JP6457689B1 - Fuel cell and cell stack device - Google Patents

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Abstract

【課題】余剰ガスを安定して燃焼させることのできる燃料電池セル及びセルスタック装置を提供する。【解決手段】燃料電池セルは、燃料電池セル本体3と、キャップ部材4と、を備えている。燃料電池セル本体3は、ガス流路31、ガス流路31の供給側となる基端部、及びガス流路31の排出側となる先端部、を有する。キャップ部材4は、燃料電池セル本体3の先端部に取り付けられる。キャップ部材4は、ガス排出口431を有する。また、キャップ部材4は、ガス排出口431の外周縁に沿ってガス排出口431から間隔をあけて配置された壁部44を有する。【選択図】図8A fuel cell and a cell stack device capable of stably burning surplus gas are provided. A fuel cell includes a fuel cell main body and a cap member. The fuel cell body 3 includes a gas flow path 31, a base end portion that is a supply side of the gas flow path 31, and a distal end portion that is a discharge side of the gas flow path 31. The cap member 4 is attached to the distal end portion of the fuel cell body 3. The cap member 4 has a gas discharge port 431. Further, the cap member 4 has a wall portion 44 that is disposed along the outer peripheral edge of the gas exhaust port 431 at a distance from the gas exhaust port 431. [Selection] Figure 8

Description

本発明は、燃料電池セル及びセルスタック装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell and a cell stack device.

燃料電池セルは、燃料ガスが燃料極に供給されるとともに、酸素含有ガスが空気極に供給されることによって発電する。そして、燃料電池セルの発電に使用されずに排出された余剰の燃料ガス及び酸素含有ガスは、燃焼させられて熱源として用いられる。このような燃料電池セルとして、例えば、特開2012−14850号公報(特許文献1)が挙げられる。   The fuel cell generates power by supplying the fuel gas to the fuel electrode and supplying the oxygen-containing gas to the air electrode. The surplus fuel gas and oxygen-containing gas discharged without being used for power generation of the fuel battery cell are burned and used as a heat source. As such a fuel cell, JP, 2012-14850, A (patent documents 1) is mentioned, for example.

特開2012−14850号公報JP 2012-14850 A

上述したような構成の燃料電池セルにおいて、燃料電池セルを適切な作動温度に保持するために、余剰ガスを安定して燃焼させることが好ましい。   In the fuel cell having the above-described configuration, it is preferable to stably burn the surplus gas in order to keep the fuel cell at an appropriate operating temperature.

そこで、本発明は、余剰ガスを安定して燃焼させることのできる燃料電池セル及びセルスタック装置を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell and cell stack apparatus which can burn an excess gas stably.

本発明の第1側面に係る燃料電池セルは、燃料電池セル本体と、キャップ部材と、を備えている。燃料電池セル本体は、ガス流路、ガス流路の供給側となる基端部、及びガス流路の排出側となる先端部、を有する。キャップ部材は、燃料電池セル本体の先端部に取り付けられる。キャップ部材は、ガス排出口を有する。また、キャップ部材は、ガス排出口の外周縁に沿ってガス排出口から間隔をあけて配置された壁部を有する。   The fuel cell according to the first aspect of the present invention includes a fuel cell body and a cap member. The fuel cell body has a gas flow path, a base end portion that is a supply side of the gas flow path, and a distal end portion that is a discharge side of the gas flow path. The cap member is attached to the tip of the fuel cell body. The cap member has a gas discharge port. Moreover, a cap member has a wall part arrange | positioned at intervals from the gas exhaust port along the outer periphery of a gas exhaust port.

この構成によれば、キャップ部材は、ガス排出口の外周縁に沿って壁部を有している。この壁部によって、キャップ部材の先端面上を流れるガスが、ガス排出口から排出される余剰ガスが燃焼してできる火炎の根元に直接衝突することを抑制することができる。この結果、余剰ガスを安定して燃焼させることができる。   According to this structure, the cap member has a wall part along the outer periphery of a gas exhaust port. By this wall portion, it is possible to suppress the gas flowing on the front end surface of the cap member from directly colliding with the root of the flame formed by burning the surplus gas discharged from the gas discharge port. As a result, surplus gas can be combusted stably.

好ましくは、壁部は、複数の突起部から構成される。   Preferably, the wall portion includes a plurality of protrusions.

好ましくは、壁部は、ガス排出口の外周縁に沿って断続的に延びる。   Preferably, the wall portion extends intermittently along the outer peripheral edge of the gas discharge port.

好ましくは、キャップ部材は、筒状の熱伝導部と、筒状の突出部と、燃焼部とを有する。熱伝導部は、燃料電池セル本体の先端部の外周面を覆う。突出部は、ガス流路が延びる方向である第1方向に沿って熱伝導部から延びる。燃焼部は、突出部を塞ぐように配置される。燃焼部は、上述したガス排出口を有する。   Preferably, the cap member has a cylindrical heat conducting portion, a cylindrical protruding portion, and a combustion portion. The heat conducting portion covers the outer peripheral surface of the tip portion of the fuel cell body. The protruding portion extends from the heat conducting portion along a first direction that is a direction in which the gas flow path extends. A combustion part is arrange | positioned so that a protrusion part may be plugged up. A combustion part has the gas discharge port mentioned above.

好ましくは、燃焼部は、燃料電池セル本体の先端面と間隔をあけて配置される。   Preferably, the combustion part is disposed at a distance from the tip surface of the fuel cell body.

好ましくは、熱伝導部は、第1方向において、突出部よりも長い。   Preferably, the heat conducting portion is longer than the protruding portion in the first direction.

好ましくは、熱伝導部の主面と突出部の主面とは、平面を構成する。   Preferably, the main surface of the heat conducting portion and the main surface of the protruding portion constitute a plane.

好ましくは、燃焼部と突出部との境界部は、面取り形状を有する。   Preferably, the boundary part between the combustion part and the protruding part has a chamfered shape.

本発明の第2側面に係るセルスタック装置は、上記いずれかに記載の燃料電池セルと、燃料電池セル本体の基端部を支持するマニホールドと、を備える。   A cell stack device according to a second aspect of the present invention includes any one of the fuel cells described above and a manifold that supports a base end portion of the fuel cell body.

本発明は、余剰ガスを安定して燃焼させることのできる燃料電池セル及びセルスタック装置を提供することができる。   The present invention can provide a fuel cell and a cell stack device that can stably burn surplus gas.

セルスタック装置の斜視図。The perspective view of a cell stack apparatus. 燃料電池セルの斜視図。The perspective view of a fuel cell. 燃料電池セルの正面図。The front view of a fuel cell. 燃料電池セル本体の斜視図。The perspective view of a fuel cell main body. 燃料電池セル本体の断面図。Sectional drawing of a fuel cell main body. 図3のVI−VI線断面図。FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 3. 図6のVII−VII線断面図。VII-VII sectional view taken on the line of FIG. 図7のVIII−VIII線断面図。VIII-VIII sectional view taken on the line of FIG. キャップ部材の平面図。The top view of a cap member. 変形例に係るキャップ部材の平面図。The top view of the cap member which concerns on a modification. 変形例に係るキャップ部材の平面図。The top view of the cap member which concerns on a modification. 変形例に係るキャップ部材の平面図。The top view of the cap member which concerns on a modification. 変形例に係るキャップ部材の平面図。The top view of the cap member which concerns on a modification. 変形例に係る燃料電池セルの図8に相当する図。The figure equivalent to FIG. 8 of the fuel cell concerning a modification. 変形例に係る燃料電池セルの図8に相当する図。The figure equivalent to FIG. 8 of the fuel cell concerning a modification. 変形例に係る燃料電池セルの図6に相当する図。The figure equivalent to FIG. 6 of the fuel cell concerning a modification. 変形例に係る燃料電池セルの図2に相当する図。The figure equivalent to FIG. 2 of the fuel cell concerning a modification.

