuel cell module including the fuel cell stack device, and a fuel cell device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気等)とを用いて600℃〜1000℃の高温下で発電する燃料電池セルを集電部材を介して複数個立設して電気的に直列に接続してなるセルスタックを燃料電池セルに反応ガスを供給するマニホールドに固定してなる燃料電池セルスタック装置や、それを収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, as next-generation energy, a plurality of fuel cells that generate power at a high temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.) are installed through current collecting members. A fuel cell stack device in which a cell stack formed and electrically connected in series is fixed to a manifold for supplying a reaction gas to the fuel cell, a fuel cell module containing the fuel cell stack device, and a fuel Various fuel cell devices that house battery modules have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

図10は、燃料電池装置を構成する従来の燃料電池セルスタック装置61を示し、(a)は燃料電池セルスタック装置61を概略的に示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置61の点線枠で囲った部分の一部拡大平面図である。この燃料電池セルスタック装置61においては、第1の反応ガス流路73を有する燃料電池セル63を集電部材64を介して立設させた状態で配列するとともに、燃料電池セル63の下端が第1の反応ガス(燃料ガス等)を供給するためのマニホールド67に固定されて構成されている。そして第1の反応ガスは、複数の第1の反応ガス流路73内を下方から上方へ向けて流れ、燃料電池セル63の外側を第2の反応ガス(空気等)が流れることで燃料電池セル63が発電する。   FIG. 10 shows a conventional fuel cell stack device 61 constituting the fuel cell device, (a) is a side view schematically showing the fuel cell stack device 61, and (b) is a fuel cell of (a). 6 is a partially enlarged plan view of a portion surrounded by a dotted frame of the stack device 61. FIG. In the fuel cell stack device 61, the fuel cells 63 having the first reaction gas flow path 73 are arranged in a standing state via the current collector 64, and the lower end of the fuel cell 63 is the first. It is configured to be fixed to a manifold 67 for supplying one reaction gas (fuel gas or the like). The first reaction gas flows in the plurality of first reaction gas flow paths 73 from the lower side to the upper side, and the second reaction gas (air or the like) flows outside the fuel cell 63 so that the fuel cell. The cell 63 generates power.

図11は、燃料電池セルスタック装置を構成する従来の集電部材の一例を示す斜視図である。集電部材80は、隣り合う一方の燃料電池セル63に接触する集電片81aと、隣り合う他方の燃料電池セル73に接触する集電片81bと、これら一対の集電片81a,81bの両端同士をそれぞれ接続する接続部82とを基本構成の導電片(図示せず)として具備し、この導電片の複数個を、導電性連結片83を介して燃料電池セルの長手方向に沿って連続的に形成して構成されている。そして、一対の集電片81a,81b間の空間を第2の反応ガス(空気等)が流れることにより、燃料電池セル63に第2の反応ガスを供給している。   FIG. 11 is a perspective view showing an example of a conventional current collecting member constituting the fuel cell stack device. The current collecting member 80 includes a current collecting piece 81a in contact with one adjacent fuel cell 63, a current collecting piece 81b in contact with the other adjacent fuel cell 73, and a pair of these current collecting pieces 81a and 81b. A connecting portion 82 that connects both ends is provided as a conductive piece (not shown) of a basic configuration, and a plurality of the conductive pieces are arranged along the longitudinal direction of the fuel cell through the conductive connecting piece 83. It is formed and formed continuously. The second reaction gas (air or the like) flows through the space between the pair of current collecting pieces 81 a and 81 b, thereby supplying the second reaction gas to the fuel cell 63.

図12は、燃料電池セルスタック装置を構成する従来の集電部材の他の一例を示し、(a)は正面図、(b)は一部を抜粋して示す斜視図である。集電部材85は、隣り合う一方の燃料電池セル63に当接する複数の第1集電片86と、隣り合う他方の燃料電池セル63に当接する第2集電片87と、離れて配置される第1集電片86の一端と第2集電片87の他端とを接続する第1導電体片88と、離れて配置される第2集電片87の一端と他の第1集電片86の他端とを接続する第2導電体片89とを基本構成とし、燃料電池セルの長手方向に連続的に形成して構成されている。   12A and 12B show another example of a conventional current collecting member constituting the fuel cell stack device. FIG. 12A is a front view, and FIG. 12B is a perspective view showing a part of the current collecting member. The current collecting member 85 is spaced apart from a plurality of first current collecting pieces 86 that abut one adjacent fuel cell 63 and a second current collecting piece 87 that abuts the other adjacent fuel cell 63. A first conductor piece 88 that connects one end of the first current collecting piece 86 and the other end of the second current collecting piece 87, one end of the second current collecting piece 87 that is spaced apart, and another first current collection piece. The second conductor piece 89 that connects the other end of the electric piece 86 is a basic structure, and is formed continuously in the longitudinal direction of the fuel cell.

ここで、燃料電池セルスタック装置61は、燃料電池セル63の上端部の上方にて、発電反応に用いられなかった余剰の第1の反応ガス(燃料ガス)を、発電に供されなかった余剰の第2の反応ガス(空気)を用いて燃焼させることにより、効率よく発電反応を行っている。   Here, the fuel cell stack device 61 uses the surplus first reaction gas (fuel gas) that has not been used for the power generation reaction above the upper end of the fuel cell 63 to be used for power generation. By using the second reactive gas (air), the power generation reaction is efficiently performed.

特開2003−308857号公報JP 2003-308857 A

しかしながら、集電部材の内側を流れた第2の反応ガス(空気等)の大部分は、集電部材の上方に流れやすいため、燃料電池セルの上端部の上方に十分な量の第2の反応ガスを供給することができないおそれがある。それに伴い、燃料電池セルの上端部の上方での余剰な燃料ガスの燃焼が十分に行われず、セルスタックの温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができず、発電効率が悪いおそれがある。   However, since most of the second reaction gas (air or the like) that flows inside the current collecting member tends to flow above the current collecting member, a sufficient amount of the second reactive gas above the upper end portion of the fuel cell unit. The reaction gas may not be supplied. Along with this, combustion of excess fuel gas above the upper end of the fuel cell is not performed sufficiently, the temperature of the cell stack cannot be increased efficiently or maintained at a high temperature, and power generation efficiency may be poor. is there.

また、燃料電池装置の低出力時においては、供給される第2の反応ガス(空気等)の供給量が少ないことから、失火するおそれがある。それに伴い、セルスタックの温度が低下し、発電効率が悪化するおそれがある。   Further, at the time of low output of the fuel cell device, the supply amount of the second reaction gas (air, etc.) supplied is small, and there is a risk of misfire. Along with this, the temperature of the cell stack is lowered, and the power generation efficiency may be deteriorated.

本発明の目的は、燃料電池セルの上端部の上方に十分な量の第2の反応ガスを供給することで十分な燃焼を行なうことができ、発電効率の向上した燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供することにある。   An object of the present invention is to supply a sufficient amount of the second reaction gas above the upper end portion of the fuel cell so that sufficient combustion can be performed, and the fuel cell stack device, fuel, and fuel that have improved power generation efficiency A battery module and a fuel cell device are provided.

