WO2002054519A1 - Module de pile a combustible et structure pour l'alimentation en gaz de cette pile a combustible - Google Patents

Module de pile a combustible et structure pour l'alimentation en gaz de cette pile a combustible Download PDF

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Jun Akikusa
Koji Hoshino
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Definitions

  • the present invention relates to a solid oxide fuel cell having a power generation cell configured by sandwiching an electrolyte layer between a fuel electrode layer and an oxidant electrode layer. It is about modules.
  • the present invention provides a fuel cell having a power generation cell configured by sandwiching a solid electrolyte layer between a fuel electrode layer and an oxidant electrode layer, wherein the fuel gas is supplied to the fuel electrode layer, and the oxidant gas is supplied to the oxidant gas. It relates to a structure for supplying to an extreme layer.
  • the present invention relates to a structure of a distributor for supplying a fuel gas or an oxidizing gas to a power generation cell of a fuel cell module.
  • a solid oxide fuel cell described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-130888 has been known.
  • this solid oxide fuel cell an assembly composed of a stacked body of an anode, a solid electrolyte body, and a power source, and a separator provided with a reaction gas supply pipe are alternately laminated, and one side of the separator is provided. It describes that a groove through which fuel gas flows is formed on the other side, and a groove through which oxidant gas flows is formed on the other surface of the separator.
  • the reaction gas supply pipe is composed of a fuel gas supply pipe and an oxidant supply pipe at least partially formed of a ceramic pipe such as an alumina porcelain pipe.
  • the fuel gas supply pipe is connected to the side of the separator and communicates with the groove through which the fuel gas flows, and the oxidant supply pipe is connected to the side of the separator and communicates with the groove through which the oxidant gas flows.
  • the fuel gas supply pipe is connected to a fuel gas distributor formed of ceramic, and the oxidant supply pipe is formed of ceramic. Connected to the oxidizing gas distributor.
  • reaction gas supply pipes are individually connected to each separator—evening, so conventionally, a circular shape that seals the circular gas manifold formed in the assembly and separator is used.
  • a circular shape that seals the circular gas manifold formed in the assembly and separator is used.
  • the anode and the force sword and the ribbed porous substrate are in contact only with the ribs.
  • the electron conductivity between the force sword and the separate plate is low, and the reaction is likely to occur only in the vicinity of the contact between the anode and the force sword and the rib. That is, since the center of the groove between the ribs is not in contact with the anode and the force source, the electrons generated by the reaction are extinguished by the electric resistance of the anode and the force source before reaching the ribs. As a result, there was a problem that it was difficult to make the reaction take place over the entire power generation cell.
  • an object of the first embodiment of the present invention is to provide a fuel cell module capable of improving power generation efficiency by contributing all the surfaces of power generation cells contributing to power generation to power generation; To provide a fuel cell module capable of heating and cooling the power generation cell uniformly by flowing the layer substantially uniformly; fuel gas To provide a fuel cell module that can improve power generation efficiency by controlling the flow in the fuel electrode layer and increasing the number of collisions between fuel gas and the fuel electrode layer; shortening the time required for heating during startup
  • power generation efficiency can be improved by supplying fuel gas and oxidizing gas to each power generation cell at a temperature suitable for power generation Providing a fuel cell module; joining one or both of an anode current collector and an oxidizer electrode current collector to a stainless steel separator, an oxidizer end plate and a fuel end plate, By welding the joints to prevent oxidation of the joints, long-term electrical connection between the separator, the oxidant end plate or the fuel end plate,
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-2666776 discloses a fuel cell separator formed in a shell structure having a hollow inside.
  • a fuel gas supply / discharge passage hole and an oxidizing gas supply / discharge passage hole are provided around the two separate plates.
  • one separate plate is configured so that the fuel gas flows on the flat surface in the center, and the other separate plate is configured so that the oxidizing gas flows on the flat surface in the center.
  • the fuel cell separator disclosed in the above-mentioned conventional Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-2666776 has a shell structure having a cavity in the periphery of the separator. There was a problem that the thickness of Lay Yu became thick.
  • an object of the second and third embodiments of the present invention is to reduce the thickness of the separator so that the fuel cell can be made compact in the stacking direction of the power generation cells.
  • Another object of the present invention is to provide a structure for supplying gas to a fuel cell, which can control a fuel gas supplied to a power generation cell to an optimum temperature for oxidizing gas.
  • a fuel electrode and an air electrode are provided on both sides of a solid electrolyte membrane, respectively, and a distributor is formed of a material having the same composition as the solid electrolyte membrane, and a conductive material is provided on the surface of the base and formed of a conductive material.
  • a solid electrolyte membrane composed of a conductive part, a solid electrolyte membrane bonded to the connector through a base part, and an air electrode and a fuel electrode electrically connected to the interconnector through the conductive part.
  • a fuel cell has been disclosed (JP-A-5-182680).
  • the base portion of the distributor exhibits the same shrinkage behavior as the solid electrolyte membrane. Can be prevented from disintegration, and can be prevented from distorting the solid electrolyte membrane in the evening.
  • the same base material as that of the solid electrolyte membrane is made of the same material containing zirconia as a main component, it becomes an electrical insulator. As a result, conduction between the front and back of the distributor is performed via conductive parts.
  • an assembly consisting of a laminate of the anode, the solid electrolyte body and the power source, and a separator provided with a reaction gas supply pipe are alternately laminated, and one side of the separator is provided.
  • a solid oxide fuel cell in which a groove through which a fuel gas flows is formed, and a groove through which an oxidizing gas flows is formed on the other surface of the separator (JP-A-6-130). 8 No. 8).
  • the reaction gas supply pipe has at least Partly consists of a fuel gas supply pipe and an oxidant supply pipe formed by a ceramic pipe such as an alumina porcelain pipe.
  • the fuel gas supply pipe is connected to the side of the separator and communicates with the groove through which the fuel gas flows, and the oxidant supply pipe is connected to the side of the separator and communicates with the groove through which the oxidant gas flows. It is configured as follows. Alternatively, the fuel gas supply pipe is connected to a fuel gas distributor formed of ceramic, and the oxidant supply pipe is connected to an oxidant gas distributor formed of ceramic.
  • reaction gas supply pipes are individually connected to each separator, a circular gas manifold that seals the above-mentioned assembly and the circular gas manifold formed in the separator is formed.
  • the glass ring can be dispensed with, and the square glass ring for gas sealing during the assembly and separation can be dispensed with.
  • an object of the fourth embodiment of the present invention is to allow the entire surface of the power generation cell to contribute to power generation, and to electrically insulate each separator connected to the distributor with a relatively simple structure, It is still another object of the present invention to provide a fuel cell module distribution structure that can prevent an increase in work time for assembling a fuel short tube and an oxidant short tube and prevent damage to the fuel short tube and the like due to thermal stress. . Disclosure of the invention
  • the fuel cell module according to the first embodiment of the present invention is the invention described in claims 1 to 25. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the invention according to claim 1 includes an electrolyte layer 12a, a fuel electrode layer 12b, and an oxidant electrode layer disposed on both sides of the electrolyte layer 12a.
  • the oxidant end plate 21 is laminated, and is formed in a plate shape from a conductive material via the anode current collector 17 on the anode layer 1 2b of the (n + 1) th power generation cell 12.
  • a single fuel end plate 2 2 is stacked, and n separators 16 introduce fuel gas from the outer periphery of the separator 16 and the fuel electrode collector 17 from the approximate center of the separator 16
  • Oxidizer gas is introduced from the outer peripheral surface of the separator 16 and the oxidant gas is discharged from the surface of the separator 16 facing the oxidant electrode current collector 18
  • a single oxidizing agent end plate 21 for discharging the oxidizing gas from the surface of the oxidizing end plate 21 facing the oxidizing electrode current collector 18.
  • a single fuel end plate 22 has a fuel supply passage 26 for discharging fuel gas from substantially the center of the fuel end plate 22 toward the anode current collector 18, and a fuel supply passage 2 3,
  • a fuel distributor 13 for supplying fuel gas to each of the fuel cells 26 is provided near the fuel cell 11, and a distributor for oxidizer for supplying oxidant gas to the oxidant supply passages 24 and 27, respectively.
  • 14 is provided near the fuel cell 11, and a pair of electrode terminals 4 1 and 4 2 are electrically connected to the oxidant end plate 21 and the fuel end plate 22. It is a fuel cell module.
  • the fuel cell module described in claim 1 when the fuel gas is introduced into the fuel distribution panel 13, the fuel gas flows into the fuel supply passage 2 3 of the separator 16 and the fuel end plate 22. , 26, and is discharged from substantially the center of the separator 16 and the end plate 22 for fuel toward the center of the anode current collector 17.
  • the discharged fuel flows through the anode current collector 17 from the approximate center of the anode layer 12b to the outer peripheral edge.
  • the oxidizing gas passes through the separator 16 and the oxidizing agent supply passages 24, 27 of the oxidizing end plate 21, and the separator 1 Discharge is performed from the approximate center of the oxidizer end plate 21 to the center of the oxidizer electrode current collector 18.
  • the discharged oxidant gas passes through the oxidant electrode current collector 18 and flows in the oxidant electrode layer 12c along the solid electrolyte layer 11a.
  • the oxidant gas receives electrons from the oxidant electrode layer 12 c at a portion in contact with the oxidant electrode current collector 18 over the entire surface of the power generation cell 12 and is ionized into oxide ions, and the oxide ions are converted into solid electrolyte layers. It diffuses and moves inside 12 a and reaches near the interface with the fuel electrode layer 12 b. As a result, the oxide ions react with the fuel gas to produce a reaction product, which emits electrons to the fuel electrode layer 12b. By extracting these electrons from the entire surface of the fuel electrode current collector 17, A large current is generated and power is obtained.
  • the (n + 1) power generation cells 12 are connected in series via a separator 16 made of a conductive material, a fuel electrode current collector 17 and an air electrode current collector 18, and both ends. Since the end plate 21 for the oxidizing agent and the end plate 22 for the fuel formed of an electrically conductive material are provided in this case, a large electric power can be taken out from the pair of electrode terminals 41 and 42.
  • the invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, and further includes, as shown in FIGS. 1 to 3, each of the oxidant supply passages 24 formed in the n separators 16.
  • the oxidizing gas is introduced from the outer peripheral surface of the separator 16 and is discharged almost uniformly in a shower form from the surface of the separator 16 facing the oxidizer electrode current collector 18.
  • the oxidizing agent supply passage 27 formed in the oxidizing agent end plate 21 discharges the oxidizing gas almost uniformly in a shower form from the surface of the oxidizing end plate 21 facing the oxidizing electrode current collector 18. It is characterized by being constituted to make it.
  • the oxidant gas is discharged almost uniformly from the oxidant supply passages 24 and 27 in a shower shape toward the oxidant electrode current collector 18.
  • the power generation cell 12 can be uniformly heated and cooled by the oxidant gas. Also, when the power generation cell 12 is heated by the generation of Joule heat during the power generation of the fuel cell 11 and rises above the set temperature, the oxidant gas having a temperature lower than the set temperature is supplied to the oxidant supply passage 2. By discharging the power from the cells 4 and 27, the power generation cell 12 can be uniformly cooled, so that damage due to local heating or cooling of the power generation cell 12 can be prevented.
  • the invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, and further includes a fuel supply passage 23, 26 and an oxidant supply passage 24, 2 as shown in FIGS.
  • An insertion hole 16a is formed, and one or both of the first heater 31 and the temperature sensor are inserted into the plurality of insertion holes 16a.
  • the temperature of the power generation cell 12 can be quickly raised by energizing the first heater 31. . Further, since the temperature of the power generation cell 12 is uniformly increased, and the temperature difference between the center and the outer peripheral edge of the power generation cell 12 is eliminated and the thermal expansion is performed uniformly, the damage of the power generation cell 12 can be prevented. Further, if the first heater is controlled based on the detection output of the temperature sensor, the temperature of the separator can be controlled finely.
  • the invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2, and further includes n sheets of separate sheets and a single sheet so as not to communicate with either the fuel supply passage or the oxidant supply passage.
  • a plurality of lightening holes are formed in one or more of the oxidizer end plate and the single fuel end plate.
  • the weight of the separator, the oxidizing end plate or the fuel end plate can be reduced by forming the lightening hole, so that the weight of the fuel cell can be reduced.
  • the invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4.
  • FIGS. 2 and 4 the surfaces of the n separators 16 facing the anode current collector 17 and the anode current collector 17 of the single fuel end plate 22 are shown.
  • a plurality of slits 16b and 22b spirally extending from the center of each separator 16 and the end plate 22 for fuel are formed on a surface opposed to the separator.
  • the separator 16 has a surface facing the anode current collector 17 and the fuel end plate 22 has a surface facing the anode current collector 17. Since the plurality of slits 16 b and 22 b are formed in a spiral shape, the fuel gas flows spirally along the slits 16 b and 22 b and the reaction path of the fuel gas becomes longer. As a result, the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer 12b increases, and the output of the fuel cell 11 can be improved.
  • the invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, and as shown in FIG. 1, the fuel distribution panel 13 is connected to the fuel distribution pipe 13 through a fuel insulation pipe 36.
  • the fuel short pipe 28 is inserted, and the gap between the fuel insulating pipe 36 and the fuel short pipe 28 is sealed by a fuel sealing member 37 having electrical insulation.
  • the oxidizer short tube 29 is inserted into the oxidizer insulator tube 38 via the oxidizer insulator tube 38, and the gap between the inlet portions of the oxidizer insulator tube 38 and the oxidizer short tube 29 has electrical insulation. It is characterized by being sealed with an oxidizing agent sealing member 39.
  • the power generation cell 12 can be electrically insulated from the fuel distributor 13 and the oxidizer distributor 14, and the fuel distribution panel 1 can be electrically insulated. It is possible to prevent the fuel gas from leaking from 3 and to prevent the oxidizing gas from leaking from the oxidant distributing room 14.
  • the invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, and further includes a fuel preheating pipe 4 for supplying a fuel gas to the fuel distribution panel 13 as shown in FIG. 3 is wound around the outer peripheral surface of the fuel cell 11 1, and an oxidant preheating tube 4 4 for supplying an oxidizing gas to the oxidant distributor 4 is wound around the ⁇ peripheral surface of the fuel cell 11 1
  • the fuel cell 11 is connected with the fuel preheating pipe 43 and the oxidizer preheating pipe 44.
  • the exhaust pipe 51 for discharging the fuel gas and the oxidizing gas discharged from the power generation cell 12 to the outside of the inner case 46 is connected to the inner case 46.
  • the fuel gas passing through the fuel preheating pipe 43 is a high-temperature exhaust gas discharged from the power generation cell 12 (water vapor or CO 2 generated from the fuel gas and the oxidant gas).
  • the oxidizer gas is heated by the oxidizer gas and is supplied to the fuel distribution window 13 and passes through the oxidizer preheating pipe 44. Supplied to View Night 4 4. Therefore, the fuel gas and the oxidizing gas are supplied to each power generation cell 12 at a temperature suitable for power generation, so that power generation efficiency can be improved.
  • the invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, and furthermore, as shown in FIG. 1, the oxidizing agent preheating tube 44 is provided substantially at the center of the oxidizing agent distributor 14 in the longitudinal direction. It is characterized by being connected.
  • Joule heat is generated by the internal resistance of the fuel cell 11 during power generation, and the central portion of the fuel cell 11 in the stacking direction becomes the hottest.
  • the invention according to claim 9 is the invention according to claim 7 or 8, further wound around the outer peripheral surface of the fuel cell 11 and housed in the inner case 46, as shown in FIG. A second heater 32 is further provided.
  • the fuel gas passing through the fuel preheating pipe 43 is heated by the high-temperature exhaust gas discharged from the power generation cell 12 or the second heater 32 and used for fuel.
  • the oxidant gas supplied to the distribution panel 13 and passing through the oxidant preheating pipe 44 is also heated by the high-temperature exhaust gas discharged from the power generation cell 12 or the second heater 32 and distributed for the oxidant. Supplied on evening 14. Therefore, fuel gas and oxidizing gas are supplied to each power generation cell 12 at a temperature more suitable for power generation. Therefore, power generation efficiency can be further improved.
  • the invention according to claim 10 is the invention according to any one of claims 7 to 9, and furthermore, as shown in FIG. 1, at least the inner surface of the inner case 46 has silver plating and nickel plating. It is characterized by being plated with silver or plated with platinum.
  • the radiant heat generated by the power generation cell 12 during the operation of the fuel cell 11 is used to maintain the heat of the power generation cell 12 and the separator 16. Can be further increased.
  • the invention according to claim 11 is the invention according to any one of claims 7 to 10, and furthermore, as shown in FIG. 1, the outer surface of the inner case 46 is covered with a heat insulating material 47.
  • a fuel preheating pipe 43, an oxidizer preheating pipe 44, and an exhaust pipe 51 are wound around the outer peripheral surface of the inner case 46, and the inner case 46 is further connected to the fuel preheating pipe 43, the oxidizer preheating pipe 4. 4 and the exhaust pipe 51 are housed in an outer case 48.
  • the case 46 is heated by the high-temperature exhaust gas passing through the exhaust pipe 51 wound around the outer peripheral surface of the case 46. Therefore, the fuel gas and the oxidizing gas are further preheated before being preheated in the inner case 46, so that the power generation efficiency can be further improved.
  • the invention according to claim 12 is the invention according to claim 11, and further, as shown in FIG. 1, at least the inner surface of the auta case 48 is silver-plated and silver-plated through a nickel base plate. Alternatively, it is characterized by being plated with platinum.
  • the radiant heat generated by the power generation cell 12 during operation of the fuel cell 11 is used to maintain the heat insulation effect of the power generation cell 12 and the separator 16. Can be further increased.
  • the invention according to claim 13 is the invention according to any one of claims 7 to 12, further characterized in that the fuel preheating pipe is filled with reformed particles at a density at which fuel gas can flow. I do.
  • the invention according to claim 15 is the invention according to any one of claims 1 to 14, wherein the anode current collector 17 is nickel-plated, silver-plated, and nickel-plated as shown in FIG. Made of silver-plated or copper-plated stainless steel, nickel-based or chromium-based alloy, or nickel, silver, silver alloy, platinum or copper, with n number of separators 16 and fuel
  • the end plate 22 is formed of any one of stainless steel, nickel-based alloy, and chromium-based alloy, and the anode current collector 17 is joined to each separator 16 and the end plate 22 for fuel. It shall be.
  • the electrical continuity between the separator 16 and the anode current collector 18 and the electrical continuity between the fuel end plate 22 and the anode current collector 17 are as described above. Long-term retention through the joint.
  • the anode current collector 17 is previously joined to each separator 16 and the end plate 22 for fuel, the assembly work time of the fuel cell 11 can be shortened and the assembly workability can be improved.
  • the invention according to claim 16 is the invention according to any one of claims 1 to 14, and further, as shown in FIG. 2, the oxidant electrode current collector 18 is silver-plated, and the silver via the nickel base plating It is made of stainless steel plated or plated with platinum, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver, silver alloy or platinum, and the n pieces of separator 16 and the oxidant end plate 21 are made of stainless steel. It is formed of either a nickel-based alloy or a chromium-based alloy, and the oxidizer electrode current collector 18 is joined to each separator 16 and the oxidizer end plate 21, respectively.
  • the separator 16 and the oxidizing agent can be used. Since the joint portion of the electrode current collector 18 and the welded portion of the end plate 21 for oxidant and the oxidant electrode current collector 18 are welded, oxidation of these joint portions can be prevented. As a result, the electrical conduction between the separator 16 and the oxidizer electrode current collector 18 and the electrical continuity between the oxidizer end plate 21 and the oxidizer electrode current collector 18 are maintained for a long time through the above-mentioned joint. Can hold. Further, since the oxidant electrode current collector 18 is previously joined to each separator 16 and the oxidant end plate 21, the assembling work time of the fuel cell 11 can be shortened and the assembling workability can be improved.
  • an oxidizing gas high-temperature oxidizing atmosphere
  • the invention according to claim 17 is the invention according to any one of claims 1 to 16, and furthermore, as shown in FIG. 1, n separation plates 16 and a single end plate for oxidizing agent. 2
  • One or two or more of the fuel end plates 2 2 are plated with nickel, plated with chrome, plated with silver or plated with nickel via nickel plating, respectively. It is characterized by having.
  • the separator 16 In the fuel cell described in claim 17, the separator 16, the oxidant end plate 21 or the fuel end plate 22, and the fuel electrode current collector 17 or the oxidant electrode current collector Electrical continuity with 18 can be maintained for a longer period.
  • the invention according to claim 18 is the invention according to any one of claims 1 to 17, and further includes a fuel preheating pipe 43, a fuel dispenser 13 and a fuel One or more of short tubes 28, oxidizer preheating tubes 44, oxidizer distributors 14 or oxidizer short tubes 27 are made of stainless steel, nickel-based alloy, or chromium-based alloy. It is characterized by being formed of any one of them and being provided with silver plating on its inner surface and silver plating or platinum plating through nickel base plating.
  • the inside of the oxidizing agent preheating tube 44, the oxidizing agent dispensing tube 14 and the oxidizing agent short tube 27 is not oxidized, and the oxidized scale (powder) is not oxidized. ) Can be suppressed.
  • the inside of the fuel preheating pipe 43, which is a reducing atmosphere, the fuel distribution pipe 13 and the fuel short pipe 28, is Although there is air, the generation of oxidation scale due to the water vapor can be suppressed.
  • the invention according to claim 19 is the invention according to any one of claims 1 to 17, and further includes, as shown in FIG.
  • a fuel preheating pipe 43, a fuel distribution panel 13, and a fuel Short tube 28, oxidizer preheating tube 44, oxidizer distribution tube 14 or oxidizer short tube 27 One or more of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy And a silver plating or a platinum plating through a nickel base plating.
  • the fuel cell module described in claim 19 uses the radiant heat generated by the power generation cell 12 during the operation of the fuel cell 11 to maintain the heat of the power generation cell 12 and the separator 16. The effect can be further enhanced.
  • the invention according to claim 20 is the invention according to any one of claims 1 to 17, and further includes, as shown in FIG. 1, a fuel preheating pipe 43, a fuel distribution panel 13 and a fuel distribution pipe 13.
  • the inner surface of the short tube 28 is plated with nickel.
  • a reforming reaction of hydrocarbons can be performed inside the fuel preheating tube 43, the fuel distribution tube 13 and the fuel short tube 28.
  • the invention according to claim 21 is the invention according to any one of claims 7 to 20, wherein a tip of a water supply pipe is further inserted above the fuel preheating pipe, and a sprayer is provided at a base end of the water supply pipe. Alternatively, a pump is connected.
  • water supplied to the fuel preheating pipe is vaporized as it goes down the fuel preheating pipe.
  • a vaporizer for supplying water vapor to the fuel preheating pipe is not required.
  • the invention according to claim 22 is the invention according to any one of claims 7 to 21, and as shown in Fig. 1, a water separator 53 is connected to the lowermost end of the fuel preheating pipe 43. It is characterized by having been done.
  • the invention according to claim 23 is the invention according to any one of claims 11 to 22, and further includes, as shown in FIG. 1, a fuel gas and an oxidizing gas discharged from the power generation cell 12.
  • the exhaust pipes 51 and 52 for guiding the exhaust gas to the outside of the inner case 46 and the outer case 48 are connected to a steam turbine.
  • the invention according to claims 24 or 25 is characterized in that, as shown in FIGS. 2 and 3, the oxidant supply passages 24 and 27 introduce oxidant gas from the outer peripheral surface and the oxidant electrode current collector.
  • An end plate for a separator or an oxidizing agent which is configured so as to be discharged almost uniformly in a shower form from the surface facing 18.
  • the oxidant gas flows from the oxidant supply passages 24 and 27 in a shower shape toward the oxidant electrode current collector 18. Since the gas is discharged substantially uniformly, the power generation cell 12 can be uniformly heated and cooled by the oxidizing gas. Also, when the power generation cell 12 is heated by the generation of Joule heat during the power generation of the fuel cell 11 and rises above the set temperature, the oxidant gas having a temperature slightly lower than the set temperature is supplied to the oxidant supply passage. By discharging the power from the cells 24 and 27, the power generation cell 12 can be cooled uniformly, so that damage due to local heating or cooling of the power generation cell 12 can be prevented.
  • the gas supply structure to the fuel cell according to the second embodiment of the present invention is the invention described in claims 26 to 33.
  • n is a positive integer
  • power generation cells 111 each composed of a fuel electrode layer 111a and a fuel electrode layer 111b and an oxidizer electrode layer 111c disposed on both sides of the solid electrolyte layer 111a.
  • the fuel electrode layer 111b of the i-th (i l, 2,..., N) power generation cell 111 and the oxidizer electrode layer of the (i + 1) -th power generation cell 111 adjacent to this fuel electrode layer 111b
  • a total of n separators 112 each made of a conductive material are interposed between them and 111c.A total of n separators 112 are formed, and fuel gas is formed on the outer peripheral surface of the separator 112.
  • Separate plate 112 is introduced from the separated separator fuel inlet hole 118a and formed in the separate plate 112.
  • the separator plate 112 is formed on the surface facing the fuel electrode layer 11 lb through the separate plate fuel communication hole 118c.
  • a oxidizing gas formed on the outer peripheral surface of the separator 112. Separation formed on the surface of Separation 112 facing oxidizer electrode layer 111c through Separation Evening oxidant communication hole 119c formed through Separation Evening oxidant introduction hole 119a and formed in Separation Evening 112.
  • a fuel cell having a separator oxidizer passage 119 discharged from the evening oxidizer discharge port 119b, and a separator 112 has a separator inlet fuel introduction hole 118a and a separator Separator fuel groove 121a is formed as the fuel communication hole 118c, and the separator oxidizer introduction hole 119a and the separator oxidizer communication hole 119c are formed on the other surface.
  • a separation recess substrate 121 having a recess groove 121b formed therein; a separation overnight fuel lid 122 covering the separation recess fuel groove 121a and having a separation discharge fuel hole 118b formed therein; Oxidant groove 121b And a separator oxidizing agent cover 123 formed with a separator oxidizing agent discharge hole 119b.
  • the separator fuel groove 121a and the separator oxidant groove 121b of the separator substrate 121 are separated by a separator.
  • a separator fuel passage 118 through which the fuel gas passes and a separator oxidizer passage 119 through which the oxidant gas passes are formed, respectively. Is done. For this reason, the thickness of each separator 112 can be made extremely thin, so that the fuel cell 110 is placed in the stacking direction of the power generation cells 111. It can be made compact.
  • the invention according to claim 27 is the invention according to claim 26, and furthermore, as shown in FIGS. 5 and 6, the fuel discharge hole 118b for separation is located at the center of the separation substrate 121.
  • the separator fuel lid 122 Formed on the separator fuel lid 122, and the separator oxidizer discharge hole 119b discharges the oxidizer gas in a shower-like manner toward the oxidizer electrode layer 111c facing the separator substrate 121.
  • the invention according to claim 28 is the invention according to claim 26 or 27, and further includes, as shown in FIGS. 5 and 6, a surface of the separator 112 that faces the fuel electrode layer 11 lb. A plurality of slits extending spirally from the fuel discharge hole 118b are respectively formed.
  • the oxidizing gas when the oxidizing gas is introduced into the separating oxidizing passage 119, the oxidizing gas is discharged almost uniformly in a shower from the separating oxidizing agent discharge hole 119b toward the oxidizing electrode layer 111c. It flows inside the layer 111c along the solid electrolyte layer 111a. As a result, the power generation cell 111 can be uniformly heated and cooled by the oxidizing gas, and damage due to local heating or cooling of the power generation cell 111 can be prevented.
  • the invention according to claim 29 is the invention according to claim 26 or 28, wherein the fuel lid for separe is further arranged such that the fuel discharge hole for separe is located at the center of the substrate for separe.
  • the oxidizing agent discharge hole is formed in the body so that the separating oxidizing agent discharge hole is located at the center of the separating oxidizing substrate.
  • the invention according to claim 30 is the invention according to claim 29, further comprising a spirally extending oxidizer discharge hole for the separator on a surface of the separator facing the oxidizer electrode layer. A plurality of slits are formed respectively.
  • the fuel gas flows from the fuel discharge hole for the separation.
  • the fuel is discharged toward the center of the fuel electrode layer, and flows spirally along the slit from the center of the fuel electrode layer. This lengthens the reaction path of the fuel gas and increases the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer.
  • the oxidizing gas is introduced into the oxidizing agent passage for the separation, the oxidizing gas is discharged from the oxidizing agent discharge hole for the separating agent toward the center of each oxidizing agent layer, and from the center of the oxidizing agent layer to the slit. It flows spirally along.
  • the reaction path of the oxidizing gas becomes longer, and the number of collisions between the oxidizing gas and the oxidizing electrode layer increases. As a result, the output of the fuel cell can be improved.
  • the separator 112 is formed of stainless steel, a nickel-based alloy, or a chromium-based alloy, and that the surface of the separator 112 is nickel-plated and / or silver-plated. .
  • the reformed particles can be filled in the fuel supply passage 118 for separation at a density at which fuel gas can flow.
  • the invention according to claim 33 is the invention according to claim 26, and further includes a thermocouple insertion groove 12 into which a thermocouple 136 can be inserted, as shown in FIG. It is characterized in that heater insertion grooves 121h into which lg and heater 137 can be inserted are formed respectively.
  • the heater 137 is activated when the fuel cell 110 is started, so that the separator 112 is heated to heat the fuel cell 110. Raise to starting temperature.
  • the heater 137 is stopped based on the detection output of the thermocouple 136 that detects the starting temperature.
  • Joule heat is generated in the fuel cell 110 and the temperature of the fuel cell 110 rises. Supply agent gas.
  • the temperature of the separator 112 is adjusted.
  • the gas supply structure for a fuel cell according to the third embodiment of the present invention is the invention described in claims 34 to 41.
  • the invention according to claim 34 is, as shown in FIG. 12, a power generation system comprising a solid electrolyte layer 21 la and a fuel electrode layer 211 b and an oxidant electrode layer 211 c disposed on both surfaces of the solid electrolyte layer 211 a.
  • a total of n sheets of separators 212 formed of a conductive material are interposed between the adjacent (i + 1) -th power generation cell 211 and the oxidizer electrode layer 211c, and a total of n sheets are interposed.
  • the separation gas 212 is introduced from the separation gas inlet hole 218a formed on the outer peripheral surface of the separation powder 212, and the fuel gas is formed on the surface facing the fuel electrode layer 21 lb of the separation powder 212.
  • Separation oxidizer introduction hole 2 Separation oxidizer discharge hole 219b which is introduced from 19a and is formed on the surface of separation 212 opposite to oxidizer electrode layer 211c.
  • a fuel cell 210 having a passage 219 and a separator 212, wherein a separator thin plate 221 formed with a separator discharge hole 218b and a separator oxidant discharge hole 219b are formed.
  • a gas supply structure for a fuel cell comprising: a separator grooved thin plate 223 in which a separator oxidizing groove 223d serving as a liquid passage 219 is formed.
  • the separator-equipped thin plate 223 having the separation-use fuel groove 223c and the separation-use oxidizer groove 223d formed therein is provided with The fuel gas is sandwiched between the separator thin plate 221 formed with the fuel discharge hole 218b for the separator and the separator oxidizer thin plate 222 formed with the separator oxidant discharge hole 219b.
  • a separation fuel passage 218 through which the gas flows and an oxidizer passage 219 through which the oxidizing gas passes are formed. For this reason, each separation evening 2 Since the thickness of the fuel cell 12 can be made extremely thin, the fuel cell 210 can be made compact in the stacking direction of the power generation cells 211.
  • the invention according to claim 35 is the invention according to claim 34, and further includes, as shown in FIGS. 12 and 13, a fuel discharge hole 218 b for separation oil plate 221. And an oxidizing agent discharge hole 219b for separating and forming is formed at the center of the separating plate oxidizing agent thin plate 222.
  • the invention according to claim 36 is the invention according to claim 34 or 35, and furthermore, as shown in FIGS. 12 and 13, the surface of the separator thin fuel plate 221 is provided with a separator. A plurality of slits extending spirally from the evening fuel discharge hole 218b are respectively formed.
  • the invention according to claim 37 is the invention according to claim 34 or 35, and further includes, as shown in FIGS. 12 and 13, a separation plate on the surface of the oxidizing agent thin plate 222 for separation. A plurality of slits extending spirally from the evening oxidant discharge hole 219b are respectively formed.