以下、本発明に係る燃料電池セル及びセルスタック装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、長手方向、幅方向、及び厚さ方向は、燃料電池セルの長手方向(第1方向の一例)、幅方向、及び厚さ方向を意味する。   Hereinafter, embodiments of a fuel battery cell and a cell stack device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, unless otherwise specified, the longitudinal direction, the width direction, and the thickness direction mean the longitudinal direction (an example of the first direction), the width direction, and the thickness direction of the fuel cell.

[セルスタック装置100]
図1に示すように、セルスタック装置100は、複数の燃料電池セル10と、マニホールド20とを備えている。各燃料電池セル10は、マニホールド20によって支持されている。燃料電池セル10は、マニホールド20から上方に延びている。また、各燃料電池セル10は、マニホールド20の長手方向(z軸方向)に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。また、各燃料電池セル10は、互いの主面同士が対向するように、厚さ方向に沿って配列されている。
[Cell stack device 100]
As shown in FIG. 1, the cell stack device 100 includes a plurality of fuel cells 10 and a manifold 20. Each fuel cell 10 is supported by a manifold 20. The fuel cell 10 extends upward from the manifold 20. Further, the fuel cells 10 are arranged at intervals from each other along the longitudinal direction (z-axis direction) of the manifold 20. Moreover, each fuel cell 10 is arranged along the thickness direction so that the principal surfaces of the fuel cells 10 face each other.

各燃料電池セル10は、集電部材(図示せず)を介して互いに電気的に接続されている。集電部材は、例えば、酸化物セラミックスの焼成体、金属などの導電性を有する材料から形成されている。マニホールド20は、各燃料電池セル10のガス流路31(図2参照)に燃料ガスなどのガスを分配する。マニホールド20は、中空状であり、内部空間を有する。マニホールド20の内部空間には、導入管21を介して燃料ガスが供給される。   Each fuel cell 10 is electrically connected to each other via a current collecting member (not shown). The current collecting member is formed of a conductive material such as a fired body of oxide ceramics or metal. The manifold 20 distributes a gas such as fuel gas to the gas flow path 31 (see FIG. 2) of each fuel cell 10. The manifold 20 is hollow and has an internal space. Fuel gas is supplied to the internal space of the manifold 20 through the introduction pipe 21.

[燃料電池セル10]
図2及び図3に示すように、燃料電池セル10は、燃料電池セル本体3と、キャップ部材4とを有している。燃料電池セル10は扁平状である。
[Fuel battery cell 10]
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel battery cell 10 includes a fuel battery cell main body 3 and a cap member 4. The fuel battery cell 10 has a flat shape.

[燃料電池セル本体3]
図4に示すように、燃料電池セル本体3は、複数のガス流路31、基端部32、及び先端部33を有している。燃料電池セル本体3の長手方向(x軸方向)の一方の端部(図4の下端部)が基端部32であり、他方の端部(図4の上端部)が先端部33である。なお、燃料電池セル本体3の先端部33は、主に支持基板110によって構成されている。詳細には、燃料電池セル本体3の先端部33は、後述する電解質140などの緻密膜によって覆われた支持基板110によって構成されている。
[Fuel battery cell body 3]
As shown in FIG. 4, the fuel cell main body 3 has a plurality of gas flow paths 31, a base end portion 32, and a tip end portion 33. One end (lower end in FIG. 4) in the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel cell body 3 is a base end 32, and the other end (upper end in FIG. 4) is a distal end 33. . Note that the distal end portion 33 of the fuel cell body 3 is mainly constituted by the support substrate 110. Specifically, the tip 33 of the fuel cell body 3 is constituted by a support substrate 110 covered with a dense film such as an electrolyte 140 described later.

ガス流路31は、燃料電池セル本体3内を基端部32から先端部33へ延びている。すなわち、ガス流路31は、燃料電池セル本体3の長手方向(x軸方向)に延びている。また、各ガス流路31は、燃料電池セル本体3の幅方向(y軸方向)において間隔をあけ、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路31は、燃料電池セル本体3の幅方向の両端部に形成されていないことが好ましい。なお、本実施形態では、燃料電池セル本体3の長手方向(x軸方向)が本発明の第1方向に相当する。   The gas flow path 31 extends from the base end portion 32 to the tip end portion 33 in the fuel cell main body 3. That is, the gas flow path 31 extends in the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel cell body 3. In addition, the gas flow paths 31 extend substantially in parallel with each other at an interval in the width direction (y-axis direction) of the fuel cell body 3. Each gas flow path 31 is preferably not formed at both ends in the width direction of the fuel cell body 3. In the present embodiment, the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel cell body 3 corresponds to the first direction of the present invention.

燃料電池セル本体3の基端部32は、燃料電池セル本体3のうち、ガス流路31の供給側の端部である。燃料電池セル本体3は、基端部32において、マニホールド20に支持される。   The base end portion 32 of the fuel cell body 3 is an end portion on the supply side of the gas flow path 31 in the fuel cell body 3. The fuel cell body 3 is supported by the manifold 20 at the base end portion 32.

燃料電池セル本体3の先端部33は、燃料電池セル本体3のうち、ガス流路31の排出側の端部である。先端部33は、基端部32と反対側の端部である。燃料電池セル本体3の先端部33は、自由端である。燃料電池セル本体3は、マニホールド20によって、片持ち状態で支持され、自立している。   The front end portion 33 of the fuel cell main body 3 is an end portion on the discharge side of the gas passage 31 in the fuel cell main body 3. The distal end portion 33 is an end portion opposite to the proximal end portion 32. The tip 33 of the fuel cell body 3 is a free end. The fuel cell body 3 is supported by the manifold 20 in a cantilever state and is self-supporting.

燃料電池セル本体3は、扁平状である。燃料電池セル本体3は、いわゆる円筒平板型の燃料電池セルである。図2に示すように、燃料電池セル本体3は、第1主面301と、この第1主面301の反対側の第2主面302と、第1主面301と第2主面302とを連結する一対の側面303とを有している。第1主面301、第2主面302、及び一対の側面303は、燃料電池セル本体3の外周面を構成する。第1主面301と第2主面302とは、互いに反対側を向いており、互いに平行に延びる。第1主面301と第2主面302との間隔は実質的に支持基板110の厚さに等しい。支持基板110の厚さは、例えば1〜10mmである。   The fuel cell body 3 has a flat shape. The fuel cell body 3 is a so-called cylindrical plate type fuel cell. As shown in FIG. 2, the fuel cell body 3 includes a first main surface 301, a second main surface 302 opposite to the first main surface 301, a first main surface 301, and a second main surface 302. And a pair of side surfaces 303 connecting the two. The first main surface 301, the second main surface 302, and the pair of side surfaces 303 constitute the outer peripheral surface of the fuel cell body 3. The first main surface 301 and the second main surface 302 face opposite to each other and extend in parallel to each other. The distance between the first main surface 301 and the second main surface 302 is substantially equal to the thickness of the support substrate 110. The thickness of the support substrate 110 is, for example, 1 to 10 mm.

