JP5393761B2

JP5393761B2 - 燃料電池

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Publication number: JP5393761B2
Application number: JP2011265930A
Authority: JP
Inventors: 彰小梶; 孝小野
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP2012099488A

Description

本発明は、支持体の表面に内側電極、固体電解質、外側電極を順次形成してなる燃料電池セルを収納容器内に収納した燃料電池に関するものである。

次世代エネルギーとして、近年、固体電解質形燃料電池セルを収納容器内に複数収容した燃料電池が種々提案されている。固体電解質形燃料電池セルは、例えば、ガス通路を有する酸素側電極の表面に、固体電解質、燃料側電極を順次形成して構成されており、燃料側電極側に燃料（水素）を流し、酸素側電極側に空気（酸素）を流して１０００℃程度で発電される。

燃料電池は、従来、収納容器内を仕切板で複数の室に仕切り、仕切板で上記した固体電解質形燃料電池セルの上下端部を支持固定して構成されており、空気導入管により酸素側電極のガス通路に空気を、燃料側電極に燃料ガスを供給し、燃料電池セルの先端近傍において、酸素側電極のガス通路を通過した空気と、燃料電池セル間を通過した燃料ガスとを反応させて燃焼させ、この燃焼ガスを利用して、例えば、空気導入管内の空気を加熱して、固体電解質を用いた燃料電池セルの作動温度である１０００℃程度に燃料電池セルを加熱し、起動時間を短縮させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２１８０６１号公報

しかしながら、従来の燃料電池では、燃料電池セルの先端近傍において燃焼するため、燃料電池セルの先端部が高熱となり、また、起動停止時の熱応力により、さらには先端部を仕切板で支持固定する必要があったため、先端部が破損したり、損傷し、先端部での発電が不安定となり、燃料電池の発電性能が低下したり、不安定となるという問題があった。

また、従来の燃料電池では、収納容器を仕切壁で仕切り、収納容器内にガス室を形成しており、この仕切壁の貫通孔に燃料電池セルの一端部を挿入固定していたため、収納容器内の仕切壁の貫通孔に燃料電池セルを一本一本配置し、セットする必要があり、燃料電池の製造に手間がかかるという問題があった。

さらに、例えば、１本の燃料電池セルが破損した場合、その燃料電池セルだけを取り替えることは殆ど不可能であり、燃料電池自体が故障となるという問題があった。

また、従来の燃料電池では、燃焼ガスで空気導入管内の空気を加熱し、この加熱した空気により燃料電池セルを間接的に加熱しているだけであり、未だ起動時間が長いという問題があった。

さらに、燃料電池セルを支持固定するため、収納容器内を仕切板で複数の室に仕切っており、酸素側電極のガス通路を通過した空気と、燃料ガスとを反応させて燃焼させる室と、燃料電池セルの大部分が存在する室とは仕切られており、燃焼ガスによる熱が有効利用されていないという問題があった。

さらにまた、従来の燃料電池では、収納容器内を複数の仕切板で仕切る必要があったため、構造が複雑であり、製造工程が多いという問題があった。

本発明は、発電性能が安定で、かつメンテナンスが容易であるとともに、起動時間を短縮化でき、簡単な構造で製造が容易な燃料電池を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池は、収納容器内に、内部にガス流路を備える柱状であって、長手方向に沿って連続して設けられた固体電解質と、該固体電解質の前記ガス流路側に長手方向に沿って連続して設けられた内側電極と、前記固体電解質の前記ガス流路と反対側に長手方向に沿って連続して設けられた外側電極とを備えてなる燃料電池セルと、該燃料電池セルの長手方向の一端部が取り付けられ、前記燃料電池セル内に燃料ガス及び酸素含有ガスのうち一方のガスを供給するためのガスタンクとを備え、前記燃料電池セルの他端部側の上
方で、前記燃料電池セル内を通過した前記一方のガスと、前記燃料電池セル間を通過した燃料ガス及び酸素含有ガスのうち他方のガスが燃焼するとともに、前記燃料電池セルの他端部が、前記外側電極が設けられていない非発電部とされていることを特徴とする燃料電池。