  • the invention according to Claim 38 is the invention according to any one of Claims 34 to 36, wherein a fuel discharge hole for separating oil is formed at the center of the fuel thin plate for separating oil. Evening oxidizer discharge holes allow oxidizer gas to face separation oxidizer thin plate The separator is formed on a thin plate of oxidizer for separation so as to be discharged almost uniformly in a shower toward the oxidizer electrode layer.
  • the fuel gas when the fuel gas is introduced into the fuel passage for the separation night, the fuel gas flows from the fuel discharge hole for the separation night to the center of each fuel electrode layer. It flows toward the center of the fuel electrode layer and flows spirally along the slit. As a result, the reaction path of the fuel gas becomes longer, the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer increases, and the output of the fuel cell can be improved.
  • the oxidizing gas when the oxidizing gas is introduced into the oxidizing agent passage for the separation, the oxidizing gas is discharged almost uniformly in a shower shape from the oxidizing agent discharge hole for the separation toward the oxidizing electrode layer, and the oxidizing gas flows through the oxidizing electrode layer It flows along the solid electrolyte layer.
  • the power generation cell can be uniformly heated and cooled by the oxidizing gas, and damage due to local heating or cooling of the power generation cell can be prevented.
  • Separation layer 212 is formed of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, respectively, and nickel plating and / or silver plating is applied to the surface of separation layer 212. Preferably, it is applied.
  • the reformed particles be filled in the separator supply fuel passage 218 at a density at which the fuel gas can flow.
  • the invention according to claim 41 is the invention according to claim 34, and furthermore, as shown in FIG. 13, a thermocouple capable of inserting a thermocouple 236 into the grooved thin plate 223 for separation. ⁇ ⁇ ⁇ A heater insertion groove 223 f in which the insertion groove 223 e and the heater 237 can be inserted is formed.
  • the heater 237 is operated when the fuel cell 210 is started, thereby heating the separator 212 and heating the fuel cell 210. Raise to starting temperature. When the fuel cell reaches the starting temperature, the heating 237 is stopped based on the detection output of the thermocouple 236 that detects the starting temperature. Also, during power generation of the fuel cell 210, Joule heat is generated in the fuel cell 210 and the temperature of the fuel cell 210 rises, so that the fuel cell 210 operates based on the detection output of the thermocouple 236. Supply oxidant gas at a temperature slightly lower than the temperature. As a result, the temperature of the separator 212 was adjusted. It is.
  • the distribution structure of the fuel cell module according to the fourth embodiment of the present invention is the invention described in claims 42 to 53.
  • the invention according to claim 42 includes, as shown in FIGS. 16 and 17, a power generation cell 311, fuel supply passages 318 and 322 capable of supplying fuel gas to the power generation cell 311, and a power generation cell 311.
  • a fuel cell 310 having oxidant supply passages 319 and 321 capable of supplying an oxidant gas to the fuel cell 310, and a fuel gas supplied to the fuel supply passages 318 and 322 provided near the fuel cell 310 through a fuel short pipe 331.
  • a fuel cell comprising a fuel distributor 323 and a oxidizer distributor 324 provided near the fuel cell 310 and supplying oxidizer gas to the oxidizer supply passages 319 and 321 through the oxidizer short pipe 332. It is a module improvement.
  • the characteristic configuration is that the fuel distributor 323 closes the fuel distributor main body 326 formed of a box-shaped or cylindrical metal material, and the fuel-side opening 326a of the fuel distributor main body 326. And a single plate-shaped fuel lid 327 directly connected to a plurality of fuel short pipes 331 and formed of an electrically insulating material.
  • the oxidizing agent distributor main body 328 formed of a cylindrical metal material, the oxidizing agent side opening 328a of the oxidizing agent distributor main body 328 is closed, and the plurality of oxidizing agent short tubes 332 are directly connected.
  • a single plate-like oxidant lid 329 connected and formed of an electrically insulating material.
  • the fuel lid 327 to which the fuel short pipe 331 is connected is formed of an electrically insulating material. Therefore, each separator is not electrically short-circuited by the fuel distribution chamber.
  • the fuel distribution window 323 since the fuel distribution window 323 only needs to close the fuel-side opening 326a of the fuel distribution body 326 formed of a metal material with the fuel lid 327 formed of an electrically insulating material, The structure is simple and the number of assembly steps can be reduced.
  • the oxidizing agent lid 329 to which the oxidizing agent short tube 332 of the oxidizing agent distribution window 324 is formed of an electrically insulating material, each separator 312 becomes an oxidizing agent distribution tube.
  • the oxidizing agent distributor 324 simply closes the oxidizing agent side opening 328a of the oxidizing distributor body 328 formed of a metal material with the oxidizing agent lid 329 formed of an electrically insulating material. Therefore, the structure is simple and the number of assembly steps can be reduced.
  • the invention according to claim 43 is the invention according to claim 42, and further includes, as shown in FIGS. 16 and 17, a power generation cell 311 provided on both sides of the solid electrolyte layer 311a and the solid electrolyte layer 311a.
  • a total of n sheets of separators 312 formed of a metal material between them are interposed one by one, and n sheets of separators 312 introduce fuel gas from the outer peripheral surface of separators 312 to separate the separators.
  • the fuel distribution and the oxidizing agent are provided beside the solid oxide fuel cell in which the power generation cells and the separator are alternately stacked. Since the distribution unit is provided extending in the direction of the fuel cell stack, the distribution unit for the fuel and the distribution unit for the oxidizing agent can be configured simply and compactly.
  • the invention according to claim 44 is the invention according to claim 42 or 43, Further, as shown in FIG. 17, a fuel-side screw hole 326b is formed in the fuel distribution body 326, a fuel-side through hole 327b is formed in the fuel lid 327, and the fuel is passed through the fuel-side through hole 327b.
  • the fuel-side fixing screw 333 By screwing the fuel-side fixing screw 333 into the fuel-side screw hole 326b, the fuel lid 327 is fixed to the fuel distributor main body 326, and the hole diameter of the fuel-side through hole 327b is further reduced to the fuel distributor body 326.
  • the fuel cover 327 is formed to have a larger diameter than the fuel-side fixing screw 333 so as to absorb the difference in the amount of deformation due to thermal expansion and contraction of the fuel.
  • the distributor structure of the fuel cell module described in claim 44 although the heat cycle with a large temperature difference acts on the fuel distribution line 323 by repeatedly starting and stopping the power generation operation, the fuel Since the hole diameter of the side through hole 327b is formed larger than the fuel side fixing screw 333, the difference in the amount of deformation of the fuel distribution body 326 and the fuel lid 327 due to thermal expansion and thermal contraction is determined by the fuel side. A relatively large gap formed between the through-hole 327b and the fuel-side fixing screw 333 allows for absorption. As a result, no large force acts on the fuel lid 327, and the fuel lid 327 is not damaged.
  • the invention according to claim 45 is the invention according to any one of claims 42 to 44, and further includes an oxidizing agent-side screw 328 as shown in FIG. 17.
  • a hole 328b is formed, an oxidant-side through hole 329b is formed in the oxidant lid 329, and an oxidant-side fixing screw 334 that passes through the oxidant-side through hole 329b is screwed into the oxidant-side screw hole 328b.
  • the oxidizing agent lid 329 is fixed to the oxidizing agent distribution body 328, and the hole diameter of the oxidizing agent side through hole 329b further increases the thermal expansion of the oxidizing agent distribution body 328 and the oxidizing agent lid 329. It is characterized in that it has a larger diameter than the oxidant-side fixing screw 334 so as to absorb the difference in the amount of deformation due to heat shrinkage.
  • the thermal cycle with a large temperature difference acts on the oxidizing agent distributing element 324 due to the repeated start and stop of the power generation operation
  • the oxidizing agent Since the through hole 329b has a larger diameter than the oxidant-side fixing screw 334, the oxidizer distributor
  • the difference in the amount of deformation due to thermal expansion and contraction of the overnight main body 328 and the oxidant lid 329 is caused by the relatively large gap formed between the oxidant side through hole 329b and the oxidant side fixing screw 334.
  • Each can be absorbed.
  • a large force does not act on the oxidizing agent lid 329, and the oxidizing agent lid 329 does not break.
  • the invention according to Claim 46 is the invention according to Claim 42 or 43, and further includes a fuel-side through-hole 376b formed in the fuel distribution body 376 as shown in FIG.
  • a fuel side through hole 327b is formed in the fuel cover 327, and a fuel side fixing screw 383 passed through the fuel side through hole 327b and the fuel side through hole 376b is screwed into the fuel side nut 386 to thereby form a fuel cover.
  • the body 327 is fixed to the fuel distribution body 376, and the diameter of the fuel side through hole 327b or the fuel side through hole 376b is changed by the thermal expansion and contraction of the fuel distribution body 376 and the fuel lid 327.
  • the diameter is formed larger than the fuel-side fixing screw 383 so as to absorb the difference between the two.
  • the fuel side Since the diameter of the through hole 327b or the fuel side through hole 376b is formed larger than the fuel side fixing screw 383, the amount of deformation due to thermal expansion and contraction of the fuel distribution body 376 and the fuel lid 327 is reduced.
  • the difference can be absorbed by the relatively large gap formed between the fuel side through hole 327b or the fuel side through hole 376b and the fuel side fixing screw 383, respectively. As a result, no large force acts on the fuel lid 327, and the fuel lid 327 is not damaged.
  • the invention according to Claim 47 is the invention according to any one of Claims 42 to 44, and further includes, as shown in FIG. A through hole 378b is formed, an oxidant side through hole 329b is formed in the oxidant lid 329, and an oxidant side fixing screw 384 that is passed through the oxidant side through hole 329b and the oxidant side through hole 378b is connected to the oxidant side.
  • the oxidizing agent lid 329 is fixed to the oxidizing agent distributing unit main body 378.
  • Thermal expansion and contraction of main body 378 and oxidant lid 329 In order to absorb the difference in the amount of deformation caused by the oxidizing agent, the screw is formed to have a diameter larger than that of the oxidant-side fixing screw 384.
  • the oxidizing agent Since the hole diameter of the side through hole 329b or the oxidant side through hole 378b is formed larger than the oxidant side fixing screw 384, deformation due to thermal expansion and thermal contraction of the oxidant distributor body 378 and the oxidant lid 329 is caused.
  • the difference in the amount can be absorbed by the relatively large gap formed between the oxidant-side through hole 329b or the oxidant-side through hole 378b and the oxidant-side fixing screw 384, respectively. As a result, no large force acts on the oxidizing agent lid 329, and the oxidizing agent lid 329 does not break.
  • the invention according to claim 48 is the invention according to any one of claims 42, 43, 44, and 46, further comprising a fuel-side opening peripheral edge of a fuel distributor body and a fuel lid.
  • a fuel or sealing member made of glass or cement is filled between the body and the periphery.
  • the invention according to claim 49 is the invention according to any one of claims 42, 43, 45, and 47, further comprising an oxidant-side opening periphery of the oxidant-distribution body.
  • a glass or cement oxidant seal member is filled between the oxidant lid and the periphery of the lid.
  • the oxidizing gas in the oxidizing agent distribution chamber has a high sealing effect.
  • the invention according to claim 50 is the invention according to claim 46, and further includes a screw portion 383 a of the fuel-side fixing screw 383 inserted into the fuel-side through-hole 376b as shown in FIG. A fuel side slit 376d for exposing the fuel is formed in the fuel dispenser main body 376. With the fuel lid 327 fixed to the fuel distribution body 376 using the fuel side fixing screw 383 and the fuel side nut 386, the fuel cell and fuel distribution body 373 are operated to operate the fuel cell.
  • the fuel-side fixing screw 383 and the fuel-side nut 386 may be seized to prevent the fuel-side nut 386 from coming off the fuel-side fixing screw 383.
  • the fuel-side fixing screw 383 exposed from the fuel-side slit 376d is cut with a metal saw or the like to secure the fuel side. Since the screw 383 is easily removed from the fuel side through hole 376b and the fuel side through hole 327b, the fuel lid 327 can be removed from the fuel distribution body 376.
  • the invention according to claim 51 is the invention according to claim 47, and further includes, as shown in FIG. 19, a screw portion of the oxidant-side fixing screw 384 communicated with the oxidant-side through hole 378b.
  • An oxidant-side slit 378d for exposing 384a is formed in the oxidant distributor body 378.
  • the oxidizer-side fixing screw 384 and the oxidizer-side nut 387 may be seized to prevent the oxidizer-side nut 387 from coming off the oxidizer-side fixing screw 384.
  • the oxidizing agent-side fixing screw 384 exposed from the oxidizing agent-side slit 378d is cut with a metalworking saw or the like, so that the oxidizing agent is removed.
  • the invention according to claim 52 is an invention according to any one of claims 42, 43, 44, 46, 48, and 50, and as shown in FIG.
  • a pair of fuel through holes 326c, 326c for introducing fuel gas into the distribution body 376 are formed on the upper and lower surfaces of the fuel distribution body 376, respectively.
  • the fuel gas can be supplied substantially uniformly to each separator.
  • the invention according to claim 53 is the invention according to any one of claims 42, 43, 45, 47, 49, and 51, and as shown in FIG.
  • a pair of oxidant through holes 32 and 328 c for introducing an oxidant gas into the dispenser main body 378 are formed on the upper and lower surfaces of the oxidizer distributor main body 378, respectively.
  • the oxidizing gas can be supplied substantially uniformly to each separator.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fuel cell module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the fuel cell taken along line AA in FIG.
  • Fig. 3 is a sectional view taken along line BB of Fig. 2.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view taken along the line CC of Fig. 2.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line A—A of FIG.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG.
  • FIG. 10 is a sectional view taken along line EE of FIG.
  • FIG. 11 is a sectional view taken along line FF of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line A—A of FIG.
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line BB of FIG.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG.
  • FIG. 16 is a longitudinal sectional view of a fuel cell module according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is an exploded perspective view of the first embodiment of the fuel distribution module and the air distribution module of the fuel cell module.
  • FIG. 18 is an exploded perspective view corresponding to FIG. 17 showing a second embodiment of the fuel distribution unit and the air distribution unit.
  • FIG. 19 is an exploded perspective view corresponding to FIG. 17 showing a third embodiment of the fuel distribution unit and the air distribution unit.
  • FIG. 20 is an exploded perspective view corresponding to FIG. 17 and showing a fourth embodiment of the fuel distribution unit and the air distribution unit.
  • the fuel cell module 10 includes a fuel cell 11 having (n + 1) stacked power generation cells 12 and a single fuel cell 11 provided in the vicinity of the fuel cell 11.
  • a fuel distributor 13 and a single air distributor 14 are provided.
  • n is a positive integer.
  • the power generation cell 12 includes a disk-shaped solid electrolyte layer 12a, and a disk-shaped fuel electrode layer 12b and an air electrode layer 12c (oxidized) disposed on both sides of the solid electrolyte layer 12a. (Electrode layer).
  • the fuel cell layer 1 2 b of the i-th (i l, 2,..., N) power generation cell 12 from above and the (i + 1) -th power generator
  • a total of n sheets are interposed one by one.
  • the j-th separation is the i-th power generation It means the separation between the cell and the (i + 1) th power generation cell.
  • the air electrode layer 12 c of the first (top-most) power generation cell 12 from the top is formed of a single air plate formed of a conductive material through an air electrode current collector 18 in the form of a square plate.
  • End plate 2 1 end plate for oxidant
  • the anode current collector 17 is placed on the anode layer 12 b of the (n + 1) th (lowest) power generation cell 12 from the top.
  • a single fuel end plate 22 formed in a square plate shape by a conductive material is laminated through the intermediary.
  • the solid electrolyte layer, fuel electrode layer, air electrode layer, fuel electrode current collector and air electrode current collector are not disc-shaped, but are polygonal plates such as square plates, hexagonal plates, and octagonal plates. It may be formed in a shape. Separators, air end plates and fuel end plates may not be square plates but may be formed in a disk shape, or in a polygonal shape such as a rectangular shape, a hexagonal shape, an octagonal shape, etc. Good.
  • the second fuel hole 23 b of the fuel supply passage 23 described later is not limited to one, but is provided at a substantially center in order to allow the fuel gas to flow uniformly from the substantially center of the power generation cell 12 to the outer periphery. It may be two or three or more.
  • each power generation cell When the fuel cells are installed so that the stacking direction of the power generation cells coincides with the vertical direction, that is, each power generation cell extends in the horizontal direction, it is preferable that the fuel gas is discharged from the approximate center of the separator.
  • the fuel gas flows from the part shifted slightly below the center of Separation. It is preferable to discharge. The reason for this is that when a fuel cell is installed so that each power generation cell extends in the vertical direction and hydrogen or methane fuel gas is discharged from the center of Separé, hydrogen or methane rises due to the effect of gravity.
  • the upper part of the power generation cell has a more active battery reaction than the lower part. Therefore, when the fuel cells are installed so that each power generation cell extends in the vertical direction, the position of the second fuel hole is slightly lower than the center of Separation in order to generate power uniformly over the entire power generation cell as described above. It is preferable to shift to
  • the third air holes 24c of the air supply passages 24 described later are formed in a shuffle shape (a state in which many are arranged vertically and horizontally), a cell is formed in order to make air flow evenly over the entire power generation cell 11. It is preferable to form more (densely) the third air holes 24c in the central portion than in the outer peripheral portion of the palace. This is because if the shower-shaped third air holes 24c are formed at equal intervals, more air will be discharged from the outer peripheral portion than the central portion of the separator 16.
  • the solid electrolyte layer 12a is formed of an oxide ion conductor. Specifically, it is an oxide ion conductor represented by the general formula (l): LnlAGaB1B2B3O.
  • Ln is one or more elements selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd and Sm, and is 43.6-51.2% by weight.
  • A is one or more elements selected from the group consisting of Sr, Ca and Ba, and 5.4 to; L I. 1% by weight is contained, and Ga is 20.0%.
  • one or more elements selected from the group consisting of BUgMg, A1 and In, and B2 is composed of Co, Fe, Ni and Cu
  • B 3 is selected from the group consisting of Al, Mg, Co, Ni, Fe, Cu, Zn, Mn, and Zr
  • B3 0.23 to 3.08% by weight, when B1 and B3 or B2 and B3 are the same element
  • the sum of the contents of B1 and B3 is 1.41 to 2.70% by weight, and the sum of the contents of B2 and B3 is 1.07 to 2.10% by weight Duru.
  • the solid electrolyte layer 12a may be formed of an oxide ion conductor represented by the general formula (2): Ln1AxGaB1B2zB3wOs-d.
  • Lnl is one or more elements selected from the group consisting of La, Ce, Pr, Nd and Sm
  • A is Sr
  • B 2 is one or more elements selected from the group consisting of Co, Fe, Ni and Cu
  • B 3 is A 1
  • Mg, Co, Ni, Fe, Cu , Zn, Mn and Zr X is 0.05 to 0.3
  • y is 0.025 to 0.29
  • z is 0.01 to 0.15
  • w is 0.0 1 to 0.15
  • y + z + w is 0.035 to 0.3
  • d is 0.04 to 0.3.
  • the power generation operation can be performed at a relatively low temperature of 650 ⁇ 50 ° C without lowering the power generation efficiency of the fuel cell 11. It is possible to do this.
  • the fuel electrode layer 12 b or is made of a metal such as N i, or or is constituted by sub Metto such N i one YS Z, or N i and the general formula (3): in C ei -m D m 0 2 It is formed porous by a mixture with the compound represented.
  • D is one or more elements selected from the group consisting of Sm, Gd, Y and Ca; m is the atomic ratio of the D element; .05 to 0.4, preferably 0.1 to 0.3.
  • Air electrode layer 1 2c has the general formula ():! ⁇ !!? ⁇ L n 3 XE i- y Co y ⁇ 3 + d Porous oxide ionic conductor.
  • L n 2 is one or both elements of La or Sm
  • Ln 3 is one or both elements of Ba, Ca or S r
  • E is one or both elements of Fe or Cu.
  • X is the atomic ratio of Ln3, and is set in the range of more than 0.5 and less than 1.0.
  • y is the atomic ratio of the Co element, and is set to be greater than 0 and less than or equal to 1.0, preferably in a range of 0.5 or more and 1.0 or less.
  • d is set in the range from -0.5 to 0.5.
  • this green sheet is sufficiently dried in the air, cut into predetermined dimensions, and then sintered at 1450 ° C.
  • a solid electrolyte layer '12a is obtained.
  • Further forming the air electrode layer 12 c by baking on the other surface of the solid electrolyte layer 12 a a (Sm 0. 5 S r 0. 5 ) C O_ ⁇ 3 1000 ° C.
  • the power generation cell 12 is manufactured.
  • the solid electrolyte layer is formed by an ion exchange resin membrane, and the fuel electrode layer and the air electrode layer are formed by a catalyst metal powder or a platinum-supporting carbon powder, a mixture of polytetrafluoroethylene and an ion exchange resin. Is also good.
  • a fuel cell having a power generation cell configured as described above is called a solid polymer electrolyte fuel cell.
  • the separator 16 is preferably formed of any of stainless steel, a nickel-based alloy, and a chromium-based alloy.
  • a nickel-based alloy for example, SUS316, SUS430, Inconel 600, Hastelloy X (trade name of Haynes SteUite), Haines Alloy 214 and the like can be mentioned.
  • the fuel supply passage 23, the air supply passage 24 (oxidant supply passage), and a plurality of inlet holes 16a are formed in the separator 16 (FIGS. 2 and 3).
  • the fuel supply passage 23 is connected to the first fuel hole 23a extending from the outer peripheral surface of the separator 16 to substantially the center, and communicates with the first fuel hole 23a to the fuel electrode current collector 17 from substantially the center of the separator 16. It has a second fuel hole 23b facing it.
  • the air supply passage 24 extends in a direction perpendicular to the thickness direction of the separator 16 and has a base end opening at the outer peripheral surface of the separator 16 and a substantially T-shaped first air hole closed at the end. 24a and a plurality of second air holes 24b extending in a direction perpendicular to the thickness direction of the separator 16 and formed at a predetermined interval from each other and communicating with the first air holes 24a and further closed at both ends. And a large number of third air holes 24c formed at predetermined intervals on the surface of the separator 16 facing the air electrode current collector 18 so as to communicate with the second air holes 24b.
  • the first air hole 24a communicates with the first fuel hole 23a and the base hole 24d having the same hole core as the first fuel hole 23a, and communicates with the plurality of second air holes 24b and is closed at both ends. It consists of a distribution hole 24e.
  • the base of the base hole 24 d is formed in the distribution hole 24 e.
  • a long hole whose both ends are closed by joining the closing plate 25 to this adjacent side surface after forming it from the side surface adjacent to one side surface of Becomes
  • the plurality of second air holes 24b are formed parallel to the base hole 24d from one side of the separator 16 where the base end of the base hole 24d is formed. By joining the closing plates 25, a plurality of elongated holes with both ends closed are formed.
  • the plurality of insertion holes 16a are formed in parallel with the first fuel hole 23a and the second air hole 24b so as not to communicate with any of the fuel supply passage 23 and the air supply passage 24.
  • the first heaters 31 are inserted into the insertion holes 16a, respectively (Fig. 3).
  • the depth of the slit 16b is formed to be the same over the entire length.
  • the number of the slits is not limited to three, but may be two or four or more. Also, the depth of the slit may be formed so as to gradually increase or decrease as the distance from the center of the separation increases.
  • the anode current collector 17 is made of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or nickel, silver, silver alloy, platinum, or copper, and is made of stainless steel, nickel-based alloy. Alternatively, when formed from a chromium-based alloy, it is preferable to apply silver plating or copper plating through nickel plating, silver plating, or nickel base plating.
  • the cathode current collector 18 is made of silver, silver-plated or platinum-plated stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver, silver alloy or platinum through silver-plated nickel.
  • the anode current collector When formed of stainless steel, a nickel-based alloy, or a chromium-based alloy, it is preferable to perform silver plating or platinum plating through silver plating or nickel base plating.
  • the anode current collector When a hydrocarbon is used as the fuel gas, the anode current collector is made of nickel-plated stainless steel, a nickel-based alloy or a chromium-based alloy, or nickel, and hydrogen is used as the fuel gas. If the anode current collector is silver-plated, silver-plated or copper-plated stainless steel, nickel-based alloy or chrome It is made of a base alloy, or silver, silver alloy, platinum or copper. An example of a method for manufacturing the anode current collector 17 will be described below.
  • atomized powder such as stainless steel and HPMC (water-soluble resin binder), distilled water and additives ( ⁇ -hexane (organic solvent), DBS (surfactant), glycerin (plasticizer), etc.) Is added and kneaded to prepare a mixed slurry.
  • atomized powder such as stainless steel and HPMC (water-soluble resin binder), distilled water and additives ( ⁇ -hexane (organic solvent), DBS (surfactant), glycerin (plasticizer), etc.)
  • ⁇ -hexane organic solvent
  • DBS surfactant
  • glycerin plasticizer
  • the above-mentioned air electrode current collector 18 is also manufactured in substantially the same manner as the above-mentioned fuel electrode current collector 17.
  • the end plate 21 for air and the end plate 22 for fuel are formed in the same shape (square plate shape) with the same material as Separation 16.
  • An air supply passage 27 and a plurality of insertion holes (not shown) are formed in the end plate 21 for air, and a fuel supply passage 26 and a plurality of insertion holes (not shown) are formed in the end plate 22 for fuel. Is formed.
  • the air supply passage 27 is formed in the same manner as the air supply passage 23, and extends in a direction perpendicular to the thickness direction of the air end plate 21 and has a base end opened to the outer peripheral surface of the air end plate 21.
  • a T-shaped first air hole 27 a having a closed end, and a first air hole 2 extending in a direction perpendicular to the thickness direction of the air end plate 21 and formed at a predetermined interval from each other.
  • a plurality of second air holes (not shown) communicating with a and further closed at both ends are provided at predetermined intervals on the surface of the air end plate 21 facing the air electrode current collector 18. It has a number of third air holes (not shown) formed so as to communicate with the second air holes.
  • the fuel supply passage 26 is formed in the same manner as the fuel supply passage 23, and communicates with the first fuel hole 26a and the first fuel hole 26a, which are directed substantially from the outer peripheral surface of the fuel end plate 22 to the center. And a second fuel hole 26 b facing the anode current collector 17 from substantially the center of the fuel end plate 22.
  • the first air hole 27 a formed in the air end plate 21 communicates with the base hole 27 d and the base hole 27 d and also communicates with a plurality of second air holes, so that both ends are closed.
  • the distribution hole consists of 27 e.
  • Distribution hole 27 e is the air end with the base end of base hole 27 d
  • the plate 21 is formed so as to be orthogonal to the base hole 27 d from the side surface adjacent to one side surface, and then the closing plate 25 is joined to the adjacent side surface to form an elongated hole with both ends closed.
  • the plurality of second air holes are formed parallel to the base hole 27 d from one side of the air end plate 21 on which the base end of the base hole 27 d is formed, and then a closing plate is joined to this side.
  • the plurality of insertion holes of the air end plate 21 are formed in parallel with the second air hole so as not to communicate with the air supply passage 27, and heat sinks (not shown) are respectively inserted into these insertion holes.
  • the plurality of insertion holes of the fuel end plate 22 are formed in parallel with the first fuel holes 26a so as not to communicate with the fuel supply passage 26, and heaters (not shown) are inserted into these insertion holes, respectively. Is performed.
  • the depth of these slits 22b is formed to be the same over the entire length.
  • the number of the slits is not limited to three, but may be two or four or more.
  • the depth of the slit may be gradually deeper or shallower as it goes away from the center of the separation.
  • through holes 16c through which ports (not shown) can pass are formed at the four corners of the separator 16, the air end plate 21 and the fuel end plate 22 (FIGS. 3 and 4). .
  • the nuts are screwed into the ends of these ports, respectively, so that the fuel cells 11 are fixed in the state of being stacked as described above. It has become.
  • the fuel distribution panel 13 and the air distribution panel 14 are provided so as to extend in the stacking direction of the power generation cells 12, and are formed in a cylindrical shape with both ends closed.
  • the fuel distribution window 13 passes through the (n + 1) fuel short tubes 28 and the first fuel hole 23 a and the single fuel hole 23 of the fuel supply passage 23 of the n separators 16.
  • the fuel supply passage 26 of the fuel end plate 22 is connected to the first fuel hole 26 a of the fuel supply passage 26 a
  • the air distribution panel 14 is composed of (n + 1) short air tubes 2.
  • 9 through n separators 1 16 air supply passage 24 1st air hole 24 a and single air end plate 2 1 air supply passage 27 1st air hole 2 7 a Are connected to each other.
  • the fuel distribution panel 13, the air distribution panel 14, the fuel short pipe 28 and the air short pipe 29 are made of a conductive material such as stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy. It is formed of a conductive material.
  • electrical insulation such as alumina is provided between the fuel short tube 28 and the fuel distribution window 13.
  • a fuel insulating tube 36 made of a conductive material is interposed, and these gaps are sealed by a fuel sealing member 37 having electrical insulation such as glass or cement.
  • an electrical connection such as aluminum is used between the short pipe for air 29 and the distribution pipe for air 14.
  • An air insulating tube 38 formed of an insulating material is interposed, and these gaps are sealed by an air insulating member 39 having electrical insulation such as glass or cement.
  • a pair of electrode terminals 41 and 42 are electrically connected to the center of the upper surface of the end plate 21 for air and the center of the lower surface of the end plate 22 for fuel.
  • a fuel preheating tube 43 is connected to the upper outer peripheral surface of the fuel distribution panel 13. The fuel preheating tube 43 is spaced from the outer peripheral surface of the fuel cell 11 by a predetermined distance and has a pair of electrode terminals 41. , 42 wound spirally around the axis of 2.
  • An air preheating tube 44 (oxidizing agent preheating tube) is connected to the outer peripheral surface of the air distribution tube 114. The air preheating tube 44 is spaced from the outer peripheral surface of the fuel cell 11 by a predetermined distance.
  • a second heater 32 is spirally wound around the axis of the pair of electrode terminals 41, 42 at a predetermined distance from the outer peripheral surface of the fuel cell 11. Is done.
  • the spiral radius of the fuel preheating tube 43 is smaller than the spiral radius of the air preheating tube 43, and The spiral radius of the fuel preheating tube 43 is formed to be a value between the spiral radius of the fuel preheating tube 43 and the spiral radius of the air preheating tube 44.
  • the fuel preheating tube 43 and the air preheating tube 44 are formed of stainless steel, a nickel-based alloy, a chromium-based alloy, or the like.
  • the air preheating pipe 44 is connected to a substantially central portion of the air distribution chamber 14 in the longitudinal direction. This is because, during power generation, Joule heat is generated due to the internal resistance of the fuel cell 11, and the central part in the stacking direction of the fuel cell 11 becomes the hottest, and this part has an air preheating pipe 44 and an air distribution chamber.
  • the power generation cell 12 is kept at a uniform temperature.
  • the fuel cell 11 is housed in an inner case 46 together with a spiral fuel preheating tube 43, a spiral air preheating tube 44 and a spiral second heater 32.
  • a first exhaust pipe 51 and a second exhaust pipe 52 for guiding the fuel gas and air discharged from the power generation cell 12 to the outside of the inner case 46 are connected to the lower outer peripheral surface and the upper surface of the inner case 46, respectively. Is done.
  • the outer surface of the inner case 46 is covered with a heat insulating material 47, and the fuel preheating pipe 43, the air preheating pipe 44, and the first exhaust pipe 51 are spirally formed on the outer peripheral surface of the inner case 46. It is wound.
  • the first exhaust pipe 51 is formed to have a larger diameter than the fuel preheating pipe 43 and the air preheating pipe 44, and the fuel preheating pipe 43 and the air preheating pipe 44 are inserted inside. At a predetermined interval from the outer peripheral surface of the inner case 46. It should be noted that the fuel preheating pipe and the air preheating pipe may be spirally wound around the outer peripheral surface of the inner case without being loosely inserted into the inner part of the first exhaust pipe, but in close contact with the outer peripheral surface of the first exhaust pipe. Good.
  • the inner case 46 includes a spiral first exhaust pipe 51, a fuel preheating pipe 43 and an air preheating pipe 44 played in the first exhaust pipe 51, and a heat insulating material 47 together with the heat exchanger 47. 4 housed in 8.
  • the preheating pipe 43 and the air preheating pipe 44 project outside the first exhaust pipe 51 from the protruding portion.
  • the tip of a water supply pipe 49 for mixing steam into the fuel gas in the fuel preheating pipe 43 is inserted into the pipe 43, and a sprayer (not shown) is connected to the water supply pipe 49. It is preferable that the tip of the water supply pipe 49 is located in the housing 48.