燃料電池セル本体3は、基端面304(図2では下端面)と、先端面305(図2では上端面)とを有している。基端面304及び先端面305は、燃料電池セル本体3の長手方向における端面である。ガス流路31は、基端面304から先端面305まで延びている。ガス流路31は、基端面304及び先端面305において開口している。基端面304側においてガス流路31内に燃料ガスが供給され、先端面305側においてガス流路31から燃料ガスが排出される。すなわち、基端面304側に形成されたガス流路31の開口は、ガスの供給口である。そして、先端面305側に形成されたガス流路31の開口は、ガスの排出口である。なお、燃料電池セル本体3の基端面304は、マニホールド20の内部空間に面している。   The fuel cell body 3 has a base end face 304 (lower end face in FIG. 2) and a front end face 305 (upper end face in FIG. 2). The proximal end surface 304 and the distal end surface 305 are end surfaces in the longitudinal direction of the fuel cell body 3. The gas flow path 31 extends from the proximal end surface 304 to the distal end surface 305. The gas flow path 31 is open at the proximal end surface 304 and the distal end surface 305. Fuel gas is supplied into the gas flow path 31 on the base end face 304 side, and fuel gas is discharged from the gas flow path 31 on the front end face 305 side. That is, the opening of the gas flow path 31 formed on the base end face 304 side is a gas supply port. And the opening of the gas flow path 31 formed in the front end surface 305 side is a gas discharge port. The base end surface 304 of the fuel cell body 3 faces the internal space of the manifold 20.

図4に示すように、燃料電池セル本体3は、支持基板110と、複数の発電素子部120とを備えている。各発電素子部120は、支持基板110の両面に配置されている。なお、各発電素子部120は、支持基板110の片面のみに配置されていてもよい。各発電素子部120は、燃料電池セル本体3の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル本体3は、いわゆる横縞型である。各発電素子部120は、電気的接続部160(図5参照)によって互いに電気的に接続されている。発電素子部120は、ガス流路31を流れる燃料ガスと、燃料電池セル本体3の外周面を流れる酸化剤ガスとによって発電する。   As shown in FIG. 4, the fuel cell body 3 includes a support substrate 110 and a plurality of power generation element portions 120. Each power generation element unit 120 is disposed on both surfaces of the support substrate 110. Each power generation element unit 120 may be disposed only on one side of the support substrate 110. The respective power generation element portions 120 are arranged at intervals in the longitudinal direction of the fuel cell body 3. That is, the fuel cell body 3 according to the present embodiment is a so-called horizontal stripe type. The power generation element units 120 are electrically connected to each other by an electrical connection unit 160 (see FIG. 5). The power generation element unit 120 generates power using the fuel gas flowing through the gas flow path 31 and the oxidant gas flowing through the outer peripheral surface of the fuel cell body 3.

[支持基板]
支持基板110は、上述したガス流路31が内部に形成されている。支持基板110は、絶縁性である。すなわち、支持基板110は、電子伝導性を有していない。支持基板110は、例えば、セラミックスで形成される。具体的には、支持基板110は、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。支持基板110は、多孔質である。支持基板110の気孔率は、例えば、20〜60%である。
[Support substrate]
The support substrate 110 has the gas flow path 31 described above formed therein. The support substrate 110 is insulative. That is, the support substrate 110 does not have electronic conductivity. The support substrate 110 is formed of ceramics, for example. Specifically, the support substrate 110 may be made of CSZ (calcia stabilized zirconia), NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), It may be composed of NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria), or may be composed of MgO (magnesium oxide) and MgAl 2 O 4 (magnesia alumina spinel). The support substrate 110 is porous. The porosity of the support substrate 110 is, for example, 20 to 60%.

図5に示すように、支持基板110は、複数の第1凹部117を有している。各第1凹部117は、支持基板110の各主面に形成されている。各第1凹部117は支持基板110の長手方向において互いに間隔をあけて形成されている。   As shown in FIG. 5, the support substrate 110 has a plurality of first recesses 117. Each first recess 117 is formed on each main surface of the support substrate 110. The first recesses 117 are formed at intervals in the longitudinal direction of the support substrate 110.

[発電素子部120]
各発電素子部120は、燃料極130、電解質140、及び空気極150を有している。また、各発電素子部120は、反応防止膜121をさらに有している。
[Power generation element section 120]
Each power generation element unit 120 includes a fuel electrode 130, an electrolyte 140, and an air electrode 150. Each power generation element unit 120 further includes a reaction preventing film 121.

燃料極130は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極130は、燃料極集電部131と、燃料極活性部132とを有する。燃料極集電部131は、第1凹部117内に配置されている。各燃料極集電部131は、第2凹部131a及び第3凹部131bを有している。燃料極活性部132は、第2凹部131a内に配置されている。   The fuel electrode 130 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The fuel electrode 130 includes a fuel electrode current collector 131 and a fuel electrode active unit 132. The fuel electrode current collector 131 is disposed in the first recess 117. Each fuel electrode current collector 131 has a second recess 131a and a third recess 131b. The anode active part 132 is disposed in the second recess 131a.

燃料極集電部131は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部131の厚さ、すなわち第1凹部117の深さは、50〜500μmである。なお、酸化ニッケルは、還元性ガスが燃料極130に供給されることで金属ニッケルに変化する。 The fuel electrode current collector 131 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria-stabilized zirconia), or from NiO (nickel oxide) and Y 2 O 3 (yttria). It may be composed of NiO (nickel oxide) and CSZ (calcia stabilized zirconia). The thickness of the fuel electrode current collector 131, that is, the depth of the first recess 117 is 50 to 500 μm. Note that the nickel oxide changes to metallic nickel when the reducing gas is supplied to the fuel electrode 130.

燃料極活性部132は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部132の厚さは、5〜30μmである。なお、酸化ニッケルは、還元性ガスが燃料極130に供給されることで金属ニッケルに変化する。   The anode active portion 132 may be composed of, for example, NiO (nickel oxide) and YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia), or composed of NiO (nickel oxide) and GDC (gadolinium-doped ceria). May be. The thickness of the fuel electrode active part 132 is 5 to 30 μm. Note that the nickel oxide changes to metallic nickel when the reducing gas is supplied to the fuel electrode 130.

電解質140は、燃料極130上を覆うように配置されている。詳細には、電解質140は、あるインターコネクタ161から他のインターコネクタ161まで燃料電池セル10の長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル10の長手方向において、電解質140とインターコネクタ161とが交互に配置されている。   The electrolyte 140 is disposed so as to cover the fuel electrode 130. Specifically, the electrolyte 140 extends in the longitudinal direction of the fuel cell 10 from one interconnector 161 to another interconnector 161. That is, the electrolyte 140 and the interconnector 161 are alternately arranged in the longitudinal direction of the fuel cell 10.

電解質140は、イオン伝導性を有し、かつ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質140は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成されてもよいし、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質140の厚さは、例えば、3〜50μmである。   The electrolyte 140 is a fired body made of a dense material that has ionic conductivity and does not have electronic conductivity. The electrolyte 140 may be composed of, for example, YSZ (8YSZ) (yttria stabilized zirconia) or LSGM (lanthanum gallate). The thickness of the electrolyte 140 is, for example, 3 to 50 μm.