本発明の燃料電池では、燃料電池セルがガスタンクに取り付けられており、燃料電池セルの他端部側の上方で燃焼するが、燃料電池セルの他端部が外側電極が設けられていない非発電部とされているため、燃料電池セルの他端部に何らかの支障が発生しても、発電性能に殆ど影響を与えることがなく、燃料電池セルの発電性能が安定化する。

また、燃料電池セルの一端部をガスタンクに取り付けたため、燃料電池セルは収納容器に固定されるのではなく、収納容器内に収容されたガスタンクに保持固定されるため、ガスタンクに燃料電池セルを取り付けて、収納容器内に収容するだけで燃料電池を作製することができ、また、例えば、１本の燃料電池セルが破損した場合、その燃料電池セルが取り付けられたガスタンクを収納容器から取り出し、他の良品と取り替えることができ、メンテナンスが容易となる。

さらに、収納容器の同一室に、ガスタンクに燃料電池セルを取り付けた状態で収納しているため、従来のような収納容器内を仕切る仕切板が不要となり、また、燃料電池セルと仕切板との封止も不要となるため簡単な構造となり、製造が容易となる。しかも、燃料電池セルの他端部側の上方で燃焼する燃焼ガスの熱が、収納容器の燃料電池セルが収納されている室全体を加熱するため、燃料電池セルを直接的に加熱でき、燃料電池セルが発電するまでの起動時間を短縮できる。

また、本発明の燃料電池は、燃料電池セルは長手方向に延びる複数の前記ガス流路を有することを特徴とする。このような燃料電池では燃料電池セル内を流れるガスを固体電解質に均一に供給することが可能となるとともに、一つの扁平状のガス流路を形成する場合に比較して燃料電池セルの強度を向上できる。

さらに、本発明の燃料電池は、燃料電池セル他端角部は面取りされていることを特徴とする。このような燃料電池では、燃料電池セルの他端角部における応力集中を抑制でき、破損やクラック発生を抑制でき、発電性能の安定化をさらに促進できる。

また、燃料電池セルの一端部をガスタンクに取り付けたため、燃料電池セルは収納容器に固定されるのではなく、収納容器内に収容されたガスタンクに保持固定されるため、ガスタンクに燃料電池セルを取り付けて、収納容器内に収容するだけで燃料電池を作製する
ことができ、また、例えば、１本の燃料電池セルが破損した場合、その燃料電池セルが取り付けられたガスタンクを収納容器から取り出し、他の良品と取り替えることができ、メンテナンスが容易となる。

さらに、収納容器の同一室に、ガスタンクに燃料電池セルを取り付けた状態で収納しているため、従来のような収納容器内を仕切る仕切板が不要となり、また、燃料電池セルと仕切板との封止も不要となるため簡単な構造となり、製造が容易となる。しかも、燃料電池セルの他端部側の上方で燃焼する燃焼ガスの熱が、収納容器の燃料電池セルが収納されている室全体を加熱するため、燃料電池セルを迅速に加熱でき、燃料電池セルが発電するまでの起動時間を短縮できる。

本発明に従って構成された燃料電池の好適実施形態を示す断面図。図１の燃料電池を、一部を省略して示す斜面図。図１の燃料電池に使用されている発電ユニットの好適実施形態を示す斜面図。図３の発電ユニットにおけるセルスタックを示す断面図。（ａ）は燃料電池セルの他端部側の上方で燃焼している状態を示す側面図、（ｂ）は燃料電池セルの他端部を拡大して示す側面図。

本発明の燃料電池を図１及び図２を参照して説明すると、燃料電池は略直方体形状の収納容器２を具備している。この収納容器２の６個の壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁４、下断熱壁６、右側断熱壁８、左側断熱壁１０、前断熱壁（図示していない）及び後断熱壁（図示していない）が配設されている。収納容器２内には発電・燃焼室１２が規定されている。