  • the fuel gas includes, for example, methane gas (CH 4 ).
  • CH 4 methane gas
  • the atomized water injected from the atomizer is configured to be vaporized by the heat of the exhaust gas passing through the second exhaust pipe 52 to become steam.
  • the fuel preheating tube 43 is filled with reformed particles (not shown) at a density at which fuel gas can flow.
  • the modified particles are N i, N I_ ⁇ , A 12 O 3, S I_ ⁇ 2, MgO, C A_ ⁇ , F e 2 ⁇ 3, F e 3 ⁇ 4, V2O3, N i A l 2 ⁇ 4, Z R_ ⁇ 2, S i C, C r 2 ⁇ 3, Th_ ⁇ 2, C e 2 ⁇ 3, B 2 ⁇ 3, Mn_ ⁇ 2, ZnO, Cu, from the group consisting of B a O and T i O 2 It is preferably formed of an element or an oxide containing one or more selected ones.
  • a water separator 53 is connected to the lowermost end of the fuel preheating pipe 43 spirally wound around the fuel cell 11 and located in the inner case 46. This is configured so that when the temperature of the fuel cell module 10 is stopped and the temperature is lowered, and the water vapor is liquefied into water, the water is stored in the water separator 53. As a result, even if the fuel cell module 10 is restarted, the water is not supplied to the power generation cell 12 in a liquid state, so that the performance of the power generation cell 12 does not decrease and the power generation cell 12 is not damaged.
  • the water separator may be connected to a fuel preheating pipe outside the inner case.
  • a cooling pipe capable of supplying cooling air (cooling oxidant gas) to the air preheating pipe 44 is provided at an upper end of the air preheating pipe 44 spirally wound around the fuel cell 11 and located in the inner case 46. 56 is connected. Between the connection of the cooling pipe 56 and the connection of the air distribution pipe 14 of the air preheating pipe 44, a mixing section for mixing the air in the air preheating pipe 44 and the cooling air in the cooling pipe 56 is provided. Connected. Although not shown, a baffle plate, a stirrer, and the like are incorporated in the mixing section for mixing the air and the cooling air.
  • a temperature sensor 58 for detecting the temperature of the fuel cell 11 is inserted into the fuel cell 11, and a cooling pipe 56 is provided with a flow regulating valve 59 for regulating the flow rate of cooling air.
  • the detection output of the temperature sensor 58 is connected to the control input of a controller (not shown). Then, the control output of the controller is connected to the flow control valve 59.
  • Reference numeral 54 in FIG. 1 denotes an insulating ring for electrically insulating the inner case 46 and the outer case 48 from the pair of electrode terminals 41 and 42.
  • Fuel gas for example, methane gas (CH 4 )
  • water H 2 ⁇
  • air oxidizing gas
  • the fuel gas containing water vapor is passed through the fuel preheating pipe 43 inserted in the first exhaust pipe 51 and spirally wrapped around the outer surface of the inner case 46.
  • the fuel gas passing through the fuel preheating pipe 43 is heated by the high-temperature exhaust gas discharged from the power generation cell 12 and the second heater 32. Since the fuel preheating pipe 43 is filled with the reformed particles, by heating the fuel gas containing steam as described above, the fuel gas containing steam is reformed by the reformed particles ( For example, hydrogen gas (H 2 ) is supplied to the fuel distributor 13. The air passing through the air preheating pipe 44 is also heated by the high-temperature exhaust gas and the second heater 32 and supplied to the air distributor 14.
  • the fuel gas heated and reformed to the optimum temperature for power generation When the fuel gas heated and reformed to the optimum temperature for power generation is introduced into the fuel distribution chamber 13, the fuel gas passes through the fuel short pipe 28 and the fuel supply passages 23, 26, and then separates. The fuel is discharged from the center of the anode current collector 17 from the center of the fuel end plate 22 overnight. This allows the fuel gas to pass through the pores in the anode current collector 17. The fuel is quickly supplied to the approximate center of the fuel electrode layer 12b, and further guided by the slits 16b and 22b to flow spirally from the approximate center of the fuel electrode layer 12b toward the outer peripheral edge. You.
  • the air supplied to the air electrode layer 12c passes through pores in the air electrode layer 12c and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer 12a, where oxygen in the air loses oxygen.
  • the oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer 12a toward the fuel electrode layer 12b, and reach the vicinity of the interface with the fuel electrode layer 12b.
  • the fuel gas is discharged from the approximate center of the separator 16 and the approximate center of the fuel end plate 22 and guided by the slits 16b and 22b, so that the reaction path of the fuel gas is long. Become. As a result, the fuel gas collides with the fuel electrode layer 12b very much before the fuel gas reaches the outer periphery of the separator 16 and the end plate 22 for fuel. The performance of 11 can be improved.
  • the (n + 1) power generation cells 12 are connected in series via a separator 16 made of a conductive material, a fuel electrode current collector 17 and an air electrode current collector 18, and Since a pair of electrode terminals 4 1 and 4 2 are provided on the air end plate 2 1 and the fuel end plate 2 2 at both ends of the fuel cell 1 1, a large amount of power is supplied from these electrode terminals 4 1 and 4 2. Can be taken out.
  • the reaction is In the fuel cell module 10 of the present invention, compared with a fuel cell having no air electrode current collector and no fuel electrode current collector, Contributes to power generation, which improves power generation efficiency. Also, when the fuel cell module 10 is started, the power generation cell 12 can be heated quickly by energizing the first heater 31 so that the heating time can be shortened and the power generation cell 12 is uniform. The temperature of the power generation cell 12 can be prevented because the temperature difference between the center and the outer peripheral edge of the power generation cell 12 disappears and thermal expansion occurs uniformly. In addition, when the insertion hole is not inserted into the insertion hole, that is, when the insertion hole is a lighter hole, the weight of the separation plate, the air end plate and the fuel end plate can be reduced. The weight can be reduced.
  • Both the inner case 46 and the inner case 48 have silver plating or platinum plating through the nickel base plating.
  • Distributor 1/3, fuel preheating pipe 43, short pipe for air 29, air distribution pipe 14 and air preheating pipe 44, with silver on the outer surface and silver through nickel plating It is preferable to apply a plating or a platinum plating.
  • the radiant heat generated by the power generation cell 12 during operation of the fuel cell 11 can be used to keep the fuel preheating pipe 43 and the oxidant preheating pipe 44 warm, and the power generation cell 12 and the separator 16 can be used.
  • the heat insulation effect can be enhanced.
  • the fuel preheating pipe 43, the fuel distribution pipe 13 and the fuel short pipe 28, the oxidizer preheating pipe 44, the oxidizer discharge pipe 14 and the oxidizer short pipe 27 are made of stainless steel. It is preferable that the inner surface is formed of either a nickel-based alloy or a chromium-based alloy, and the inner surface is silver-plated or nickel-plated through a nickel base plating. As a result, the inside of the oxidizer preheating tube 44, the oxidizer distributor 14 and the oxidizer short tube 27 is not oxidized, and the generation of oxide scale (powder oxide) can be suppressed.
  • the liquid is discharged substantially uniformly from the lower surface and the lower surface of the end plate 21 for air.
  • the power generation cell 12 can be uniformly heated and cooled by air.
  • the power generation cell 12 is heated by the generation of Joule heat during power generation of the fuel cell module 10 and rises above a set temperature (for example, 650), the temperature is slightly lower than the set temperature.
  • a set temperature for example, 650
  • the power generation cell 12 can be cooled uniformly, so that the heating or cooling of the power generation cell 12 can be performed locally. Damage can be prevented.
  • the temperature control of the fuel cell 11 described above can be performed by controlling the flow control valve 59 of the controller based on the detection output of the temperature sensor 58. That is, when the temperature sensor 58 detects that the temperature of the fuel cell 11 has exceeded the set temperature (for example, 650 ° C.) during the operation of the fuel cell 11, the controller operates based on the detection output of the temperature sensor 58. Change the opening of the flow control valve 59 to mix the air passing through the air preheating pipes 44 with the cooling air passing through the cooling pipes 56, and use the fuel at a temperature lower than the set temperature (for example, 63 ° C) as fuel.
  • nickel-based alloy or chromium-based alloy separator 16 and fuel end plate 22 nickel plating, silver plating, or silver plating or copper plating with nickel base plating
  • the electrical continuity of the air electrode current collector 18 and the electrical continuity of the air end plate 21 and the air electrode current collector 18 can be maintained for a long time through the above-mentioned joint, and the fuel cell module can be maintained by the above-mentioned junction. 10 shortens the assembly work time and improves the assembly workability.
  • the joining method includes silver brazing, spot welding, laser welding, and the like. Nickel plating, chrome plating, silver plating or nickel plating is applied to stainless steel, nickel-based alloy, or chromium-based alloy on the separator 16, air end plate 21 and fuel end plate 22. When silver plating is applied through the separator, electrical continuity between the separator 16, the air end plate 21 and the fuel end plate 22, and the fuel electrode current collector 17 and the air electrode current collector 18 is established. It can be kept for a long time.
  • oxygen or another oxidizing gas may be used.
  • the fuel cell is a solid oxide fuel cell in which a power generation cell is formed by sandwiching a solid electrolyte layer between a fuel electrode layer and an air electrode layer (oxidant electrode layer).
  • a polymer electrolyte fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, or the like may be used.
  • stainless steel separator Ichita has been formed by either nickel base alloy or chromium base alloy, lanthanum chromite (L a o. 9 S r 0. I C r O s) , etc. May be formed of ceramic having the above conductivity.
  • the first heaters were inserted into the insertion holes of the separator, the air end plate, and the fuel end plate, respectively.
  • the first heater and the temperature sensor thermocouple for temperature measurement
  • they may be inserted alternately. In this case, by controlling the first heater based on the detection output of the temperature sensor, the temperature of the separator and the like can be finely controlled.
  • the tip of the water supply pipe is inserted into the fuel preheating pipe, and the sprayer is connected to the water supply pipe.
  • the tip of the water supply pipe is inserted into the upper part of the fuel preheating pipe, A pump may be connected to the proximal end of the supply pipe.
  • the fuel The water is vaporized by the heat of the exhaust gas passing through the second exhaust pipe as it goes down the fuel preheating pipe.
  • exhaust pipes 51 and 52 for guiding the fuel gas and the oxidizing gas discharged from the power generation cell 12 to the outside of the inner case 46 and the outer case 48 may be connected to the steam bin.
  • the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell module 10 is used to heat water to generate compressed steam, and this compressed steam is injected into the bin and rotated to produce a generator. By rotating it, heat energy can be converted into electric energy.
  • the fuel cell 110 shown in FIG. 5 is configured by stacking (n + 1) power generation cells 111 similarly to the fuel cell 11 shown in FIG. 1, and includes a solid electrolyte layer llla and a fuel electrode layer 1 lib. , Air electrode layer (oxidant electrode layer) lllc, separator 112, fuel electrode current collector 113, air electrode current collector (oxidant electrode current collector) 114, end plate for air (end plate for oxidant) 116
  • the fuel end plate 117 is the solid electrolyte layer 12a, the fuel electrode layer 12b, the air electrode layer (oxidizing agent electrode layer) 12c, the separator electrode 16 and the fuel electrode current collector in Fig. 1, respectively.
  • the separator 112 the air end plate 116, and the fuel end plate 117 are each formed in a square plate shape having a side of a diameter of the fuel electrode layer 111b or the like.
  • the solid electrolyte layer, the fuel electrode layer, the air electrode layer, the fuel electrode current collector and the air electrode current collector are not discs but polygons such as quadrilateral, hexagonal, and octagonal plates. It may be formed in a plate shape.
  • air end plates and fuel end plates may be formed not in a square plate shape but in a disk shape, or in a polygonal shape such as a rectangular shape, a hexagonal shape, or an octagonal shape.
  • the solid electrolyte layer 111, the fuel electrode layer 111b, and the air electrode layer 111c are formed of the same material as in the above-described first embodiment of the present invention.
  • the separator 112, the air end plate 116 and the fuel end plate 117 are preferably formed of stainless steel, a nickel-based alloy, or a chromium-based alloy.
  • the anode current collector 113 is made of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or nickel, silver or
  • the cathode current collector 114 is made of porous material such as stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver or platinum.
  • separator 112 fuel gas is introduced from the outer peripheral surface of the separator 112 and discharged from the surface of the separator 112 facing the fuel electrode current collector 113, and a fuel passage 118 for separator is provided. Is introduced from the outer peripheral surface of the separator 112 and discharged from the surface of the separator 112 facing the air electrode current collector 114 to form an air passage 119 for separator (oxidizer passage for separator) (FIG. 5). ⁇ Figure 7). Separation evening fuel passage 118 is formed at the center of the single separator evening evening fuel introduction hole 118a formed on the outer peripheral surface of separation evening 112, and in the center of the surface facing the anode current collector 113 of separation evening 112.
  • Separation overnight air passage 119 has a single separation night air introduction hole 119a (oxidizing agent introduction hole for separation night) formed on the outer peripheral surface of separation night 112 and an air electrode of separation night 112.
  • a separation air communication hole 119c (an oxidizer communication hole for separation oil) that communicates the introduction hole 119a and the separation air discharge hole 119b.
  • Separet Night 112 has a Separete Evening Fuel Groove 121a formed on the upper surface and a Separete Evening Air Groove 121b (oxidizer groove for Separete Evening) formed on the lower surface.
  • the separation recess fuel groove 121a is formed linearly from one corner of the separation tray substrate 121 toward the center, and the separation fuel body 122 has a linear shape corresponding to the separator fuel recess 121a. Formed.
  • the fuel recess 121a for the separator evening is covered with the fuel lid 122 for the separator evening, so that the fuel introduction hole 118a for the separator and the fuel communication hole 118c for the separator evening are formed.
  • the above single cell is located at the center of the separation board 121.
  • a pallet evening fuel discharge hole 118b is formed.
  • Separation evening air concave groove 121b is formed in the form of a leaf vein branching from the other corner portion to one corner portion of separation evening substrate 121, and separation night air cover 123 is used for the above separation evening substrate.
  • a leaf vein shape corresponding to the air groove 121b is formed.
  • the air recess groove 121b for separe evening is covered with the air cover 123 for separe evening, so that the air inlet hole 119a for separe evening and the air communication hole 119c for separe evening are formed.
  • the plurality of separation air discharge holes 119b are formed in the space 123 at predetermined intervals.
  • separator lid 121 and the separator air lid 123 can be fixed to the separator substrate 121 by a relatively simple operation.
  • the separator recess fuel groove 121a and the separator air recess groove 121b are formed on the separator substrate 121 so as not to communicate with each other.
  • a pair of fuel notches 121e, 121e are formed at one corner of the separator 112 where the separator fuel introduction hole 118a is formed, and these notches 121e, 121e
  • One corner of the separator 112 is configured to be able to enter a fuel outlet of a fuel distribution window (not shown).
  • a pair of air notches 121f, 121f are formed at the other corner of the separator night 112, in which the air inlet holes 119a are formed. The other corner is configured to be inserted into the air outlet of the air distributor (not shown).
  • the fuel distributor is provided in the vicinity of the fuel cell 110 so as to extend in the stacking direction, and is configured to be able to supply fuel gas to each separator 112 and the fuel end plate 117.
  • the above-mentioned air distribution The fuel cell 110 is provided on the opposite side to the fuel distribution panel so as to extend in the stacking direction of the fuel cells 110, and is configured to be able to supply air to each separator 112 and the air end plate 116.
  • the fuel end plate 117 has an end plate fuel passage 126 through which fuel gas is introduced from the outer peripheral surface of the fuel end plate 117 and discharged from the surface of the fuel end plate 117 facing the anode current collector 113. ( Figures 5, 8, and 9).
  • the end plate fuel passage 126 has a single end plate fuel introduction hole 126a formed on the outer peripheral surface of the fuel end plate 117 and the center of the fuel end plate 117 facing the anode current collector 113.
  • a single end plate fuel discharge hole 126b formed, and an end plate fuel communication hole 126c formed in the fuel end plate 117 and communicating with the end plate fuel introduction hole 126a and the end plate fuel discharge hole 126b.
  • the fuel end plate 117 has an end plate fuel substrate 127 having an end plate fuel groove 127a formed on the upper surface, and an end plate fuel lid 128 that covers the end plate fuel groove 127a.
  • the end plate fuel groove 127a is formed linearly from one corner of the end plate fuel substrate 127 toward the center, and the end plate fuel cover 128 is a straight line corresponding to the end plate fuel groove 127a. It is formed in a shape.
  • the fuel groove 127a for the end plate is covered with the fuel cover 128 for the end plate, so that the fuel introduction hole 126a for the end plate and the fuel communication hole 126c for the end plate are formed.
  • the single end plate fuel discharge hole 126b is formed at the center of the end plate fuel substrate 127.
  • the end plate fuel lid 128 is inserted into the step portion 127c (FIG. 9) of the end plate fuel groove 127a, In this state, the lid 128 is spot-welded to the step 127c.
  • Ag plating is applied to the end plate substrate 127 to which the end plate fuel lid 128 is fixed. In this manner, the end plate fuel lid 128 can be fixed to the end plate fuel substrate 127 by a relatively simple operation. As shown in detail in FIG.
  • a pair of fuel notches 127e, 127e are formed at one corner of the fuel end plate 117 in which the end plate fuel introduction hole 126a is formed.
  • One of the corner portions of the fuel end plate 117 can be inserted into the fuel outlet of the fuel distribution panel by 127e and 127e.
  • An air passage 131 for the end plate (for the end plate) through which air is introduced from the outer peripheral surface of the end plate 116 for the air and discharged from the surface of the end plate 116 for air facing the air electrode current collector 114 is provided to the end plate 116 for the air.
  • Oxidant A passage is formed (Fig. 5, Fig. 10 and Fig. 11).
  • the end plate air passage 131 has a single end plate air introduction hole 131a (end plate oxidant introduction hole) formed on the outer peripheral surface of the air end plate 116, and the air electrode current collection of the air end plate 116.
  • a plurality of end plate air discharge holes 131b end plate oxidant discharge holes formed at predetermined intervals on the surface facing the body 114, and end plate air introduction formed in the air end plate 116.
  • an end plate air communication hole 131c oxidizing agent communication hole for end plate communicating the hole 131a and the end plate air discharge hole 131b.
  • the air end plate 116 has an end plate air substrate 132 (end plate oxidant substrate) having an end plate air concave groove 132a (end plate oxidant groove) formed on the lower surface, and an end plate oxidant substrate. And an air cover 133 for the end plate (an oxidant cover for the end plate) that covers the air groove 132a.
  • the air groove for end plate 1 32a is formed in the shape of a leaf vein branching from the other corner portion of the air plate 132 for end plate toward one corner portion, and the air cover 133 for the end plate is formed of the end plate. It is formed in a leaf vein shape corresponding to the air concave groove 132a.
  • the air groove 132a for the end plate is covered with the air cover 133 for the end plate to become an air introduction hole 131a for the end plate and an air communication hole 131c for the end plate.
  • the plurality of end plate air discharge holes 131b are formed at predetermined intervals.
  • the end plate air lid 133 can be fixed to the end plate air substrate 132 by a relatively simple operation. Further, as shown in detail in FIG. 10, a pair of air notches 132f, 132f are formed in the other corner of the air end plate 116 in which the end plate air introduction hole 131a is formed. The notches 132f, 132f allow the other corner of the air end plate 116 to be inserted into the air outlet of the air distribution window.
  • a plurality of slits (see FIG. 4) extending spirally from a single fuel discharge hole 118b for the separator are formed on the surface of the separator 112 facing the anode current collector 113, respectively.
  • a plurality of slits (see FIG. 4) extending spirally from a single end plate fuel discharge hole 126b are formed on the surface facing the anode current collector 113.
  • the reformed particles (not shown) have a density at which the fuel gas can flow through the separation fuel passage 118c of the separation passage 118 and the end plate fuel passage 126c of the end plate fuel passage 126. ) Is preferably filled.
  • the modified particles the same element or oxide as the modified particles in the first embodiment of the present invention can be used.
  • thermocouple insertion groove 121g into which a thermocouple 136 can be inserted and a heat sink 137 are inserted so as not to communicate with the separation groove fuel groove 121a and the separation air groove 121b.
  • Possible heater insertion grooves 121h are respectively formed (FIGS. 6 and 7).
  • the end plate fuel board 127 has a thermocouple insertion groove 127g into which a thermocouple 136 can be inserted and a heater insertion groove 127h into which a heater 137 can be inserted so as not to communicate with the end plate fuel groove 127a. Are formed respectively (Fig. 8).
  • the end plate air substrate 132 has a thermocouple insertion groove 132g into which a thermocouple 136 can be inserted, and a heat insertion hole into which a heat sink 137 can be inserted so as not to communicate with the end plate air recess groove 132a.
  • 132h are formed respectively (Fig. 10; & Fig. 11).
  • the detection output of the thermocouple 136 is connected to a control input to a controller (not shown), and the control output of the controller is connected to the heater 137.
  • the controller When activating the fuel cell 110, the controller operates the heater 137. Thereby, the separator 112, the fuel end plate 117, and the air end plate 116 are heated by the heater 137, and the fuel cell 110 rises to the starting temperature.
  • the starting temperature is detected by the thermocouple 136, and the controller stops the heating 137 based on the detection output of the thermocouple 136.
  • a fuel gas for example, methane gas (CH 4 )
  • water vapor H 2 ⁇
  • the reformed fuel gas is discharged toward the center of each anode current collector 113 from the separator discharge fuel hole 118b and the end plate fuel discharge hole 126b, and the pores in each anode current collector 113 are discharged.
  • Each fuel electrode layer lib is guided by the slits formed on the opposite surface of the fuel electrode layer lib and spirally flows from the center to the outer peripheral edge.
  • the fuel gas is guided by the slits formed on the surface of the separator substrate 121 facing the anode current collector 113 and on the surface of the end plate fuel substrate 127 facing the anode current collector 113, respectively. Therefore, the fuel gas flows spirally from the center of each fuel electrode layer 111b to the outer peripheral edge, so that the reaction path of the fuel gas becomes longer, and the number of collisions between the fuel gas and each fuel electrode layer 111b increases.
  • the air is discharged almost uniformly in a shower shape from the air discharge holes 119b for the separation and the air discharge holes 131b for the end plates toward each air electrode layer 111c, the respective power generation cells 111 are uniformly heated by air. ⁇ Cooling can be performed, and damage due to local heating or cooling of each power generation cell 111 can be prevented.
  • Separation cover 112 covers separation recess fuel groove 121a of separation separation substrate 121 with separation cover fuel lid 122, and separate separation air recess groove 121b covers separation separator air cover 123.
  • the fuel end plate 117 is formed by covering the end plate fuel groove 127a of the end plate fuel substrate 127 with the end plate fuel lid 128, and further for air.
  • the end plate 116 is provided with the air groove 132a for the end plate of the air plate 132 for the end plate. 3, the thickness of the separator 112, the fuel end plate 117, and the air end plate 116 can be extremely thin. As a result, the fuel cell 110 can be made compact in the stacking direction of the power generation cells 111.
  • a nickel-plated, silver-plated or copper-plated stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or nickel, silver, or copper fuel electrode The conductors 113 are joined to each other, and the lower surface of the separator 112 and the lower surface of the air end plate 116 are made of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver or platinum plated with silver or platinum. It is desirable to join the air electrode current collectors 114 respectively.
  • the fuel discharge hole for the separator is formed in the fuel lid for the separator overnight so as to be located at the center of the substrate for the separator, and the air discharge hole for the separator is positioned in the center of the substrate for the separator.
  • a plurality of slits may be formed on the surface of the separator facing the air electrode layer, the plurality of slits extending in a spiral form from the separation air discharge hole. In this case, since the fuel gas flows spirally along the slit from the center of the fuel electrode layer, the reaction path of the fuel gas becomes longer, and the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer increases.
  • the fuel cell 210 shown in FIG. 12 is configured by stacking (n + 1) power generation cells 211 in the same manner as the fuel cell 11 shown in FIG. 1, and includes a solid electrolyte layer 211 a Electrode layer 21 1 b, air electrode layer (oxidant electrode layer) 21 1 c, Separete 212, fuel electrode current collector 213, air electrode current collector (oxidant electrode current collector) 214, end for air
  • the plate (end plate for oxidant) 216 and the end plate 217 for fuel are respectively the solid electrolyte layer 12a, the fuel electrode layer 12b, the air electrode layer (oxidant electrode layer) 12c in FIG.
  • Fuel electrode current collector 17 Air electrode current collector (oxidizer electrode current collector) 18, Air end plate (Oxidizer end plate) 21, Same as fuel end plate 22 are laminated.
  • the separator 212, the air end plate 216, and the fuel end plate 217 are respectively formed as disks having substantially the same outer diameter as the fuel electrode layer 211b and the like.
  • the solid electrolyte layer, fuel electrode layer, air electrode layer, separator, fuel electrode current collector, air electrode current collector, air end plate, and fuel end plate are not disc-shaped, but square plates. It may be formed in a polygonal plate shape such as a hexagonal plate shape, an octagonal plate shape, or the like.
  • the solid electrolyte layer 211a, the fuel electrode layer 211b, and the air electrode layer 211c are formed of the same material as in the above-described first embodiment of the present invention.
  • Separete 212, air end plate 216 and fuel end plate 217 are stainless steel It is preferably formed of a base alloy or a chromium base alloy.
  • the anode current collector 113 is made of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or porous with nickel, silver, or copper. Alternatively, it is formed porous from silver or platinum.
  • the separator 212 has a fuel passage 218 for introducing fuel gas from the outer peripheral surface of the separator 212 and discharging the fuel gas from the surface of the separator 212 facing the anode current collector 213, and air (oxidizing gas). ) Is introduced from the outer peripheral surface of the separator 212, and a separator air passage 219 (oxidizer passage for separator) is formed to discharge the air from the surface of the separator 212 facing the air electrode current collector 214. ( Figures 12 and 13). Separation evening fuel passage 218 is formed in a single separation evening fuel introduction hole 218a formed on the outer peripheral surface of separation evening 212 and in the center of the surface of separation evening 212 facing fuel electrode current collector 213.
  • Separator evening air passage 219 has a single separator evening air inlet 219a (separator evening oxidant introducing hole) formed on the outer peripheral surface of separator 212 and an air electrode current collector of separator 212.
  • Separator evening air discharge holes 2 19b oxidizer discharge holes for separation night
  • separation air introduction holes 219a and separation night formed inside separation night 212
  • separation air communication hole 219c communicating with the air discharge hole 219b.
  • the separator 212 the above-mentioned single separator fuel discharge hole 219b is formed in the center, and the separator protrusion fuel projection 221a and the separator discharge air protrusion 221b are formed facing each other on the outer peripheral edge.
  • Separator evening air plate 22 2 with 222b formed thereon (separator evening oxidizer sheet), separator evening fuel thin plate 221 and separator air thin plate 222 and opposed to the outer peripheral edge of the separator.
  • the separator 212 is formed by laminating and bonding the separator fuel plate 221, the separator grooved plate 223, and the separator air plate 222.
  • the lamination of these thin plates 221 to 223 is performed by spot welding or thermocompression bonding.
  • Ni plating is applied to each of the thin plates 221 to 223 before thermocompression bonding, and Ag plating is performed after thermocompression bonding Is preferred.
  • the separating plate fuel groove 223c is formed on the separating plate grooved thin plate 223 so as to meander from the separating protrusion fuel projection 223a toward the center.
  • the separator inlet fuel inlet 218a and the separator separator fuel passage 218a of the separator passage fuel passage 218 are formed.
  • Separation evening groove 223d is formed on the separator evening groove 223d meandering from the separation evening air projection 223b to the center. This separation evening groove 223d is a separator thin grooved plate.
  • the separator dry air inlet 219a and the separator dry air connection hole 219c of the separate separator air passage 219 are connected.
  • the separator evening fuel groove 223c and the separator evening air groove 223d are formed so as not to communicate with each other. That is, the grooved thin plate 223 for the separator evening is formed even after the grooves 223c and 223d are formed. It is formed into one piece that is not divided.
  • the fuel end plate 217 is provided with an end plate fuel passage 226 through which fuel gas is introduced from the outer peripheral surface of the fuel end plate 217 and discharged from the surface of the fuel end plate 217 facing the anode current collector 213.
  • the end plate fuel passage 226 has a single end plate fuel introduction hole 226a formed on the outer peripheral surface of the fuel end plate 217 and the center of the fuel end plate 217 facing the anode current collector 213.
  • a single end plate fuel discharge hole 226b and an end plate fuel communication hole 226c formed in the fuel end plate 217 and communicating the end plate fuel introduction hole 226a and the end plate fuel discharge hole 226b.
  • the fuel end plate 217 has an end plate fuel thin plate 227 having the single end plate fuel discharge hole 226b formed at the center and an end plate fuel projection 227a formed at the outer periphery, and an outer periphery formed at the outer periphery.
  • a fuel closing thin plate 228 having an end plate fuel projection 228a formed thereon; an end plate fuel grooved thin plate 229 sandwiched between the end plate fuel thin plate 227 and the fuel closing thin plate 228 and having a fuel projection 229a formed thereon; Having. That is, it is formed by laminating and bonding the end plate fuel thin plate 227, the end plate fuel grooved thin plate 229 and the fuel closing thin plate 228.
  • the lamination bonding of these thin plates 227 to 229 is performed by spot welding or thermocompression bonding, and it is preferable to apply Ni plating to each of the thin plates 227 to 229 before thermocompression bonding, and to apply Ag plating after thermocompression bonding.
  • the end plate fuel groove 229c is formed in the end plate fuel groove 229c meandering from the end plate fuel projection 229a to the center.
  • the end plate fuel groove 229c is formed by the end plate fuel groove thin plate 229.
  • the end plate fuel thin plate 227 and the fuel closing thin plate 228 are laminated and adhered to each other to form an end plate fuel introduction hole 226a and an end plate fuel communication hole 226c in the end plate fuel passage 226.
  • the end plate air passage 231 (for the end plate) allows air to be introduced from the outer peripheral surface of the end plate 216 for air and discharged from the surface of the end plate 216 of the air facing the cathode current collector 214.
  • An oxidant passage is formed (Figs. 12 and 15).
  • the end plate air passage 231 has a single end plate air inlet hole 231 a (oxidizing agent inlet hole) formed on the outer peripheral surface of the air end plate 2 16, and an air electrode of the air end plate 216.
  • Four end plate air discharge holes 231 b end plate oxidant discharge holes
  • end plate air introduction holes 231 formed in the air end plate 216.
  • a and an end plate air communication hole 231c that communicates the end plate air discharge hole 231b.
  • the air end plate 216 has an end plate air thin plate 232 (end plate oxidation plate) having the four end plate fuel discharge holes 231b formed in the center and an end plate air projection 232b formed on the outer peripheral edge. Sheet), an air closing thin plate 233 having an end plate air projection 233b formed on the outer peripheral edge (an oxidizing agent closing thin plate), and an end plate air thin plate 232 and an air closing thin plate 233 sandwiched and outside. And a thin plate 234 with an air groove for an end plate (a thin plate with an oxidizing agent groove for an end plate) having an air projection 234b for an end plate formed on the periphery (FIGS. 12 and 15).
  • the air end plate 216 is formed by laminating and bonding the end plate air thin plate 232, the end plate air grooved thin plate 234, and the air closing thin plate 233.
  • the lamination of these thin plates 232 to 234 is performed by spot welding or thermocompression bonding.
  • Ni is attached to each of the thin plates 232 to 234 before thermocompression bonding. It is preferable to apply Ag plating after thermocompression bonding.
  • the end plate air groove 234d is formed with an end plate air groove 234d meandering from the end plate air projection 234b to the center, and the end plate air groove 234d is formed by the end plate air groove plate.
  • a plurality of slits () extending spirally from the single separator discharge fuel discharge hole 218 b.
  • a plurality of slits are formed on the surface of the separation air plate 222, that is, the surface of the separation air plate 222 facing the air electrode current collector 214, and four separation air discharge holes 219b.
  • a plurality of slits (not shown) extending in a spiral form are formed respectively.
  • a plurality of slits (e.g., a plurality of slits) spirally extending from a single end plate fuel discharge hole 226b are provided on the surface of the end plate fuel thin plate 227, that is, the surface of the end plate fuel thin plate 227 facing the anode current collector 213.
  • the surface of the end plate air thin plate 232 that is, the surface of the end plate air thin plate 232 facing the air electrode current collector 214 is swirled from four end plate air discharge holes 231b.