本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部に第1の反応ガスを流すための第1の反応ガス流路を有する燃料電池セルを集電部材を介して複数個立設させた状態で配列してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端部を固定するとともに、前記燃料電池セルに第1の反応ガスを供給するためのマニホールドとを備え、隣り合う前記燃料電池セル間に供給される第2の反応ガスと前記第1の反応ガスとにより前記燃料電池セルにて発電を行なうとともに、前記燃料電池セルの上端部の上方で、当該燃料電池セルの発電に供されなかった前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスとを燃焼させる燃料電池セルスタック装置において、
前記集電部材は、隣り合う前記燃料電池セル間に配置され、上端部に前記第2の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材を有することを特徴とする。
The fuel cell stack device of the present invention has a plurality of fuel cells each having a first reaction gas flow path for flowing a first reaction gas therein and arranged in a standing state via a current collecting member. And a manifold for supplying a first reaction gas to the fuel cell, and fixing a lower end portion of the fuel cell, and being supplied between the adjacent fuel cells. The first reactive gas and the first reactive gas are used to generate power in the fuel cell, and the first fuel cell that has not been used for power generation above the upper end of the fuel cell. In the fuel cell stack device for burning the reaction gas and the second reaction gas,
The current collecting member is disposed between the adjacent fuel cells, and has a drift member for guiding the second reaction gas above the upper end of the fuel cell at the upper end.

このような燃料電池セルスタック装置においては、集電部材が、隣り合う燃料電池セル間に配置され、上端部に第2の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材を有することから、燃料電池セルの上端部の上方に燃焼に必要な十分な量の第2の反応ガスを供給することができる。   In such a fuel cell stack device, a current collecting member is disposed between adjacent fuel cells, and a drift member for guiding the second reaction gas to the upper end of the fuel cell above the upper end of the fuel cell. Therefore, a sufficient amount of the second reaction gas necessary for combustion can be supplied above the upper end of the fuel cell.

それにより、燃料電池セルの上端部の上方にて燃焼が十分に行われることから、セルスタックの温度を高温に維持することができ、セルスタックの発電効率を向上させることができる。   Thereby, combustion is sufficiently performed above the upper end portion of the fuel battery cell, so that the temperature of the cell stack can be maintained at a high temperature, and the power generation efficiency of the cell stack can be improved.

また、燃料電池装置の起動時においても、燃焼が十分に行なわれることから、効率よくセルスタックの温度を向上させることができ、セルスタックの発電効率を向上させることができる。   In addition, since combustion is sufficiently performed even when the fuel cell device is started, the temperature of the cell stack can be improved efficiently, and the power generation efficiency of the cell stack can be improved.

さらに、燃料電池装置を低出力で作動させた場合においても、燃料電池セルの上端部の上方に十分な量の第2の反応ガスを供給することができるため、失火を抑制することがでる。   Furthermore, even when the fuel cell device is operated at a low output, a sufficient amount of the second reaction gas can be supplied above the upper end of the fuel cell, so that misfire can be suppressed.

それにより、失火によるセルスタックの温度が低下することを抑制し、セルスタックの温度を高温に維持することができ、セルスタックの発電効率を向上させることができる。そのため、燃料電池セルスタック装置の発電効率を向上させることができる。   Thereby, it can suppress that the temperature of a cell stack falls by misfire, the temperature of a cell stack can be maintained at high temperature, and the power generation efficiency of a cell stack can be improved. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell stack device can be improved.

本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記の燃料電池セルスタック装置を収納してなることを特徴とする。このような燃料電池モジュールにおいては、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池モジュールとすることができる。   The fuel cell module of the present invention is characterized in that the fuel cell stack device described above is accommodated in a storage container. In such a fuel cell module, since the fuel cell stack device with improved power generation efficiency is housed in the storage container, the fuel cell module with improved power generation efficiency can be obtained.

本発明の燃料電池装置は、上記の燃料モジュールと、燃料電池モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。このような燃料電池装置においては、発電効率が向上した燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。   The fuel cell device of the present invention is characterized in that the fuel module and an auxiliary machine for operating the fuel cell module are housed in an outer case. In such a fuel cell device, since the fuel cell module with improved power generation efficiency is housed in the outer case, a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.

本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部に第1の反応ガスを流すための第1の反応ガス流路を有する燃料電池セルを集電部材を介して複数個立設させた状態で配列してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端部を固定するとともに、前記燃料電池セルに第1の反応ガスを供給するためのマニホールドとを備え、隣り合う前記燃料電池セル間に供給される第2の反応ガスと前記第1の反応ガスとにより前記燃料電池セルにて発電を行なうとともに、前記燃料電池セルの上端部の上方で、当該燃料電池セルの発電に供されなかった前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスとを燃焼させる燃料電池セルスタック装置において、前記集電部材は、隣り合う前記燃料電池セル間に配置され、上端部に前記第2の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材を有することから、燃料電池セルの上端部の上方に燃焼に必要な十分な量の第2の反応ガスを供給することができ、セルスタックの温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができる。そのため、燃料電池セルスタック装置の発電効率を向上させることができる。また、燃料電池装置を低出力で作動させた場合においても、失火を抑制することができ、セルスタックの温度を高温に維持することができるため、燃料電池セルスタック装置の発電効率を向上させることができる。あわせて、この燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納することで、発電効率が向上した燃料電池モジュールとすることができ、さらにこの燃料電池モジュールと燃料電池モジュールを動作させるための補機とを外装ケース内に収納することで、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。   The fuel cell stack device of the present invention has a plurality of fuel cells each having a first reaction gas flow path for flowing a first reaction gas therein and arranged in a standing state via a current collecting member. And a manifold for supplying a first reaction gas to the fuel cell, and fixing a lower end portion of the fuel cell, and being supplied between the adjacent fuel cells. The first reactive gas and the first reactive gas are used to generate power in the fuel cell, and the first fuel cell that has not been used for power generation above the upper end of the fuel cell. In the fuel cell stack device for burning the reaction gas and the second reaction gas, the current collecting member is disposed between the adjacent fuel cells, and the second reaction gas is disposed at an upper end of the fuel cell. cell Since the drift member for leading the upper end portion is provided, a sufficient amount of the second reaction gas necessary for combustion can be supplied above the upper end portion of the fuel cell, and the temperature of the cell stack can be efficiently increased. Can be raised well or maintained at high temperature. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell stack device can be improved. Further, even when the fuel cell device is operated at a low output, misfire can be suppressed, and the temperature of the cell stack can be maintained at a high temperature, so that the power generation efficiency of the fuel cell device can be improved. Can do. In addition, by storing the fuel cell stack device in a storage container, a fuel cell module with improved power generation efficiency can be obtained. Further, the fuel cell module and an auxiliary device for operating the fuel cell module are provided. Is housed in the outer case, thereby providing a fuel cell device with improved power generation efficiency.