前断熱壁及び／又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁及び／又は後断熱壁を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室１２内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。

収納容器２内の下端部には下部ガス室１４が配置され、上端部には上部ガス室１６が配設されている。下部ガス室１４は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１５内に規定されており、同様に上部ガス室１６も上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１７内に規定されている。収納容器２内の左右両側部には上下方向に延在する連通ガス室１８が配設されている。かかる連通ガス室１８は横方向（図１において左右方向）寸法が比較的小さい直方体形状のケース１９内に規定されている。

連通ガス室１８の各々の上面には前後方向に間隔をおいて３個の連通筒２０が付設されており、かかる連通筒２０を介して連通ガス室１８の各々が上部ガス室１６の下面両側部に連通されている。連通ガス室１８の各々の下端部内側は下部ガス室１４の両側面に直接的に連結されている。

従って、上部ガス室１６の両側部は連通ガス室１８を介して下部ガス室１４の両側部に連通せしめられている。下部ガス室１４の上面には横方向（図１において左右方向）に間隔をおいて上方に突出する５個の中空ガス噴出板２２が配設されている。かかるガス噴出板２２の下端は下部ガス室１４内に連通せしめられており、上部にはガス噴出孔（図示していない）が形成されている。

収納容器２の両側部、更に詳しくは右側断熱壁８の内側及び左側断熱壁１０の内側には、全体として平板形状である熱交換器２４が配設されている。熱交換器２４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース２６から構成されている。

かかるケース２６内にはその横方向中間に位置する仕切板２８が配設されており、ケース２６内は内側に位置する排出路３０と外側に位置する流入路３２とに区画されている。排出路３０内には上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３４及び３６が配置されている。更に詳述すると、排出路３０内には、その前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３４と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁３６とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路３０はジグザグ形態にせしめられている。

同様に、流入路３２内にも上下方向に間隔をおいて５枚の仕切壁３８及び４０、即ちその前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３８と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁４０とが交互に配置されており、かくして流入路３２もジグザグ形態にせしめられている。

ケース２６の内側壁の上端部には排出開口４２が形成されており、排出路３０は排出開
口４２を介して発電・燃焼室１２と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器２４の各々と上記連通ガス室１８との間及び連通ガス室１８の内面にも断熱部材４４及び４６が配設されているが、かかる断熱部材４４及び４６の上端は排出開口４２の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口４２は断熱部材４４及び４６の上方に残留せしめられている空間並びに連通ガス室１８の上端に配設された３個の連通筒２０間の空間を通して発電・燃焼室１２に連通せしめられている。

ケース２６の上壁における外側部には流入開口４８が形成されており、流入路３２はかかる流入開口４８を介して上部ガス室１６に連通せしめられている。熱交換器２４の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図１にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体５０は外側筒部材５２と内側筒部材５４とから構成されている。排出路３０の下端部は外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路３２の下端部は内側筒部材５４内に規定されている流入路に接続されている。

而して、図示の燃料電池における上述したとおりの構成は、本出願人の出願にかかる特願２００３−２９５７９０の明細書及び図面に開示されている燃料電池組立体と実質上同一であるので、上述した構成の詳細については上記特願２００３−２９５７９０の明細書及び図面に委ね、本明細書においては説明を省略する。

上述した下部ガス室１４の上面上には４個の発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄが配置されている。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、夫々、上述したガス噴出板２２間に位置せしめられている。図１及び図２と共に、図３を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは前後方向（図１において紙面に垂直な方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスケース（ガスタンク）５８ａを具備している。

燃料ガス室５９ａを規定している燃料ガスタンク５８ａの上面上にはセルスタック６０ａが装着されている。セルスタック６０ａは上下方向に細長く延びる直立セル６２を燃料ガスタンク５８ａの長手方向（即ち前後方向）に複数個縦列配置して構成されている。

図４に明確に図示する如く、セル６２の各々は扁平状であり、支持体６４、内側電極である燃料極側電極６６、固体電解質６８、外側電極である酸素側電極７０、及びインターコネクタ７２から構成されている。