  • a plurality of slits (not shown) each extending in a shape are formed.
  • the separator fuel passage 218 c and the end plate fuel passage 226 c of the end plate fuel passage 226 are provided with the reformed particles (density shown in FIG. 5 ) is preferably filled.
  • the modified particles the same elements or oxides as those of the modified particles in the first embodiment of the present invention described above can be used.
  • thermocouple insertion groove 223e and the heat sink 237, into which the thermocouple 236 can be inserted are provided on the separator thinner plate 223 so as not to communicate with the separator fuel groove 223c and the separator air groove 223d.
  • Heater insertion grooves 223 f that can be inserted are formed (FIG. 13).
  • the thin plate 229 with the fuel groove for the end plate has a thermocouple insertion groove 229e into which the thermocouple 236 can be inserted and a heater insertion groove 229f into which the heater 237 can be inserted so as not to communicate with the fuel groove 229c for the end plate. Each is formed (Fig. 14).
  • thermocouple insertion groove 234e into which the thermocouple 236 can be inserted so as not to communicate with the air groove 234d for the end plate, and the heater.
  • Each of the heat-insertion grooves 234 f into which evening light 237 can be inserted is formed (Fig. 15).
  • the detection output of the thermocouple 236 is connected to a control input to a controller (not shown), and the control output of the controller is connected to the heater 237.
  • the grooved thin plate for the separator is manufactured by electric discharge machining in a state where many sheets are stacked, the number of processing steps can be reduced. Further, if the thin plate with fuel groove for the end plate and the thin plate with air groove for the end plate are respectively manufactured in the same manner as described above, the number of processing steps can be reduced.
  • the controller When starting the fuel cell 210, the controller operates the heater 237. As a result, the separator 212, the fuel end plate 217, and the air end plate 216 are heated by the heater 237, and the fuel cell 210 rises to the starting temperature. When the fuel cell 210 reaches the starting temperature, the starting temperature is detected by the thermocouple 236, and the controller stops the heater 237 based on the detection output of the thermocouple 236. In this state, when a fuel gas (for example, methane gas (CH 4 )) is introduced into the separator inlet fuel introduction hole 218a and the end plate fuel inlet hole 226a together with the water vapor (H 20 ), the fuel gas and steam are separated.
  • a fuel gas for example, methane gas (CH 4 )
  • the evening fuel communication hole 218c and the end plate fuel communication hole 226c meander in the separat evening fuel discharge hole 218b and the end plate fuel discharge hole 226b, respectively. Since the temperature of the fuel cell 210 during operation is high, the fuel gas absorbs heat from the separator 212 and the fuel end plate 217 while passing through the separator fuel passage 218c and the end plate fuel passage 226c. The temperature reaches an optimum temperature for the reaction in the fuel electrode layer 211b, and is reformed by the reforming particles filled in the fuel communication hole 218c for the separator and the fuel communication hole 226c for the end plate (for example, hydrogen). It is reformed to gas (H 2 ).)
  • the reformed fuel gas is discharged toward the center of each anode current collector 213 from the fuel ejection holes 218b for separators and the fuel ejection holes 226b for end plates, and the pores in each anode current collector 213 are discharged. Then, the fuel is immediately supplied to the center of each fuel electrode layer 21 1b and further guided by slits formed on the surface of the separator thin plate 221 and the surface of the end plate fuel plate 227, respectively. It spirals from the center of lb to the outer edge. At the same time, when air is introduced into the separator inlet air inlet 219a and the end plate air inlet 231a, the air is meandering and the separator air inlet 219c and the end plate air inlet 231c.
  • the fuel gas is guided by the slits formed on the surface of the separator thin fuel plate 221 and the end plate fuel thin plate 227, respectively, from the center of each fuel electrode layer 21 lb toward the outer peripheral edge. Since the gas flows in a spiral shape, the reaction path of the fuel gas becomes longer, and the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer 211b increases.
  • Separation plate 212 is formed by laminating and bonding three thin plates 221 to 223, fuel end plate 217 is formed by laminating and bonding three thin plates 227 to 229, and air end plate 216 is formed by three thin plates. Since the layers 232 to 234 are formed by lamination, the thickness of the separator 212, the end plate 217 for fuel, and the end plate 216 for air can be made extremely thin. As a result, the fuel cell 210 can be compacted in the stacking direction of the power generation cells 211.
  • the controller determines a temperature slightly lower than the operating temperature of the fuel cell 210 based on the detection output of the thermocouple 236.
  • Low-temperature air is supplied to the separation air passage 219 and the end plate air passage 231 respectively.
  • the temperature of the separator 212 and the temperature of the air end plate 216 are adjusted.
  • the anode current collector 21 3 made of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or nickel, silver or copper, with or with copper plating, is joined to the lower surface of the separator 212 and the end plate 21 for air. It is desirable to bond the air electrode current collector 214 made of stainless steel, nickel-based alloy or chromium-based alloy, or silver or platinum, to the lower surface of 6, respectively.
  • a separator discharge hole is formed in the center of the separator fuel plate so that air is discharged almost uniformly in a shower toward the oxidizer electrode layer facing the separator oxidizer plate.
  • the oxidizing agent discharge hole may be formed in the oxidizing agent thin plate for separation. In this case, when the fuel gas is introduced into the separation passage fuel passage, the fuel gas is discharged from the separation discharge fuel discharge hole toward the center of each fuel electrode layer, and spirals along the slit from the center of the fuel electrode layer. Flows to This lengthens the reaction path of the fuel gas, increases the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer, and can improve the output of the fuel cell.
  • the air when air is introduced into the separation air passage, the air is discharged almost uniformly from the air discharge hole for the separator toward the air electrode layer in a shower shape, and flows through the air electrode layer along the solid electrolyte layer.
  • the power generation cell can be uniformly heated and cooled with air, and damage due to local heating or cooling of the power generation cell can be prevented.
  • the fuel cell 310 shown in FIG. 16 is configured by stacking (n + 1) power generation cells 31 1 in the same manner as the fuel cell 11 shown in FIG. 1, and includes a solid electrolyte layer 31 1 a, Fuel electrode layer 31 1 b, air electrode layer (oxidant electrode layer) 31 1 c, separator 312, fuel electrode current collector 313, sky
  • the cathode current collector (oxidant electrode current collector) 314, the air end plate (oxidant end plate) 316, and the fuel end plate 317 are the solid electrolyte layer 12a and the fuel electrode layer 1 in Fig. 1, respectively.
  • the separator 312, the end plate for air 316, and the end plate for fuel 3 ⁇ are each formed in the shape of a square plate having one side of a diameter of the fuel electrode layer 311b or the like. Note that the solid electrolyte layer, fuel electrode layer, air electrode layer, fuel electrode current collector and air electrode current collector are not disc-shaped but polygonal such as square, hexagonal, and octagonal plates. It may be formed in a plate shape.
  • the end plate for separation, the end plate for air and the end plate for fuel are not formed in the shape of a square plate, but in the shape of a disk, or a polygonal plate such as a rectangular plate, a hexagonal plate, or an octagonal plate. Is also good.
  • the solid electrolyte layer 311a, the fuel electrode layer 311b, the air electrode layer 311c, the separator 312, the air end plate 316, the fuel end plate 317, the fuel electrode current collector 313, and the air electrode current collector 314 are as described above. It is formed of the same material as in the first embodiment of the invention.
  • the fuel gas is introduced from the outer peripheral surface of the separator 312 and discharged from the surface of the separator 312 facing the anode current collector 313, and a fuel passage 318 for the separator is provided.
  • a separation air passage 319 (an oxidizing agent passage for separation) which is introduced from the outer peripheral surface of the separator 312 and discharged from the surface of the separator 312 facing the air electrode current collector 314 is formed.
  • Separation overnight fuel passage 318 has a separation night fuel inlet 318a facing the outer circumference of separation night 312, and a separation night fuel outlet 318b facing the center of anode current collector 313 adjacent to separation night 312.
  • Separation evening air passage 319 has a separation night opening air inlet 319a facing the outer peripheral surface of separation night 312, and a separation night opening air outlet 319b facing the center of air collector 314 adjacent to separation night 312. And a separation evening air communication hole 319c which is provided in the separation evening 312 and communicates with the separation evening air inlet 319a and the separation evening air outlet 319b.
  • the separation evening fuel passage 318 and the separation evening air passage 319 are configured not to communicate with each other.
  • the end plate 316 for air air is introduced from the outer peripheral surface of the end plate 316 for air, and the air passage 321 for end plate (for end plate) for discharging air from the surface of the end plate 316 of the air facing the cathode current collector 314
  • An oxidant passage is formed, and the fuel end plate 317 is provided with an end through which fuel gas is introduced from the outer peripheral surface of the fuel end plate 317 and discharged from the surface of the fuel end plate 317 facing the anode current collector 313.
  • a plate fuel passage 322 is formed.
  • the end plate air passage 321 faces the outer peripheral surface of the air end plate 316, and the end plate air outlet 321a faces the center of the cathode current collector 314 adjacent to the air end plate 316.
  • the end plate fuel passage 322 has an end plate fuel inlet 322a facing the outer peripheral surface of the fuel end plate 317, and an end plate fuel outlet 322b facing the center of the anode current collector 313 adjacent to the air end plate 317. And an end plate fuel communication hole 322c provided in the fuel end plate 322 and communicating the end plate fuel inlet 322a and the end plate fuel outlet 322b.
  • a fuel distribution unit 323 and an air distribution unit 324 extend in the stacking direction. And it is provided near the power generation cell 311.
  • the fuel distribution window 323 is configured to supply fuel gas to the separation passage fuel passage 318 and the end plate fuel passage 322 through the fuel short pipe 331, respectively.
  • the air distribution passage 324 is a separation air passage. It is configured to supply air through the short pipe for air 332 (short pipe for oxidizing agent) to the air passage 321 for the end plate 319 and the air passage 321 for the end plate, respectively.
  • the fuel distribution window 323 is electrically insulated from the fuel short pipe 331.
  • the fuel distribution window 323 is a fuel distribution window having a fuel-side opening 326a on the surface facing the power generation cell 311 and formed in a box shape from a metal material. It has a main body 326 and a single plate-shaped fuel lid 327 that closes the fuel-side opening 326a and is formed of ceramic having electric insulating properties.
  • the fuel dispenser main body 326 has four fuel-side screw holes 326b formed at the peripheral corners of the fuel-side opening 326a, respectively, to which the fuel-side fixing screws 333 can be screwed. And a fuel supply hole 326c to which a fuel supply pipe 336 is connected.
  • the fuel lid 327 is provided opposite to the fuel inlet 318a for the separator and the fuel inlet 322a for the end plate, respectively, and has a fuel connection hole 327a into which the fuel short pipe 331 can be inserted, and a peripheral corner portion. It has four fuel-side through holes 327b formed to face the four fuel-side screw holes 326b, respectively, and to allow the fuel-side fixing screw 333 to play.
  • the diameter of the fuel side through hole 327b is determined by the screw part 333a of the fuel side fixing screw 333 so as to absorb the difference in the amount of deformation of the fuel distribution body 326 and the fuel lid 327 due to thermal expansion and thermal contraction. Formed with a large diameter.
  • the air distributor 324 is electrically insulated from the short air pipe 332.
  • the air distribution window 324 has an air-side opening 328a (an oxidant-side opening) on the surface facing the power generation cell 311 and is formed in a box shape from a metal material.
  • Disposable air distributing body 328 oxidizing agent distributing body
  • a single plate-shaped air lid made of ceramic with closed air side opening 328a and electrically insulating properties 329 (lid for oxidizing agent).
  • the air distributor body 328 has four air-side screw holes 328 b (oxidized) formed at the peripheral corners of the air-side opening 328 a and capable of screwing the air-side fixing screw 334 (oxidizing agent-side fixing screw).
  • a ventilation hole 328c formed at the center of the bottom wall and connected to an air supply pipe 337.
  • the air lid 329 is provided to face the separation air inlet 319a and the end plate air inlet 321a, respectively, and the air connection holes 329a (connection for oxidizing agent) through which the short pipe 332 for air can be inserted.
  • four air-side through holes 329b formed in the peripheral corners to face the four air-side screw holes 328b and to allow the air-side fixing screw 334 to play. .
  • the diameter of the air side through hole 329b is larger than that of the screw part 334a of the air side fixing screw 334 so as to absorb the difference in the amount of deformation due to thermal expansion and contraction of the air distributor body 328 and the air lid 329. It is formed.
  • the fuel distribution main body 326, the air distribution body 328, the fuel short pipe 331, and the air short pipe 332 are made of a metal material such as stainless steel, a nickel-based alloy, or a chromium-based alloy.
  • Body 7 and lid 329 for air are alumina, It is formed of ceramics (electric insulating material) such as magnesia.
  • the fuel distribution body and the air distribution body may also be formed of ceramic (electrically insulating material).
  • a fuel seal member (not shown) is interposed between the periphery of the fuel side opening 326a of the fuel distribution overnight main body 326 and the periphery of the fuel lid 327, and the air distribution main body 328 of the air distribution main body 328 is provided. It is preferable to interpose an air sealing member (oxidizing agent sealing member) (not shown) between the peripheral edge of the air side opening 328a and the peripheral edge of the lid 329 for air.
  • a sealing member include an aggregate of alumina short fibers (alumina wool) and a silica sol cured after application.
  • a washer made of an aggregate (alumina wool) of relatively short alumina fibers for the fuel side fixing screw 333 and the air side fixing screw 334.
  • the head 333b of the fuel-side fixing screw 333 and the fuel lid 327 do not come into direct contact with each other but via a soft washer, so that the brittle fuel lid 327 is not damaged and air
  • the head 334b of the side fixing screw 334 and the air lid 329 do not come into direct contact with each other, but come in contact with each other via a soft washer, so that the brittle air lid 329 is not damaged.
  • connection between the fuel short pipe 331 and the separation fuel inlet 318a, a connection between the fuel short pipe 331 and the end plate fuel inlet 322a, and a connection between the fuel short pipe 331 and the fuel connection hole 327a The connection between the short pipe for air 332 and the air inlet 319a for separation, the connection between the short pipe for air 332 and the air inlet for end plate 321a, the connection between the short pipe for air 332 and the connection hole for air 329a
  • the parts are preferably sealed with a sealing member such as glass or cement.
  • the fuel gas H 2 , CO, etc.
  • the fuel gas passes through the fuel short pipe 331 and the separation fuel passage 318 to be separated.
  • the fuel is discharged from the fuel outlet 318b toward the center of the anode current collector 313, passes through the fuel short pipe 331 and the end plate fuel passage 322, and flows from the end plate fuel outlet 322b to the anode current collector 313. Discharge toward the center.
  • the fuel gas passes through the pores in the anode current collector 313 and is quickly supplied to the center of the anode layer 31 lb. It flows from the center of the electrode layer 311b to the outer periphery.
  • the air passes through the short air tube 332 and the separator air passage 319, and from the separation air outlet 319b to the cathode current collector 314.
  • the air is discharged toward the center of the air electrode current collector 314 from the end plate air outlet 321b through the short air tube 332 and the end plate air passage 321.
  • the air passes through the pores in the cathode current collector 314, is quickly supplied to the center of the cathode layer 311c, and flows from the center of the cathode layer 311c to the outer peripheral edge.
  • each separator 312 is connected to the fuel lid 327 formed of an electrically insulating material, each separator 312, the air end plate 316, and the fuel end plate 317 is not electrically shorted by the fuel distribution 323 or the air distribution 324. That is, each separator 312 and fuel end plate 317 connected to the fuel distribution pipe 323 via the fuel short pipe 331 are electrically insulated from each other, and the air distribution pipe 324 is connected to the air distribution pipe 324. Each separator 312 and the air end plate 316 connected via the short pipe 332 are electrically insulated from each other.
  • the fuel-side opening 326a of the fuel distribution body 326 made of a metal material is closed by a fuel lid 327 made of an electrically insulating material, and the air distribution body 326 made of a metal material.
  • the above-mentioned electrical insulation can be ensured by a relatively simple structure in which the air side opening 328a of the 328 is closed by an air lid 329 made of an electrically insulating material.
  • a heat cycle from room temperature to 500 ° C. or more acts on the fuel cell 310 by repeatedly starting and stopping the power generation operation.
  • a ceramic fuel lid 327 having a small thermal expansion coefficient is fixed to a metal fuel distribution body 326 having a large thermal expansion coefficient by a fuel-side fixing screw 333, and a metal airspace having a large thermal expansion coefficient is provided. Since the air lid 329 made of ceramic having a small coefficient of thermal expansion is fixed to the air distribution body 328 by the air side fixing screw 334, the fuel side fixing screw 333 of the fuel lid 327 is formed by the above heat cycle.
  • the diameter of the fuel-side through hole 327b in which the screw portion 333a of the fuel-side fixing screw 333 is loosely formed is slightly larger than that of the screw portion 333a, and the screw portion 334a of the air-side fixing screw 334 is loosened.
  • the diameter of the air side through hole 329b is slightly larger than that of the screw portion 334a, the difference in the amount of deformation due to thermal expansion and contraction of the fuel distribution body 326 and the fuel lid 327, and the air
  • the difference in the amount of deformation caused by the thermal expansion and thermal contraction of the main body 328 and the air lid 329 is determined by the relatively large gaps formed between the through holes 327b and 329b and the screw portions 333a and 334a. Each can be absorbed. As a result, no large force acts on the fuel lid 326 and the air lid 329, and the fuel lid 327 and the air lid 329 do not break.
  • FIG. 18 shows a second embodiment of the fuel distribution and air distribution according to the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 17 indicate the same parts.
  • the fuel distribution of the fuel distributor 353 is formed with a fuel control step 356a capable of accommodating the fuel lid 327 at the fuel side opening 326a of the evening main body 356.
  • An air side step part 358a capable of accommodating the air lid 329 is formed in the air side opening part 328a of the air body 358 of the evening 354.
  • a fuel seal member (not shown) is interposed between the periphery of the fuel dispenser main body 356 and the periphery of the fuel side opening 326a and the periphery of the fuel lid 327, and the air side of the air distribution overnight main body 358.
  • an air sealing member (oxidizing agent sealing member) (not shown) between the periphery of the opening 328a and the periphery of the air lid 329.
  • the sealing member include a glass or cement sealing material, an aggregate of alumina short fibers (alumina wool), and a silica sol cured after application. Except for the above, the configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • the fuel lid 327 is connected to the fuel distribution panel.
  • the fuel-side step portion 356a of the main body 356 not only the periphery of the back surface of the fuel cover 327 but also the side surface of the fuel cover 327 contact the fuel distributor body 356, so that the fuel distribution view 353
  • the sealing effect of the fuel gas inside the tank increases, and if a glass sealing material is filled between the fuel lid 327 and the fuel distributor 356, the fuel gas in the fuel distributor 353 is further sealed. The effect is higher.
  • the air sealing effect in the air distribution view 354 increases, and if a glass sealing material is filled between the air cover 327 and the air distributor body 3 56, the air Distributor evening 354 Increases the sealing effect of the air inside.
  • the operation other than the above is substantially the same as the operation of the first embodiment, and thus the description thereof will not be repeated.
  • FIG. 19 shows a third embodiment of the fuel distribution system and the air distribution system of the present invention.
  • the same symbols as those in FIG. 17 indicate the same parts.
  • a fuel-side through-hole 376b is formed in the fuel distributor main body 376
  • a fuel-side through-hole 327b is formed in the fuel lid 327
  • a fuel-side through-hole 327b and a fuel-side through-hole 376b are formed.
  • the fuel lid 327 is fixed to the fuel distributor main body 376 by screwing the fuel side fixing screw 383 passed through the nut to the fuel side nut 386.
  • An air side through hole 378b (oxidant side through hole) is provided in the air distribution body 378.
  • An air side through hole 329b (oxidant side through hole) is formed in the air lid 329, and an air side fixing screw 384 which is passed through the air side through hole 329b and the air side through hole 378b is connected to the air side nut.
  • the cover 329 for air is fixed to the distributor body 378 for air by screwing into the nut 387 (oxidant side nut).
  • the diameter of the fuel-side through hole 327b or the fuel-side through hole 376b is equal to that of the fuel-side fixing screw 383 so as to absorb the difference in the amount of deformation caused by thermal expansion and contraction of the fuel distribution body 376 and the fuel lid 327.
  • the diameter of the air side through hole 329b or the air side through hole 378b is larger than that of the part 383a.
  • the diameter of the screw 384 of the air-side fixing screw 384 is larger than that of the screw 384a.
  • fuel side slits 376d for exposing the screw portions 383a of the fuel side fixing screws 383 passed through the fuel side through holes 376b are formed at the four corners of the fuel distribution body 376, respectively, for the air.
  • An air-side slit 378d (oxidant-side slit) for exposing the screw portion 384a of the air-side fixing screw 384 connected to the air-side through-hole 378b is formed in the four corners of the distribution body 378.
  • a pair of fuel through holes 326c, 326c for introducing fuel gas into the fuel distribution body 376 are formed on the upper and lower surfaces of the fuel distribution body 376, respectively.
  • a pair of air through holes 328c, 328c for introducing air into the air distributor main body 378 are formed on the upper and lower surfaces of the air distributor 378, respectively.
  • Reference numerals 383b and 384b in FIG. 19 are the heads of the fuel-side fixing screw and the air-side fixing screw. Except for the above, the configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • the heat cycle with a large temperature difference acts on the fuel distribution line 373 due to the repeated start and stop of the power generation operation, but the diameter of the fuel side through hole 327b or the fuel side through hole 376b is reduced. Since the outer diameter of the screw portion 383a of the fuel-side fixing screw 383 is larger than the outer diameter of the fuel distributor main body 376 and the fuel lid 327, the difference in the amount of deformation caused by thermal expansion and contraction is determined by the fuel-side through hole. 327b or a relatively large gap formed between the fuel side through hole 376b and the fuel side fixing screw 383 Can be absorbed respectively.
  • the hole diameter of the air side through hole 329b or the air side through hole 378b is outside the screw portion 384a of the air side fixing screw 384. Since the diameter is larger than the diameter, the difference in the amount of deformation due to the thermal expansion and contraction of the air display main body 378 and the air lid 329 is determined by the air side through hole 329b or the air side through hole 378b. It can be absorbed by the relatively large gaps formed between the side fixing screws 384. As a result, a large force does not act on the fuel lid 327 and the air lid 329, and the fuel lid 327 and the air lid 329 are not damaged.
  • the fuel lid 327 With the fuel lid 327 fixed to the fuel distribution body 376 using the fuel side fixing screw 383 and the fuel side nut 386, the fuel cell and the fuel distribution panel 373 are used to operate the fuel cell.
  • the fuel-side fixing screw 383 and the fuel-side nut 386 may be seized to prevent the fuel-side nut 386 from coming off the fuel-side fixing screw 383.
  • the fuel-side fixing screw 383 can be easily removed from the fuel-side through hole 376b and the fuel-side through hole 327b. Exit.
  • the fuel lid 327 can be removed from the fuel distributor main body 376, so that inspection of the fuel distributor 373 can be easily performed.
  • the fuel cell and air distributor 374 are used to operate the fuel cell.
  • the temperature is raised to a high temperature
  • the air-side fixing screw 384 and the air-side nut 387 may seize and the air-side nut 387 may not come off from the air-side fixing screw 384.
  • the air-side fixing screw 384 can be easily removed from the air-side through hole 378b and the air-side through hole 329b.
  • the inspection of the air distribution 374 can be easily performed.
  • a pair of fuel through holes 326c and 326 are provided on the upper and lower surfaces of the fuel distribution body 376.
  • c, and a pair of air through holes 328c and 328c are formed on the upper and lower surfaces of the air distribution main body 378, respectively.
  • the air can be supplied to each of them, and the air at approximately the same flow rate can be supplied to the air passage for the night of the night of each night of the night.
  • FIG. 20 shows a fourth embodiment of the fuel distribution system and the air distribution system of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
  • the fuel dispenser main body 396 is formed in a rectangular tube shape with one side surface and both ends open
  • the air distribution device main body 398 is a rectangular tube shape with one side surface and both ends open. It is formed in a shape.
  • a pair of fuel-side closing plates 396a and 396b are fixed to both ends of the fuel distribution body 396 by welding or porting, and a pair of air-side closing plates 398a and 398b are welded to both ends of the air distribution body 398. Or it is fixed by a port. Except for the above, the configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • the fuel cell includes a solid oxide fuel cell in which a power generation cell is formed by sandwiching a solid electrolyte layer between a fuel electrode layer and an air electrode layer (oxidant electrode layer).
  • a polymer electrolyte fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, or the like may be used.
  • the power generation efficiency can be improved by contributing all the surfaces of the power generation cells that contribute to power generation to power generation;
  • the power generation cell can be heated and cooled uniformly by flowing the oxidant gas almost uniformly over the entire oxidant electrode layer;
  • the power generation efficiency can be improved by controlling the flow of fuel gas in the fuel electrode layer and increasing the number of collisions between the fuel gas and the fuel electrode layer;
  • the thickness of the separator can be reduced, so that the fuel cell can be made compact in the stacking direction of the power generation cells. Can control the temperature of fuel gas and oxidant gas supplied to the power generation cell to the optimum temperature for power generation.
  • the entire surface of the power generation cell can contribute to power generation, and each separator connected to the distribution cell with a relatively simple structure.