本発明の燃料電池セルスタック装置の一例を示し、(a)は燃料電池セルスタック装置を概略的に示す側面図、(b)は(a)の一部を拡大して示す平面図である。An example of the fuel cell stack device of the present invention is shown, (a) is a side view schematically showing the fuel cell stack device, (b) is an enlarged plan view showing a part of (a). 図1に示す集電部材を示し、(a)は正面図、(b)は一部を抜粋して示す斜視図である。The current collection member shown in FIG. 1 is shown, (a) is a front view, (b) is the perspective view which extracts and shows a part. 図1に示す燃料電池セルスタック装置の一部を抜粋して示す側面図である。It is a side view which extracts and shows a part of fuel cell stack apparatus shown in FIG. 本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の他の一例を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図である。The other example of the current collection member which comprises the fuel cell stack apparatus of this invention is shown, (a) is a perspective view, (b) is a top view. (a)は本発明の燃料電池セルスタック装置の他の一例の一部を抜粋して示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の平面図である。(A) is the side view which extracts and shows a part of other example of the fuel cell stack apparatus of this invention, (b) is a top view of the current collection member which comprises the fuel cell stack apparatus of (a). is there. 本発明の燃料電池セルスタック装置のさらに他の一例の一部を抜粋して示す側面図である。It is a side view which extracts and shows a part of other example of the fuel cell stack apparatus of this invention. 図6に示す燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the current collection member which comprises the fuel cell stack apparatus shown in FIG. 本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the fuel cell module of this invention. 本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the fuel cell apparatus of this invention. 従来の燃料電池セルスタック装置の一例を示し、(a)は燃料電池セルスタック装置を概略的に示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置の点線枠で囲った部分の一部を拡大した平面図である。An example of a conventional fuel cell stack device is shown, (a) is a side view schematically showing the fuel cell stack device, (b) is a portion surrounded by a dotted frame of the fuel cell stack device of (a). It is the top view which expanded a part. 従来の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the current collection member which comprises the conventional fuel cell stack apparatus. 従来の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の他の一例を示し、(a)は正面図、(b)は一部を抜粋して示す斜視図である。The other example of the current collection member which comprises the conventional fuel cell stack apparatus is shown, (a) is a front view, (b) is a perspective view which extracts and shows a part.

図1は、本発明の燃料電池セルスタック装置の一例を示し、(a)は燃料電池セルスタック装置を概略的に示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置1(以下、セルスタック装置1と略す場合がある。)の一部を拡大して示す平面図であり、(a)で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。   1A and 1B show an example of a fuel cell stack device of the present invention. FIG. 1A is a side view schematically showing the fuel cell stack device, and FIG. 1B is a fuel cell stack device 1 of FIG. FIG. 5 is a plan view showing a part of the cell stack apparatus 1 in an enlarged manner, and shows a part surrounded by a dotted line frame shown in FIG. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members.

ここで、セルスタック装置1は、内部に第1の反応ガス流路13を有して、一対の対向する平坦面をもつ断面が扁平状の導電性支持体12の一方の平坦面上に内側電極層と、固体電解質層9と、外側電極層とをこの順に積層してなるとともに、他方の平坦面のうち外側電極層が形成されていない部位にインターコネクタ11を積層してなる柱状(中空平板状)の燃料電池セル3の複数個を、隣り合う燃料電池セル3間に集電部材4を介して配置することで、燃料電池セル3同士を電気的に直列に接続してなるセルスタック2を備えている。   Here, the cell stack device 1 has a first reaction gas flow path 13 inside, and a cross section having a pair of opposed flat surfaces is inside on one flat surface of the conductive support 12 having a flat shape. The electrode layer, the solid electrolyte layer 9, and the outer electrode layer are stacked in this order, and the interconnector 11 is stacked on the other flat surface where the outer electrode layer is not formed. A cell stack formed by arranging a plurality of (planar) fuel cells 3 between adjacent fuel cells 3 via a current collecting member 4 to electrically connect the fuel cells 3 in series. 2 is provided.

また、インターコネクタ11の外面にはP型半導体層14を設けることもできる。集電部材4を、P型半導体層14を介してインターコネクタ11に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に抑制することができる。このP型半導体層14は、空気極層10の外面に設けることもできる。   A P-type semiconductor layer 14 can also be provided on the outer surface of the interconnector 11. By connecting the current collecting member 4 to the interconnector 11 via the P-type semiconductor layer 14, the contact between the two becomes an ohmic contact, thereby reducing the potential drop and effectively suppressing the decrease in the current collecting performance. it can. The P-type semiconductor layer 14 can also be provided on the outer surface of the air electrode layer 10.

そして、セルスタック2を構成する各燃料電池セル3の下端が、第1の反応ガス流路13を介して燃料電池セル3に第1の反応ガスを供給するためのマニホールド7にガラスシール材(図示せず)等の接合材により固定されている。   Then, the lower end of each fuel cell 3 constituting the cell stack 2 has a glass sealing material (manufactured on the manifold 7 for supplying the first reaction gas to the fuel cell 3 via the first reaction gas channel 13). It is fixed by a bonding material such as (not shown).

なお、図1に示すセルスタック装置1においては、燃料電池セル3として、第1の反応ガス流路13内に水素含有ガス(燃料ガス)を流すとともに、内側電極層として燃料極層8、外側電極層として空気極層10を設けてなる燃料電池セル3を用いており、マニホールド7より第1の反応ガスとして水素含有ガス(燃料ガス)を供給し、第2の反応ガスとして酸素含有ガス(空気等)を燃料電池セル3の外側に供給することで、燃料電池セル3が発電している。   In the cell stack device 1 shown in FIG. 1, as the fuel cell 3, a hydrogen-containing gas (fuel gas) flows through the first reaction gas flow path 13, and the fuel electrode layer 8 is provided as the inner electrode layer. A fuel battery cell 3 provided with an air electrode layer 10 is used as an electrode layer, a hydrogen-containing gas (fuel gas) is supplied as a first reaction gas from a manifold 7, and an oxygen-containing gas (a second reaction gas) ( The fuel battery cell 3 generates power by supplying air or the like to the outside of the fuel battery cell 3.

なお、以下の説明において第1の反応ガスとして燃料ガスを、第2の反応ガスとして酸素含有ガスを用いる場合を例示して説明する。   In the following description, a case where a fuel gas is used as the first reaction gas and an oxygen-containing gas is used as the second reaction gas will be described as an example.

このようなセルスタック装置1においては、第1の反応ガス流路13より排出される燃料ガス(余剰の燃料ガス)を燃料電池セル3の上端部の上方で燃焼させる構成とすることにより、燃料電池セル3の温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができ、セルスタック装置1の発電効率を向上させている。   In such a cell stack device 1, the fuel gas discharged from the first reaction gas flow path 13 (excess fuel gas) is burned above the upper end portion of the fuel cell 3, thereby providing fuel. The temperature of the battery cell 3 can be efficiently raised or maintained at a high temperature, and the power generation efficiency of the cell stack device 1 is improved.

セルスタック装置1は、燃料電池セル3の配列方向の両端から集電部材4を介してセルスタック2を挟持するように、マニホールド7に下端が固定された弾性変形可能な導電部材5を具備している。ここで、図1に示す導電部材5においては、燃料電池セル3の配列方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック2(燃料電池セル3)の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部6が設けられている。   The cell stack device 1 includes an elastically deformable conductive member 5 having a lower end fixed to a manifold 7 so as to sandwich the cell stack 2 from both ends in the arrangement direction of the fuel cells 3 via current collecting members 4. ing. Here, the conductive member 5 shown in FIG. 1 has a shape that extends outward along the direction in which the fuel cells 3 are arranged to draw out current generated by power generation of the cell stack 2 (fuel cells 3). A current drawing portion 6 is provided.

以下に、図1において示す燃料電池セル3を構成する各部材について説明する。   Below, each member which comprises the fuel cell 3 shown in FIG. 1 is demonstrated.

燃料極層8は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアと称する)とNiおよび/またはNiOとから形成することができる。 As the fuel electrode layer 8, generally known ones can be used. Porous conductive ceramics such as ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO are used. And can be formed from

固体電解質層9は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer 9 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time, has to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. , 3 to 15 mol% of rare earth elements are formed from ZrO 2 as a solid solution. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.