反応防止膜121は、緻密な材料から構成される焼成体であり、平面視(z軸方向視)において、燃料極活性部132と略同一の形状であり、燃料極活性部132と略同じ位置に配置されている。反応防止膜121は、電解質140内のYSZと空気極150内のSrとが反応して電解質140と空気極150との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜121は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O(ガドリニウムドープセリア)から構成される。反応防止膜121の厚さは、例えば、3〜50μmである。 The reaction preventing film 121 is a fired body made of a dense material, has substantially the same shape as the fuel electrode active portion 132 in a plan view (viewed in the z-axis direction), and is substantially the same position as the fuel electrode active portion 132. Is arranged. The reaction preventing film 121 suppresses occurrence of a phenomenon in which YSZ in the electrolyte 140 reacts with Sr in the air electrode 150 to form a reaction layer having a large electric resistance at the interface between the electrolyte 140 and the air electrode 150. Is provided. The reaction preventing film 121 is made of, for example, GDC = (Ce, Gd) O 2 (gadolinium-doped ceria). The thickness of the reaction preventing film 121 is, for example, 3 to 50 μm.

空気極150は、反応防止膜121上に配置されている。空気極150は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極150は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成されてもよいし、LSF=(La,Sr)FeO(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O(ランタンニッケルフェライト)、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。また、空気極150は、LSCFから構成される第1層(内側層)とLSCから構成される第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極150の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The air electrode 150 is disposed on the reaction preventing film 121. The air electrode 150 is a fired body made of a porous material having electron conductivity. The air electrode 150 may be made of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite), LSF = (La, Sr) FeO 3 (lanthanum strontium ferrite), LNF = La (Ni, Fe) O 3 (lanthanum nickel ferrite), LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium cobaltite), or the like may be used. Moreover, the air electrode 150 may be comprised by two layers, the 1st layer (inner layer) comprised from LSCF, and the 2nd layer (outer layer) comprised from LSC. The thickness of the air electrode 150 is, for example, 10 to 100 μm.

電気的接続部160は、隣り合う発電素子部120を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部160は、インターコネクタ161及び空気極集電部162を有する。インターコネクタ161は、第3凹部131b内に配置されている。インターコネクタ161は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ161は、例えば、LaCrO(ランタンクロマイト)から構成されてもよいし、(Sr,La)TiO(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ161の厚さは、例えば、10〜100μmである。 The electrical connection unit 160 is configured to electrically connect adjacent power generation element units 120. The electrical connection unit 160 includes an interconnector 161 and an air electrode current collector 162. The interconnector 161 is disposed in the third recess 131b. The interconnector 161 is a fired body composed of a dense material having electronic conductivity. The interconnector 161 may be made of, for example, LaCrO 3 (lanthanum chromite) or (Sr, La) TiO 3 (strontium titanate). The thickness of the interconnector 161 is, for example, 10 to 100 μm.

空気極集電部162は、隣り合う発電素子部120のインターコネクタ161と空気極150との間を延びるように配置される。空気極集電部162は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極集電部162は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成されてもよいし、LSC=(La,Sr)CoO(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよいし、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電部162の厚さは、例えば、50〜500μmである。 The air electrode current collector 162 is disposed so as to extend between the interconnector 161 and the air electrode 150 of the adjacent power generation element unit 120. The air electrode current collector 162 is a fired body made of a porous material having electronic conductivity. The air electrode current collector 162 may be composed of, for example, LSCF = (La, Sr) (Co, Fe) O 3 (lanthanum strontium cobalt ferrite), or LSC = (La, Sr) CoO 3 (lanthanum strontium). Cobaltite) or Ag (silver) or Ag-Pd (silver palladium alloy). The thickness of the air electrode current collector 162 is, for example, 50 to 500 μm.

[キャップ部材4]
図2及び図3に示すように、キャップ部材4は、燃料電池セル本体3の先端部33に取り付けられている。キャップ部材4は、燃料電池セル本体3の先端部33の外周面を覆っている。本実施形態では、キャップ部材4は、燃料電池セル本体3の先端部33上に載置されているだけであり、先端部33とは接合されていない。
[Cap member 4]
As shown in FIGS. 2 and 3, the cap member 4 is attached to the distal end portion 33 of the fuel cell body 3. The cap member 4 covers the outer peripheral surface of the distal end portion 33 of the fuel cell body 3. In the present embodiment, the cap member 4 is only placed on the tip portion 33 of the fuel cell body 3 and is not joined to the tip portion 33.

キャップ部材4は、金属製である。キャップ部材4を構成する金属の熱伝導率は、燃料電池セル本体3の先端部33を主に構成する材料の熱伝導率よりも高い。詳細には、キャップ部材4を構成する金属の熱伝導率は、支持基板110を構成する材料の熱伝導率よりも高い。   The cap member 4 is made of metal. The thermal conductivity of the metal constituting the cap member 4 is higher than the thermal conductivity of the material mainly constituting the tip portion 33 of the fuel cell body 3. Specifically, the thermal conductivity of the metal constituting the cap member 4 is higher than the thermal conductivity of the material constituting the support substrate 110.

キャップ部材4は、例えば、耐熱性のFe基合金(ステンレス鋼)、Fe−Ni基合金、Ni基合金、Co基合金等で構成される。燃焼により高温に長時間曝されることから、キャップ部材4を構成する材料は、酸化被膜として酸化クロムを主成分とする膜や酸化アルミニウムを主成分とする膜を形成する金属材料が好ましく、さらに好ましくは高い耐酸化性を有する酸化アルミニウムを主成分とする膜を形成する金属材料が好ましい。なお、主成分とは、全体の50質量%以上であることを意味する。また、燃料電池セル本体3の先端部33とキャップ部材4とが当接する部分において、燃料電池セル本体3中の元素とキャップ部材4中の元素とが相互に反応することがある。反応によって燃料電池セル本体3とキャップ部材4とが意図せずに物理的に接合した状態になることがある。酸化クロムを主成分とする膜は、酸化クロムと燃料電池セル本体3中の元素が反応しやすいが、酸化アルミニウムを主成分とする膜を形成する金属材料を用いた場合、酸化アルミニウムと燃料電池セル本体3中の元素は反応性が乏しいため、燃料電池セル本体3とキャップ部材4間の相互反応が起こらず、意図せずに物理的に接合した状態になることを防止できる。そのため、キャップ部材4を構成する材料は、酸化アルミニウムを主成分とする膜を形成する金属材料が最も好ましい。   The cap member 4 is made of, for example, a heat-resistant Fe-based alloy (stainless steel), an Fe—Ni-based alloy, a Ni-based alloy, a Co-based alloy, or the like. The material constituting the cap member 4 is preferably a metal material that forms a film mainly composed of chromium oxide or a film mainly composed of aluminum oxide as an oxide film because it is exposed to a high temperature for a long time by combustion. A metal material that forms a film mainly composed of aluminum oxide having high oxidation resistance is preferable. In addition, a main component means that it is 50 mass% or more of the whole. Further, in the portion where the tip portion 33 of the fuel cell body 3 and the cap member 4 abut, the element in the fuel cell body 3 and the element in the cap member 4 may react with each other. Depending on the reaction, the fuel cell body 3 and the cap member 4 may be unintentionally physically joined. The film containing chromium oxide as a main component easily reacts with chromium oxide and the elements in the fuel cell body 3, but when a metal material that forms a film containing aluminum oxide as a main component is used, aluminum oxide and the fuel cell are used. Since the element in the cell main body 3 is poorly reactive, the mutual reaction between the fuel cell main body 3 and the cap member 4 does not occur, and it is possible to prevent an unintentionally physically joined state. Therefore, the material constituting the cap member 4 is most preferably a metal material that forms a film mainly composed of aluminum oxide.