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Description

明 糸田
燃料電池モジュールおよび燃料電池へのガス供給構造 技 術 分 野 本発明は、 燃料極層及び酸化剤極層にて電解質層を挟持して構成された発電セ ルを有する固体酸化物型の燃料電池モジュールに関するものである。
さらに本発明は、 燃料極層及び酸化剤極層にて固体電解質層を挟持して構成さ れた発電セルを有する燃料電池において、 燃料ガスを燃料極層に供給し、 酸化剤 ガスを酸化剤極層に供給するための構造に関するものである。
さらに本発明は、 燃料電池モジュールの発電セルに燃料ガスや酸化剤ガスを供 給するためのディストリビュー夕の構造に関するものである。 背 景 技 術
従来、 この種の燃料電池として、 特開平 6— 1 3 0 8 8号公報に記載された固 体電解質型燃料電池が知られている。この固体電解質型燃料電池には、アノード、 固体電解質体及び力ソードの積層体からなる集合体と、 反応ガス供給管が配され たセパレ一夕とが交互に積層され、 セパレー夕の一方の面に燃料ガスが通流する 溝が形成され、 セパレー夕の他方の面に酸化剤ガスが通流する溝が形成されるこ とが記載されている。 この燃料電池では、 反応ガス供給管が少なくとも一部がァ ルミナ磁器管等のセラミック管により形成された燃料ガス供給管と酸化剤供給管 とからなる。 燃料ガス供給管はセパレー夕の側面に接続されて燃料ガスの通流す る溝に連通し、 酸化剤供給管はセパレー夕の側面に接続されて酸化剤ガスの通流 する溝に連通するように構成される。 また燃料ガス供給管はセラミックにより形 成された燃料ガス分配器に接続され、 酸化剤供給管はセラミックにより形成され た酸化剤ガス分配器に接続される。
このように構成された固体酸化物型燃料電池では、 反応ガス供給管が各セパレ —夕に個別に接続されるため、 従来、 集合体及びセパレー夕に形成された円形の ガスマニホルドをシールする円形のガラスリングを不要にできるとともに、従来、 集合体及びセパレ一夕間の外形をガスシールしていた四角形のガラスリングを不 要にできるようになつている。
しかし、 上記従来の特開平 6 _ 1 3 0 8 8号公報に示された固体電解質型燃料 電池では、 セパレート板のリブ付多孔質基材には反応ガスを所定の方向に導くリ ブが形成されているため、 発電に寄与する発電セルの表面積がリブのアノード又 は力ソードへの接触面積分だけ小さくなつて、 発電効率が低下する問題点があつ た。
また、 上記従来の特開平 6— 1 3 0 8 8号公報に示された固体電解質型燃料電 池では、 アノード及び力ソードとリブ付多孔質基板とがリブのみで接触している ため、 アノード及び力ソードのセパレート板との電子伝導性が低く、 アノード及 び力ソードとリブとが接触する部分近傍のみで反応が起こり易い。 即ち、 上記リ ブ間の溝中央部分ではアノード及び力ソ一ドと接触していないため、 反応により 生成した電子がリブに到達する前に、 ァノード及び力ソ一ドの電気抵抗により消 滅してしまい、 発電セル全面で反応させることが難しい問題点もあった。
更に、 上記従来の特開平 6— 1 3 0 8 8号公報に示された固体電解質型燃料電 池では、 反応ガス供給管の一部又は全部を比較的脆いセラミック管により形成さ れているため、 その組付作業を慎重に行わなければならず、 組付作業時間が増大 し、 また燃料電池の発熱及び冷却の繰返しで反応ガス供給管に作用する熱応力に より反応ガス供給管が損傷するおそれがあつた。
そこで本発明の第 1の実施態様における目的は、 発電に寄与する発電セルの表 面を全て発電に寄与させることにより発電効率を向上できる燃料電池モジュール を提供すること ；酸化剤ガスを酸化剤極層の全体に略均一に流すことにより、 発 電セルを均一に加熱 ·冷却できる燃料電池モジュールを提供すること；燃料ガス の燃料極層内での流れを制御し、 燃料ガスと燃料極層との衝突回数を増大するこ とにより、 発電効率を向上できる燃料電池モジュールを提供すること；起動時に 昇温時間を短縮できるとともに、 均一な昇温により発電セルの損傷を防止できる 燃料電池モジュールを提供すること；燃料ガス及び酸化剤ガスを発電に適した温 度で各発電セルに供給することにより、 発電効率を向上できる燃料電池モジユー ルを提供すること ；ステンレス鋼製のセパレ一夕、 酸化剤用端板及び燃料用端板 に燃料極集電体又は酸化剤極集電体のいずれか一方又は双方を接合し、 接合部分 が溶着されてその接合部分の酸化を防止することにより、 セパレー夕、 酸化剤用 端板又は燃料用端板と、 燃料極集電体又は酸化剤極集電体との長期的な電気的導 通が得られる燃料電池モジュール；さらには、 燃料ガスを改質するための改質器 を不要にすることにより、 部品点数を低減しかつ小型化を図ることができる燃料 電池モジュールを提供することにある。
また、 従来技術として、 中央部分が電極を格納可能なフラット面でありかつ周 辺部が片面側に盛上げるように屈曲された 2枚の薄いセパレ一ト板を一体的に接 合することにより、 周辺部内が空洞となるシェル構造に形成された燃料電池用セ パレ一夕が開示されている （特開昭 6 3— 2 6 6 7 7 6号）。 この燃料電池用セ パレー夕では、 上記 2枚のセパレート板の周辺部に、 燃料ガスの給排用流路孔と 酸化ガスの給排用流路孔とが設けられる。 また一方のセパレート板では燃料ガス が中央部分のフラット面に流れ、 他方のセパレート板では酸化ガスが中央部分の フラット面に流れるように構成される。 このように構成された燃料電池用セパレ 一夕では、 薄板のプレス成形により 2枚のセパレート板を作製し、 これらのセパ レート板を一組として一体化することによりセパレー夕を形成したので、 軽量化 を図ることができる。 またセパレ一夕の周辺部がシェル構造であるため、 量産化 が容易であり、 電極寸法の誤差を吸収でき、 更に燃料ガス及び酸化ガスのシール 性を向上できる。
しかし、 上記従来の特開昭 6 3 - 2 6 6 7 7 6号公報に示された燃料電池用セ パレー夕では、 セパレー夕の周辺部に空洞を有するシェル構造であるため、 セパ レー夕の厚さが厚くなる不具合があった。
そこで本発明の第 2および第 3の実施態様における目的は、 セパレー夕の厚さ を薄くすることにより、 燃料電池を発電セルの積層方向にコンパク卜化できる、 燃料電池にガスを供給するための構造；さらには、 発電セルに供給される燃料ガ スゃ酸化剤ガスを発電に最適な温度に制御できる、 燃料電池にガスを供給するた めの構造を提供することにある。
さらに、 従来技術として、 固体電解質膜の両面に燃料極及び空気極がそれぞれ 設けられ、 ディストリビュー夕が固体電解質膜と同一組成の材料からなる基体部 と、 基体部表面に設けられ導電性材料からなる導電部とにより構成され、 固体電 解質膜が基体部を介してイン夕一コネクタに接合され、 更に空気極及び燃料極が 導電部を介してインターコネクタに電気的に接続された固体電解質形燃料電池が 開示されている （特開平 5— 1 8 2 6 8 0号）。
このように構成された固体電解質形燃料電池では、 ディストリビュー夕の基体 部が固体電解質膜と同じ収縮挙動を示すため、 共焼結時や稼働時の昇降温に対し て、 ディストリビュー夕の固体電解質膜からの剥離を防止でき、 ディストリビュ —夕の固体電解質膜に対する反りを防止できる。 また上記基体部は固体電解質膜 の材料と同一のジルコニァを主成分とする材料が用いられるため、 電気絶縁体と なる。 この結果、 ディストリビュー夕の表裏の導通は導電部を介して行われるよ うになっている。
しかし、 上記従来の固体電解質形燃料電池では、 発電に寄与しないディストリ ビュ一夕の基体部が固体電解質膜に接合されるため、 発電に寄与する固体電解質 膜の表面積を狭め、 発電効率が低下する不具合があった。
この点を解消するために、 アノード、 固体電解質体及び力ソードの積層体から なる集合体と、 反応ガス供給管が配されたセパレー夕とが交互に積層され、 セパ レ一夕の一方の面に燃料ガスが通流する溝が形成され、 セパレ一夕の他方の面に 酸化剤ガスが通流する溝が形成された固体電解質型燃料電池が開示されている (特開平 6— 1 3 0 8 8号）。 この燃料電池では、 反応ガス供給管が少なくとも 一部がアルミナ磁器管等のセラミック管により形成された燃料ガス供給管と酸化 剤供給管とからなる。 燃料ガス供給管はセパレー夕の側面に接続されて燃料ガス の通流する溝に連通し、 酸化剤供給管はセパレ一夕の側面に接続されて酸化剤ガ スの通流する溝に連通するように構成される。 或いは燃料ガス供給管はセラミツ クにより形成された燃料ガス分配器に接続され、 酸化剤供給管はセラミックによ り形成された酸化剤ガス分配器に接続される。
このように構成された固体酸化物型燃料電池では、 反応ガス供給管が各セパレ 一夕に個別に接続されるため、 上記集合体及びセパレー夕に形成された円形のガ スマニホルドをシールする円形のガラスリングを不要にできるとともに、 集合体 及びセパレー夕間のガスシ一ルを行う四角形のガラスリングを不要にできる。
しかし、 上記従来の特開平 6— 1 3 0 8 8号公報に示された固体酸化物型燃料 電池では、 反応ガス供給管の一部又は全部を比較的脆いセラミック管により形成 されているため、 その組付作業を慎重に行わなければならず、 組付作業時間が増 犬し、 また燃料電池の発熱及び冷却の繰返しで反応ガス供給管に作用する熱応力 により反応ガス供給管が損傷するおそれがあった。
また、 上記従来の固体酸化物型燃料電池では、 燃料ガス分配器及び酸化剤ガス 分配器をセラミックで製作することが非常に難しく、更に熱膨張や熱衝撃に弱く、 破損し易い問題点もあった。
そこで本発明の第 4の実施態様における目的は、 発電セルの表面を全て発電に 寄与させることができ、 比較的簡単な構造でディストリビュー夕に接続した各セ パレー夕をそれぞれ電気的に絶縁でき、 更に燃料用短管及び酸化剤用短管の組付 作業時間の増大を防止できるとともに、 燃料用短管等の熱応力による損傷を防止 できる、 燃料電池モジュールのディストリビュー夕構造を提供することにある。 発明の開示
本発明の第 1の実施態様における燃料電池モジュールは、 請求の範囲 1〜2 5 に記載した発明である。 すなわち請求の範囲 1に係る発明は、 図 1及び図 2に示すように、 電解質層 1 2 aとこの電解質層 1 2 aの両面に配設された燃料極層 1 2 b及び酸化剤極層 1 2 cとからなる発電セル 1 2が （n + 1 ) 個 （nは正の整数である。） 積層され た燃料電池であって、 i番目 （ i = l， 2， ···， n ) の発電セル 1 2の燃料極層 1 2 bとこの燃料極層 1 2 bに隣接する （ i + 1 ) 番目の発電セル 1 2の酸化剤 極層 1 2 cとの間に導電性材料により板状に形成されたセパレー夕 1 6がそれぞ れ 1枚ずつ合計 n枚介装され、 i番目の発電セル 1 2の燃料極層 1 2 と〗番目 ( j = 1 , 2 , ···, n ) のセパレー夕 1 6との間に導電性を有する多孔質の燃料 極集電体 1 7が介装され、 （ i + 1 ) 番目の発電セル 1 2の酸化剤極層 1 2 cと j番目のセパレー夕 1 6との間に導電性を有する多孔質の酸化剤極集電体 1 8が 介装され、 1番目の発電セル 1 2の酸化剤極層 1 2 cに酸化剤極集電体 1 8を介 して導電性材料により板状に形成された単一の酸化剤用端板 2 1が積層され、 ( n + 1 ) 番目の発電セル 1 2の燃料極層 1 2 bに燃料極集電体 1 7を介して導電性 材料により板状に形成された単一の燃料用端板 2 2が積層され、 n枚のセパレー 夕 1 6が燃料ガスをセパレ一夕 1 6外周面から導入してセパレー夕 1 6の略中心 から燃料極集電体 1 7に向って吐出させる燃料供給通路 2 3と、 酸化剤ガスをセ パレ一タ 1 6外周面から導入してセパレー夕 1 6の酸化剤極集電体 1 8に対向す る面から吐出させる酸化剤供給通路 2 4とをそれぞれ有し、 単一の酸化剤用端板 2 1が酸化剤ガスを酸化剤用端板 2 1の酸化剤極集電体 1 8に対向する面から吐 出させる酸化剤供給通路 2 7を有し、 単一の燃料用端板 2 2が燃料ガスを燃料用 端板 2 2の略中心から燃料極集電体 1 8に向って吐出させる燃料供給通路 2 6を 有し、 燃料供給通路 2 3 , 2 6に燃料ガスをそれぞれ供給する燃料用ディストリ ビュー夕 1 3が燃料電池 1 1の近傍に設けられ、 酸化剤供給通路 2 4 , 2 7に酸 化剤ガスをそれぞれ供給する酸化剤用ディストリビュー夕 1 4が燃料電池 1 1の 近傍に設けられ、 酸化剤用端板 2 1及び燃料用端板 2 2に一対の電極端子 4 1 , 4 2が電気的にそれぞれ接続されたことを特徴とする燃料電池モジュールであ る。 この請求の範囲 1に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料ガスを燃料用デ イストリビュー夕 1 3に導入すると、 燃料ガスはセパレ一夕 1 6及び燃料用端板 2 2の燃料供給通路 2 3 , 2 6を通って、 セパレ一夕 1 6及び燃料用端板 2 2の 略中心から燃料極集電体 1 7の中心に向って吐出する。 この吐出した燃料は燃料 極集電体 1 7内を通過して燃料極層 1 2 bの略中心から外周縁に向って流れる。 同時に酸化剤ガスを酸化剤用デイストリビュー夕 1 3に導入すると、 酸化剤ガス はセパレ一夕 1 6及び酸化剤用端板 2 1の酸化剤供給通路 2 4 , 2 7を通って、 セパレータ 1 6及び酸化剤用端板 2 1の略中心から酸化剤極集電体 1 8の中心に 向って吐出する。 この吐出した酸化剤ガスは酸化剤極集電体 1 8内を通過して酸 化剤極層 1 2 c内を固体電解質層 1 1 aに沿って流れる。
酸化剤ガスは発電セル 1 2の全面にわたる酸化剤極集電体 1 8と接する部分の 酸化剤極層 1 2 cから電子を受け取って酸化物イオンにイオン化され、 この酸化 物イオンは固体電解質層 1 2 a内を拡散移動して燃料極層 1 2 bとの界面近傍に 到達する。 これにより酸化物イオンは燃料ガスと反応して反応生成物を生じ、 燃 料極層 1 2 bに電子を放出するので、 この電子を燃料極集電体 1 7の全面から取 り出すことにより大電流が発生し、 電力が得られる。 （n + 1 ) 個の発電セル 1 2は導電性材料により形成されたセパレ一夕 1 6、 燃料極集電体 1 7及び空気極 集電体 1 8を介して直列に接続され、 かつ両端に導電性材料により形成された酸 化剤用端板 2 1及び燃料用端板 2 2が設けられているため、一対の電極端子 4 1 , 4 2から大きな電力を取出すことができる。
請求の範囲 2に係る発明は、 請求の範囲 1に係る発明であって、 更に図 1〜図 3に示すように、 n枚のセパレー夕 1 6に形成された各酸化剤供給通路 2 4が酸 化剤ガスをセパレ一夕 1 6外周面から導入してセパレー夕 1 6の酸化剤極集電体 1 8に対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるように構成され、 単一の 酸化剤用端板 2 1に形成された酸化剤供給通路 2 7が酸化剤ガスを酸化剤用端板 2 1の酸化剤極集電体 1 8に対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるよ うに構成されたことを特徴とする。 この請求の範囲 2に記載された燃料電池では、 酸化剤ガスが酸化剤供給通路 2 4 , 2 7からシャワー状に酸化剤極集電体 1 8に向って略均一に吐出されるので、 この酸化剤ガスにより発電セル 1 2を均一に加熱 '冷却できる。 また燃料電池 1 1の発電中におけるジュール熱の発生により、 発電セル 1 2が加熱されて設定温 度より上昇したときに、 この設定温度より低い温度の酸化剤ガスを上記酸化剤供 給通路 2 4， 2 7から吐出させることにより、 発電セル 1 2を均一に冷却できる ので、 発電セル 1 2の局所的な加熱又は冷却による損傷を防止できる。
請求の範囲 3に係る発明は、 請求の範囲 1又は 2に係る発明であって、 更に図 2及び図 3に示すように、 燃料供給通路 2 3， 2 6及び酸化剤供給通路 2 4， 2 7のいずれにも連通しないように n枚のセパレ一夕 1 6、 単一の酸化剤用端板 2 1又は単一の燃料用端板 2 2のいずれか 1つ又は 2つ以上に複数の揷入穴 1 6 a が形成され、 複数の挿入穴 1 6 aに第 1ヒータ 3 1又は温度センサのいずれか一 方又は双方が揷入されたことを特徴とする。
この請求の範囲 3に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料電池 1 1の起動 時に、 第 1ヒータ 3 1に通電することにより発電セル 1 2を速やかに昇温できる ので、 昇温時間を短縮できる。 また発電セル 1 2が均一に昇温し、 発電セル 1 2 の中心と外周縁との温度差がなくなって均一に熱膨張するため、 発電セル 1 2の 損傷を防止できる。 更に温度センサの検出出力に基づいて第 1ヒータを制御すれ ば、 セパレー夕等の温度をきめ細かく制御できる。
請求の範囲 4に係る発明は、 請求の範囲 1又は 2に係る発明であって、 更に燃 料供給通路及び酸化剤供給通路のいずれにも連通しないように n枚のセパレ一 夕、 単一の酸化剤用端板又は単一の燃料用端板のいずれか 1つ又は 2つ以上に複 数の軽量化穴が形成されたことを特徴とする。
この請求の範囲 4に記載された燃料電池では、 軽量化穴の形成によりセパレー タ、 酸化剤用端板又は燃料用端板の重量を小さくできるので、 燃料電池の軽量化 を図ることができる。
請求の範囲 5に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 4いずれかに係る発明であつ て、 更に図 2及び図 4に示すように、 n枚のセパレー夕 1 6の燃料極集電体 1 7 への対向面及び単一の燃料用端板 2 2の燃料極集電体 1 7への対向面に、 各セパ レ一タ 1 6及び燃料用端板 2 2の中心から渦巻き状に延びる複数のスリツト 1 6 b , 2 2 bがそれぞれ形成されたことを特徴とする。
この請求の範囲 5に記載された燃料電池では、 セパレ一タ 1 6の燃料極集電体 1 7への対向面及び燃料用端板 2 2の燃料極集電体 1 7への対向面に渦巻き状に 複数のスリット 1 6 b , 2 2 bをそれぞれ形成したので、 燃料ガスがスリット 1 6 b , 2 2 bに沿って渦巻き状に流れ、 燃料ガスの反応経路が長くなる。 この結 果、 燃料ガスと燃料極層 1 2 bとの衝突回数が増え、 燃料電池 1 1の出力を向上 できる。
請求の範囲 6に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 5いずれかに係る発明であつ て、 更に図 1に示すように、 燃料用デイストリビュー夕 1 3に燃料用絶縁管 3 6 を介して燃料用短管 2 8が挿入され、 燃料用絶縁管 3 6及び燃料用短管 2 8の揷 入部の隙間が電気絶縁性を有する燃料用封止部材 3 7により封止され、 酸化剤用 ディストリビュー夕 1 4に酸化剤用絶縁管 3 8を介して酸化剤用短管 2 9が挿入 され、 酸化剤用絶縁管 3 8及び酸化剤用短管 2 9の揷入部の隙間が電気絶縁性を 有する酸化剤用封止部材 3 9により封止されたことを特徴とする。
この請求の範囲 6に記載された燃料電池モジュールでは、 発電セル 1 2を燃料 用ディストリビュー夕 1 3及び酸化剤用ディストリビュータ 1 4と電気的に絶縁 することができるとともに、 上記燃料用デイストリビュー夕 1 3から燃料ガスが 漏れるのを防止し、 酸化剤用ディストリビュ一夕 1 4から酸化剤ガスが漏れるの を防止することができる。
請求の範囲 7に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 6いずれかに係る発明であつ て、 更に図 1に示すように、 燃料用デイストリビュー夕 1 3に燃料ガスを供給す る燃料予熱管 4 3が燃料電池 1 1の外周面に巻回され、 酸化剤用ディストリビュ —夕 1 4に酸化剤ガスを供給する酸化剤予熱管 4 4が燃料電池 1 1の^^周面に巻 回され、 燃料電池 1 1が燃料予熱管 4 3及び酸化剤予熱管 4 4ととも —ス 4 6に収容され、 発電セル 1 2から排出された燃料ガス及び酸化剤ガスをィ ンナケース 4 6外に排出する排気管 5 1がインナケース 4 6に接続されたことを 特徴とする。
この請求の範囲 7に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料予熱管 4 3内を 通る燃料ガスが発電セル 1 2から排出される高温の排ガス （燃料ガス及び酸化剤 ガスより生成された水蒸気や C O 2) により加熱されて燃料用デイストリビュー 夕 1 3に供給され、 酸化剤予熱管 4 4内を通る酸化剤ガスも発電セル 1 2から排 出される上記高温の排ガスにより加熱されて酸化剤用ディストリビュ一夕 4 4に 供給される。 このため燃料ガス及び酸化剤ガスが発電に適した温度で各発電セル 1 2に供給されるので、 発電効率を向上できる。
請求の範囲 8に係る発明は、 請求の範囲 7に係る発明であって、 更に図 1に示 すように、 酸化剤予熱管 4 4が酸化剤用ディストリビュー夕 1 4の長手方向の略 中央に接続されたことを特徴とする。
この請求の範囲 8に記載された燃料電池モジュールでは、 発電中に燃料電池 1 1の内部抵抗によりジュール熱を発生し、 燃料電池 1 1の積層方向の中央部分が 最も熱くなるため、 この部分に酸化剤予熱管 4 4及び酸化剤用デイストリビュー 夕 1 4を通って比較的低い温度の酸化剤ガスを供給することにより、 発電セル 1 2の均熱を保つことができる。
請求の範囲 9に係る発明は、 請求の範囲 7又は 8に係る発明であって、 更に図 1に示すように、 燃料電池 1 1の外周面に巻回されかつインナケース 4 6に収容 された第 2ヒータ 3 2を更に備えたことを特徴とする。
この請求の範囲 9に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料予熱管 4 3内を 通る燃料ガスが発電セル 1 2から排出される高温の排ガス又は第 2ヒー夕 3 2に より加熱されて燃料用デイストリビュー夕 1 3に供給され、 酸化剤予熱管 4 4内 を通る酸化剤ガスも発電セル 1 2から排出される上記高温の排ガス又は第 2ヒー タ 3 2により加熱されて酸化剤用デイストリビュー夕 1 4に供給される。 このた め燃料ガス及び酸化剤ガスがより発電に適した温度で各発電セル 1 2に供給され るので、 発電効率をより向上できる。
請求の範囲 1 0に係る発明は、 請求の範囲 7ないし 9いずれかに係る発明であ つて、 更に図 1に示すように、 インナケース 4 6の少なくとも内面が銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀めつき又は白金めつきされたことを特徴とする。 この請求の範囲 1 0に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料電池 1 1の運 転中に発電セル 1 2が発生する輻射熱を利用することにより、 発電セル 1 2及び セパレー夕 1 6の保温効果を更に高めることができる。
請求の範囲 1 1に係る発明は、 請求の範囲 7ないし 1 0いずれかに係る発明で あって、 更に図 1に示すように、 インナケ一ス 4 6の外面が断熱材 4 7により被 覆されるとともに、 インナケース 4 6の外周面に燃料予熱管 4 3、 酸化剤予熱管 4 4及び排気管 5 1が巻回され、 更にインナケース 4 6が燃料予熱管 4 3、 酸化 剤予熱管 4 4及び排気管 5 1とともにァウタケース 4 8に収容されたことを特徴 とする。 この請求の範囲 1 1に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料予熱 管 4 3内の燃料ガス及び酸化剤予熱管 4 4内の酸化剤ガスがインナケース 4 6内 に導入される前に、 インナケース 4 6の外周面に巻回された排気管 5 1内を通る 高温の排ガスにより加熱される。 このため、 燃料ガス及び酸化剤ガスがインナケ ース 4 6内で予熱される前に更に予熱されるため、 発電効率を更に向上できる。 請求の範囲 1 2に係る発明は、 請求の範囲 1 1に係る発明であって、 更に図 1 に示すように、 ァウタケース 4 8の少なくとも内面が銀めつき、 ニッケル下地め つきを介する銀めつき又は白金めつきされたことを特徴とする。
この請求の範囲 1 2に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料電池 1 1の運 転中に発電セル 1 2が発生する輻射熱を利用することにより、 発電セル 1 2及び セパレー夕 1 6の保温効果を更に高めることができる。
請求の範囲 1 3に係る発明は、 請求の範囲 7ないし 1 2いずれかに係る発明で あって、 更に燃料予熱管に燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子が充填されたこ とを特徴とする。
この請求の範囲 1 3に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料ガスが燃料予 熱管で改質粒子により改質されるので、 従来、 燃料電池モジュールの外部に設け られていた改質器が不要になる。
また上記改質粒子は N i、 N i〇、 A 12〇3、 S i〇2、 Mg〇、 C aO、 F e 2〇3、 F e 3〇4、 V2〇3、 N i A l 2〇4、 Z r〇2、 S i C、 C r 2〇3、 T h 〇2、 C e2Os、 B2〇3、 Mn〇2、 ZnO、 Cu、 B a〇及び T i〇2からなる 群より選ばれた 1種又は 2種以上を含む元素又は酸化物により形成されることが 好ましい。
請求の範囲 1 5に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 14いずれかに係る発明で あって、更に図 2に示すように、燃料極集電体 17がニッケルめっき、銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀めつき若しくは銅めつきされたステンレス鋼、 二 ッケル基合金又はクロム基合金、 或いはニッケル、 銀、 銀合金、 白金又は銅によ り形成され、 n枚のセパレー夕 16及び燃料用端板 22がステンレス鋼、 ニッケ ル基合金又はクロム基合金のいずれかによりそれぞれ形成され、 燃料極集電体 1 7が各セパレ一夕 16及び燃料用端板 22にそれぞれ接合されたことを特徴とす る。
この請求の範囲 1 5に記載された燃料電池では、 セパレ一夕 16及び燃料極集 電体 18の電気的導通と、 燃料用端板 22及び燃料極集電体 1 7の電気的導通を 上記接合部分を通して長期間保持できる。 また予め燃料極集電体 17を各セパレ —夕 16及び燃料用端板 22にそれぞれ接合したので、 燃料電池 1 1の組立作業 時間を短縮し、 組立作業性を向上できる。
請求の範囲 16に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 14いずれかに係る発明で あって、 更に図 2に示すように、 酸化剤極集電体 18が銀めつき、 ニッケル下地 めっきを介する銀めつき若しくは白金めつきされたステンレス鋼、 ニッケル基合 金又はクロム基合金、 或いは銀、 銀合金又は白金により形成され、 n枚のセパレ 一夕 16及び酸化剤用端板 2 1がステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合 金のいずれかによりそれぞれ形成され、 酸化剤極集電体 18が各セパレー夕 1 6 及び酸化剤用端板 21にそれぞれ接合されたことを特徴とする。 この請求の範囲 1 6に記載された燃料電池では、 セパレー夕 1 6及び酸化剤用 端板 2 1が高温で酸化剤ガス （高温酸化雰囲気） に曝されても、 セパレー夕 1 6 及び酸化剤極集電体 1 8の接合部分と、 酸化剤用端板 2 1及び酸化剤極集電体 1 8の溶着された接合部分が溶着されているため、 これらの接合部分の酸化を防止 できる。 この結果、 セパレー夕 1 6及び酸化剤極集電体 1 8の電気的導通と、 酸 化剤用端板 2 1及び酸化剤極集電体 1 8の電気的導通を上記接合部分を通して長 期間保持できる。 また予め酸化剤極集電体 1 8を各セパレー夕 1 6及び酸化剤用 端板 2 1にそれぞれ接合したので、 燃料電池 1 1の組立作業時間を短縮し、 組立 作業性を向上できる。
請求の範囲 1 7に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 1 6いずれかに係る発明で あって、 更に図 1に示すように、 n枚のセパレー夕 1 6、 単一の酸化剤用端板 2 1又は単一の燃料用端板 2 2のいずれか 1つの表面又は 2つ以上の表面にニッケ ルめっき， クロムめつき、 銀めつき又はニッケル下地めつきを介する銀めつきが それぞれ施されたことを特徴とする。
この請求の範囲 1 7に記載された燃料電池では、 セパレ一夕 1 6、 酸化剤用端 板 2 1又は燃料用端板 2 2と、 燃料極集電体 1 7又は酸化剤極集電体 1 8との電 気的導通を更に長期間保持できる。
請求の範囲 1 8に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 1 7いずれかに係る発明で あって、 更に図 1に示すように、 燃料予熱管 4 3、 燃料用デイストリピュー夕 1 3、 燃料用短管 2 8、 酸化剤予熱管 4 4、 酸化剤用デイストリビュータ 1 4又は 酸化剤用短管 2 7のいずれか 1つ又は 2つ以上がステンレス鋼、 ニッケル基合金 又はクロム基合金のいずれかにより形成されかつ内面に銀めつき、 ニッケル下地 めっきを介する銀めつき又は白金めつきが施されたことを特徴とする。
この請求の範囲 1 8に記載された燃料電池モジュールでは、酸化剤予熱管 4 4、 酸化剤用ディストリピュー夕 1 4及び酸化剤用短管 2 7の内部が酸化されず、 酸 化スケール （粉状の酸化物） の生成を抑制できる。 一方、 還元雰囲気である燃料 予熱管 4 3、 燃料用ディストリビュ一夕 1 3及び燃料用短管 2 8の内部には水蒸 気が存在するけれども、 この水蒸気による酸化スケールの発生を抑制できる。 請求の範囲 1 9に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 1 7いずれかに係る発明で あって、 更に図 1に示すように、 燃料予熱管 4 3、 燃料用デイストリビュー夕 1 3、 燃料用短管 2 8、 酸化剤予熱管 4 4、 酸化剤用デイストリビュー夕 1 4又は 酸化剤用短管 2 7のいずれか 1つ又は 2つ以上がステンレス鋼、 ニッケル基合金 又はクロム基合金のいずれかにより形成されかつ外面に銀めつき、 ニッケル下地 めっきを介する銀めつき又は白金めつきが施されたことを特徴とする。
この請求の範囲 1 9に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料電池 1 1の運 転中に発電セル 1 2が発生する輻射熱を利用することにより、 発電セル 1 2及び セパレ一夕 1 6の保温効果を更に高めることができる。
請求の範囲 2 0に係る発明は、 請求の範囲 1ないし 1 7いずれかに係る発明で あって、 更に図 1に示すように、 燃料予熱管 4 3、 燃料用デイストリビュー夕 1 3及び燃料用短管 2 8の内面にニッケルめっきが施されたことを特徴とする。 この請求の範囲 2 0に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料予熱管 4 3、 燃料用デイストリビュー夕 1 3及び燃料用短管 2 8の内部で炭化水素の改質反応 が可能となる。
請求の範囲 2 1に係る発明は、 請求の範囲 7ないし 2 0いずれかに係る発明で あって、 更に燃料予熱管の上部に水供給管の先端が挿入され、 水供給管の基端に 噴霧器又はポンプが接続されたことを特徴とする。
この請求の範囲 2 1に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料予熱管に供給 された水が燃料予熱管を下るに従って気化される。 この結果、 燃料予熱管に水蒸 気を供給するための気化器が不要になる。
請求の範囲 2 2に係る発明は、 請求の範囲 7ないし 2 1いずれかに係る発明で あって、 更に図 1に示すように、 燃料予熱管 4 3の最下端に水分離器 5 3が接続 されたことを特徴とする。
この請求の範囲 2 2に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料電池モジュ一 ル 1 0が停止して温度が低下し、 水蒸気が液化して水になったときに、 この水は 水分離器 5 3に溜る。 この結果、 燃料電池モジュール 1 0を再始動しても、 水が 液体のまま発電セル 1 2に供給されないので、 発電セル 1 2の性能は低下せず、 発電セル 1 2が破損することはない。
請求の範囲 2 3に係る発明は、 請求の範囲 1 1ないし 2 2いずれかに係る発明 であって、 更に図 1に示すように、 発電セル 1 2から排出された燃料ガス及び酸 化剤ガスをインナケース 4 6及びァゥ夕ケース 4 8外に導く排気管 5 1， 5 2が 水蒸気タービンに接続されたことを特徴とする。
この請求の範囲 2 3に記載された燃料電池モジュールでは、 燃料電池モジユー ル 1 0から排出された高温の排ガスを利用して水を加熱し、 圧縮水蒸気を発生さ せ、 この圧縮水蒸気をタービンに噴射して回転させることにより、 発電機を回転 させて熱エネルギを電気工ネルギに変換する。 この燃料電池一水蒸気タービンの システムは燃料電池単体より発電効率が高い。
請求の範囲 2 4又は 2 5に係る発明は、 図 2及び図 3に示すように、 酸化剤供 給通路 2 4 , 2 7が酸化剤ガスを外周面から導入して酸化剤極集電体 1 8に対向 する面からシャワー状に略均一に吐出させるように構成されたセパレ一夕又は酸 化剤用端板である。