空気極層10は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気極層10はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが好ましい。 The air electrode layer 10 is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the air electrode layer 10 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The air electrode layer 10 is required to have gas permeability and preferably has an open porosity of 20% or more, particularly 30 to 50%.

インターコネクタ11は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス(水素含有ガス)および酸素含有ガス(空気等)と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が好適に使用される。インターコネクタ11は導電性支持体12に形成された複数の第1の反応ガス流路13を流通する燃料ガス、および導電性支持体12の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好ましい。 Although the interconnector 11 can be formed from conductive ceramics, it needs to have reduction resistance and oxidation resistance because it comes in contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.). Therefore, a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) is preferably used. The interconnector 11 is for preventing leakage of fuel gas flowing through the plurality of first reaction gas flow paths 13 formed on the conductive support 12 and oxygen-containing gas flowing outside the conductive support 12. It must be dense and preferably has a relative density of 93% or more, particularly 95% or more.

導電性支持体12としては、燃料ガスを燃料極層8まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ11を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、導電性支持体12としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。   The conductive support 12 is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas to the fuel electrode layer 8 and to be conductive in order to collect current via the interconnector 11. . Therefore, as the conductive support 12, it is necessary to adopt a material satisfying such a requirement as a material, and for example, conductive ceramics, cermet, or the like can be used.

なお、燃料電池セル3を作製するにあたり、燃料極層8または固体電解質層9との同時焼成により導電性支持体12を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから導電性支持体12を形成することが好ましい。また、導電性支持体12は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440S/cm以上であるのが好ましい。   When the fuel cell 3 is manufactured, when the conductive support 12 is manufactured by co-firing with the fuel electrode layer 8 or the solid electrolyte layer 9, the conductivity is made from the iron group metal component and the specific rare earth oxide. It is preferable to form the support 12. Further, the conductive support 12 preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50% in order to have the required gas permeability, and the conductivity is 300 S / cm or more. In particular, it is preferably 440 S / cm or more.

さらに、P型半導体層14としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ11を構成するランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO系酸化物、LaFeO系酸化物、LaCoO系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層14の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲にあることが好ましい。 Furthermore, as the P-type semiconductor layer 14, a layer made of a transition metal perovskite oxide can be exemplified. Specifically, a material having higher electron conductivity than a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) constituting the interconnector 11, for example, LaMnO in which Mn, Fe, Co, etc. are present at the B site. P-type semiconductor ceramics made of at least one of three- based oxides, LaFeO 3 -based oxides, LaCoO 3 -based oxides and the like can be used. In general, the thickness of the P-type semiconductor layer 14 is preferably in the range of 30 to 100 μm.

なお、図示はしていないが、固体電解質層9と空気極層10との間に、固体電解質層9と空気極層10との接合を強固とするとともに、固体電解質層9の成分と空気極層10の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で、Ce(セリウム)と他の希土類元素(SmやGd等)とを含有する組成にて形成される中間層を備えることもできる。   Although not shown, the solid electrolyte layer 9 and the air electrode layer 10 are firmly joined between the solid electrolyte layer 9 and the air electrode layer 10, and the components of the solid electrolyte layer 9 and the air electrode are It is formed with a composition containing Ce (cerium) and other rare earth elements (Sm, Gd, etc.) for the purpose of suppressing the formation of a reaction layer having a high electrical resistance by reacting with the components of the layer 10. An intermediate layer can also be provided.

また、図示はしていないが、インターコネクタ11と導電性支持体12との間に、インターコネクタ11と導電性支持体12との間の熱膨張係数差を軽減する等のために、燃料極層8と類似した組成の密着層を設けることもできる。   Although not shown, a fuel electrode is provided between the interconnector 11 and the conductive support 12 to reduce a difference in thermal expansion coefficient between the interconnector 11 and the conductive support 12. An adhesion layer having a composition similar to that of the layer 8 may be provided.

図2は図1に示す集電部材を示し、(a)は正面図、(b)は一部を抜粋して示す斜視図であり、図3は図1に示す燃料電池セルスタック装置の一部を抜粋して示す側面図である。   2 shows the current collecting member shown in FIG. 1, (a) is a front view, (b) is a perspective view showing a part of the current collecting member, and FIG. 3 is a perspective view of the fuel cell stack device shown in FIG. It is a side view which extracts and shows a part.

図2に示す集電部材4は、隣り合う一方の燃料電池セル3に当接する複数の第1集電片15と、隣り合う他方の燃料電池セル3に当接する第2集電片17と、離れて配置される第1集電片15の一端と第2集電片17の他端とを接続する第1導電体片16と、離れて配置される第2集電片17の一端と他の第1集電片15の他端とを接続する第2導電体片18とを基本構成とし、燃料電池セル3の長手方向に連続的に形成して構成されており、その上端部に平板状の偏流部材19を有する。   A current collecting member 4 shown in FIG. 2 includes a plurality of first current collecting pieces 15 that abut one adjacent fuel cell 3, a second current collecting piece 17 that abuts the other adjacent fuel cell 3, A first conductor piece 16 that connects one end of the first current collecting piece 15 and the other end of the second current collecting piece 17 that are arranged apart from each other, one end of the second current collecting piece 17 that is arranged apart, and the other The second electric conductor piece 18 connecting the other end of the first current collecting piece 15 is basically formed, and is formed continuously in the longitudinal direction of the fuel cell 3, and a flat plate is formed at the upper end portion thereof. The shape-shaped drift member 19 is provided.

偏流部材19は、最上部にある一方側の第1集電片16から他方側の第2集電片17の上方に向けて設けられている。図3においては、偏流部材19のその一端が最上部にある第1集電片15に一体的に設けられており、その他端が第2集電片の上方に配置されるように傾けられており、偏流部材19の上端は燃料電池セル3の上端と同等の高さに位置する。   The drift member 19 is provided from the first current collecting piece 16 on the one side at the top to the upper side of the second current collecting piece 17 on the other side. In FIG. 3, one end of the drift member 19 is provided integrally with the first current collecting piece 15 at the uppermost portion, and the other end is inclined so as to be disposed above the second current collecting piece. The upper end of the drift member 19 is located at the same height as the upper end of the fuel cell 3.

ここで、図2に示す集電部材4は、第1集電片15と第2集電片17とが対向する燃料電池セル3と接触し、第1集電片15と第2集電片17とをそれぞれ第1導電体片16と第2導電体片18とで接続しており、複数の燃料電池セル3を電気的に接続している。また、第1集電片15と第2集電片17とは、燃料電池セル3の配列方向に沿って間隔をあけて配置されており、燃料電池セル3間(すなわち、第1集電片15と第2集電片17との間の空間)が第2の反応ガス流路(図示せず)となり、燃料電池セル3(空気極層10)に供給する酸素含有ガス(空気等)が第2の反応ガス流路の下方から上方に流れることとなる。   Here, the current collecting member 4 shown in FIG. 2 is in contact with the fuel cell 3 where the first current collecting piece 15 and the second current collecting piece 17 face each other, and the first current collecting piece 15 and the second current collecting piece. 17 are connected by the first conductor piece 16 and the second conductor piece 18 respectively, and the plurality of fuel cells 3 are electrically connected. Further, the first current collecting piece 15 and the second current collecting piece 17 are arranged at intervals along the arrangement direction of the fuel cells 3, and are arranged between the fuel cells 3 (that is, the first current collecting pieces). 15 and the second current collecting piece 17) becomes a second reaction gas flow path (not shown), and an oxygen-containing gas (air or the like) supplied to the fuel cell 3 (air electrode layer 10) is provided. It flows from the lower side of the second reaction gas channel to the upper side.