支持体６４は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。支持体６４にはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図示の場合は４個）の燃料ガス流路７４が形成されている。即ち、支持体６４には、幅方向に所定間隔を置いて、かつ軸長方向に延びる燃料ガス流路７４が形成されている。

燃料電池セル６２の各々は、その一端部（下端部）が燃料ガスタンク５８ａの上壁上に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合され、燃料ガスタンク５８ａに立設している。このように、燃料電池セル６２が燃料ガスタンク５８ａに何ら支持されることなく立設しており、従来のような仕切板等が不要であるため、ガス封止箇所を減少できるとともに、燃料電池の構造を簡略化でき、製造が容易となる。

燃料ガスタンク５８ａの上壁には図１において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット（図示していない）が形成されており、支持体６４の各々に形成されている燃料ガス流路７４がスリットの各々に、従って燃料ガス室５９ａに連通せしめられる。

インターコネクタ７２は支持体６４の片面（図４のセルスタック６０ａにおいて上面）上に配設されている。燃料側電極６６は支持体６４の他面（図４のセルスタック６０ａにおいて下面）及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。固体電解質６８は燃料側電極６６の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。酸素側電極７０は、固体電解質６８の主部上、即ち支持体６４の他面を覆う部分上に配置され、支持体６４を挟んでインターコネクタ７２に対向して位置せしめられている。

セルスタック６０ａにおける隣接するセル６２間には集電部材７６が配設されており、一方のセル６２のインターコネクタ７２と他方のセル６２の酸素側電極７０とを接続している。セルスタック６０ａの両端、即ち図４において上端及び下端に位置するセル６２の片面及び他面にも集電部材７６が配設されている。セルスタック６０ａの両端に位置する集電部材７６には電力取出手段（図示していない）が接続されており、かかる電力取出手段は収納容器２の前壁（図示していない）及び／又は後壁（図示していない）を通して収納容器２外に延在せしめられている。所望ならば、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々に電力取出手段を配設することに代えて、適宜の接続手段によってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄを相互に直列接続し、４個のセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに関して共通の電力取出手段を配設することもできる。

セル６２について更に詳述すると、支持体６４は燃料ガスを燃料側電極６６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ７２を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。

燃料側電極６６及び／又は固体電解質７０との同時焼成により支持体６４を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから支持体６４を形成することが好ましい。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乃至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４４０Ｃ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

燃料側電極６６は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質６８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ものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成されている。

酸素側電極７０は所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素側電極７０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。

燃料電池セル６２の燃焼する側の他端部（先端部）は、図５（ａ）に示すように、酸素
側電極７０が形成されておらず、固体電解質６８が露出しており、非発電部Ａとされている。緻密な固体電解質６８が形成されているため、燃料電池セル６２の先端部からの燃料ガスの漏出を防止できる。尚、非発電部は、酸素側電極７０だけでなく、固体電解質６８及び／又は燃料側電極６６を形成しないことで形成しても良い。また、非発電部に何らかの保護層を形成することにより、さらに燃料電池セル６２の先端部を保護できる。

また、燃料電池セル６２の燃焼する側の先端角部、即ち燃料電池セル６２の外周面と端面との角が、図５（ｂ）に示すように、面取りされて面取部Ｙが形成されている。これにより、燃料電池セル６２の先端角部における応力集中を抑制でき、破損やクラック発生を抑制でき、発電性能の安定化をさらに促進できる。

インターコネクタ７２は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気でよい酸素含有ガスと接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクト７２は支持体６４に形成された燃料ガス流路７４を通る燃料ガス及び支持体６４の外側を流動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
していることが望まれる。

集電部材７６は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成することができる。

図１乃至図３を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは、セルスタック６０ａの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状（或いは円筒形状）であるのが好都合である改質ケース７８ａも具備している。改質ケース７８ａの前端部下面には燃料ガス送給管８０ａの一端即ち上端が接続されている。