キャップ部材4は、熱伝導部41、突出部42、及び燃焼部43、を有する。熱伝導部41、突出部42、及び燃焼部43は、1つの部材によって構成されていてもよいし、別部材を連結して構成されていてもよい。本実施形態では、熱伝導部41、突出部42、及び燃焼部43は、1つの部材によって一体的に構成されている。   The cap member 4 includes a heat conducting part 41, a protruding part 42, and a combustion part 43. The heat conduction part 41, the protrusion part 42, and the combustion part 43 may be comprised by one member, and may be comprised by connecting another member. In this embodiment, the heat conduction part 41, the protrusion part 42, and the combustion part 43 are integrally comprised by one member.

熱伝導部41は、筒状である。熱伝導部41の外周面のうち、厚さ方向(z軸方向)を向く面が主面であり、幅方向(y軸方向)を向く面が側面である。熱伝導部41は、燃料電池セル本体3の先端部33の外周面を覆っている。熱伝導部41は、燃料電池セル本体3の先端部33の外周面と対向している。すなわち、熱伝導部41は、燃料電池セル本体3の先端部33における第1主面301、第2主面302、及び側面303と対向している。燃料電池セル本体3の熱伝導部41は、燃焼部43から伝達された熱を燃料電池セル本体3の先端部33の外周面に伝達する。   The heat conduction part 41 is cylindrical. Of the outer peripheral surface of the heat conducting portion 41, the surface facing the thickness direction (z-axis direction) is the main surface, and the surface facing the width direction (y-axis direction) is the side surface. The heat conducting portion 41 covers the outer peripheral surface of the tip portion 33 of the fuel cell body 3. The heat conducting portion 41 faces the outer peripheral surface of the tip end portion 33 of the fuel cell body 3. That is, the heat conducting portion 41 faces the first main surface 301, the second main surface 302, and the side surface 303 at the tip end portion 33 of the fuel cell body 3. The heat conduction part 41 of the fuel cell body 3 transmits the heat transmitted from the combustion part 43 to the outer peripheral surface of the tip part 33 of the fuel cell body 3.

熱伝導部41の内側面と燃料電池セル本体3の先端部33の第1及び第2主面301,302とは、接触していなくてもよいし、接触していてもよいし、部分的に接触していてもよい。図6に示すように熱伝導部41の内側面と燃料電池セル本体3の先端部33の第1及び第2主面301,302とが接触していない場合、両者の隙間H1は、例えば、好ましくは500μm以下であり、より好ましくは250μm以下であり、より一層好ましくは100μmである。この隙間H1の好ましい範囲は、隙間が一定でない場合(一部が当接する場合を含む)には、最大の隙間を意味する。   The inner surface of the heat conducting portion 41 and the first and second main surfaces 301 and 302 of the tip portion 33 of the fuel cell body 3 may not be in contact with each other, or may be in contact with each other. It may be in contact with. As shown in FIG. 6, when the inner side surface of the heat conducting portion 41 and the first and second main surfaces 301 and 302 of the tip end portion 33 of the fuel cell body 3 are not in contact with each other, the gap H1 between them is, for example, Preferably it is 500 micrometers or less, More preferably, it is 250 micrometers or less, More preferably, it is 100 micrometers. The preferable range of the gap H1 means the maximum gap when the gap is not constant (including a case where part of the gap abuts).

なお、熱伝導部41は、熱伝導率が高い金属製であるため、隙間H1を介していても、燃料電池セル本体3の先端部33の外周面に対し輻射熱によって伝達することができる。   In addition, since the heat conduction part 41 is made of a metal having high heat conductivity, it can be transmitted to the outer peripheral surface of the tip part 33 of the fuel cell main body 3 by radiant heat even through the gap H1.

熱伝導部41の内側面と燃料電池セル本体3の先端部33の側面303とは、接触していなくてもよいし、接触していてもよいし、部分的に接触していてもよい。図7に示すように熱伝導部41の内側面と燃料電池セル本体3の先端部33の側面303とが接触していない場合、両者の隙間H2は、例えば、好ましくは500μm以下であり、より好ましくは250μm以下であり、より一層好ましくは100μmである。この隙間H2の好ましい範囲は、隙間が一定でない場合(一部が当接する場合を含む)には、最大の隙間を意味する。   The inner side surface of the heat conducting portion 41 and the side surface 303 of the tip end portion 33 of the fuel cell body 3 may not be in contact, may be in contact, or may be in partial contact. As shown in FIG. 7, when the inner side surface of the heat conducting portion 41 and the side surface 303 of the tip end portion 33 of the fuel cell body 3 are not in contact with each other, the gap H2 between them is preferably 500 μm or less, for example. Preferably it is 250 micrometers or less, More preferably, it is 100 micrometers. The preferable range of the gap H2 means the maximum gap when the gap is not constant (including a case where a part thereof is in contact).

図2、図3、及び図6に示すように、突出部42は、筒状である。突出部42は、熱伝導部41から上方に延びている。突出部42は、熱伝導部41から連続して上方に延びている。すなわち、突出部42と熱伝導部41との間には段差部などが形成されていない。このため、突出部42の主面と熱伝導部41の主面とは、平面を構成している。なお、突出部42の外周面のうち、厚さ方向(z軸方向)を向く面が主面であり、幅方向(y軸方向)を向く面が側面である。   As shown in FIGS. 2, 3, and 6, the protrusion 42 has a cylindrical shape. The protruding portion 42 extends upward from the heat conducting portion 41. The protruding portion 42 extends continuously upward from the heat conducting portion 41. That is, no stepped portion or the like is formed between the protruding portion 42 and the heat conducting portion 41. For this reason, the main surface of the protrusion part 42 and the main surface of the heat-conducting part 41 comprise the plane. Of the outer peripheral surface of the protrusion 42, the surface facing the thickness direction (z-axis direction) is the main surface, and the surface facing the width direction (y-axis direction) is the side surface.

突出部42は、内側に凹む複数の狭窄部421を有している。本実施形態では、対となった狭窄部421を複数有している。なお、本実施形態では、突出部42は2対の狭窄部421を有している。2対の狭窄部421は、突出部42の各主面に配置されている。各狭窄部421は、燃料電池セル10の幅方向(y軸方向)に沿って延びている。各一対の狭窄部421は、互いに向かって近付くように内側に凹んでいる。すなわち、各一対の狭窄部421は、燃料電池セル10の厚さ方向(z軸方向)において内側に凹んでいる。各狭窄部421の深さD1は、例えば、0.5〜5.0mm程度である。なお、この深さD1は、狭窄部421の最も凹んだ位置における寸法を意味する。   The protruding portion 42 has a plurality of constricted portions 421 that are recessed inward. In the present embodiment, a plurality of constricted portions 421 are provided. In the present embodiment, the projecting portion 42 has two pairs of constricted portions 421. The two pairs of narrowed portions 421 are disposed on each main surface of the protruding portion 42. Each narrowed portion 421 extends along the width direction (y-axis direction) of the fuel cell 10. Each pair of constricted portions 421 is recessed inward so as to approach each other. That is, each pair of constricted portions 421 is recessed inward in the thickness direction (z-axis direction) of the fuel cell 10. The depth D1 of each constricted portion 421 is, for example, about 0.5 to 5.0 mm. The depth D1 means the dimension at the most recessed position of the narrowed portion 421.