そして、発電に供されなかった余剰の燃料ガス(以下、燃料オフガスと略す場合がある。)を、発電に供されなかった余剰の酸素含有ガス(以下、酸素含有オフガスと略す場合がある。)を用いて、燃料電池セル3の上端部の上方(より詳しくは燃料電池セル3における上端部側の第1の反応ガス流路13の出口近傍を示す。以下、燃焼部と略す場合がある。)にて燃焼させ、この燃焼により生じる燃焼熱により、燃料電池セル3が温められることで、効率よく発電を行なうことができる。   Then, surplus fuel gas that has not been used for power generation (hereinafter may be abbreviated as fuel off gas) is surplus oxygen-containing gas that has not been used for power generation (hereinafter may be abbreviated as oxygen-containing off gas). Is used above the upper end portion of the fuel cell 3 (more specifically, the vicinity of the outlet of the first reaction gas channel 13 on the upper end side of the fuel cell 3. Hereinafter, it may be abbreviated as a combustion portion. ) And the fuel cell 3 is warmed by the combustion heat generated by this combustion, so that power can be generated efficiently.

ここで、第2のガス流路を流れた酸素含有オフガスの大部分は、集電部材4の上方へ流れやすいため、燃焼部に十分な量の酸素含有オフガスを供給することができないおそれがある。それに伴い、燃料電池セル3の上端部の上方で、燃料オフガスの燃焼が十分に行なわれず、セルスタック2の温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができないおそれがある。   Here, since most of the oxygen-containing offgas that has flowed through the second gas flow path is likely to flow upward of the current collecting member 4, there is a possibility that a sufficient amount of oxygen-containing offgas cannot be supplied to the combustion section. . Accordingly, there is a possibility that the fuel off-gas is not sufficiently burned above the upper end portion of the fuel cell 3 and the temperature of the cell stack 2 cannot be efficiently increased or maintained at a high temperature.

しかしながら、本発明の集電部材4の上端部には、一方の燃料電池セル3(図3においては紙面の左側に位置する燃料電池セル3)の上端部の上方(燃焼部)に酸素含有オフガスを導くための偏流部材19が接合されている。それにより、第2の反応ガス流路を流れた酸素含有オフガスを偏流部材19によって効率よく燃焼部に供給することができる。   However, at the upper end of the current collecting member 4 of the present invention, an oxygen-containing off-gas is located above the upper end (combustion portion) of one fuel cell 3 (the fuel cell 3 located on the left side of the paper in FIG. 3). The drift member 19 for guiding is joined. Thereby, the oxygen-containing off-gas that has flowed through the second reaction gas flow path can be efficiently supplied to the combustion section by the drift member 19.

また、燃料電池装置60(図9参照)の起動時においても、燃焼部に十分な量の酸素含有オフガスを供給することができ、燃焼が十分に行なわれることで、効率よくセルスタック2を温めることができ、燃料電池セルスタック装置1の発電効率を向上させることができる。   Further, even when the fuel cell device 60 (see FIG. 9) is started, a sufficient amount of oxygen-containing off-gas can be supplied to the combustion section, and the cell stack 2 can be efficiently warmed by sufficient combustion. Therefore, the power generation efficiency of the fuel cell stack device 1 can be improved.

さらに、燃料電池装置を低出力で作動させる場合に、燃料電池セル3に供給される燃料ガス量および酸素含有ガス量が少ないため、失火が生じるおそれがあるが、集電部材4が偏流部材19を有することにより燃焼部に酸素含有オフガスを十分に供給することができることから、失火を抑制することができる。それにより、セルスタック2の温度を効果的に上昇させるまたは高温に維持することができる。そのため、セルスタック2の発電効率を向上させ、セルスタック装置1の発電効率を向上させることができる。   Furthermore, when the fuel cell device is operated at a low output, the amount of fuel gas and the amount of oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 3 is small, so that misfire may occur. Since the oxygen-containing off-gas can be sufficiently supplied to the combustion part by having, misfire can be suppressed. Thereby, the temperature of the cell stack 2 can be effectively increased or maintained at a high temperature. Therefore, the power generation efficiency of the cell stack 2 can be improved, and the power generation efficiency of the cell stack device 1 can be improved.

なお、一方の燃料電池セル3の上端部の上方に向けて偏流部材19を設ける場合、セルスタック2の配列方向に沿って同じ方向に向けて偏流部材19を設けることが好ましい。それにより、セルスタック2を構成する燃料電池セル3に均一に酸素含有オフガスを供給することができる。そのため、セルスタック2の発電効率を向上することができ、セルスタック装置1の発電効率を向上することができる。   When the drift member 19 is provided above the upper end portion of one fuel cell 3, it is preferable to provide the drift member 19 in the same direction along the arrangement direction of the cell stacks 2. Thereby, the oxygen-containing offgas can be uniformly supplied to the fuel cells 3 constituting the cell stack 2. Therefore, the power generation efficiency of the cell stack 2 can be improved, and the power generation efficiency of the cell stack device 1 can be improved.

ここで、燃料電池セル3において発電する部位は、燃料極層8と、固体電解質層9と、空気極層10とがこの順に積層される部位である(以下、発電部と呼ぶことがある。)。それゆえ、集電部材4のうち燃料電池セル3により発電した電流を効率よく集電するための偏流部材19以外の部位である集電部の燃料電池セル3の長手方向に沿った長さは、燃料電池セル3における空気極層10の長手方向の長さと同等が好ましい。このように、発電部と同等の長さの集電部を設けることで、集電効率を下げることなく集電部材4のコストを削減することができる。また、上述した集電部の燃料電池セル3の幅方向に沿った長さは、燃料電池セル3における空気極層10の幅方向の長さと同等が好ましい。   Here, the part that generates power in the fuel cell 3 is a part in which the fuel electrode layer 8, the solid electrolyte layer 9, and the air electrode layer 10 are stacked in this order (hereinafter may be referred to as a power generation unit). ). Therefore, the length along the longitudinal direction of the fuel battery cell 3 of the current collector that is a part other than the drift member 19 for efficiently collecting the current generated by the fuel battery cell 3 in the current collector 4 is The length of the air electrode layer 10 in the fuel cell 3 is preferably equal to the length in the longitudinal direction. Thus, the cost of the current collecting member 4 can be reduced without reducing the current collecting efficiency by providing the current collecting portion having the same length as the power generation portion. Moreover, the length along the width direction of the fuel cell 3 of the current collector described above is preferably equal to the length of the air electrode layer 10 in the width direction of the fuel cell 3.

また、偏流部材19の幅方向の長さも燃料電池セル3における空気極層10の幅方向の長さと同等か、それ以上が好ましい。それにより、燃焼部に効率よく酸素含有オフガスを供給することができる。   The length in the width direction of the drift member 19 is preferably equal to or longer than the length in the width direction of the air electrode layer 10 in the fuel cell 3. Thereby, the oxygen-containing off gas can be efficiently supplied to the combustion section.