この請求の範囲 2 4又は 2 5に係るセパレ一夕又は酸化剤用端板では、 酸化剤 ガスが酸化剤供給通路 2 4 , 2 7からシャワー状に酸化剤極集電体 1 8に向って 略均一に吐出されるので、 この酸化剤ガスにより発電セル 1 2を均一に加熱 ·冷 却できる。 また燃料電池 1 1の発電中におけるジュール熱の発生により、 発電セ ル 1 2が加熱されて設定温度より上昇したときに、 この設定温度より僅かに低い 温度の酸化剤ガスを上記酸化剤供給通路 2 4 , 2 7から吐出させることにより、 発電セル 1 2を均一に冷却できるので、 発電セル 1 2の局所的な加熱又は冷却に よる損傷を防止できる。
本発明の第 2の実施態様における燃料電池へのガス供給構造は、 請求の範囲 2 6〜 3 3に記載した発明である。
すなわち請求の範囲 2 6に係る発明は、 図 5及び図 6に示すように、 固体電解 質層 111aとこの固体電解質層 111aの両面に配設された燃料極層 111b及び酸化剤極 層 111cとからなる発電セル 111が （n+ 1) 枚 （nは正の整数である。） 積層さ れ、 i番目 （ i = l, 2, ···, n) の発電セル 111の燃料極層 111bとこの燃料極 層 111bに隣接する （ i + 1) 番目の発電セル 111の酸化剤極層 111cとの間に導電 性材料により板状に形成されたセパレ一夕 112がそれぞれ 1枚ずつ合計 n枚介装 され、 .n枚のセパレー夕 112が、 燃料ガスをセパレー夕 112外周面に形成されたセ パレー夕用燃料導入孔 118aから導入しセパレー夕 112内に形成されたセパレー夕 用燃料連通孔 118cを通ってセパレー夕 112の燃料極層 11 lbへの対向面に形成され たセパレー夕用燃料吐出孔 118bから吐出させるセパレー夕用燃料通路 118と、 酸 化剤ガスをセパレ一夕 112外周面に形成されたセパレ一夕用酸化剤導入孔 119aか ら導入しセパレー夕 112内に形成されたセパレー夕用酸化剤連通孔 119cを通って セパレー夕 112の酸化剤極層 111cへの対向面に形成されたセパレー夕用酸化剤吐 出孔 119bから吐出させるセパレー夕用酸化剤通路 119とをそれぞれ有する燃料電 池であって、 セパレー夕 112が、 一方の面にセパレー夕用燃料導入孔 118a及びセ パレ一夕用燃料連通孔 118cとなるセパレ一夕用燃料凹溝 121aが形成され、 他方の 面にセパレ一タ用酸化剤導入孔 119 a及びセパレー夕用酸化剤連通孔 119 cとなるセ パレー夕用酸化剤凹溝 121bが形成されたセパレー夕用基板 121と、 セパレー夕用 燃料凹溝 121aを被覆するとともにセパレー夕用燃料吐出孔 118bが形成されたセパ レ一夕用燃料蓋体 122と、 セパレー夕用酸化剤凹溝 121bを被覆するとともにセパ レ一タ用酸化剤吐出孔 119bが形成されたセパレ一タ用酸化剤蓋体 123とを有する ことを特徴とする燃料電池にガスを供給するための構造である。
この請求の範囲 26に記載された燃料電池にガスを供給するための構造では、 セパレー夕用基板 121のセパレ一夕用燃料凹溝 121a及びセパレ一タ用酸化剤凹溝 1 21bを、 セパレ一夕用燃料盖体 122及びセパレ一夕用酸化剤蓋体 123にてそれぞれ 被覆することにより、 燃料ガスが通るセパレー夕用燃料通路 118及び酸化剤ガス が通るセパレー夕用酸化剤通路 119がそれぞれ形成される。 このため各セパレ一 タ 112の厚さを極めて薄くできるので、 燃料電池 110を発電セル 111の積層方向に コンパクト化することができる。
請求の範囲 27に係る発明は、 請求の範囲 26に係る発明であって、 更に図 5 及び図 6に示すように、 セパレ一夕用燃料吐出孔 118bがセパレー夕用基板 121の 中央に位置するようにセパレー夕用燃料蓋体 122に形成され、 セパレー夕用酸化 剤吐出孔 119bが酸化剤ガスをセパレー夕用基板 121に対向する酸化剤極層 111cに 向ってシャワー状に略均一に吐出するようにセパレー夕用酸化剤蓋体 123に形成 されたことを特徴とする。
請求の範囲 28に係る発明は、 請求の範囲 26又は 27に係る発明であって、 更に図 5及び図 6に示すように、 セパレー夕 112の燃料極層 11 lbに対向する面に セパレー夕用燃料吐出孔 118bから渦巻き状に延びる複数のスリットがそれぞれ形 成されたことを特徴とする。
この請求の範囲 2 7又は 2 8に記載された燃料電池にガスを供給するための構 造では、 燃料ガスをセパレータ用燃料通路 118に導入すると、 燃料ガスはセパレ 一夕用燃料吐出孔 118bから燃料極層 111bの中央に向って吐出し、 燃料極層 111bの 中央からスリットに沿って渦巻き状に流れる。 これにより燃料ガスの反応経路が 長くなつて、 燃料ガスと燃料極層 111bとの衝突回数が増え、 燃料電池の出力を向 上できる。 同時に酸化剤ガスをセパレー夕用酸化剤通路 119に導入すると、 酸化 剤ガスはセパレ一夕用酸化剤吐出孔 119bから酸化剤極層 111cに向ってシャワー状 に略均一に吐出し、 酸化剤極層 111c内を固体電解質層 111aに沿って流れる。 これ により発電セル 111を酸化剤ガスにて均一に加熱 ·冷却でき、 発電セル 111の局所 的な加熱又は冷却による損傷を防止できる。
請求の範囲 2 9に係る発明は、 請求の範囲 2 6又は 28に係る発明であって、 更にセパレ一夕用燃料吐出孔がセパレー夕用基板の中央に位置するようにセパレ 一夕用燃料蓋体に形成され、 セパレー夕用酸化剤吐出孔がセパレー夕用基板の中 央に位置するようにセパレー夕用酸化剤蓋体に形成されたことを特徴とする。 請求の範囲 30に係る発明は、 請求の範囲 2 9に係る発明であって、 更にセパ レー夕の酸化剤極層に対向する面にセパレー夕用酸化剤吐出孔から渦巻き状に延 びる複数のスリットがそれぞれ形成されたことを特徴とする。
この請求の範囲 2 9又は 3 0に記載された燃料電池にガスを供給するための構 造では、 燃料ガスをセパレ一夕用燃料通路に導入すると、 燃料ガスはセパレー夕 用燃料吐出孔から各燃料極層の中央に向って吐出し、 燃料極層の中央からスリッ トに沿って渦巻き状に流れる。 これにより燃料ガスの反応経路が長くなつて、 燃 料ガスと燃料極層との衝突回数が増える。 同時に酸化剤ガスをセパレ一夕用酸化 剤通路に導入すると、 酸化剤ガスはセパレー夕用酸化剤吐出孔から各酸化剤極層 の中央に向って吐出し、 酸化剤極層の中央からスリットに沿って渦巻き状に流れ る。 これにより酸化剤ガスの反応経路が長くなつて、 酸化剤ガスと酸化剤極層と の衝突回数が増える。 この結果、 燃料電池の出力を向上できる。
またセパレー夕 112をステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金のいず れかによりそれぞれ形成し、 セパレ一タ 112の表面にニッケルめっき又は銀めつ きのいずれか一方又は双方を施すことが好ましい。
またセパレー夕用燃料供給通路 118に燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子を 充填することもできる。
請求の範囲 3 3に係る発明は、 請求の範囲 2 6に係る発明であって、 更に図 6 に示すように、 セパレ一夕用基板 121に、 熱電対 136を挿入可能な熱電対挿入溝 12 lg及びヒータ 137を挿入可能なヒータ揷入溝 121hがそれぞれ形成されたことを特 徴とする。
この請求の範囲 3 3に記載された燃料電池にガスを供給するための構造では、 燃料電池 110の起動時にヒ一タ 137を作動させることにより、 セパレ一夕 112を加 熱して燃料電池 110を起動温度まで上昇させる。燃料電池が起動温度に達すると、 この起動温度'を検出する熱電対 136の検出出力に基づいてヒータ 137が停止され る。 また燃料電池 110の発電中は、 燃料電池 110にジュール熱が発生して燃料電池 110の温度が上昇するため、 熱電対 136の検出出力に基づいて燃料電池 110の作動 温度より少し低い温度の酸化剤ガスを供給する。 これによりセパレー夕 112の温 度調節が行われる。 本発明の第 3の実施態様における燃料電池へのガス供給構造は、 請求の範囲 3 4〜4 1に記載した発明である。
すなわち請求の範囲 34に係る発明は、 図 1 2に示すように、 固体電解質層 21 laとこの固体電解質層 211aの両面に配設された燃料極層 211b及び酸化剤極層 211c とからなる発電セル 211が （n+ 1) 枚 （nは正の整数である。） 積層され、 i 番目 （ i = l, 2, …， n) の発電セル 211の燃料極層 211bとこの燃料極層 211b に隣接する （ i + 1) 番目の発電セル 211の酸化剤極層 211cとの間に導電性材料 により板状に形成されたセパレ一タ 212がそれぞれ 1枚ずつ合計 n枚介装され、 n枚のセパレー夕 212が、 燃料ガスをセパレ一夕 212外周面に形成されたセパレー 夕用燃料導入孔 218aから導入してセパレー夕 212の燃料極層 21 lbへの対向面に形 成されたセパレー夕用燃料吐出孔 218bから吐出させるセパレー夕用燃料通路 218 と、 酸化剤ガスをセパレー夕 212外周面に形成されたセパレー夕用酸化剤導入孔 2 19aから導入してセパレ一夕 212の酸化剤極層 211cへの対向面に形成されたセパレ 一夕用酸化剤吐出孔 219bから吐出させるセパレ一夕用酸化剤通路 219とをそれぞ れ有する燃料電池 210であって、 セパレ一夕 212が、 セパレ一夕用燃料吐出孔 218b の形成されたセパレー夕用燃料薄板 221と、 セパレータ用酸化剤吐出孔 219bの形 成されたセパレー夕用酸化剤薄板 222と、 セパレー夕用燃料薄板 221及びセパレ一 夕用酸化剤薄板 222により挟持されセパレ一夕用燃料通路 218となるセパレー夕用 燃料溝 223c及びセパレー夕用酸化剤通路 219となるセパレー夕用酸化剤溝 223dが 形成されたセパレータ用溝付薄板 223とを有することを特徴とする燃料電池のガ ス供給構造である。
この請求の範囲 34に記載された燃料電池のガス供給構造では、 セパレ一夕用 燃料溝 223c及びセパレー夕用酸化剤溝 223dが形成されたセパレ一夕用溝付薄板 22 3を、 セパレ一夕用燃料吐出孔 218bが形成されたセパレ一夕用燃料薄板 221と、 セ パレ一夕用酸化剤吐出孔 219bが形成されたセパレー夕用酸化剤薄板 222とにて挟 持することにより、 燃料ガスが通るセパレ一夕用燃料通路 218及び酸化剤ガスが 通るセパレ一夕用酸化剤通路 219がそれぞれ形成される。 このため各セパレー夕 2 12の厚さを極めて薄くできるので、 燃料電池 210を発電セル 21 1の積層方向にコン パクト化することができる。
請求の範囲 3 5に係る発明は、 請求の範囲 3 4に係る発明であって、 更に図 1 2及び図 1 3に示すように、 セパレー夕用燃料吐出孔 218bがセパレー夕用燃料薄 板 221の中央に形成され、 セパレ一夕用酸化剤吐出孔 219bがセパレー夕用酸化剤 薄板 222の中央に形成されたことを特徴とする。
請求の範囲 3 6に係る発明は、 請求の範囲 3 4又は 3 5に係る発明であって、 更に図 1 2及び図 1 3に示すように、 セパレ一夕用燃料薄板 221の表面にセパレ 一夕用燃料吐出孔 218bから渦巻き状に延びる複数のスリットがそれぞれ形成され たことを特徴とする。
請求の範囲 3 7に係る発明は、 請求の範囲 3 4又は 3 5に係る発明であって、 更に図 1 2及び図 1 3に示すように、 セパレー夕用酸化剤薄板 222の表面にセパ レー夕用酸化剤吐出孔 219bから渦巻き状に延びる複数のスリットがそれぞれ形成 されたことを特徴とする。
この請求の範囲 3 5〜3 7に記載された燃料電池のガス供給構造では、 燃料ガ スをセパレー夕用燃料通路 218に導入すると、 燃料ガスはセパレー夕用燃料吐出 孔 218bから各燃料極層 21 l bの中央に向って吐出し、 燃料極層 21 l bの中央からスリ ッ卜に沿って渦巻き状に流れる。 これにより燃料ガスの反応経路が長くなつて、 燃料ガスと燃料極層 21 l bとの衝突回数が増える。 同時に酸化剤ガスをセパレー夕 用酸化剤通路 219に導入すると、 酸化剤ガスはセパレ一夕用酸化剤吐出孔 219bか ら各酸化剤極層 21 1 cの中央に向って吐出し、 酸化剤極層 21 1 cの中央からスリッ卜 に沿って渦巻き状に流れる。 これにより酸化剤ガスの反応経路が長くなつて、 酸 化剤ガスと酸化剤極層 21 1 cとの衝突回数が増える。 この結果、 燃料電池 210の出 力を向上できる。
請求の範囲 3 8に係る発明は、 請求の範囲 3 4ないし 3 6いずれかに係る発明 であって、 更にセパレ一夕用燃料吐出孔がセパレ一夕用燃料薄板の中央に形成さ れ、 セパレー夕用酸化剤吐出孔が酸化剤ガスをセパレー夕用酸化剤薄板に対向す る酸化剤極層に向ってシャワー状に略均一に吐出するようにセパレー夕用酸化剤 薄板に形成されたことを特徴とする。
この請求の範囲 3 8に記載された燃料電池のガス供給構造では、 燃料ガスをセ パレ一夕用燃料通路に導入すると、 燃料ガスはセパレー夕用燃料吐出孔から各燃 料極層の中央に向って吐出し、 燃料極層の中央からスリツトに沿って渦巻き状に 流れる。 これにより燃料ガスの反応経路が長くなつて、 燃料ガスと燃料極層との 衝突回数が増え、 燃料電池の出力を向上できる。 同時に酸化剤ガスをセパレ一夕 用酸化剤通路に導入すると、 酸化剤ガスはセパレー夕用酸化剤吐出孔から酸化剤 極層に向ってシャワー状に略均一に吐出し、 酸化剤極層内を固体電解質層に沿つ て流れる。 これにより発電セルを酸化剤ガスにて均一に加熱 ·冷却でき、 発電セ ルの局所的な加熱又は冷却による損傷を防止できる。
またセパレ一夕 21 2をステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金のいず れかによりそれぞれ形成し、 セパレ一夕 2 1 2の表面にニッケルめっき又は銀めつ きのいずれか一方又は双方を施こすことが好ましい。
またセパレー夕用燃料供給通路 2 1 8に燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子を 充填することが好ましい。
請求の範囲 4 1に係る発明は、 請求の範囲 3 4に係る発明であって、 更に図 1 3に示すように、 セパレー夕用溝付薄板 223に、 熱電対 236を揷入可能な熱電対揷 入溝 223 e及びヒータ 237を挿入可能なヒータ挿入溝 223 fがそれぞれ形成されたこ とを特徴とする。
この請求の範囲 4 1に記載された燃料電池のガス供給構造では、 燃料電池 2 1 0 の起動時にヒー夕 237を作動させることにより、 セパレー夕 21 2を加熱して燃料電 池 2 1 0を起動温度まで上昇させる。 燃料電池が起動温度に達すると、 この起動温 度を検出する熱電対 236の検出出力に基づいてヒ一夕 237が停止される。 また燃料 電池 2 1 0の発電中は、 燃料電池 2 1 0にジュール熱が発生して燃料電池 2 1 0の温度が 上昇するため、 熱電対 236の検出出力に基づいて燃料電池 21 0の作動温度より少し 低い温度の酸化剤ガスを供給する。 これによりセパレー夕 21 2の温度調節が行わ れる。
本発明の第 4の実施態様における燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造は、 請求の範囲 4 2〜5 3に記載した発明である。
すなわち請求の範囲 4 2に係る発明は、 図 1 6及び図 1 7に示すように、 発電 セル 311とこの発電セル 31 1に燃料ガスを供給可能な燃料供給通路 318， 322と発電 セル 31 1に酸化剤ガスを供給可能な酸化剤供給通路 319， 321とを有する燃料電池 3 10と、 この燃料電池 310の近傍に設けられ燃料供給通路 318， 322に燃料用短管 331 を通して燃料ガスを供給する燃料用ディストリビュー夕 323と、 燃料電池 310の近 傍に設けられ酸化剤供給通路 319, 321に酸化剤用短管 332を通して酸化剤ガスを 供給する酸化剤用ディストリビュー夕 324とを備えた燃料電池モジュールの改良 である。
その特徴ある構成は、 燃料用デイストリビュー夕 323が、 箱状又は筒状の金属 材料により形成された燃料用ディストリビュー夕本体 326と、 この燃料用デイス トリビュー夕本体 326の燃料側開口部 326aを閉止するとともに複数の燃料用短管 3 31が直接接続されかつ電気絶縁材料により形成された単一の板状の燃料用蓋体 32 7とを有し、 酸化剤用デイストリビュー夕 324が、 箱状又は筒状の金属材料により 形成された酸化剤用ディストリビュー夕本体 328と、 この酸化剤用ディストリビ ユー夕本体 328の酸化剤側開口部 328aを閉止するとともに複数の酸化剤用短管 332 が直接接続されかつ電気絶縁材料により形成された単一の板状の酸化剤用蓋体 32 9とを有するところにある。
この請求の範囲 4 2に記載された燃料電池のディストリビュー夕構造では、 燃 料用ディス卜リビュー夕 323のうち燃料用短管 331の接続される燃料用蓋体 327が 電気絶縁材料により形成されているため、 各セパレ一夕 31 2が燃料用ディストリ ビュ一夕 323により電気的に短絡されることはない。 また燃料用ディストリビュ 一夕 323は、 金属材料により形成された燃料用ディストリビュー夕本体 326の燃料 側開口部 326aを、 電気絶縁材料により形成された燃料用盖体 327により閉止する だけで済むので、 構造が簡単であり組立工数を低減できる。 一方、 酸化剤用ディス卜リビュー夕 324のうち酸化剤用短管 332の接続される酸 化剤用蓋体 329が電気絶縁材料により形成されているため、 各セパレー夕 312が酸 化剤用ディストリビュー夕 324により電気的に短絡されることはない。 また酸化 剤用デイストリビュー夕 324は、 金属材料により形成された酸化剤用デイストリ ビュー夕本体 328の酸化剤側開口部 328aを、 電気絶縁材料により形成された酸化 剤用蓋体 329により閉止するだけで済むので、 構造が簡単であり組立工数を低減 できる。
請求の範囲 43に係る発明は、 請求の範囲 42に係る発明であって、 更に図 1 6及び図 1 7に示すように、 発電セル 311が固体電解質層 311aとこの固体電解質 層 311aの両面に配設された燃料極層 311b及び酸化剤極層 311cとからなり、 燃料電 池 310が発電セル 311を （n+ 1) 枚 （nは正の整数である。） 積層して構成され、 i番目 （ i = l , 2， ···, n) の発電セル 311の燃料極層 311bとこの燃料極層 311 bに隣接する （ i + 1) 番目の発電セル 311の酸化剤極層 311cとの間に金属材料に より板状に形成されたセパレー夕 312がそれぞれ 1枚ずつ合計 n枚介装され、 n 枚のセパレ一夕 312が燃料ガスをセパレ一夕 312外周面から導入してセパレ一夕 31 2の燃料極集電体 313に対向する面から吐出させるセパレー夕用燃料通路 318と、 酸化剤ガスをセパレー夕 312外周面から導入してセパレー夕 312の酸化剤極集電体 3Uに対向する面から吐出させるセパレ一夕用酸化剤通路 319とをそれぞれ有し、 燃料用ディストリビュータ 323が発電セルの積層方向に延びて設けられ、 酸化剤 用ディストリビュー夕 324が発電セル 311の積層方向に延びて設けられたことを特 徴とする。
この請求の範囲 43に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 発電セルとセパレ一夕とが交互に積層された固体酸化物型燃料電池の側 方に燃料用ディストリビュー夕及び酸化剤用ディストリビュー夕が燃料電池の積 層方向に延びて設けられているため、 燃料用デイストリビュー夕及び酸化剤用デ イストリビュー夕を単純でしかもコンパクトに構成できる。
請求の範囲 44に係る発明は、 請求の範囲 42又は 43に係る発明であって、 更に図 1 7に示すように、 燃料用デイストリビュー夕本体 326に燃料側ねじ孔 326 bが形成され、 燃料用盖体 327に燃料側通孔 327bが形成され、 燃料側通孔 327bに通 した燃料側固定ねじ 333を燃料側ねじ孔 326bに螺合することにより燃料用蓋体 327 が燃料用デイストリビュー夕本体 326に固定され、 更に燃料側通孔 327bの孔径が 燃料用デイストリビュータ本体 326及び燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮による 変形量の差を吸収するように燃料側固定ねじ 333より大径に形成されたことを特 徴とする。
この請求の範囲 4 4に記載された燃料電池モジュールのディストリビュ一タ構 造では、 発電運転の開始及び停止の繰返しにより大きな温度差の熱サイクルが燃 料用ディストリビュー夕 323に作用するけれども、 燃料側通孔 327bの孔径が燃料 側固定ねじ 333より大きく形成されているため、 燃料用デイストリビュー夕本体 3 26及び燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を、 上記燃料側通孔 3 27bと燃料側固定ねじ 333との間に形成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸 収できる。 この結果、 燃料用蓋体 327に大きな力が作用することはなく、 燃料用 蓋体 327が破損することはない。
請求の範囲 4 5に係る発明は、 請求の範囲 4 2ないし 4 4いずれかに係る発明 であって、 更に図 1 7に示すように、 酸化剤用デイストリビュー夕本体 328に酸 化剤側ねじ孔 328bが形成され、酸化剤用蓋体 329に酸化剤側通孔 329bが形成され、 酸化剤側通孔 329bに通した酸化剤側固定ねじ 334を酸化剤側ねじ孔 328bに螺合す ることにより酸化剤用蓋体 329が酸化剤用ディストリビュー夕本体 328に固定さ れ、 更に酸化剤側通孔 329bの孔径が酸化剤用ディストリビュー夕本体 328及び酸 化剤用蓋体 329の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するように酸化剤側 固定ねじ 334より大径に形成されたことを特徴とする。
この請求の範囲 4 5に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 発電運転の開始及び停止の繰返しにより大きな温度差の熱サイクルが酸 化剤用ディストリビュー夕 324に作用するけれども、 酸化剤側通孔 329bの孔径が 酸化剤側固定ねじ 334より大きく形成されているため、 酸化剤用デイストリビュ 一夕本体 328及び酸化剤用蓋体 329の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を、 上記 酸化剤側通孔 329bと酸化剤側固定ねじ 334との間に形成された比較的大きな隙間 によりそれぞれ吸収できる。 この結果、 酸化剤用蓋体 329に大きな力が作用する ことはなく、 酸化剤用蓋体 329が破損することはない。
請求の範囲 4 6に係る発明は、 請求の範囲 4 2又は 4 3に係る発明であって、 更に図 1 9に示すように、 燃料用デイストリビュー夕本体 376に燃料側貫通孔 376 bが形成され、 燃料用蓋体 327に燃料側通孔 327bが形成され、 燃料側通孔 327b及び 燃料側貫通孔 376bに通した燃料側固定ねじ 383を燃料側ナツト 386に螺合すること により燃料用蓋体 327が燃料用ディストリビュー夕本体 376に固定され、 更に燃料 側通孔 327b又は燃料側貫通孔 376bの孔径が燃料用ディストリビュー夕本体 376及 び燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するように燃料側 固定ねじ 383より大径に形成されたことを特徴とする。
この請求の範囲 4 6に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 発電運転の開始及び停止の繰返しにより大きな温度差の熱サイクルが燃 料用デイストリビュー夕 373に作用するけれども、 燃料側通孔 327b又は燃料側貫 通孔 376bの孔径が燃料側固定ねじ 383より大きく形成されているため、 燃料用デ イストリビュー夕本体 376及び燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮による変形量の 差を、 上記燃料側通孔 327b又は燃料側貫通孔 376bと燃料側固定ねじ 383との間に 形成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。 この結果、 燃料用蓋体 327に大きな力が作用することはなく、 燃料用蓋体 327が破損することはない。 請求の範囲 4 7に係る発明は、 請求の範囲 4 2ないし 4 4いずれかに係る発明 であって、 更に図 1 9に示すように、 酸化剤用ディス卜リビュー夕本体 378に酸 化剤側貫通孔 378bが形成され、酸化剤用蓋体 329に酸化剤側通孔 329bが形成され、 酸化剤側通孔 329b及び酸化剤側貫通孔 378bに通した酸化剤側固定ねじ 384を酸化 剤側ナツト 387に螺合することにより酸化剤用蓋体 329が酸化剤用ディストリビュ 一夕本体 378に固定され、 更に酸化剤側通孔 329b又は酸化剤側貫通孔 378bの孔径 が酸化剤用ディストリビュー夕本体 378及び酸化剤用蓋体 329の熱膨張及び熱収縮 による変形量の差を吸収するように酸化剤側固定ねじ 384より大径に形成された ことを特徴とする。
この請求の範囲 4 7に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 発電運転の開始及び停止の繰返しにより大きな温度差の熱サイクルが酸 化剤用ディストリビュー夕 374に作用するけれども、 酸化剤側通孔 329b又は酸化 剤側貫通孔 378bの孔径が酸化剤側固定ねじ 384より大きく形成されているため、 酸化剤用ディストリビュータ本体 378及び酸化剤用蓋体 329の熱膨張及び熱収縮に よる変形量の差を、 上記酸化剤側通孔 329b又は酸化剤側貫通孔 378bと酸化剤側固 定ねじ 384との間に形成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。 こ の結果、 酸化剤用蓋体 329に大きな力が作用することはなく、 酸化剤用蓋体 329が 破損することはない。
請求の範囲 4 8に係る発明は、 請求の範囲 4 2、 4 3、 4 4又は 4 6いずれか に係る発明であって、 更に燃料用デイストリビュータ本体の燃料側開口部周縁と 燃料用蓋体の周縁との間に、 ガラス製又はセメント製の燃料用シール部材が充填 されたことを特徴とする。
この請求の範囲 4 8に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 燃料用ディストリビュー夕内の燃料ガスのシール効果が高くなる。
請求の範囲 4 9に係る発明は、 請求の範囲 4 2、 4 3、 4 5又は 4 7いずれか に係る発明であって、 更に酸化剤用デイストリビュー夕本体の酸化剤側開口部周 縁と酸化剤用蓋体の周縁との間に、 ガラス製又はセメント製の酸化剤用シール部 材が充填されたことを特徴とする。
この請求の範囲 4 9に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 酸化剤用デイストリビュー夕内の酸化剤ガスのシ一ル効果が高くなる。 請求の範囲 5 0に係る発明は、 請求の範囲 4 6に係る発明であって、 更に図 1 9に示すように、 燃料側貫通孔 376bに挿通された燃料側固定ねじ 383のねじ部 383 aを露出させるための燃料側スリット 376dが燃料用デイストリピュー夕本体 376に 形成されたことを特徴とする。 燃料側固定ねじ 383及び燃料側ナツト 386を用いて燃料用デイストリビュー夕本 体 376に燃料用蓋体 327を固定した状態で、 燃料電池を作動させるために燃料電池 及び燃料用デイストリビュー夕 373を高温にすると、 上記燃料側固定ねじ 383及び 燃料側ナツト 386が焼付いて燃料側ナツト 386が燃料側固定ねじ 383から外れなく なる場合がある。 このとき請求の範囲 5 0に記載された燃料電池モジュールのデ イストリビュー夕構造では、 燃料側スリット 376dから露出する燃料側固定ねじ 38 3を金工用鋸等にて切断することにより、 燃料側固定ねじ 383が燃料側貫通孔 376b 及び燃料側通孔 327bから容易に抜けるので、 燃料用蓋体 327を燃料用デイストリ ビュー夕本体 376から外すことができる。
請求の範囲 5 1に係る発明は、 請求の範囲 4 7に係る発明であって、 更に図 1 9に示すように、 酸化剤側貫通孔 378bに連通された酸化剤側固定ねじ 384のねじ 部 384aを露出させるための酸化剤側スリット 378dが酸化剤用ディストリビュー夕 本体 378に形成されたことを特徴とする。
酸化剤側固定ねじ 384及び酸化剤側ナツト 387を用いて酸化剤用ディストリビュ 一夕本体 378に酸化剤用蓋体 329を固定した状態で、 燃料電池を作動させるために 燃料電池及び酸化剤用ディストリビュー夕 374を高温にすると、 上記酸化剤側固 定ねじ 384及び酸化剤側ナツト 387が焼付いて酸化剤側ナツト 387が酸化剤側固定 ねじ 384から外れなくなる場合がある。 このとき請求の範囲 5 1に記載された燃 料電池モジュールのディストリビュー夕構造では、 酸化剤側スリット 378dから露 出する酸化剤側固定ねじ 384を金工用鋸等にて切断することにより、 酸化剤側固 定ねじ 384が酸化剤側貫通孔 378b及び酸化剤側通孔 329bから容易に抜けるので、 酸化剤用蓋体 329を酸化剤用ディストリビュー夕本体 378から外すことができる。 請求の範囲 5 2に係る発明は、 請求の範囲 4 2， 4 3 , 4 4 , 4 6 , 4 8又は 5 0いずれかに係る発明であって、 更に図 1 9に示すように、 燃料用デイストリ ビュー夕本体 376に燃料ガスを導入するための一対の燃料用透孔 326c, 326cが燃 料用ディストリビュー夕本体 376の上下面にそれぞれ形成されたことを特徴とす る。 この請求の範囲 5 2に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 燃料ガスを各セパレー夕に略均一に供給することができる。
請求の範囲 5 3に係る発明は、 請求の範囲 4 2、 4 3、 4 5、 4 7、 4 9又は 5 1いずれかに係る発明であって、 更に図 1 9に示すように、 酸化剤用ディスト リピュー夕本体 378に酸化剤ガスを導入するための一対の酸化剤用透孔 32 ， 328 cが酸化剤用デイストリビュ一夕本体 378の上下面にそれぞれ形成されたことを特 徴とする。
この請求の範囲 5 3に記載された燃料電池モジュールのディストリビュー夕構 造では、 酸化剤ガスを各セパレー夕に略均一に供給することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の第 1の実施態様における燃料電池モジュールの縦断面図。 図 2は、 その燃料電池の図 3の A— A線断面図。
図 3は、 図 2の B— B線断面図。
図 4は、 図 2の C— C線断面図。
図 5は、 本発明の第 2の実施態様における燃料電池の縦断面図。
図 6は、 図 5の A— A線断面図。
図 7は、 図 6の B— B線断面図。
図 8は、 図 5の C一 C線断面図。
図 9は、 図 8の D— D線断面図。
図 1 0は、 図 5の E— E線断面図。
図 1 1は、 図 1 0の F— F線断面図。
図 1 2は、 本発明の第 3の実施態様における燃料電池の縦断面図。
図 1 3は、 図 1 2の A— A線断面図。
図 1 4は、 図 1 2の B— B線断面図。
図 1 5は、 図 1 2の C— C線断面図。
図 1 6は、 本発明の第 4の実施態様における燃料電池モジュールの縦断面図。 図 1 7は、 その燃料電池モジュールの燃料用ディストリビュー夕及び空気用デ イストリピュー夕の第 1実施例の分解斜視図。
図 1 8は、 燃料用ディストリビュー夕及び空気用ディストリビュー夕の第 2実 施例を示す図 1 7に対応する分解斜視図。
図 1 9は、 燃料用ディストリビュー夕及び空気用ディストリビュー夕の第 3実 施例を示す図 1 7に対応する分解斜視図。
図 2 0は、 燃料用ディストリビュー夕及び空気用ディストリビュー夕の第 4実 施例を示す図 1 7に対応する分解斜視図。 発明を実施するための最良の形態
本発明の第 1の実施態様である燃料電池モジュールを図面に基づいて説明す る。
図 1に示すように、 燃料電池モジュール 1 0は積層された （n + 1 ) 個の発電 セル 1 2を有する燃料電池 1 1と、 この燃料電池 1 1の近傍にそれぞれ設けられ た単一の燃料用ディストリビュ一タ 1 3及び単一の空気用ディストリビュー夕 1 4 (酸化剤用デイストリビュー夕） とを備える。 ここで、 nは正の整数である。 発電セル 1 2は円板状の固体電解質層 1 2 aと、 この固体電解質層 1 2 aの両面 に配設された円板状の燃料極層 1 2 b及び空気極層 1 2 c (酸化剤極層） とから なる。 上から i番目 （ i = l， 2 , ··· , n ) の発電セル 1 2の燃料極層 1 2 bと この燃料極層 1 2 bに隣接する上から （ i + 1 ) 番目の発電セル 1 2の空気極層 1 2 cとの間には導電性材料により正方形板状に形成されたセパレ一夕 1 6がそ れぞれ 1枚ずつ合計 n枚介装される。 また上から i番目の発電セル 1 2の燃料極 層 1 2 bと上から j番目 （j = l， 2 , …， n ) のセパレー夕 1 6との間には円 板状に形成されかつ導電性を有する多孔質の燃料極集電体 1 7が介装され、 上か ら （ i + 1 ) 番目の発電セル 1 2の空気極層 1 2 cと上から j番目のセパレー夕 1 6との間には円板状に形成されかつ導電性を有する多孔質の空気極集電体 1 8