燃料ガス送給管８０ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管８０ａの他端は上記燃料ガスケース５８ａの前面に接続されている。改質ケース７８ａの後面には被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは実質上水平に延び、収納容器２の後壁（図示していない）を通って収納容器２外に延出している。

被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質ケース７８ａに被改質ガスが供給される。改質ケース７８ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。

図示の実施形態においては、改質ケース７８ａは燃料ガス送給管８０ａを介して燃料ガスタンク５８ａに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図３に二点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管８２ａの下面と燃料ガスタンク５８ａの後端部上面或いは後面との間に適宜の支持部材８４ａを付設することもできる。

発電ユニット５６ｃは上述した発電ユニット５６ａと実質上同一である。発電ユニット５６ｂ及び５６ｄは、発電ユニット５６ａ及び５６ｃに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質ケース７８ｂ及び７８ｄと燃料ガスケース５８ｂ及び５８ｄとを接続する燃料ガス送給管（図示していない）が後側に配置され、被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄが改質ケース７８ｂ及び７８ｄの前面から収納容器２の前壁（図示していない）を通って延出せしめられていることを除いて発電ユニット５６ａ及び５６ｃと同一である。

発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの各々は、図１及び図２を参照することによって明確に理解されるとおり、ガス噴射板２２間にて下部ガス室１４を規定するケース１５の上面上に載置され、ボルトの如き適宜の固定手段（図示していない）によって
所定位置に固定される。

上述したとおりの燃料電池においては、被改質ガスが被改質ガス供給管（図２に２本の被改質ガス供給管８２ｂ及び８２８ｄを図示し、図３に１本の被改質ガス供給管８２ａを図示している）を介して改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄに供給され、改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管（図２に２本の燃料ガス送給管８０ａ及び８０ｃを図示している）を通して燃料ガスタンク５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ内に規定されている燃料ガス室５９ａ、５９ｂ、５９ｃ及び５９ｄに供給され、次いでセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに供給される。

一方、空気でよい酸素含有ガスは二重筒体５０の内側筒部材５４内に規定されている流入路を通して熱交換器２４の流入路３２に供給され、次いで上部ガス室１６及び連通ガス室１８を通して下部ガス室１４に供給され、そしてガス噴出板２２の噴出孔からセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに向けて噴射される。

セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々においては、酸素側電極において、
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→ Ｏ^２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料側電極において、
Ｏ^２−（固体電解質）＋Ｈ_２→ Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
の電極反応が生成されて発電される。

発電に使用されることなくセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄから上方に流動した燃料ガス及び酸素含有ガスは、起動時に発電・燃焼室１２内に配設されている点火手段（図示していない）によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと酸素含有ガスとの燃焼に起因して発電・燃焼室１２内は例えば１０００℃程度の高温になる。改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄは発電・燃焼室１２内に配設され、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室１２内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。

発電・燃焼室１２内に生成された燃焼ガスは熱交換器２４に形成されている排出開口４２から排出路３０に流入し、ジグザグ状に延在する排出路３０を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体５０における排出路を流動する際には、二重筒体５０における流入路を酸素含有ガスが流動し、燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で熱交換が行われる。

そしてまた、燃焼ガスが熱交換器２４の排出路３０をジグザグ状に流動せしめられる際には、酸素含有ガスが熱交換器２４の流入路３２をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと酸素含有ガスとの間で効果的に熱交換されて酸素含有ガスが余熱される。酸素含有ガスは上部ガス室１６、連通ガス室１８及び下部ガス室１４を通る際にも発電・燃焼室１２内の高温によって加熱される。

長期間に渡って発電を遂行することによってセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの一部或いは全部が劣化した場合には、収納容器２の前壁（図示していない）或いは後壁（図示していない）を離脱或いは開動せしめ、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部を収納容器２内から取り出す。

そして、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部を新しいものに交換して、或いは発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部におけるセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄのみを新しいものに交換して、再び収納容器２内の所要位置に装着すればよい。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部あるいは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内に収容されている改質触媒を交換することが必要な場合にも、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部を収納容器２内から取り出し、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの一部或いは全部における改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ自体を新しいものに或いは改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒のみを新しいものに交換すればよい。