一方の一対の狭窄部421と他方の一対の狭窄部421とは、幅方向(y軸方向)において間隔をあけて配置されている。一方の一対の狭窄部421は、幅方向の第1端部側に配置されており、他方の一対の狭窄部421は、幅方向の第2端部側に配置されている。   One pair of narrowed portions 421 and the other pair of narrowed portions 421 are arranged with a gap in the width direction (y-axis direction). One pair of narrowed portions 421 is disposed on the first end portion side in the width direction, and the other pair of narrowed portions 421 is disposed on the second end portion side in the width direction.

一対の狭窄部421が形成された位置における突出部42の厚さT1は、燃料電池セル本体3の厚さT2よりも小さいことが好ましい。このように構成することで、各狭窄部421の下面が燃料電池セル本体3の先端面305と当接する。好ましくは、各狭窄部421の下面は、ガス流路31の開口が形成されていない領域で先端面305と当接している。このように各狭窄部421の下面が燃料電池セル本体3の先端面305と当接することで、キャップ部材4が燃料電池セル本体3に支持されている。なお、キャップ部材4は、燃料電池セル本体3と接合されていないが、接合材などによって燃料電池セル本体3と接合されていてもよい。   The thickness T1 of the protrusion 42 at the position where the pair of constricted portions 421 is formed is preferably smaller than the thickness T2 of the fuel cell body 3. With this configuration, the lower surface of each narrowed portion 421 comes into contact with the front end surface 305 of the fuel cell body 3. Preferably, the lower surface of each narrowed portion 421 is in contact with the distal end surface 305 in a region where the opening of the gas flow path 31 is not formed. Thus, the cap member 4 is supported by the fuel cell main body 3 by the lower surface of each narrowed portion 421 being in contact with the front end surface 305 of the fuel cell main body 3. Note that the cap member 4 is not joined to the fuel cell body 3, but may be joined to the fuel cell body 3 with a joining material or the like.

図3及び図6に示すように、燃料電池セル10の長手方向において、熱伝導部41の長さL1は、突出部42の長さL2よりも長い。熱伝導部41の長さL1は、例えば、3mm〜50mm程度である。また、突出部42の長さL2は、例えば、1〜20mm程度である。突出部42の長さL2に対する、熱伝導部41の長さL1の割合(L1/L2)は、例えば1.5〜50程度である。   As shown in FIGS. 3 and 6, the length L <b> 1 of the heat conducting portion 41 is longer than the length L <b> 2 of the protruding portion 42 in the longitudinal direction of the fuel cell 10. The length L1 of the heat conducting unit 41 is, for example, about 3 mm to 50 mm. Moreover, the length L2 of the protrusion part 42 is about 1-20 mm, for example. The ratio (L1 / L2) of the length L1 of the heat conducting portion 41 to the length L2 of the protruding portion 42 is, for example, about 1.5 to 50.

なお、熱伝導部41の長さL1とは、燃料電池セル10の長手方向(x軸方向)における熱伝導部41の寸法を意味する。熱伝導部41の長さL1は、図3に示す正面視又は図6に示す側面視において、キャップ部材4の下端から燃料電池セル本体3の先端面305までの距離を言う。また、突出部42の長さL2とは、燃料電池セル10の長手方向(x軸方向)における突出部42の寸法を意味する。突出部42の長さL2は、図3に示す正面視又は図6に示す側面視において、キャップ部材4の上端から燃料電池セル本体3の先端面305までの距離を言う。   Note that the length L1 of the heat conducting unit 41 means the dimension of the heat conducting unit 41 in the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel cell 10. The length L1 of the heat conducting portion 41 refers to the distance from the lower end of the cap member 4 to the front end surface 305 of the fuel cell body 3 in the front view shown in FIG. 3 or the side view shown in FIG. Further, the length L2 of the protruding portion 42 means the dimension of the protruding portion 42 in the longitudinal direction (x-axis direction) of the fuel cell 10. The length L2 of the protrusion 42 refers to the distance from the upper end of the cap member 4 to the front end surface 305 of the fuel cell body 3 in the front view shown in FIG. 3 or the side view shown in FIG.

図2,図3,及び図6に示すように、燃焼部43は、筒状の突出部42を塞ぐように配置されている。この燃焼部43と、突出部42と、燃料電池セル本体3の先端面305とによって、キャップ部材4の内部空間Sが画定されている。   As shown in FIGS. 2, 3, and 6, the combustion part 43 is disposed so as to close the cylindrical protrusion 42. The internal space S of the cap member 4 is defined by the combustion portion 43, the protrusion 42, and the tip surface 305 of the fuel cell body 3.

燃焼部43は、長手方向(x軸方向)において燃料電池セル本体3の先端面305と間隔をあけて配置されている。燃焼部43は、燃料電池セル本体3の先端面305と対向している。燃焼部43は、平板状である。   The combustion part 43 is disposed at a distance from the front end surface 305 of the fuel cell main body 3 in the longitudinal direction (x-axis direction). The combustion part 43 faces the front end surface 305 of the fuel cell body 3. The combustion part 43 has a flat plate shape.

燃焼部43は、複数のガス排出口431を有している。各ガス排出口431は、貫通孔であって、燃料電池セル10の長手方向に貫通している。各ガス排出口431は、燃料電池セル本体3のガス流路31と同じ方向に延びている。各ガス排出口431は、キャップ部材4の内部空間Sと外部とを連通している。この燃焼部43のガス排出口431からは、燃料電池セル本体3の発電に使用されなかった余剰ガスが排出される。ガス排出口431の数は、ガス流路31の数と同じであってもよいし、異なっていてもよい。各ガス排出口431は、幅方向(y軸方向)に沿って、間隔をあけて配置される。   The combustion unit 43 has a plurality of gas discharge ports 431. Each gas discharge port 431 is a through hole and penetrates in the longitudinal direction of the fuel cell 10. Each gas discharge port 431 extends in the same direction as the gas flow path 31 of the fuel cell body 3. Each gas discharge port 431 communicates the internal space S of the cap member 4 with the outside. Excess gas that has not been used for power generation of the fuel cell body 3 is discharged from the gas discharge port 431 of the combustion unit 43. The number of gas exhaust ports 431 may be the same as or different from the number of gas flow paths 31. Each gas discharge port 431 is arranged at intervals along the width direction (y-axis direction).

図8及び図9に示すように、キャップ部材4は、燃焼部43の先端面上に複数の壁部44を有している。壁部44は、ガス排出口431の外周縁に沿って配置されている。壁部44は、ガス排出口431の周りを環状に延びている。また、壁部44は、ガス排出口431の外周縁から間隔をあけて配置されている。この壁部44とガス排出口431の外周縁との距離D2は、特に限定されるものではないが、例えば、0.1〜2mm程度である。   As shown in FIGS. 8 and 9, the cap member 4 has a plurality of wall portions 44 on the tip surface of the combustion portion 43. The wall portion 44 is disposed along the outer peripheral edge of the gas discharge port 431. The wall portion 44 extends annularly around the gas discharge port 431. Moreover, the wall part 44 is arrange | positioned at intervals from the outer periphery of the gas exhaust port 431. The distance D2 between the wall portion 44 and the outer peripheral edge of the gas discharge port 431 is not particularly limited, but is, for example, about 0.1 to 2 mm.