なお、偏流部材19の第1集電片15と接合されてない側(第2集電片17の上方に配置された側)を燃料電池セル3の上端よりも高い位置に配置してもよい。それにより、燃焼部にさらに酸素含有オフガスを供給することができる。   Note that the side of the drift member 19 that is not joined to the first current collecting piece 15 (the side arranged above the second current collecting piece 17) may be arranged at a position higher than the upper end of the fuel cell 3. . Thereby, oxygen-containing off gas can be further supplied to the combustion section.

ここで、集電部は耐熱性および導電性を得るために、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。また、偏流部材19は、燃料電池セル3を介して隣り合う集電部材4(偏流部材19)同士が接触して短絡を生じることを抑制するために絶縁性を有することが好ましく、絶縁性セラミックス等からなる部材等の別部材を接合して作製してもよい。また、集電部材4の上端部を加工することにより作製してもよい。この場合においては、偏流部材19を容易に作製することができる。なお、集電部材4の上端部を加工して偏流部材19を作成する場合は、偏流部材19の表面に絶縁性コーディングを施すことが好ましい。   Here, in order to obtain heat resistance and conductivity, for example, conductive ceramics or cermet can be used for the current collector. In addition, the drift member 19 preferably has an insulating property in order to prevent the adjacent current collecting members 4 (the drift member 19) from coming into contact with each other via the fuel cell 3 and causing a short circuit. Alternatively, another member such as a member made of or the like may be bonded. Moreover, you may produce by processing the upper end part of the current collection member 4. FIG. In this case, the drift member 19 can be easily manufactured. In addition, when processing the upper end part of the current collection member 4 and producing the drift member 19, it is preferable to perform insulating coding on the surface of the drift member 19.

また、集電部材4は、高温な酸化雰囲気に曝されることから耐酸化性のコーティングを施してもよい。それにより、集電部材4の劣化を抑制することができ、セルスタック装置1の発電効率の低下を抑制することができる。   Further, since the current collecting member 4 is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, an oxidation-resistant coating may be applied. Thereby, deterioration of the current collection member 4 can be suppressed, and the fall of the power generation efficiency of the cell stack apparatus 1 can be suppressed.

図4は、本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の他の一例を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図である。   FIG. 4 shows another example of the current collecting member constituting the fuel cell stack device of the present invention, where (a) is a perspective view and (b) is a plan view.

図4に示す集電部材20は、隣り合う一方の燃料電池セル3に接触する集電片22と、隣り合う他方の燃料電池セル3に接触する集電片23とを形成し、それぞれの集電片22,23の端部を接続する接続部27とを備えた集電体(図示せず)を、燃料電池セル3の長手方向に沿って導電性連結片24を介して複数接続して集電部(図示せず)が構成されおり、上端部には、平板により作製された偏流部材21が、最上部に位置する集電片22,23と間隔をあけて配置されている。具体的には最上部に位置する集電片22,23より上方に突出する接続部27の上端に、平板状からなる偏流部材21が第2の反応ガス流路を覆うように接合されている。   A current collecting member 20 shown in FIG. 4 forms a current collecting piece 22 that comes into contact with one adjacent fuel cell 3 and a current collecting piece 23 that comes into contact with the other adjacent fuel cell 3. A plurality of current collectors (not shown) provided with connecting portions 27 that connect the end portions of the electric pieces 22 and 23 are connected via the conductive connecting pieces 24 along the longitudinal direction of the fuel cell 3. A current collecting portion (not shown) is configured, and a drift member 21 made of a flat plate is disposed at the upper end portion with a gap from the current collecting pieces 22 and 23 located at the uppermost portion. Specifically, the plate-shaped drift member 21 is joined to the upper end of the connecting portion 27 protruding above the current collecting pieces 22 and 23 located at the uppermost portion so as to cover the second reaction gas flow path. .

集電部材20は、一方の集電片22と他方の集電片23とを燃料電池セル3側に交互に突出させて燃料電池セル3に接触させることにより、複数の燃料電池セル3を電気的に接続している。また、一方の集電片22と他方の集電片23は、燃料電池セル3の配列方向に沿って間隔をあけて配置されており、燃料電池セル3間(すなわち、一方の集電片22と他方の集電片23との間の空間)が第2の反応ガス流路(図示せず)となる。   The current collecting member 20 causes one fuel collecting piece 22 and the other current collecting piece 23 to alternately protrude toward the fuel battery cell 3 side to contact the fuel battery cell 3, thereby electrically connecting the plurality of fuel battery cells 3. Connected. Further, the one current collecting piece 22 and the other current collecting piece 23 are arranged at intervals along the arrangement direction of the fuel cells 3, and are arranged between the fuel cells 3 (that is, the one current collecting piece 22. And the other current collecting piece 23) becomes a second reaction gas flow path (not shown).

ここで、集電部材20が、集電部材20の上端部に第2の反応ガス流路を覆うように偏流部材(封止部材)21を備えているとともに、偏流部材21の上端が燃料電池セル3の上端よりも高い位置に配置されていることから、第2の反応ガス流路を流れた酸素含有オフガスが、集電部材20の上方に流れることを抑制し、最上部に位置する集電片22,23と偏流部材21との間から十分な量の酸素含有オフガスを燃焼部に向けて供給することができる。   Here, the current collecting member 20 includes a drift member (sealing member) 21 at the upper end of the current collector member 20 so as to cover the second reaction gas flow path, and the upper end of the drift member 21 is the fuel cell. Since it is arranged at a position higher than the upper end of the cell 3, the oxygen-containing off-gas that has flowed through the second reaction gas flow path is prevented from flowing above the current collecting member 20, and the current collector located at the uppermost position A sufficient amount of oxygen-containing offgas can be supplied from between the electric pieces 22 and 23 and the drift member 21 toward the combustion section.

それにより、燃焼を十分に行なうことができ、セルスタック2の温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができる。そのため、セルスタック2の発電効率を向上させることができ、セルスタック装置1の発電効率を向上させることができる。   Thereby, combustion can be performed sufficiently, and the temperature of the cell stack 2 can be efficiently increased or maintained at a high temperature. Therefore, the power generation efficiency of the cell stack 2 can be improved, and the power generation efficiency of the cell stack device 1 can be improved.

なお、偏流部材(封止部材)21は第2の反応ガス流路を覆うように設ければよく、最上部に位置する集電片22,23を平板にて接合し設けてもよい。その場合においても、接合された集電片22,23と隣り合う集電片22,23との間から十分な量の酸素含有オフガスを燃焼部に向けて供給することができる。   The drift member (sealing member) 21 may be provided so as to cover the second reaction gas flow path, and the current collecting pieces 22 and 23 located at the uppermost part may be joined by a flat plate. Even in that case, a sufficient amount of oxygen-containing off-gas can be supplied to the combustion section from between the joined current collecting pieces 22 and 23 and the adjacent current collecting pieces 22 and 23.

また、偏流部材(封止部材)21として、着脱可能な蓋部材(図示せず)を設けてもよい。その場合においても、燃焼部に酸素含有オフガスを供給できるとともに、蓋部材が劣化した場合に、集電部材20を交換することなく、蓋部材のみ交換することができる。   Further, a detachable lid member (not shown) may be provided as the drift member (sealing member) 21. Even in that case, the oxygen-containing off-gas can be supplied to the combustion section, and when the lid member deteriorates, only the lid member can be replaced without replacing the current collecting member 20.

図5における(a)は本発明の燃料電池セルスタック装置の他の一例の一部を抜粋して示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の平面図である。   5A is a side view showing a part of another example of the fuel cell stack device of the present invention, and FIG. 5B is a side view of a current collecting member constituting the fuel cell stack device of FIG. It is a top view.