改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内の改質触媒の交換を充分容易に遂行し得るようになすために、所望ならば改質ケース７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄの一部を開閉自在な扉にせしめることができる。

そして、本発明の燃料電池では、燃料電池セル６２が燃料ガスタンク５８に立設しており、燃料電池セル６２の先端近傍で燃焼するが、燃料電池セル６２の先端部が非発電部Ａとされているため、燃料電池セル６２の先端部に何らかの支障が発生しても、発電性能に殆ど影響を与えることがなく、発電性能を安定化できる。

また、燃料電池セル６２の上端近傍において燃焼する燃焼ガスの熱が、収納容器２の燃料電池セル６２が収納されている室全体を加熱するため、燃料電池セル６２を迅速に加熱でき、燃料電池セル６２が発電するまでの起動時間を短縮できる。

尚、本発明は上記形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記形態では、燃料電池セル６２を直列に接続した例について説明したが、並列接続しても良いことは勿論である。また、燃料側電極６６を内側電極としたが、酸素側電極を内側電極としても良い。

また、例えば、略直方体の収納容器を備えた燃料電池に関連せしめて本発明を説明したが、本出願人の出願にかかる特願２０００−２９２２３４の明細書及び図面に開示されている多重筒状体から構成された収納容器の如き他の適宜の形態の収納容器を備えた燃料電池にも本発明を適用することができることは勿論である。

さらに、上記例では、酸素含有ガスを、上部ガス室１６、連通ガス室１８及び下部ガス室１４、ガス噴出板２２を介して各燃料電池セル６２に供給した場合について説明したが、一端を上部ガス室に接続した酸素含有ガス供給管を、セルスタック間に、燃焼領域を挿通して設けても良い。収納容器内に仕切板が配置されている従来の場合には、この仕切板を酸素含有ガス供給管が挿通して酸素含有ガスを燃料電池セル間に供給する必要があったため、燃焼ガスによる酸素含有ガス供給管の加熱が一部でしか行われなかったが、本発明では、仕切板がなく、燃料電池セル全体と酸素含有ガス供給管が同一室に配置されることになるため、燃焼ガスにより酸素含有ガス供給管全体を加熱することができ、酸素含有ガス供給管内の酸素含有ガスを加熱し、これにより燃料電池セルを外側から加熱でき、燃料電池セルが発電するまでの起動時間をさらに短縮化できる。

２：収納容器
１２：発電・燃焼室
５８：燃料ガスタンク
６２：燃料電池セル
６４：支持体
６６：燃料側電極（内側電極）
６８：固体電解質
７０：酸素側電極（外側電極）
７４：燃料ガス流路
Ａ：非発電部
Ｙ：面取部

Claims

収納容器内に、
内部にガス流路を備える柱状であって、長手方向に沿って連続して設けられた固体電解質と、該固体電解質の前記ガス流路側に長手方向に沿って連続して設けられた内側電極と、前記固体電解質の前記ガス流路と反対側に長手方向に沿って連続して設けられた外側電極とを備えてなる燃料電池セルと、
該燃料電池セルの長手方向の一端部が取り付けられ、前記燃料電池セル内に燃料ガス及び酸素含有ガスのうち一方のガスを供給するためのガスタンクとを備え、
前記燃料電池セルの他端部側の上方で、前記燃料電池セル内を通過した前記一方のガスと、前記燃料電池セル間を通過した燃料ガス及び酸素含有ガスのうち他方のガスが燃焼するとともに、前記燃料電池セルの他端部が、前記外側電極が設けられていない非発電部とされていることを特徴とする燃料電池。
前記燃料電池セルが、導電性を有する支持体の表面に、前記燃料側電極、前記固体電解質、前記酸素側電極が順に設けられていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
前記燃料電池セルは、長手方向に延びる複数の前記ガス流路を有することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池。
前記燃料電池セルの他端角部は面取りされていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の燃料電池。