壁部44の高さHは、例えば、10〜1000μm程度である。壁部44は、例えば、エンボス加工や、蒸着法、スパッタリング法などによって、形成することができる。蒸着法、又はスパッタリング法では、例えば、キャップ部材4と同じ材料で壁部44を形成してもよいし、他にも、Al、Y、FeO、Fe2及びZrOなどから選択される少なくとも一種によって壁部44を形成してもよい。 The height H of the wall 44 is, for example, about 10 to 1000 μm. The wall portion 44 can be formed by, for example, embossing, vapor deposition, sputtering, or the like. In the vapor deposition method or the sputtering method, for example, the wall portion 44 may be formed of the same material as the cap member 4, and in addition, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , FeO, Fe 2 O 3, and ZrO The wall portion 44 may be formed of at least one selected from 2 or the like.

[セルスタック装置の動作]
以上のように構成されたセルスタック装置100の動作について説明する。セルスタック装置100は、例えば以下のように動作する。
[Operation of cell stack device]
The operation of the cell stack device 100 configured as described above will be described. The cell stack apparatus 100 operates as follows, for example.

セルスタック装置100では、燃料ガス(水素ガス等)を、導入管21からマニホールド20内に供給する。そして、この燃料ガスを、各燃料電池セル本体3のガス流路31に供給する。一方、酸素含有ガス(空気等)を、各燃料電池セル本体3の外側に供給する。   In the cell stack apparatus 100, fuel gas (hydrogen gas or the like) is supplied from the introduction pipe 21 into the manifold 20. Then, this fuel gas is supplied to the gas flow path 31 of each fuel cell body 3. On the other hand, an oxygen-containing gas (air or the like) is supplied to the outside of each fuel cell body 3.

このように燃料ガス及び酸素含有ガスを供給することによって、各発電素子部120では、酸素分圧差すなわち電位差が、電解質140の表裏面間に生じる。この状態で、燃料電池セル10を外部の負荷に電気的に接続すると、空気極150において下記の式1に示す電気化学反応が起こり、燃料極130において下記の式2に示す電気化学反応が起こる。
(1/2)O+2e→O2− ・・・(式1)
+O2−→HO+2e ・・・(式2)
By supplying the fuel gas and the oxygen-containing gas in this manner, an oxygen partial pressure difference, that is, a potential difference is generated between the front and back surfaces of the electrolyte 140 in each power generation element unit 120. When the fuel cell 10 is electrically connected to an external load in this state, an electrochemical reaction represented by the following formula 1 occurs in the air electrode 150 and an electrochemical reaction represented by the following formula 2 occurs in the fuel electrode 130. .
(1/2) O 2 + 2e → O 2− (Formula 1)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e (Formula 2)

これにより、燃料電池セル本体3内にて電流が流れ、発電状態となる。この発電状態において、燃料電池セル本体3から電力が取り出される。   Thereby, an electric current flows in the fuel cell main body 3, and it will be in an electric power generation state. In this power generation state, electric power is taken out from the fuel cell body 3.

そして、燃料電池セル本体3のガス流路31を流れる燃料ガスのうち発電に使用されなかった余剰燃料ガスは、ガス流路31の排出口からキャップ部材4の内部空間Sに排出された後、キャップ部材4のガス排出口431を介して外部に排出される。そして、キャップ部材4のガス排出口431から排出される余剰燃料ガスは、外部を流れる酸素含有ガスと混合して燃焼する。   And after the surplus fuel gas which was not used for power generation among the fuel gas which flows through the gas flow path 31 of the fuel cell body 3 is discharged from the discharge port of the gas flow path 31 to the internal space S of the cap member 4, The gas is discharged to the outside through the gas discharge port 431 of the cap member 4. The surplus fuel gas discharged from the gas discharge port 431 of the cap member 4 is mixed with the oxygen-containing gas flowing outside and burned.

この燃焼により発生する熱は、燃焼部43及び突出部42を介して、熱伝導部41へと伝達される。この結果、燃料電池セル本体3の先端部33の外周面が加熱され、先端部33の外周面と先端面305との温度差が小さくなる。   The heat generated by this combustion is transmitted to the heat conducting unit 41 via the burning unit 43 and the protruding unit 42. As a result, the outer peripheral surface of the tip portion 33 of the fuel cell body 3 is heated, and the temperature difference between the outer peripheral surface of the tip portion 33 and the tip surface 305 is reduced.

[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

変形例1
図10に示すように、壁部44は、複数の突起部441によって構成されていてもよい。各突起部441は、ガス排出口431の外周縁に沿って配列されている。なお、各突起部441は、隣り合う突起部441と接触していてもよいし、互いに間隔をあけて配置されていてもよいし、これらの組合せであってもよい。
Modification 1
As shown in FIG. 10, the wall 44 may be configured by a plurality of protrusions 441. Each protrusion 441 is arranged along the outer peripheral edge of the gas discharge port 431. In addition, each protrusion part 441 may be in contact with the adjacent protrusion part 441, may be arrange | positioned at intervals, and these combination may be sufficient as it.

変形例2
上記実施形態では、壁部44は、ガス排出口431を囲むように連続して延びていたが、これに限定されない。例えば、図11に示すように、壁部44は、ガス排出口431の外周縁に沿って断続的に延びていてもよい。
Modification 2
In the said embodiment, although the wall part 44 was extended continuously so that the gas exhaust port 431 might be enclosed, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 11, the wall portion 44 may extend intermittently along the outer peripheral edge of the gas discharge port 431.

変形例3
上記実施形態では、壁部44は、ガス排出口431の外周縁全周に沿って延びているが、これに限定されない。例えば、図12に示すように、壁部44は、ガス排出口431の外周縁の一部のみに沿って延びていてもよい。例えば、壁部44は、円弧状に延びていてもよい。
Modification 3
In the said embodiment, although the wall part 44 is extended along the outer periphery whole periphery of the gas exhaust port 431, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 12, the wall portion 44 may extend along only a part of the outer peripheral edge of the gas discharge port 431. For example, the wall portion 44 may extend in an arc shape.

変形例4
上記実施形態では、複数の壁部44がそれぞれ独立して形成されているが、これに限定されない。例えば、図13に示すように、各壁部44は、隣り合う壁部44と繋がっていてもよい。すなわち、各壁部44は、互いに一体的に形成されていてもよい。
Modification 4
In the said embodiment, although the several wall part 44 is formed independently, respectively, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 13, each wall 44 may be connected to an adjacent wall 44. That is, the wall portions 44 may be formed integrally with each other.

変形例5
上記実施形態では、壁部44が延びる方向と直交する面における壁部44の断面形状は半円状となっているが、壁部44の形状はこれに限定されない。例えば、図14に示すように、壁部44の断面形状は、矩形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。
Modification 5
In the said embodiment, although the cross-sectional shape of the wall part 44 in the surface orthogonal to the direction where the wall part 44 extends is a semicircle shape, the shape of the wall part 44 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 14, the cross-sectional shape of the wall portion 44 may be a rectangular shape or other shapes.

変形例6
上記実施形態では、ガス排出口431毎に壁部44が形成されていたが、これに限定されない。例えば、複数のガス排出口431のうち、どれか1つのガス排出口431のみに壁部44が形成されていてもよい。
Modification 6
In the said embodiment, although the wall part 44 was formed for every gas discharge port 431, it is not limited to this. For example, the wall portion 44 may be formed only in any one of the plurality of gas discharge ports 431.