集電部材25は、燃料電池セル3の配列方向に沿った側面から見るとY字形状の平板からなる偏流部材26を有している。偏流部材26は、下端部が集電部の最上部にある接続部27の上端に接合されて設けられており、その上端は燃料電池セル3の上端より高い位置に配置されている。それにより、第2の反応ガス流路を流れた酸素含有オフガスは、偏流部材26に沿って隣り合う燃料電池セル3におけるそれぞれの燃焼部にさらに効率よく流れることとなる。そのため、十分な量の酸素含有オフガスを燃焼部に供給することができ、燃焼による十分な燃焼熱を得ることができる。   The current collecting member 25 has a drift member 26 formed of a Y-shaped flat plate when viewed from the side surface along the arrangement direction of the fuel cells 3. The drift member 26 is provided with its lower end joined to the upper end of the connecting portion 27 at the top of the current collector, and the upper end thereof is disposed at a position higher than the upper end of the fuel cell 3. As a result, the oxygen-containing off-gas that has flowed through the second reaction gas flow path flows more efficiently to the respective combustion sections in the adjacent fuel cells 3 along the drift member 26. Therefore, a sufficient amount of oxygen-containing off gas can be supplied to the combustion section, and sufficient combustion heat due to combustion can be obtained.

さらに、偏流部材26の上端が燃料電池セル3の上端よりも高い位置に配置されていることから、酸素含有オフガスをより燃焼部に向けて供給することができ、発電効率の向上した燃料電池セルスタック装置1とすることができる。   Furthermore, since the upper end of the drift member 26 is disposed at a position higher than the upper end of the fuel cell 3, the oxygen-containing off-gas can be supplied more toward the combustion unit, and the fuel cell with improved power generation efficiency The stack apparatus 1 can be used.

図6は本発明の燃料電池セルスタック装置のさらに他の一例の一部を抜粋して示す側面図であり、図7は、図6に示す燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材を示す斜視図である。   FIG. 6 is a side view showing a part of another example of the fuel cell stack device of the present invention. FIG. 7 shows a current collecting member constituting the fuel cell stack device shown in FIG. It is a perspective view.

集電部材30は、集電部の上端に平板からなる偏流部材31が設けられている。偏流部材31は、隣り合うそれぞれの燃料電池セル3に向けて延びる延伸部31aを備えており、燃料電池セル3の配列方向に沿った側面から見るとT字形状を有している。そして偏流部材31の下端部が集電部の最上部にある接続部27の上端と接合されている。さらに、偏流部材31は、延伸部31aの一部が燃料電池セル3の上端部の上方を覆うように設けられている。そのため、さらにそれぞれの燃料電池セル3の上端部の上方(燃焼部)に効率よく酸素含有オフガスを供給している。それにより、セルスタックの温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができ、セルスタック装置1の発電効率を向上させることができる。   The current collecting member 30 is provided with a drift member 31 made of a flat plate at the upper end of the current collecting portion. The drift member 31 includes extending portions 31 a extending toward the adjacent fuel cells 3, and has a T shape when viewed from the side surface along the arrangement direction of the fuel cells 3. And the lower end part of the drift member 31 is joined to the upper end of the connection part 27 in the uppermost part of a current collection part. Furthermore, the drift member 31 is provided so that a part of the extending portion 31 a covers the upper end of the fuel cell 3. For this reason, the oxygen-containing off-gas is efficiently supplied above the upper end portion (combustion portion) of each fuel cell 3. Thereby, the temperature of the cell stack can be efficiently raised or maintained at a high temperature, and the power generation efficiency of the cell stack device 1 can be improved.

なお、燃料電池セル3の上端部の上方を覆う延伸部31aの長さは適宜設定すればよいが、導電性の部材を用いて偏流部材31(延伸部31a)を設けた場合、燃料電池セル3を介して隣り合う集電部材30のそれぞれの偏流部材31同士が接触しないようにするのが好ましい。それにより、集電部材31が接触して短絡することを抑制でき、発電効率の向上した燃料電池セルスタック装置1とすることができる。   The length of the extending portion 31a that covers the upper end of the fuel cell 3 may be set as appropriate. However, when the drift member 31 (the extending portion 31a) is provided using a conductive member, the fuel cell. It is preferable that the drift members 31 of the current collecting members 30 adjacent to each other through 3 are not in contact with each other. Thereby, it can suppress that the current collection member 31 contacts and short-circuits, and it can be set as the fuel cell stack apparatus 1 which improved the power generation efficiency.

なお、延伸部31aは、燃料電池セル3の上端部の上方に向けて延びる部位であり、燃料電池セル3の上端部の上方(燃焼部)を覆わなくてもよい。そのような場合においても、燃焼部に十分な量の酸素含有オフガスを供給することができる。   The extending portion 31a is a portion extending upward from the upper end portion of the fuel battery cell 3, and does not need to cover the upper end portion (combustion portion) of the fuel battery cell 3. Even in such a case, a sufficient amount of oxygen-containing off-gas can be supplied to the combustion section.

図8は、本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図であり、直方体状の収納容器41の内部に、本発明のセルスタック装置47を収納して構成されている。   FIG. 8 is an external perspective view showing an example of the fuel cell module of the present invention. The cell stack device 47 of the present invention is housed in a rectangular parallelepiped storage container 41.

なお、燃料電池セル42にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器45をセルスタック44の上方に配置している。そして、改質器45で生成された燃料ガスは、ガス流通管46を介してマニホールド43に供給され、マニホールド43を介して燃料電池セル42の内部に設けられた第1の反応ガス流路(図示せず)に供給される。   In order to obtain fuel gas used in the fuel cell 42, a reformer 45 for reforming raw fuel such as natural gas or kerosene to generate fuel gas is disposed above the cell stack 44. ing. The fuel gas generated by the reformer 45 is supplied to the manifold 43 via the gas flow pipe 46, and the first reaction gas flow path (inside the fuel cell 42 via the manifold 43 ( (Not shown).

なお、図8においては、収納容器41の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置47および改質器45を後方に取り出した状態を示している。ここで、図8に示した燃料電池モジュール40においては、セルスタック装置47を、収納容器41内にスライドして収納することが可能である。   FIG. 8 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 41 is removed, and the cell stack device 47 and the reformer 45 housed inside are taken out rearward. Here, in the fuel cell module 40 shown in FIG. 8, the cell stack device 47 can be slid and stored in the storage container 41.

また収納容器41の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材48は、図8においてはマニホールド42に並置されたセルスタック44の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが、燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル42の側方を下端部側から上端部側に向かって流れるように、燃料電池セル42の下端部側に酸素含有ガスを供給するように構成されている。そして、燃料電池セル42の第1の反応ガス流路(図示せず)より排出される燃料オフガスを燃料電池セル42の上端部の上方で燃焼させることにより、セルスタック44の温度を効果的に上昇させることができ、燃料電池セルスタック装置47の起動を早めることができる。また、燃料電池セル42の上端部の上方にて、燃料電池セル42の第1の反応ガス流路から排出される燃料オフガスを燃焼させることにより、セルスタック44の上方に配置された改質器45を温めることができる。それにより、改質器45で効率よく改質反応を行うことができる。   Further, in FIG. 8, the oxygen-containing gas introduction member 48 provided inside the storage container 41 is disposed between the cell stacks 44 juxtaposed with the manifold 42, and the oxygen-containing gas is adjusted in accordance with the flow of the fuel gas. Thus, the oxygen-containing gas is supplied to the lower end side of the fuel cell 42 so that the fuel cell 42 flows laterally from the lower end side toward the upper end side. Then, the fuel off-gas discharged from the first reaction gas flow path (not shown) of the fuel battery cell 42 is burned above the upper end of the fuel battery cell 42, so that the temperature of the cell stack 44 is effectively increased. The fuel cell stack device 47 can be started quickly. Further, the reformer disposed above the cell stack 44 by burning the fuel off-gas discharged from the first reaction gas flow path of the fuel battery cell 42 above the upper end portion of the fuel battery cell 42. 45 can be warmed. Thereby, the reforming reaction can be efficiently performed in the reformer 45.

このような燃料電池モジュール40においては、上述したように、発電効率が向上したセルスタック装置1を収納容器41に収納して構成されることにより、発電効率が向上した燃料電池モジュール40とすることができる。   In such a fuel cell module 40, as described above, the fuel cell module 40 with improved power generation efficiency is configured by storing the cell stack device 1 with improved power generation efficiency in the storage container 41. Can do.

図9は、外装ケース内に図8で示した燃料電池モジュール40と、燃料電池モジュール40を動作させるための補機(図示せず)とを収納してなる本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図9においては一部構成を省略して示している。   FIG. 9 shows an example of the fuel cell device of the present invention in which the fuel cell module 40 shown in FIG. 8 and an auxiliary machine (not shown) for operating the fuel cell module 40 are housed in an outer case. It is a disassembled perspective view shown. In FIG. 9, a part of the configuration is omitted.

図9に示す燃料電池装置50は、支柱56と外装板57から構成される外装ケース内を仕切板58により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール40を収納するモジュール収納室54とし、下方側を燃料電池モジュール40を動作させるための補機を収納する補機収納室53として構成されている。なお、補機収納室53に収納する補機を省略して示している。   The fuel cell device 50 shown in FIG. 9 has a module housing chamber 54 that divides the inside of an exterior case composed of a column 56 and an exterior plate 57 by a partition plate 58 and houses the above-described fuel cell module 40 on the upper side. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 53 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 40. In addition, the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 53 is omitted.

また、仕切板58には、補機収納室73の空気をモジュール収納室74側に流すための空気流通口51が設けられており、モジュール収納室54を構成する外装板57の一部に、モジュール収納室54内の空気を排気するための排気口52が設けられている。   Further, the partition plate 58 is provided with an air circulation port 51 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 73 toward the module storage chamber 74, and a part of the exterior plate 57 constituting the module storage chamber 54 is An exhaust port 52 for exhausting the air in the module storage chamber 54 is provided.

このような燃料電池装置50においては、上述したように、発電効率が向上した燃料電池モジュール40をモジュール収納室54に収納し、燃料電池モジュール40を動作させるための補機を補機収納室53に収納して構成されることにより、発電効率が向上した燃料電池装置50とすることができる。   In such a fuel cell device 50, as described above, the fuel cell module 40 with improved power generation efficiency is stored in the module storage chamber 54, and an auxiliary machine for operating the fuel cell module 40 is an auxiliary device storage chamber 53. By being housed in the fuel cell device 50, the fuel cell device 50 with improved power generation efficiency can be obtained.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上述したセルスタック装置1においては、燃料電池セル3の第1の反応ガス流路13に燃料ガスを供給し、第2の反応ガス流路に酸素含有ガスを供給する例を示したが、反応ガス流路13に酸素含有ガスを供給し、燃料電池セル3の外側に燃料ガスを供給する構成としてもかまわない。その場合においては、内側電極層を空気極層10とし、外側電極層を燃料極層8とする構成の燃料電池セル3とすればよい。   For example, in the cell stack apparatus 1 described above, an example is shown in which the fuel gas is supplied to the first reaction gas channel 13 of the fuel cell 3 and the oxygen-containing gas is supplied to the second reaction gas channel. The oxygen-containing gas may be supplied to the reaction gas channel 13 and the fuel gas may be supplied to the outside of the fuel cell 3. In that case, what is necessary is just to set it as the fuel cell 3 of the structure which makes an inner side electrode layer the air electrode layer 10, and makes an outer side electrode layer the fuel electrode layer 8. FIG.

また、集電部材における集電部は、集電部材内に第2の反応ガス流路を有するものであればその形状は限定されない。同様に、偏流部材は、第2の反応ガスを燃焼部に向けて流すように集電部材に設ければよく、その形状は限定されない。例えば、燃焼部に向けた管を集電部材の上端部に接合してもよく、着脱可能な蓋部材を集電部材の上端部に設けてもよい。   Further, the shape of the current collecting part in the current collecting member is not limited as long as the current collecting member has the second reaction gas flow channel in the current collecting member. Similarly, the drift member may be provided on the current collecting member so that the second reaction gas flows toward the combustion part, and the shape thereof is not limited. For example, a tube facing the combustion part may be joined to the upper end part of the current collecting member, and a detachable lid member may be provided on the upper end part of the current collecting member.

1,47,61:燃料電池セルスタック装置
2,44,62:燃料電池セルスタック
3,42,63:燃料電池セル
4,20,25,30,64,80,85:集電部材
7,43,67:マニホールド
19,21,26,31:偏流部材
31a:延伸部
40:燃料電池モジュール
50:燃料電池装置
1, 47, 61: Fuel cell stack devices 2, 44, 62: Fuel cell stacks 3, 42, 63: Fuel cells 4, 20, 25, 30, 64, 80, 85: Current collecting members 7, 43 67: Manifold 19, 21, 26, 31: Diffusion member 31a: Extending part 40: Fuel cell module 50: Fuel cell device

Claims (3)

内部に第1の反応ガスを流すための第1の反応ガス流路を有する燃料電池セルを集電部材を介して複数個立設させた状態で配列してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端部を固定するとともに、前記燃料電池セルに第1の反応ガスを供給するためのマニホールドとを備え、隣り合う前記燃料電池セル間に供給される第2の反応ガスと前記第1の反応ガスとにより前記燃料電池セルにて発電を行なうとともに、前記燃料電池セルの上端部の上方で、当該燃料電池セルの発電に供されなかった前記第1の反応ガスと前記第2の反応ガスとを燃焼させる燃料電池セルスタック装置において、
前記集電部材は、隣り合う前記燃料電池セル間に配置され、上端部に前記第2の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材を有することを特徴とする燃料電池セルスタック装置。
A cell stack in which a plurality of fuel cells each having a first reaction gas flow path for allowing a first reaction gas to flow therein are arranged in a standing state via a current collector; and the fuel cell And a manifold for supplying the first reaction gas to the fuel cell, the second reaction gas supplied between the adjacent fuel cells and the first reaction And the first reaction gas and the second reaction gas that have not been used for power generation of the fuel battery cell above the upper end of the fuel battery cell. In the fuel cell stack device that burns
The current collecting member is disposed between the adjacent fuel cells, and has a drift member for guiding the second reaction gas above the upper end of the fuel cell at the upper end. Battery cell stack device.
収納容器内に、請求項1に記載の燃料電池セルスタック装置を収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。   2. A fuel cell module comprising the fuel cell stack device according to claim 1 housed in a housing container. 請求項2に記載の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。


A fuel cell device comprising: the fuel cell module according to claim 2; and an auxiliary machine for operating the fuel cell module, housed in an outer case.


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