変形例7
図15に示すように、燃焼部43と突出部42との境界部45は、面取り形状を有していてもよい。詳細には、燃焼部43の主面(上面)と突出部42の主面との境界部45は、面取り形状を有していてもよい。例えば、この境界部45は、R面取り加工されていてもよいし、C面取り加工されていてもよい。このように境界部45が面取り形状を有していることによって、下方からの酸素含有ガスがガス排出口431に回り込み、燃焼性が向上する。
Modification 7
As shown in FIG. 15, the boundary part 45 between the combustion part 43 and the protrusion part 42 may have a chamfered shape. Specifically, the boundary portion 45 between the main surface (upper surface) of the combustion portion 43 and the main surface of the protruding portion 42 may have a chamfered shape. For example, the boundary 45 may be R chamfered or C chamfered. Thus, when the boundary part 45 has a chamfered shape, the oxygen-containing gas from the lower part goes around to the gas discharge port 431, and combustibility improves.

変形例8
上記実施形態では、キャップ部材4は、支持基板110の各主面上に複数の発電素子部120が配置された横縞型の燃料電池セル本体3に取り付けられているが、キャップ部材4は、いわゆる縦縞型の燃料電池セル本体に取り付けることもできる。
Modification 8
In the above embodiment, the cap member 4 is attached to the horizontally striped fuel cell body 3 in which a plurality of power generation element portions 120 are arranged on each main surface of the support substrate 110, but the cap member 4 is a so-called cap member 4. It can also be attached to a vertically striped fuel cell body.

変形例9
上記実施形態では、ガス流路31は燃料電池セル本体3の長手方向に延びていたが、ガス流路31は燃料電池セル本体3の短手方向に延びてもよい。この場合、燃料電池セル本体3の短手方向が本発明の第1方向に相当する。そして、燃料電池セル本体3の短手方向における一方の端部が基端部となりマニホールド20に支持される。また、燃料電池セル本体3の短手方向における他方の端部が先端部となりキャップ部材4が取り付けられる。
Modification 9
In the above embodiment, the gas flow path 31 extends in the longitudinal direction of the fuel cell body 3, but the gas flow path 31 may extend in the short direction of the fuel battery cell body 3. In this case, the short direction of the fuel cell body 3 corresponds to the first direction of the present invention. One end of the fuel cell main body 3 in the short direction is a base end and is supported by the manifold 20. In addition, the other end portion in the short direction of the fuel cell main body 3 becomes a tip portion, and the cap member 4 is attached.

変形例10
上記実施形態では、キャップ部材4の突出部42における狭窄部421の断面形状は矩形状となっているが、狭窄部421の断面形状はこれに限定されない。例えば、図16に示すように、狭窄部421の断面形状は半円形状であってもよいし、他の形状であってもよい。
Modification 10
In the above embodiment, the cross-sectional shape of the narrowed portion 421 in the protruding portion 42 of the cap member 4 is rectangular, but the cross-sectional shape of the narrowed portion 421 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 16, the cross-sectional shape of the narrowed portion 421 may be a semicircular shape, or may be another shape.

変形例11
上記実施形態では、各狭窄部421は、突出部42の主面に形成されているが、各狭窄部421が形成される位置はこれに限定されない。例えば、図17に示すように、一対の狭窄部421は、突出部42の側面に形成されていてもよい。この場合、一対の狭窄部421は、互いに近付くように、燃料電池セル10の幅方向に凹んでいる。
Modification 11
In the above embodiment, each narrowed portion 421 is formed on the main surface of the protruding portion 42, but the position where each narrowed portion 421 is formed is not limited to this. For example, as shown in FIG. 17, the pair of narrowed portions 421 may be formed on the side surface of the protruding portion 42. In this case, the pair of narrowed portions 421 are recessed in the width direction of the fuel cell 10 so as to approach each other.

3 :燃料電池セル本体
31 :ガス流路
32 :基端部
33 :先端部
4 :キャップ部材
41 :熱伝導部
42 :突出部
43 :燃焼部
431 :ガス排出口
44 :壁部
441 :突起部
45 :境界部
10 :燃料電池セル
20 :マニホールド
100 :セルスタック装置
3: Fuel cell main body 31: Gas flow path 32: Base end portion 33: Tip end portion 4: Cap member 41: Heat conduction portion 42: Projection portion 43: Combustion portion 431: Gas discharge port 44: Wall portion 441: Protrusion portion 45: boundary 10: fuel cell 20: manifold 100: cell stack device

Claims (9)

ガス流路、前記ガス流路の供給側となる基端部、及び前記ガス流路の排出側となる先端部、を有する燃料電池セル本体と、
前記燃料電池セル本体の先端部に取り付けられ、ガス排出口を有するキャップ部材と、
を備え、
前記キャップ部材は、前記ガス排出口の外周縁に沿って前記ガス排出口から間隔をあけて配置された壁部を有する、
燃料電池セル。
A fuel cell main body having a gas flow path, a base end portion serving as a supply side of the gas flow path, and a distal end section serving as a discharge side of the gas flow path;
A cap member attached to the tip of the fuel cell body and having a gas outlet;
With
The cap member has a wall portion disposed at a distance from the gas discharge port along an outer peripheral edge of the gas discharge port.
Fuel cell.
前記壁部は、複数の突起部から構成される、
請求項1に記載の燃料電池セル。
The wall portion is composed of a plurality of protrusions.
The fuel battery cell according to claim 1.
前記壁部は、前記ガス排出口の外周縁に沿って断続的に延びる、
請求項1又は2に記載の燃料電池セル。
The wall portion extends intermittently along the outer peripheral edge of the gas outlet.
The fuel battery cell according to claim 1 or 2.
前記キャップ部材は、
前記燃料電池セル本体の前記先端部の外周面を覆う筒状の熱伝導部と、
前記ガス流路が延びる方向である第1方向に沿って前記熱伝導部から延びる筒状の突出部と、
前記突出部を塞ぐように配置され、前記ガス排出口を有する燃焼部と、
を有する、
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池セル。
The cap member is
A cylindrical heat conduction portion covering the outer peripheral surface of the tip portion of the fuel cell body; and
A cylindrical protrusion extending from the heat conducting portion along a first direction in which the gas flow path extends;
A combustion section arranged to close the protrusion and having the gas outlet;
Having
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
前記熱伝導部は、前記第1方向において、前記突出部よりも長い、
請求項4に記載の燃料電池セル。
The heat conducting portion is longer than the protruding portion in the first direction.
The fuel battery cell according to claim 4.
前記燃焼部と前記突出部との境界部は、面取り形状を有する、
請求項4又は5に記載の燃料電池セル。
The boundary part between the combustion part and the protruding part has a chamfered shape,
The fuel battery cell according to claim 4 or 5.
前記壁部と前記ガス排出口の外周縁との距離は、0.1〜2mmである、  The distance between the wall portion and the outer peripheral edge of the gas discharge port is 0.1 to 2 mm.
請求項1から6のいずれかに記載の燃料電池セル。The fuel cell according to any one of claims 1 to 6.
前記壁部の高さは、10〜1000μmである、  The height of the wall is 10 to 1000 μm.
請求項1から7のいずれかに記載の燃料電池セル。The fuel cell according to any one of claims 1 to 7.
請求項1からのいずれかに記載の燃料電池セルと、
前記燃料電池セル本体の前記基端部を支持するマニホールドと、
を備える、セルスタック装置。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 8 ,
A manifold that supports the base end of the fuel cell body;
A cell stack device.
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