(酸化剤極集電体） が介装される。 上記 j番目のセパレー夕とは、 i番目の発電 セルと （ i + 1 ) 番目の発電セルの間のセパレー夕を意味する。 更に上から 1番 目 （最上段） の発電セル 1 2の空気極層 1 2 cには空気極集電体 1 8を介して導 電性材料により正方形板状に形成された単一の空気用端板 2 1 (酸化剤用端板） が積層され、 上から （n + 1 ) 番目 （最下段） の発電セル 1 2の燃料極層 1 2 b には燃料極集電体 1 7を介して導電性材料により正方形板状に形成された単一の 燃料用端板 2 2が積層される。
なお、 固体電解質層、 燃料極層、 空気極層、 燃料極集電体及び空気極集電体は 円板状ではなく、 四角形板状、 六角形板状、 八角形板状等の多角形板状に形成し てもよい。 また、セパレー夕、空気用端板及び燃料用端板は正方形板状ではなく、 円板状、 或いは長方形板状、 六角形板状、 八角形板状等の多角形板状に形成して もよい。 この場合、 燃料ガスを発電セル 1 2の略中心より均等に外周方向へ流す ために、 後述する燃料供給通路 2 3の第 2燃料穴 2 3 bは 1個とは限らず、 略中 心に 2個或いは 3個以上であってもよい。
また発電セルの積層方向が鉛直方向と一致するように、 即ち各発電セルが水平 方向に延びるように燃料電池を設置した場合、 燃料ガスはセパレー夕の略中心か ら吐出させることが好ましいけれども、 発電セルの積層方向が水平方向と一致す るように、 即ち各発電セルが鉛直方向に延びるように燃料電池を設置した場合、 燃料ガスはセパレ一夕の中心より幾分下方にずらした部分から吐出させることが 好ましい。 この理由は、 各発電セルが鉛直方向に延びるように燃料電池を設置し た状態で、水素又はメタンである燃料ガスをセパレ一夕の中心から吐出させると、 重力の影響により水素又はメタンが上昇して、 発電セルの上部が下部に比較して 電池反応が活発になるためである。 そこで各発電セルが鉛直方向に延びるように 燃料電池を設置した場合、 上述のように発電セルの全面において均一に発電させ るために、 第 2燃料穴の位置をセパレ一夕の中心より多少下方にずらすことが好 ましい。
更に後述する空気供給通路 2 4の第 3空気穴 2 4 cをシャヮ一状 （縦横に多数 並んだ状態） に形成する場合、 発電セル 1 1全面に空気を均等に流すために、 セ パレ一夕 16の外周部分に比べ中央部分に第 3空気穴 24 cを多く （密に） 形成 することが好ましい。 これは、 シャワー状の第 3空気穴 24 cを均等間隔で形成 すると、 セパレー夕 16の中央部分より外周部分で多くの空気が吐出してしまう ためである。
固体電解質層 12 aは酸化物イオン伝導体により形成される。 具体的には、 一 般式 （l) : Ln l A G a B 1 B 2 B 3 Oで示される酸化物イオン伝導体 である。 但し、 上記一般式 （1) において、 Ln ] L a， C e , P r， Nd及 び Smからなる群より選ばれた 1種又は 2種以上の元素であって 43.6-51. 2重量％含まれ、 Aは S r, C a及び B aからなる群より選ばれた 1種又は 2種 以上の元素であって 5. 4〜； L I. 1重量％含まれ、 Gaは 20. 0〜23. 9 重量％含まれ、 B U¾Mg， A 1及び I nからなる群より選ばれた 1種又は 2種 以上の元素であり、 B 2は Co, F e, N i及び C uからなる群より選ばれた 1 種又は 2種以上の元素であり、 B 3は A l， Mg, Co, N i， F e, C u, Z n, Mn及び Z rからなる群より選ばれた 1種又は 2種以上の元素であり、 B 1 と B 3又は B 2と B 3がそれぞれ同一の元素でないとき、 B 1は 1. 21〜1. 76重量％含まれ、 B 2は 0. 84〜： L. 26重量％含まれ、 B 3は 0. 23〜 3. 08重量％含まれ、 B 1と B 3又は B 2と B 3がそれぞれ同一の元素である とき、 B 1の含有量と B 3の含有量の合計が 1. 41〜2. 70重量％でぁり、 B 2の含有量と B 3の含有量の合計が 1. 07〜2. 10重量％でぁる。
また固体電解質層 12 aを一般式 （2) ： L n 1い A x G a B 1 B 2 z B 3 w Os-d で示される酸化物イオン伝導体により形成してもよい。但し、 上記一般式 （2) において、 Ln lは L a， C e， P r , Nd及び Smからなる 群より選ばれた 1種又は 2種以上の元素であって、 Aは S r， C a及び B aから なる群より選ばれた 1種又は 2種以上の元素であって、 B UiMg, A 1及び I nからなる群より選ばれた 1種又は 2種以上の元素であって、 B 2は C o, F e， N i及び C uからなる群より選ばれた 1種又は 2種以上の元素であって、 B 3は A 1 , Mg, Co, N i , F e, Cu， Z n, M n及び Z rからなる群より選ば れた 1種又は 2種以上の元素であって、 Xは 0. 05〜0. 3、 yは 0. 025 〜0. 29、 zは 0. 0 1〜0. 15、 wは 0. 0 1〜0. 1 5、 y + z +wは 0. 035〜0. 3及び dは 0. 04〜0. 3である。 上記のような酸化物ィォ ン伝導体にて固体電解質層 12 aを形成することにより、 燃料電池 1 1の発電効 率を低下させずに、 発電運転を 650 ± 50°Cと比較的低温で行うことが可能と なる。
燃料極層 12 bは N i等の金属により構成されたり、 又は N i一 YS Z等のサ ーメットにより構成されたり、 或いは N i と一般式 （3) ： C e i -m Dm 02で 表される化合物との混合体により多孔質に形成される。 但し、 上記一般式 （3) において、 Dは Sm， Gd， Y及び C aからなる群より選ばれた 1種又は 2種以 上の元素であり、 mは D元素の原子比であり、 0. 05〜0. 4、 好ましくは 0. 1〜0. 3の範囲に設定される。
空気極層 1 2 cは一般式 （ ） ： ！^!! ? ^ L n 3 X E i -y C oy 〇3 + dで示 される酸化物イオン伝導体により多孔質に形成される。 但し、 上記一般式 （4) において、 L n 2は L a又は Smのいずれか一方又は双方の元素であり、 Ln 3 は B a, C a又は S rのいずれか一方又は双方の元素であり、 Eは F e又は Cu のいずれか一方又は双方の元素である。 また Xは L n 3の原子比であり、 0. 5 を越え 1. 0未満の範囲に設定される。 yは C o元素の原子比であり、 0を越え 1. 0以下、 好ましくは 0. 5以上 1. 0以下の範囲に設定される。 dは— 0. 5以上 0. 5以下の範囲に設定される。
上記発電セル 1 2の製造方法の一例を下記に示す。 先ず原料粉末として、 L a 2〇3， S r C O s, G a 2 O 3, MgO, C o〇の各粉末を L a 0.8S r。.2G a。.8 M g o. 1 5 C O o. 05 O 2. 8となるように秤量して混合した後に、 1 10 で予備 焼成して仮焼体を作製する。次いでこの仮焼体を粉砕した後に、所定のバインダ、 溶剤などを加えて混合することによりスラリーを調製し、 このスラリーをドク夕 ブレード法によりグリーンシートを作製する。 次にこのグリーンシートを空気中 で十分に乾燥し、 所定の寸法に切出した後に、 1450°Cで焼結することにより 固体電解質層' 1 2 aを得る。 この固体電解質層 12 aの一方の面に、 N iと （C e 0. sSmo. 2) 02が体積比で 6 ： 4となるように、 N i〇粉末と （C e o. sSm 0. 2) 〇2粉末とを混合した後に、 この混合粉末を 1 100°Cで焼付けることによ り燃料極層 1 2 bを形成する。 更に上記固体電解質層 12 aの他方の面に （Sm 0. 5S r 0. 5) C o〇3を 1000°Cで焼付けることにより空気極層 12 cを形成 する。 このようにして発電セル 12が作製される。
なお、 固体電解質層をイオン交換樹脂膜により形成し、 燃料極層及び空気極層 を触媒金属粉末若しくは白金担持力一ボン粉末とポリテトラフルォロエチレンと イオン交換樹脂との混合物により形成してもよい。 このように構成された発電セ ルを有する燃料電池は固体高分子電解質型燃料電池と呼ばれる。
セパレ一夕 16はステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金のいずれか により形成されることが好ましい。 例えば、 SUS 3 16、 SUS 430、 イン コネル 600、 ハステロィ X (Haynes SteU i te 社の商品名）、 ヘインズァロイ 2 14などが挙げられる。 またセパレー夕 1 6には燃料供給通路 23と、 空気供 給通路 24 (酸化剤供給通路） と、 複数の揷入穴 16 aが形成される （図 2及び 図 3)。 燃料供給通路 23はセパレ一タ 1 6の外周面から略中心に向う第 1燃料 穴 23 aと、 第 1燃料穴 23 aに連通しセパレー夕 16の略中心から燃料極集電 体 1 7に臨む第 2燃料穴 23 bとを有する。 また空気供給通路 24はセパレ一夕 16の厚さ方向に直交する方向に延びて形成され基端がセパレ一夕 16外周面に 開口しかつ先端が閉止された略 T字状の第 1空気穴 24 aと、 セパレー夕 16の 厚さ方向に直交する方向に延びかつ互いに所定の間隔をあけて形成され第 1空気 穴 24 aに連通し更に両端が閉止された複数の第 2空気穴 24 bと、 セパレー夕 1 6の空気極集電体 18に対向する面に所定の間隔をあけかつ第 2空気穴 24 b に連通するように形成された多数の第 3空気穴 24 cとを有する。
第 1空気穴 24 aは第 1燃料穴 23 aと穴芯が同一のベース穴 24 dと、 この ベース穴 24 dに連通するとともに複数の第 2空気穴 24 bに連通し両端が閉止 された分配穴 24 eからなる。 分配穴 24 eはベース穴 24 dの基端が形成され たセパレ一夕 1 6の一方の側面に隣接する側面からベース穴 2 4 dに直交するよ うに形成した後に、 この隣接する側面に閉止板 2 5を接合することにより両端が 閉止された長穴となる。 また複数の第 2空気穴 2 4 bはべ一ス穴 2 4 dの基端が 形成されたセパレー夕 1 6の一方の側面からベース穴 2 4 dに平行に形成した後 に、 この側面に閉止板 2 5を接合することにより両端が閉止された複数の長穴と なる。 複数の挿入穴 1 6 aは燃料供給通路 2 3及び空気供給通路 2 4のいずれに も連通しないように第 1燃料穴 2 3 a及び第 2空気穴 2 4 bに平行に形成され、 これらの揷入穴 1 6 aには第 1ヒータ 3 1がそれぞれ挿入される （図 3 )。 また セパレー夕 1 6の燃料極集電体 1 7に対向する面には 3本のスリット 1 6 bがセ パレ一夕 1 6の略中心から渦巻き状にそれぞれ形成され （図 4 )、 これらのスリ ット 1 6 bの深さは全長にわたって同一となるように形成される。 なお、 上記ス リットは 3本ではなく、 2本又は 4本以上であってもよい。 また、 スリットの深 さはセパレー夕の中心から離れるに従って次第に深く若しくは浅くなるように形 成してもよい。
図 2に戻って、 燃料極集電体 1 7はステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム 基合金、 或いはニッケル、 銀、 銀合金、 白金又は銅により多孔質に形成され、 ス テンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金により形成した場合、 ニッケルめ つき、 銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀めつき若しくは銅めつきを施す ことが好ましい。 空気極集電体 1 8は銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀 めっき又は白金めつきされたステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いは銀、 銀合金又は白金により多孔質に形成され、 ステンレス鋼、 ニッケル基 合金又はクロム基合金により形成した場合、 銀めつき、 ニッケル下地めつきを介 する銀めつき若しくは白金めつきを施すことが好ましい。 なお、 燃料ガスとして 炭化水素を用いた場合には、燃料極集電体はニッケルめつきされたステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いはニッケルにより形成され、 燃料ガスと して水素を用いた場合には、 燃料極集電体は銀めつき、 ニッケル下地めつきを介 する銀めつき若しくは銅めつきされたステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム 基合金、 或いは銀、 銀合金、 白金又は銅により形成される。 上記燃料極集電体 1 7の製造方法の一例を下記に示す。 先ずステンレス鋼などのアトマイズ粉末と H P M C (水溶性樹脂結合剤） を混練した後に、 蒸留水及び添加剤 （η—へキサン (有機溶剤）、 D B S (界面活性剤）、 グリセリン （可塑剤） など） を加えて混 練して混合スラリ一を調製する。 次にこの混合スラリーをドクタブレード法によ り成形体を作製した後に、所定の条件で発泡、脱脂及び焼結して多孔質板を得る。 更にこの多孔質板を所定の寸法に切出して燃料極集電体 1 7を作製する。 なお、 ステンレス鋼のアトマイズ粉末を用いた場合には、 表面にニッケルめっき、 クロ ムめっき、 銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀めつきが施される。 また上 記空気極集電体 1 8も上記燃料極集電体 1 7とほぼ同様にして作製される。
空気用端板 2 1及び燃料用端板 2 2はセパレ一夕 1 6と同一材料により同一形 状 （正方形板状） に形成される。 空気用端板 2 1には空気供給通路 2 7及び複数 の挿入穴 （図示せず） が形成され、 燃料用端板 2 2には燃料供給通路 2 6及び複 数の揷入穴 （図示せず） が形成される。 空気供給通路 2 7は空気供給通路 2 3と 同様に形成され、 空気用端板 2 1の厚さ方向に直交する方向に延びて形成され基 端が空気用端板 2 1外周面に開口しかつ先端が閉止された T字状の第 1空気穴 2 7 aと、 空気用端板 2 1の厚さ方向に直交する方向に延びかつ互いに所定の間隔 をあけて形成され第 1空気穴 2 7 aに連通し更に両端が閉止された複数の第 2空 気穴 （図示せず） と、 空気用端板 2 1の空気極集電体 1 8に対向する面に所定の 間隔をあけかつ第 2空気穴に連通するように形成された多数の第 3空気穴 （図示 せず）とを有する。また燃料供給通路 2 6は燃料供給通路 2 3と同様に形成され、 燃料用端板 2 2の外周面から略中心に向う第 1燃料穴 2 6 aと、 第 1燃料穴 2 6 aに連通し燃料用端板 2 2の略中心から燃料極集電体 1 7に臨む第 2燃料穴 2 6 bとを有する。
空気用端板 2 1に形成された第 1空気穴 2 7 aはベース穴 2 7 dと、 このべ一 ス穴 2 7 dに連通するとともに複数の第 2空気穴に連通し両端が閉止された分配 穴 2 7 eからなる。 分配穴 2 7 eはベース穴 2 7 dの基端が形成された空気用端 板 2 1の一方の側面に隣接する側面からベース穴 2 7 dに直交するように形成し た後に、 この隣接する側面に閉止板 2 5を接合することにより両端が閉止された 長穴となる。 複数の第 2空気穴はベース穴 2 7 dの基端が形成された空気用端板 2 1の一方の側面からベース穴 2 7 dに平行に形成した後に、 この側面に閉止板 を接合することにより両端が閉止された複数の長穴となる。 また空気用端板 2 1 の複数の挿入穴は空気供給通路 2 7に連通しないように第 2空気穴に平行に形成 され、 これらの挿入穴にはヒー夕 （図示せず） がそれぞれ挿入される。 燃料用端 板 2 2の複数の挿入穴は燃料供給通路 2 6に連通しないように第 1燃料穴 2 6 a に平行に形成され、 これらの挿入穴にはヒータ （図示せず） がそれぞれ挿入され る。 燃料用端板 2 2の上面、 即ち燃料用端板 2 2の燃料極集電体 1 7への対向面 には 3本のスリット 2 2 bが燃料用端板 2 2の略中心から渦巻き状に形成される (図 2 )。 これらのスリット 2 2 bの深さは全長にわたって同一となるように形 成される。 なお、 上記スリットは 3本ではなく、 2本又は 4本以上であってもよ い。 また、 スリットの深さはセパレー夕の中心から離れるに従って次第に深く若 しくは浅くなるように形成してもよい。
更にセパレー夕 1 6、空気用端板 2 1及び燃料用端板 2 2の四隅にはポルト（図 示せず） を揷通可能な通孔 1 6 cが形成される （図 3及び図 4 )。 ( n + 1 ) 個 の発電セル 1 2と、 n枚のセパレータ 1 6と、 （n + 1 ) 個の燃料極集電体 1 7 と、 （n + 1 ) 個の空気極集電体 1 8と、 単一の空気用端板 2 1と、 単一の燃料 用端板 2 2とを積層したときに、 上記セパレー夕 1 6、 空気用端板 2 1及び燃料 用端板 2 2の四隅に形成された通孔 1 6 cにポルトをそれぞれ揷通した後に、 こ れらのポルトの先端にナットをそれぞれ螺合することにより、 燃料電池 1 1が上 記積層した状態で固定されるようになっている。
図 1に戻って、 燃料用デイストリビュー夕 1 3及び空気用ディストリビュ一夕 1 4は発電セル 1 2の積層方向に延びてそれぞれ設けられ、 両端が閉止された筒 状に形成される。 燃料用デイストリビュー夕 1 3は （n + 1 ) 本の燃料用短管 2 8を通って n枚のセパレ一タ 1 6の燃料供給通路 2 3の第 1燃料穴 2 3 a及び単 一の燃料用端板 2 2の燃料供給通路 2 6 aの第 1燃料穴 2 6 aにそれぞれ連通接 続され、 空気用デイストリビュー夕 1 4は （n + 1 ) 本の空気用短管 2 9を通つ て n枚のセパレー夕 1 6の空気供給通路 2 4の第 1空気穴 2 4 a及び単一の空気 用端板 2 1の空気供給通路 2 7の第 1空気穴 2 7 aにそれぞれ連通接続される。 この実施の形態では、 燃料用デイストリビュー夕 1 3、 空気用デイストリビュー 夕 1 4、 燃料用短管 2 8及び空気用短管 2 9はステンレス鋼、 ニッケル基合金又 はクロム基合金などの導電性材料により形成される。
燃料用短管 2 8と燃料用デイストリビュー夕 1 3との電気的絶縁を確保するた めに、 燃料用短管 2 8と燃料用デイストリビュ一夕 1 3との間にはアルミナ等の 電気絶縁性材料により形成された燃料用絶縁管 3 6が介装され、 これらの隙間は ガラスやセメント等の電気絶縁性を有する燃料用封止部材 3 7により封止され る。 また空気用短管 2 9と空気用ディストリビュー夕 1 4との電気的絶縁を確保 するために、 空気用短管 2 9と空気用デイストリピュー夕 1 4との間にはアルミ ナ等の電気絶縁性材料により形成された空気用絶縁管 3 8が介装され、 これらの 隙間はガラスやセメント等の電気絶縁性を有する空気用封止部材 3 9により封止 される。
空気用端板 2 1の上面中央及び燃料用端板 2 2の下面中央には一対の電極端子 4 1 , 4 2 (こ'の実施の形態では電極棒） が電気的にそれぞれ接続される。 燃料 用デイストリビュー夕 1 3の上部外周面には燃料予熱管 4 3が接続され、 この燃 料予熱管 4 3は燃料電池 1 1の外周面から所定の間隔をあけかつ一対の電極端子 4 1， 4 2の軸線を中心とする螺旋状に巻回される。 また空気用ディストリビュ —夕 1 4の外周面には空気予熱管 4 4 (酸化剤予熱管） が接続され、 この空気予 熱管 4 4は燃料電池 1 1の外周面から所定の間隔をあけかつ一対の電極端子 4 1， 4 2の軸線を中心とする螺旋状に巻回される。 更に燃料電池 1 1の外周面に は第 2ヒータ 3 2が燃料電池 1 1の外周面から所定の間隔をあけかつ一対の電極 端子 4 1 , 4 2の軸線を中心とする螺旋状に巻回される。 上記燃料予熱管 4 3の 螺旋半径は上記空気予熱管 4 4の螺旋半径より小さく形成され、 第 2ヒー夕 3 2 の螺旋半径は燃料予熱管 4 3の螺旋半径と空気予熱管 4 4の螺旋半径の中間の値 になるように形成される。
この実施の形態では、 燃料予熱管 4 3及び空気予熱管 4 4はステンレス鋼、 二 ッケル基合金又はクロム基合金などにより形成される。 また空気予熱管 4 4は空 気用ディストリビュ一夕 1 4の長手方向の略中央に接続される。 これは、 発電中 に燃料電池 1 1の内部抵抗によりジュール熱を発生し、 燃料電池 1 1の積層方向 の中央部分が最も熱くなり、 この部分に空気予熱管 4 4及び空気用デイストリビ ュ一夕 1 4を通って比較的低い温度の酸化剤ガスを供給することにより、 発電セ ル 1 2の均熱を保っためである。
上記燃料電池 1 1は螺旋状の燃料予熱管 4 3、 螺旋状の空気予熱管 4 4及び螺 旋状の第 2ヒータ 3 2とともにィンナケース 4 6に収容される。 このィンナケ一 ス 4 6の下部外周面及び上面には発電セル 1 2から排出された燃料ガス及び空気 をインナケース 4 6外に導く第 1排気管 5 1及び第 2排気管 5 2がそれぞれ接続 される。 またインナケース 4 6の外面は断熱材 4 7により被覆されるとともに、 インナケース 4 6の外周面には燃料予熱管 4 3、 空気予熱管 4 4及び第 1排気管 5 1がそれぞれ螺旋状に巻回される。 この実施の形態では、 第 1排気管 5 1は燃 料予熱管 4 3及び空気予熱管 4 4より大径に形成され、 燃料予熱管 4 3及び空気 予熱管 4 4を内部に遊挿した状態でィンナケース 4 6の外周面から所定の間隔を あけて螺旋状に巻回される。 なお、 燃料予熱管及び空気予熱管を第 1排気管の内 部に遊挿するのではなく、 第 1排気管の外周面に密着させた状態でィンナケース の外周面に螺旋状に巻回してもよい。
上記インナケース 4 6は螺旋状の第 1排気管 5 1と、 この第 1排気管 5 1に遊 揷された燃料予熱管 4 3及び空気予熱管 4 4と、 断熱材 4 7とともにァゥタケ一 ス 4 8に収容される。 上記第 1排気管 5 1はこの第 1排気管 5 1に遊挿された燃 料予熱管 4 3及び空気予熱管 4 4とともに、 ァウタケース 4 8の上部外周面から ァウタケース 4 8外に突出し、 燃料予熱管 4 3及び空気予熱管 4 4はこの突出し た部分から第 1排気管 5 1外に突出する。 第 1排気管 5 1から突出した燃料予熱 管 43にはこの燃料予熱管 43内の燃料ガスに水蒸気を混合するための水供給管 49の先端が挿入され、 この水供給管 49には噴霧器（図示せず）が接続される。 上記水供給管 49の先端はァゥ夕ケース 48内に位置することが好ましい。なお、 燃料ガスとしては、 例えばメタンガス （CH4)) が挙げられる。 また図示しな いが上記噴霧器から噴射された霧状の水は第 2排気管 52内を通る排ガスの熱に より気化されて水蒸気になるように構成される。 燃料予熱管 43には燃料ガスが 流通可能な密度で改質粒子 （図示せず） が充填される。 この改質粒子は N i、 N i〇、 A 12 O 3, S i〇2、 MgO、 C a〇、 F e 2〇3、 F e 3〇4、 V2O3, N i A l 2〇4、 Z r〇2、 S i C、 C r2〇3、 Th〇2、 C e2〇3、 B2〇3、 Mn〇 2、 ZnO、 Cu、 B a O及び T i O 2からなる群より選ばれた 1種又は 2種以上 を含む元素又は酸化物により形成されることが好ましい。
燃料電池 1 1に螺旋状に巻回された燃料予熱管 43のうちインナケース 46内 に位置する最下端には、 水分離器 53が接続される。 これは、 燃料電池モジユー ル 10が停止して温度が低下し、 水蒸気が液化して水になったときに、 この水は 水分離器 53に溜るように構成される。 この結果、 燃料電池モジュール 10を再 始動しても、 水が液体のまま発電セル 1 2に供給されないので、 発電セル 12の 性能は低下せず、 発電セル 12は破損しないようになっている。 なお、 上記水分 離器はィンナケース外の燃料予熱管に接続してもよい。
また燃料電池 1 1に螺旋状に巻回された空気予熱管 44のうちインナケース 4 6内に位置する上端には、 冷却空気 （冷却酸化剤ガス） を空気予熱管 44に供給 可能な冷却管 56が接続される。 また空気予熱管 44のうち冷却管 56の接続部 と空気用ディストリビュー夕 14の接続部との間には、 空気予熱管 44内の空気 と冷却管 56内の冷却空気とを混合する混合部が接続される。 この混合部には図 示しないが上記空気及び冷却空気を混合するためにバッフル板や撹拌機等が内蔵 される。 また燃料電池 1 1にはこの燃料電池 1 1の温度を検出する温度センサ 5 8が挿入され、 冷却管 56には冷却空気の流量を調整する流量調整弁 59が設け られる。 温度センサ 58の検出出力はコントローラ （図示せず） の制御入力に接 続され、 コントローラの制御出力は流量調整弁 5 9に接続される。 なお、 図 1の 符号 5 4はインナケース 4 6及びァウタケース 4 8を一対の電極端子 4 1 , 4 2 から電気的に絶縁するための絶縁リングである。
このように構成された燃料電池モジュール 1 0の動作を説明する。燃料ガス（例 えば、 メタンガス （C H 4) ) を燃料予熱管 4 3に供給し、 水 （H 2〇） を水供給 管 4 9から上記燃料予熱管 4 3に供給して水蒸気にし、 この水蒸気を上記燃料ガ スに混合する。 一方、 空気 （酸化剤ガス） を空気予熱管 4 4に供給する。 上記水 蒸気を含む燃料ガスは第 1排気管 5 1に挿入された燃料予熱管 4 3内でインナケ ース 4 6の外周面を螺旋状に回 ながら高温の排ガス （発電セル 1 2から排出さ れた燃料ガス及び酸化剤ガスの混合ガス） と熱交換することにより加熱され、 上 記空気は第 1排気管 5 1に挿入された空気予熱管 4 4内でインナケース 4 6の外 周面を螺旋状に回りながら高温の排ガスと熱交換することにより加熱される。 ま た燃料予熱管 4 3及び空気予熱管 4 4が遊挿された第 1排気管 5 1は断熱材 4 7 により覆われているため、 上記第 1排気管 5 1内を通る排ガスは冷え難い。 インナケース 4 6の外周面を螺旋状に回りながら加熱された燃料ガス及び空気 はインナケース 4 6内に入るときに第 1排気管 5 1から出て燃料電池 1 1の外周 面を螺旋状に回る。 このとき燃料予熱管 4 3内を通る燃料ガスは発電セル 1 2か ら排出される高温の排ガス及び第 2ヒータ 3 2により加熱される。 上記燃料予熱 管 4 3内には改質粒子が充填されているため、 水蒸気を含む燃料ガスを上述のよ うに加熱することにより、 この水蒸気を含む燃料ガスは改質粒子により改質され て （例えば、 水素ガス （H 2) に改質される）、 燃料用デイストリビュータ 1 3 に供給される。 また空気予熱管 4 4内を通る空気も上記高温の排ガス及び第 2ヒ 一夕 3 2により加熱されて空気用デイストリビュータ 1 4に供給される。
発電に最適な温度に加熱されかつ改質された燃料ガスを燃料用デイストリビュ 一夕 1 3に導入すると、 この燃料ガスは燃料用短管 2 8及び燃料供給通路 2 3 , 2 6を通り、 セパレ一夕 1 6及び燃料用端板 2 2の略中心から燃料極集電体 1 7 の中心に向って吐出する。 これにより燃料ガスは燃料極集電体 1 7内の気孔を通 過して燃料極層 1 2 bの略中心に速やかに供給され、 更にスリット 1 6 b , 2 2 bにより案内されて燃料極層 1 2 bの略中心から外周縁に向って渦巻き状に流れ る。 同時に発電に最適な温度に加熱された空気を空気用ディストリビュー夕 1 4 に導入すると、 この空気は空気用短管 2 9及び空気供給通路 2 4， 2 7を通り、 セパレー夕 1 6の多数の第 3空気穴 2 4 c及び空気用端板 2 1の多数の第 3空気 穴からシャワー状に空気極集電体 1 8に向って吐出する。 これにより空気は空気 極集電体 1 8内の気孔を通過して空気極層 1 2 cに略均一に供給される。
空気極層 1 2 cに供給された空気は空気極層 1 2 c内の気孔を通って固体電解 質層 1 2 aとの界面近傍に到達し、 この部分で空気中の酸素は空気極層 1 2じか ら電子を受け取って、 酸化物イオン （02_) にイオン化される。 この酸化物ィォ ンは燃料極層 1 2 bの方向に向って固体電解質層 1 2 a内を拡散移動し、 燃料極 層 1 2 bとの界面近傍に到達すると、 この部分で燃料ガスと反応して反応生成物
(例えば、 H 2〇） を生じ、 燃料極層 1 2 bに電子を放出する。 この電子を燃料 極集電体 1 7により取り出すことにより電流が発生し、 電力が得られる。 上記の ように燃料ガスがセパレー夕 1 6の略中央及び燃料用端板 2 2の略中央から吐出 され、 かつスリット 1 6 b， 2 2 bにより案内されるので、 燃料ガスの反応経路 が長くなる。 この結果、 燃料ガスがセパレー夕 1 6及び燃料用端板 2 2の外周縁 に到達するまでに、 燃料ガスが燃料極層 1 2 bと極めて多く衝突するので、 上記 反応回数が増え、 燃料電池 1 1の性能向上を図ることができる。 従って、 セパレ 一夕 1 6及び燃料用端板 2 2の外径が大きくなればなるほど、 燃料ガスの反応経 路が長くなり、 これに伴って反応回数が増え、燃料電池 1 1の出力向上に繋がる。 なお、 （n + 1 ) 個の発電セル 1 2は導電性材料により形成されたセパレー夕 1 6、 燃料極集電体 1 7及び空気極集電体 1 8を介して直列に接続され、 かつ燃料 電池 1 1の両端の空気用端板 2 1及び燃料用端板 2 2には一対の電極端子 4 1 , 4 2が設けられているため、 これらの電極端子 4 1， 4 2から大きな電力を取出 すことができる。
また従来の燃料電池、 即ちアノードと力ソードが接触する部分の近傍のみで反 応が起こり発電効率が低下する、 空気極集電体及び燃料極集電体を有しない構造 の燃料電池と比較して、 本発明の燃料電池モジュール 1 0では、 発電セル 1 2の 表面の全てが発電に寄与するので、 発電効率が向上する。 また燃料電池モジユー ル 1 0の起動時には、 第 1ヒー夕 3 1に通電することにより発電セル 1 2を速や かに昇温できるので、 昇温時間を短縮できるとともに、 発電セル 1 2が均一に昇 温し、 発電セル 1 2の中心と外周縁との温度差がなくなって均一に熱膨張するた め、発電セル 1 2の損傷を防止できる。なお、挿入穴にヒ一夕を揷入しない場合、 即ち挿入穴を軽量化穴とした場合には、 セパレ一夕、 空気用端板及び燃料用端板 の重量を小さくできるので、 燃料電池の軽量化を図ることができる。
またインナケース 4 6の両面及びァゥ夕ケース 4 8の内面には銀めつき、 ニッ ケル下地めつきを介する銀めつき又は白金めつきが施され、更に燃料用短管 2 8 、 燃料用デイストリビュー夕 1 3、 燃料予熱管 4 3、 空気用短管 2 9、 空気用ディ ストリビュ一夕 1 4及び空気予熱管 4 4の外面には銀めつき、 ニッケル下地めつ きを介する銀めつき又は白金めつきが施されることが好ましい。 これにより燃料 電池 1 1の運転中に発電セル 1 2が発生する輻射熱を、 燃料予熱管 4 3及び酸化 剤予熱管 4 4の保温のために利用でき、 発電セル 1 2及びセパレ一夕 1 6の保温 効果を高めることができる。 また燃料予熱管 4 3、 燃料用デイストリビュー夕 1 3、 燃料用短管 2 8、 酸化剤予熱管 4 4、 酸化剤用デイストリピュー夕 1 4及び 酸化剤用短管 2 7がステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金のいずれか により形成されかつ内面に銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀めつき又は 白金めつきが施されることが好ましい。 これにより酸化剤予熱管 4 4、 酸化剤用 ディストリビュー夕 1 4及び酸化剤用短管 2 7の内部が酸化されず、 酸化スケー ル （粉状の酸化物） の生成を抑制できる。 一方、 還元雰囲気である燃料予熱管 4 3、 燃料用デイストリビュー夕 1 3及び燃料用短管 2 8の内部には水蒸気が存在 するけれども、 この水蒸気による酸化スケールの発生を抑制できる。 また燃料予 熱管 4 3、 燃料用ディストリビュ一夕 1 3及び燃料用短管 2 8の内面にニッケル めっきが施されることが好ましい。 これにより燃料予熱管 4 3、 燃料用ディスト リビュ一夕 1 3及び燃料用短管 2 8の内部で炭化水素の改質反応が可能となる。 一方、 セパレー夕 1 6の下面及び空気用端板 2 1の下面には多数の第 3空気穴 2 4 cが所定の間隔をあけて並んで形成されているため、 空気がセパレー夕 1 6 の下面及び空気用端板 2 1の下面から略均一に吐出される。 この結果、 空気によ り発電セル 1 2を均一に加熱 '冷却できる。 特に、 燃料電池モジュール 1 0の発 電中におけるジュール熱の発生により、 発電セル 1 2が加熱されて設定温度 （例 えば、 6 5 0 ） より上昇したときに、 この設定温度より僅かに低い温度 （例え ば、 6 3 0 ) の空気を上記空気供給通路 2 4， 2 7から吐出させることにより、 発電セル 1 2を均一に冷却できるので、 発電セル 1 2の局所的な加熱又は冷却に よる損傷を防止できる。 また上述の燃料電池 1 1の温度制御は温度センサ 5 8の 検出出力に基づくコントローラの流量調整弁 5 9の制御により行うことができ る。即ち、燃料電池 1 1の運転中に燃料電池 1 1が設定温度（例えば、 6 5 0 °C) を越えたことを温度センサ 5 8が検出すると、 コントローラが温度センサ 5 8の 検出出力に基づいて流量調整弁 5 9の開度を変え、 空気予熱管 4 4を通る空気に 冷却管 5 6を通る冷却空気を混ぜ、 設定温度より低い温度 （例えば、 6 3 0 °C) の空気を燃料電池 1 1に供給する。
更にステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金製のセパレ一夕 1 6及び 燃料用端板 2 2の上面に、 ニッケルめっき、 銀めつき、 ニッケル下地めつきを介 する銀めつき若しくは銅めつきが施されたステンレス鋼、 ニッケル基合金又はク ロム基合金、 或いはニッケル、 銀、 銀合金、 白金又は銅製の燃料極集電体 1 7を それぞれ接合し、 ステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金製のセパレー 夕 1 6及び燃料用端板 2 2の下面に、 銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀 めっき若しくは白金めつきが施されたステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム 基合金、或いは銀、銀合金又は白金製の空気極集電体 1 8をそれぞれ接合すれば、 セパレー夕 1 6及び空気用端板 2 1が高温で空気に曝されても、 即ちセパレ一夕 1 6及び空気用端板 2 1が高温酸化雰囲気に曝されても、 セパレー夕 1 6及び空 気極集電体 1 8の接合部分と、 空気用端板 2 2及び空気極集電体 1 8の溶着され た接合部分が溶着されているため、 これらの接合部分の酸化を防止できる。 この 結果、 セパレ一夕 1 6及び燃料極集電体 1 7の電気的導通と、 燃料用端板 2 2及 び燃料極集電体 1 7の電気的導通のみならず、 セパレ一夕 1 6及び空気極集電体 1 8の電気的導通と、 空気用端板 2 1及び空気極集電体 1 8の電気的導通を上記 接合部分を通して長期間保持できるとともに、 上記接合により燃料電池モジユー ル 1 0の組立作業時間を短縮し、 組立作業性を向上できる。 なお、 上記接合方法 としては銀ろう付け、 スポット溶接又はレーザ溶接等が挙げられる。 またステン レス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金製の上記セパレー夕 1 6、 空気用端板 2 1及び燃料用端板 2 2にニッケルめっき、 クロムめつき、 銀めつき又はニッケ ル下地めつきを介する銀めつきを施せば、 セパレー夕 1 6、 空気用端板 2 1及び 燃料用端板 2 2と、 燃料極集電体 1 7及び空気極集電体 1 8との電気的導通を更 に長期間保持できる。
なお、 上記の実施態様では、 酸化剤ガスとして空気を用いたが、 酸素又はその 他の酸化剤ガスを用いてもよい。
また、 上記の実施態様では、 燃料電池として、 発電セルが燃料極層及び空気極 層 （酸化剤極層） にて固体電解質層を挟持して構成された固体酸化物型の燃料電 池を挙げたが、 固体高分子型燃料電池や炭酸溶融塩型燃料電池や燐酸型燃料電池 などでもよい。 また、 上記の実施態様では、 セパレ一タをステンレス鋼、 ニッケ ル基合金又はクロム基合金のいずれかにより形成したが、ランタンクロマイト（L a o. 9 S r 0 . i C r O s ) 等の導電性を有するセラミックにより形成してもよい。 また、 上記の実施態様では、 セパレー夕、 空気用端板及び燃料用端板の挿入穴 に第 1ヒータをそれぞれ揷入したが、 第 1ヒー夕及び温度センサ （温度測定用熱 電対） を交互に挿入してもよい。 この場合、 温度センサの検出出力に基づいて第 1ヒータを制御することにより、 セパレー夕等の温度をきめ細かく制御できる。 また、 上記の実施態様では、 燃料予熱管に水供給管の先端を挿入し、 この水供 給管に噴霧器を接続したが、 燃料予熱管の上部に水供給管の先端を挿入し、 この 水供給管の基端にポンプを接続してもよい。 この場合、 燃料予熱管に供給された 水は第 2排気管内を通る排ガスの熱により、 燃料予熱管を下るに従って気化され る。 更に、 発電セル 1 2から排出された燃料ガス及び酸化剤ガスをインナケース 4 6及びァゥ夕ケース 4 8外に導く排気管 5 1 , 5 2を水蒸気夕一ビンに接続し てもよい。 この場合、 燃料電池モジュール 1 0から排出された高温の排ガスを利 用して水を加熱し、 圧縮水蒸気を発生させ、 この圧縮水蒸気を夕一ビンに噴射し て回転させることにより、 発電機を回転させて熱エネルギを電気工ネルギに変換 することができる。
本発明の第 2の実施態様である燃料電池へのガス供給構造を図面に基づいて説 明する。
図 5に示す燃料電池 110は、 図 1に図示した燃料電池 1 1と同様に、 （n + 1 ) 個の発電セル 111を積層することにより構成され、 固体電解質層 l l l a、 燃料極層 1 l i b, 空気極層 （酸化剤極層） l l l c、 セパレー夕 112、 燃料極集電体 113、 空気極 集電体 （酸化剤極集電体） 114、 空気用端板 （酸化剤用端板） 116、 燃料用端板 11 7は、 それぞれ図 1における固体電解質層 1 2 a、 燃料極層 1 2 b、 空気極層 （酸 化剤極層） 1 2 c、 セパレー夕 1 6、 燃料極集電体 1 7、 空気極集電体 （酸化剤 極集電体） 1 8、 空気用端板 （酸化剤用端板） 2 1、 燃料用端板 2 2と同様に積 層されている。 上記セパレー夕 112、 空気用端板 116及び燃料用端板 117は燃料極 層 111b等の直径を一辺の長さとする正方形板状にそれぞれ形成される。 なお、 固 体電解質層、 燃料極層、 空気極層、 燃料極集電体及び空気極集電体は円板状では なく、 四角形板状、 六角形板状、 八角形板状等の多角形板状に形成してもよい。 また、 セパレー夕、 空気用端板及び燃料用端板は正方形板状ではなく、 円板状、 或いは長方形板状、 六角形板状、 八角形板状等の多角形板状に形成してもよい。 固体電解質層 l l l a、 燃料極層 111b及び空気極層 111cは、 前記した本発明の第 1 の実施態様におけると同様な材質により形成される。
セパレ一夕 1 12、 空気用端板 116及び燃料用端板 117はステンレス鋼、 ニッケル 基合金又はクロム基合金により形成されることが好ましい。 また燃料極集電体 11 3はステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いはニッケル、 銀又は 銅により多孔質に形成され、 空気極集電体 114はステンレス鋼、 ニッケル基合金 又はクロム基合金、 或いは銀又は白金により多孔質に形成される。
セパレ一夕 112には、 燃料ガスをセパレー夕 112外周面から導入してセパレー夕 112の燃料極集電体 113への対向面から吐出させるセパレー夕用燃料通路 118と、 空気 （酸化剤ガス） をセパレー夕 112外周面から導入してセパレ一夕 112の空気極 集電体 114への対向面から吐出させるセパレータ用空気通路 119 (セパレー夕用酸 化剤通路） とが形成される （図 5〜図 7)。 セパレー夕用燃料通路 118は、 セパ レー夕 112外周面に形成された単一のセパレー夕用燃料導入孔 118aと、 セパレ一 夕 112の燃料極集電体 113への対向面中央に形成された単一のセパレ一夕用燃料吐 出孔 118bと、 セパレ一夕 112内に形成されセパレー夕用燃料導入孔 118a及びセパ レー夕用燃料吐出孔 118bを連通するセパレー夕用燃料連通孔 118cとを有する。 ま たセパレ一夕用空気通路 119は、 セパレ一夕 112外周面に形成された単一のセパレ 一夕用空気導入孔 119a (セパレ一夕用酸化剤導入孔） と、 セパレー夕 112の空気 極集電体 114への対向面に所定の間隔をあけて形成された複数のセパレータ用空 気吐出孔 119b (セパレー夕用酸化剤吐出孔） と、 セパレー夕 112内に形成されセ パレー夕用空気導入孔 119a及びセパレー夕用空気吐出孔 119bを連通するセパレ一 夕用空気連通孔 119c (セパレー夕用酸化剤連通孔） とを有する。
一方、 セパレ一夕 112は、 上面にセパレ一夕用燃料凹溝 121aが形成されかつ下 面にセパレー夕用空気凹溝 121b (セパレ一夕用酸化剤凹溝） が形成されたセパレ 一夕用基板 121と、 セパレ一夕用燃料凹溝 121aを被覆するセパレー夕用燃料蓋体 1 22と、 セパレ一夕用空気凹溝 121bを被覆するセパレ一夕用空気蓋体 123 (セパレ —夕用酸化剤蓋体） とを有する。 セパレ一夕用燃料凹溝 121aはセパレー夕用基板 121の一方のコーナ部から中央に向って直線状に形成され、 セパレー夕用燃料篕 体 122は上記セパレータ用燃料凹溝 121aに相応する直線状に形成される。 またセ パレー夕用燃料凹溝 121aはセパレー夕用燃料蓋体 122にて被覆されることにより、 セパレータ用燃料導入孔 118 a及びセパレー夕用燃料連通孔 118 cとなり、 セパレー 夕用燃料蓋体 122にはセパレ一夕用基板 121の中央に位置するように上記単一のセ パレー夕用燃料吐出孔 118bが形成される。
セパレー夕用空気凹溝 121bはセパレ一夕用基板 121の他方のコーナ部から一方 のコーナ部に向って枝分れする葉脈状に形成され、 セパレ一夕用空気蓋体 123は 上記セパレー夕用空気凹溝 121bに相応する葉脈状に形成される。 またセパレー夕 用空気凹溝 121bはセパレ一夕用空気蓋体 123にて被覆されることにより、 セパレ 一夕用空気導入孔 119a及びセパレー夕用空気連通孔 119cとなり、 セパレー夕用空 気蓋体 123には所定の間隔をあけて上記複数のセパレー夕用空気吐出孔 119bが形 成される。 なお、 セパレ一夕用基板 121にセパレー夕用燃料蓋体 122及びセパレー 夕用空気蓋体 123を固着するには、先ずセパレー夕用燃料凹溝 121aの段部 121c (図 7) にセパレ一タ用燃料蓋体 122を挿入し、 セパレ一夕用空気凹溝 121bの段部 121 d (図 7) にセパレー夕用空気蓋体 123を挿入し、 この状態で上記蓋体 122, 123を 段部 121c， 121dにそれぞれスポット溶接する。 次に上記セパレ一タ用燃料蓋体 12 2及びセパレー夕用空気蓋体 123が固着されたセパレー夕用基板 121に A gめっき を施す。 このように比較的簡単な作業でセパレ一夕用基板 121にセパレ一タ用燃 料蓋体 122及びセパレー夕用空気蓋体 123を固着できる。 また上記セパレー夕用燃 料凹溝 121aとセパレ一タ用空気凹溝 121bとは互いに連通しないようにセパレータ 用基板 121にそれぞれ形成される。
図 6に詳しく示すように、 セパレー夕用燃料導入孔 118aが形成されたセパレー 夕 112の一方のコーナ部には一対の燃料用切欠き 121e, 121eが形成され、 これら の切欠き 121e, 121eにより上記セパレー夕 112の一方のコーナ部が図示しない燃 料用デイストリビュー夕の燃料出口に揷入可能に構成される。 またセパレ一夕用 空気導入孔 119aが形成されたセパレ一夕 112の他方のコーナ部には一対の空気用 切欠き 121f, 121fが形成され、 これらの切欠き 121f， 121fにより上記セパレ一夕 112の他方のコーナ部が図示しない空気用ディストリビュー夕の空気出口に挿入 可能に構成される。 上記燃料用ディストリビュー夕は燃料電池 110近傍にその積 層方向に延びて設けられ、 燃料ガスを各セパレ一夕 112及び燃料用端板 117に供給 可能に構成される。 また上記空気用デイストリビュー夕は燃料電池 110に対して 燃料用ディストリビュー夕とは反対側に燃料電池 110の積層方向に延びて設けら れ、 空気を各セパレ一夕 112及び空気用端板 116に供給可能に構成される。
燃料用端板 117には、 燃料ガスを燃料用端板 117外周面から導入して燃料用端板 117の燃料極集電体 113への対向面から吐出させる端板用燃料通路 126が形成され る （図 5、 図 8及び図 9 )。 端板用燃料通路 126は、 燃料用端板 117外周面に形成 された単一の端板用燃料導入孔 126aと、 燃料用端板 117の燃料極集電体 113への対 向面中央に形成された単一の端板用燃料吐出孔 126bと、 燃料用端板 117内に形成 され端板用燃料導入孔 126a及び端板用燃料吐出孔 126bを連通する端板用燃料連通 孔 126cとを有する。
一方、 燃料用端板 117は、 上面に端板用燃料凹溝 127aが形成された端板用燃料 基板 127と、 端板用燃料凹溝 127aを被覆する端板用燃料蓋体 128とを有する。 端板 用燃料凹溝 127aは端板用燃料基板 127の一方のコーナ部から中央に向って直線状 に形成され、 端板用燃料蓋体 128は上記端板用燃料凹溝 127aに相応する直線状に 形成される。 また端板用燃料凹溝 127aは端板用燃料蓋体 128にて被覆されること により、 端板用燃料導入孔 126a及び端板用燃料連通孔 126cとなり、 端板用燃料蓋 体 128には端板用燃料基板 127の中央に位置するように上記単一の端板用燃料吐出 孔 126bが形成される。 なお、 端板用燃料基板 127に端板用燃料蓋体 128を固着する には、 先ず端板用燃料凹溝 127aの段部 127c (図 9 ) に端板用燃料蓋体 128を挿入 し、 この状態で上記蓋体 128を段部 127cにスポット溶接する。 次に上記端板用燃 料蓋体 128が固着された端板用基板 127に A gめっきを施す。 このように比較的簡 単な作業で端板用燃料基板 127に端板用燃料蓋体 128を固着できる。 また、 図 8に 詳しく示すように、 端板用燃料導入孔 126aが形成された燃料用端板 117の一方の コーナ部には一対の燃料用切欠き 127e， 127eが形成され、 これらの切欠き 127e， 127eにより上記燃料用端板 117の一方のコーナ部が上記燃料用デイストリビュー 夕の燃料出口に揷入可能に構成される。
空気用端板 116には、 空気を空気用端板 116外周面から導入して空気用端板 116 の空気極集電体 114への対向面から吐出させる端板用空気通路 131 (端板用酸化剤 通路） が形成される （図 5、 図 1 0及び図 1 1)。 端板用空気通路 131は、 空気 用端板 116外周面に形成された単一の端板用空気導入孔 131a (端板用酸化剤導入 孔） と、 空気用端板 116の空気極集電体 114への対向面に所定の間隔をあけて形成 された複数の端板用空気吐出孔 131b (端板用酸化剤吐出孔） と、 空気用端板 116 内に形成され端板用空気導入孔 131a及び端板用空気吐出孔 131bを連通する端板用 空気連通孔 131c (端板用酸化剤連通孔） とを有する。
一方、 空気用端板 116は、 下面に端板用空気凹溝 132a (端板用酸化剤凹溝） が 形成された端板用空気基板 132 (端板用酸化剤基板） と、 端板用空気凹溝 132aを 被覆する端板用空気蓋体 133 (端板用酸化剤蓋体） とを有する。 端板用空気凹溝 1 32aは端板用空気基板 132の他方のコーナ部から一方のコーナ部に向って枝分れす る葉脈状に形成され、 端板用空気蓋体 133は上記端板用空気凹溝 132aに相応する 葉脈状に形成される。 また端板用空気凹溝 132aは端板用空気蓋体 133にて被覆さ れることにより、 端板用空気導入孔 131a及び端板用空気連通孔 131cとなり、 端板 用空気蓋体 133には所定の間隔をあけて上記複数の端板用空気吐出孔 131bが形成 される。 なお、 端板用空気基板 132に端板用空気蓋体 133を固着するには、 先ず端 板用空気凹溝 132aの段部 132d (図 1 1 ) に端板用空気蓋体 133を挿入し、 この状 態で上記蓋体 133を段部 132dにスポット溶接する。 次に上記端板用空気蓋体 133が 固着された端板用空気基板 132に A gめっきを施す。 このように比較的簡単な作 業で端板用空気基板 132に端板用空気蓋体 133を固着できる。 また、 図 1 0に詳し く示すように、 端板用空気導入孔 131aが形成された空気用端板 116の他方のコー ナ部には一対の空気用切欠き 132f, 132fが形成され、 これらの切欠き 132f, 132f により上記空気用端板 116の他方のコーナ部が上記空気用デイストリビュー夕の 空気出口に挿入可能に構成される。
セパレー夕 112の燃料極集電体 113に対向する面には、 単一のセパレータ用燃料 吐出孔 118bから渦巻き状に延びる複数のスリット （図 4参照） がそれぞれ形成さ れ、 燃料用端板 117の燃料極集電体 113に対向する面には、 単一の端板用燃料吐出 孔 126bから渦巻き状に延びる複数のスリット（図 4参照）がそれぞれ形成される。 またセパレ一夕用燃料通路 118のセパレー夕用燃料連通孔 118c及び端板用燃料通 路 126の端板用燃料連通孔 126cには、 燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子 （図 示せず） を充填することが好ましい。 この改質粒子としては、 前記した本発明の 第 1の実施態様における改質粒子と同様な元素又は酸化物が使用できる。
セパレータ用基板 121には、 セパレー夕用燃料凹溝 121a及びセパレー夕用空気 凹溝 121bに連通しないように、 熱電対 136を揷入可能な熱電対揷入溝 121gと、 ヒ 一夕 137を挿入可能なヒータ揷入溝 121hとがそれぞれ形成される （図 6及び図 7)。 また端板用燃料基板 127には、 端板用燃料凹溝 127aに連通しないように、 熱電対 1 36を揷入可能な熱電対挿入溝 127gと、 ヒータ 137を揷入可能なヒータ挿入溝 127h とがそれぞれ形成される （図 8)。 更に端板用空気基板 132には、 端板用空気凹 溝 132aに連通しないように、 熱電対 136を挿入可能な熱電対揷入溝 132gと、 ヒー 夕 137を揷入可能なヒー夕挿入溝 132hとがそれぞれ形成される （図 1 0； &び図 1 1)。 上記熱電対 136の検出出力は図示しないコントローラに制御入力に接続さ れ、 コントローラの制御出力はヒータ 137に接続される。
このように構成された燃料電池 110の動作を説明する。 燃料電池 110を起動する ときには、 コントローラはヒー夕 137を作動させる。 これによりセパレータ 112、 燃料用端板 117及び空気用端板 116はヒータ 137により加熱されて燃料電池 110が起 動温度まで上昇する。 燃料電池 110が起動温度に達すると、 この起動温度を熱電 対 136が検出するので、 コントローラはこの熱電対 136の検出出力に基づいてヒ一 夕 137を停止する。 この状態で燃料ガス （例えば、 メタンガス （CH4)) を水蒸 気 （H2〇） とともにセパレ一夕用燃料導入孔 118a及び端板用燃料導入孔 126aに 導入すると、 燃料ガス及び水蒸気はセパレー夕用燃料連通孔 118c及び端板用燃料 連通孔 126c内を通ってセパレー夕用燃料吐出孔 118b及び端板用燃料吐出孔 126bに それぞれ向う。 運転中の燃料電池 110は高温であるため、 上記燃料ガスはセパレ 一夕用燃料連通孔 118c及び端板用燃料連通孔 126cを通る間にセパレー夕 112及び 燃料用端板 117から熱を吸収し、 燃料極層 111bでの反応に最適な温度に達すると ともに、 セパレ一夕用燃料連通孔 118c及び端板用燃料連通孔 126cに充填された改 質粒子により改質される （例えば、 水素ガス （H2) に改質される。）。
この改質された燃料ガスはセパレー夕用燃料吐出孔 118b及び端板用燃料吐出孔 126bから各燃料極集電体 113の中央に向ってそれぞれ吐出し、 各燃料極集電体 113 内の気孔を通過して各燃料極層 111bの中央に速やかに供給され、 更にセパレー夕 用基板 121の燃料極集電体 113への対向面及び端板用燃料基板 127の燃料極集電体 1 13への対向面に形成されたスリットによりそれぞれ案内されて各燃料極層 libの 中央から外周縁に向って渦巻き状に流れる。 同時に空気をセパレ一夕用空気導入 孔 119a及び端板用空気導入孔 131aに導入すると、 空気はセパレー夕用空気連通孔 119c及び端板用空気連通孔 131cを通って、 セパレ一タ用空気吐出孔 119b及び端板 用空気吐出孔 131bから各空気極層 111cに向ってシャワー状に略均一にそれぞれ吐 出し、 更に各空気極層 111c内を各固体電解質層 111aに沿って流れる。
燃料極層 111 b、 空気極層 111 c及び固体電解質層 111 aで燃料ガスと空気中の酸素 が移動、 反応して電力が得られる機構は、 前記した本発明の第 1の実施態様にお けると同様である。
上記のように燃料ガスがセパレータ用基板 121の燃料極集電体 113への対向面及 び端板用燃料基板 127の燃料極集電体 113への対向面に形成されたスリットにより それぞれ案内されて各燃料極層 111bの中央から外周縁に向って渦巻き状に流れる ので、 燃料ガスの反応経路が長くなつて、 燃料ガスと各燃料極層 111bとの衝突回 数が増える。 また空気がセパレ一夕用空気吐出孔 119b及び端板用空気吐出孔 131b から各空気極層 111cに向ってシャワー状に略均一に吐出するので、 各発電セル 11 1を空気にて均一に加熱 ·冷却でき、 各発電セル 111の局所的な加熱又は冷却によ る損傷を防止できる。
セパレ一夕 112がセパレ一夕用基板 121のセパレ一タ用燃料凹溝 121aをセパレー 夕用燃料蓋体 122にて被覆し、 セパレ一夕用空気凹溝 121bをセパレ一タ用空気蓋 体 123にて被覆することにより形成され、 燃料用端板 117が端板用燃料基板 127の 端板用燃料凹溝 127aを端板用燃料蓋体 128にて被覆することにより形成され、 更 に空気用端板 116が端板用空気基板 132の端板用空気凹溝 132aを端板用空気蓋体 13 3にて被覆することにより形成されるので、 セパレー夕 112、 燃料用端板 117及び 空気用端板 116の厚さをそれぞれ極めて薄くできる。 この結果、 燃料電池 110を発 電セル 111の積層方向にコンパクト化することができる。
また燃料電池 110の発電中は、 燃料電池 110にジュール熱が発生して燃料電池 11 0の温度が上昇するため、 コントローラは熱電対 136の検出出力に基づいて燃料電 池 110の作動温度より少し低い温度の空気をセパレー夕用空気通路 119及び端板用 空気通路 131にそれぞれ供給する。 これによりセパレー夕 112及び空気用端板 116 の温度調節が行われる。
一方、セパレー夕用燃料蓋体 122の一部がセパレー夕用基板 121から剥離したり、 或いは端板用燃料蓋体 128の一部が端板用燃料基板 127から剥離しても、 セパレー 夕用燃料通路 118や端板用燃料通路 126を通る燃料ガスは空気と混合することなく 各発電セル 111の燃料極層 111bに供給される。 またセパレ一タ用空気蓋体 の一 部がセパレー夕用基板 121から剥離したり、 或いは端板用空気蓋体 133の一部が端 板用空気基板 132から剥離しても、 セパレー夕用空気通路 119や端板用空気通路 13 1を通る空気は燃料ガスと混合することなく各発電セル 111の空気極層 111cに供給 される。
更にセパレ一夕 112の上面及び燃料用端板 1Πの上面に、 ニッケルめっき、 銀め つき若しくは銅めつきされたステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いはニッケル、 銀又は銅製の燃料極集電体 113をそれぞれ接合し、 セパレー夕 1 12の下面及び空気用端板 116の下面に、 銀めつき若しくは白金めつきされたステ ンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いは銀又は白金製の空気極集電 体 114をそれぞれ接合することが望ましい。
また上記セパレ一夕 112、 燃料用端板 117及び空気用端板 116に、 ニッケルめつ き又は銀めつきのいずれか一方又は双方を施せば （銀めつきを施す場合には、 下 地めつきとしてニッケルめっきを施す必要がある。）、 セパレ一夕 112、 燃料用端 板 117及び空気用端板 116と、 燃料極集電体 113及び空気極集電体 114との電気的導 通を更に長期間保持できる。 また、 この実施の形態では、 酸化剤ガスとして空気 を用いたが、 酸素又はその他の酸化剤ガスを用いてもよい。
更に、 セパレー夕用燃料吐出孔をセパレ一夕用基板の中央に位置するようにセ パレ一夕用燃料蓋体に形成し、 セパレータ用空気吐出孔をセパレー夕用基板の中 央に位置するようにセパレ一タ用空気蓋体に形成し、 セパレ一夕の空気極層に対 向する面にセパレー夕用空気吐出孔から渦巻き状に延びる複数のスリットをそれ ぞれ形成してもよい。 この場合、 燃料ガスは燃料極層の中央からスリットに沿つ て渦巻き状に流れるので、 燃料ガスの反応経路が長くなつて、 燃料ガスと燃料極 層との衝突回数が増える。 また空気は空気極層の中央からスリツトに沿って渦巻 き状に流れるので、 空気の反応経路が長くなつて、 空気と空気極層との衝突回数 が増える。 この結果、 燃料電池の出力を向上できる。
本発明の第 3の実施態様である燃料電池へのガス供給構造を図面に基づいて説 明する。
図 1 2に示す燃料電池 210は、 図 1に図示した燃料電池 1 1と同様に、 （n + 1 ) 個の発電セル 21 1を積層することにより構成され、 固体電解質層 21 1 a、 燃料 極層 21 1 b、 空気極層 （酸化剤極層） 21 1 c、 セパレ一夕 212、 燃料極集電体 213、 空 気極集電体 （酸化剤極集電体） 214、 空気用端板 （酸化剤用端板） 216、 燃料用端 板 217は、 それぞれ図 1における固体電解質層 1 2 a、 燃料極層 1 2 b、 空気極 層 （酸化剤極層） 1 2 c、 セパレー夕 1 6、 燃料極集電体 1 7、 空気極集電体（酸 化剤極集電体） 1 8、 空気用端板 （酸化剤用端板） 2 1、 燃料用端板 2 2と同様 に積層されている。 上記セパレー夕 212、 空気用端板 216及び燃料用端板 217は燃 料極層 21 1b等と略同一外径を有する円板にそれぞれ形成される。 なお、 固体電解 質層、 燃料極層、 空気極層、 セパレ一夕、 燃料極集電体、 空気極集電体、 空気用 端板及び燃料用端板は円板状ではなく、 四角形板状、 六角形板状、 八角形板状等 の多角形板状に形成してもよい。
固体電解質層 21 1 a、 燃料極層 21 1 b及び空気極層 21 1 cは、 前記した本発明の第 1 の実施態様におけると同様な材質により形成される。
セパレ一夕 212、 空気用端板 216及び燃料用端板 21 7はステンレス鋼、 ニッケル 基合金又はクロム基合金により形成されることが好ましい。 また燃料極集電体 11 3はステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いはニッケル、 銀又は 銅により多孔質に形成され、 空気極集電体 214はステンレス鋼、 ニッケル基合金 又はクロム基合金、 或いは銀又は白金により多孔質に形成される。
セパレ一夕 212には、 燃料ガスをセパレ一夕 212外周面から導入してセパレー夕 212の燃料極集電体 213への対向面から吐出させるセパレー夕用燃料通路 218と、 空気 （酸化剤ガス） をセパレ一夕 212外周面から導入してセパレ一夕 212の空気極 集電体 214への対向面から吐出させるセパレー夕用空気通路 219 (セパレー夕用酸 化剤通路） とが形成される （図 1 2及び図 1 3)。 セパレー夕用燃料通路 218は、 セパレ一夕 212外周面に形成された単一のセパレー夕用燃料導入孔 218aと、 セパ レー夕 212の燃料極集電体 213への対向面中央に形成された単一のセパレー夕用燃 料吐出孔 218bと、 セパレー夕 212内に形成されセパレ一夕用燃料導入孔 218a及び セパレ一夕用燃料吐出孔 218bを連通するセパレー夕用燃料連通孔 218cとを有す る。 またセパレー夕用空気通路 219は、 セパレ一タ 212外周面に形成された単一の セパレー夕用空気導入孔 219a (セパレー夕用酸化剤導入孔） と、 セパレ一夕 212 の空気極集電体 214への対向面中央に形成された 4つのセパレー夕用空気吐出孔 2 19b (セパレ一夕用酸化剤吐出孔） と、 セパレ一夕 212内に形成されセパレー夕用 空気導入孔 219a及びセパレー夕用空気吐出孔 219bを連通するセパレー夕用空気連 通孔 219cとを有する。
一方、 セパレー夕 212は、 中央に上記単一のセパレ一夕用燃料吐出孔 219bが形 成されかつ外周縁に互いに対向してセパレ一夕用燃料突起 221a及びセパレ一夕用 空気突起 221bが形成されたセパレー夕用燃料薄板 221と、 中央に上記 4つのセパ レ一タ用空気吐出孔 219bが形成されかつ外周縁に互いに対向してセパレ一夕用燃 料突起 222a及びセパレ一夕用空気突起 222bが形成されたセパレー夕用空気薄板 22 2 (セパレ一夕用酸化剤薄板） と、 セパレー夕用燃料薄板 221及びセパレ一タ用空 気薄板 222により挟持されかつ外周縁に互いに対向してセパレー夕用燃料突起 223 a及びセパレー夕用空気突起 223bが形成されたセパレ一夕用溝付薄板 223とを有す る。 即ち、 セパレー夕 212はセパレー夕用燃料薄板 221、 セパレ一タ用溝付薄板 22 3及びセパレー夕用空気薄板 222を積層接着することにより形成される。 これらの 薄板 221〜223の積層接着はスポット溶接又は熱圧着により行われ、 熱圧着の場合 には、 熱圧着前に各薄板 221〜223に N iめっきを施し、 熱圧着後に A gめっきを 施すことが好ましい。
またセパレ一夕用溝付薄板 223には、 セパレ一夕用燃料突起 223aから中央にか けて蛇行するセパレー夕用燃料溝 223cが形成され、 このセパレ一夕用燃料溝 223c は、 セパレー夕用溝付薄板 223にセパレー夕用燃料薄板 221及びセパレー夕用空気 薄板 222を積層接着することにより、 セパレ一夕用燃料通路 218のうちのセパレ一 夕用燃料導入孔 218a及びセパレー夕用燃料連通孔 218cとなる。 またセパレ一夕用 溝付薄板 223には、 セパレー夕用空気突起 223bから中央にかけて蛇行するセパレ 一夕用空気溝 223dが形成され、 このセパレー夕用空気溝 223dは、 セパレ一タ用溝 付薄板 223にセパレ一夕用燃料薄板 221及びセパレ一夕用空気薄板 222を積層接着 することにより、 セパレー夕用空気通路 219のうちのセパレー夕用空気導入孔 219 a及びセパレー夕用空気連通孔 219 cとなる。 上記セパレー夕用燃料溝 223cとセパ レー夕用空気溝 223dとは互いに連通しないように形成される、 即ちセパレ一夕用 溝付薄板 223は上記溝 223c， 223dを形成した後であっても、 分割されない 1枚も のに形成される。
燃料用端板 217には、 燃料ガスを燃料用端板 217外周面から導入して燃料用端板 217の燃料極集電体 213への対向面から吐出させる端板用燃料通路 226が形成され る （図 1 2及び図 1 4 )。 端板用燃料通路 226は、 燃料用端板 217外周面に形成さ れた単一の端板用燃料導入孔 226aと、 燃料用端板 217の燃料極集電体 213への対向 面中央に形成された単一の端板用燃料吐出孔 226bと、 燃料用端板 217内に形成さ れ端板用燃料導入孔 226a及び端板用燃料吐出孔 226bを連通する端板用燃料連通孔 226cとを有する。
一方、 燃料用端板 217は、 中央に上記単一の端板用燃料吐出孔 226bが形成され かつ外周縁に端板用燃料突起 227aが形成された端板用燃料薄板 227と、 外周縁に 端板用燃料突起 228aが形成された燃料用閉止薄板 228と、 端板用燃料薄板 227及び 燃料用閉止薄板 228により挟持されかつ燃料用突起 229aが形成された端板用燃料 溝付薄板 229とを有する。 即ち、 端板用燃料薄板 227、 端板用燃料溝付薄板 229及 び燃料用閉止薄板 228を積層接着することにより形成される。 これらの薄板 227〜 229の積層接着はスポット溶接又は熱圧着により行われ、 熱圧着前に各薄板 227〜 229に N iめっきを施し、 熱圧着後に A gめっきを施すことが好ましい。 また端 板用燃料溝付薄板 229には、 端板用燃料突起 229aから中央にかけて蛇行する端板 用燃料溝 229cが形成され、 この端板用燃料溝 229cは、 端板用燃料溝付薄板 229に 端板用燃料薄板 227及び燃料用閉止薄板 228を積層接着することにより、 端板用燃 料通路 226のうちの端板用燃料導入孔 226a及び端板用燃料連通孔 226cとなる。 空気用端板 216には、 空気を空気用端板 216外周面から導入して空気用端板 216 の空気極集電体 214への対向面から吐出させる端板用空気通路 231 (端板用酸化剤 通路） が形成される （図 1 2及び図 1 5 )。 端板用空気通路 231は、 空気用端板 2 16外周面に形成された単一の端板用空気導入孔 231 a (端板用酸化剤導入孔） と、 空気用端板 216の空気極集電体 214への対向面中央に形成された 4つの端板用空気 吐出孔 231 b (端板用酸化剤吐出孔） と、 空気用端板 216内に形成され端板用空気 導入孔 231 a及び端板用空気吐出孔 231bを連通する端板用空気連通孔 231cとを有す る。
一方、 空気用端板 216は、 中央に上記 4つの端板用燃料吐出孔 231 bが形成され かつ外周縁に端板用空気突起 232bが形成された端板用空気薄板 232 (端板用酸化 剤薄板） と、 外周縁に端板用空気突起 233bが形成された空気用閉止薄板 233 (酸 化剤用閉止薄板） と、 端板用空気薄板 232及び空気用閉止薄板 233により挟持され かつ外周縁に端板用空気突起 234bが形成された端板用空気溝付薄板 234 (端板用 酸化剤溝付薄板） とを有する （図 1 2及び図 1 5 )。 即ち、 空気用端板 216は端 板用空気薄板 232、 端板用空気溝付薄板 234及び空気用閉止薄板 233を積層接着す ることにより形成される。 これらの薄板 232〜234の積層接着はスポット溶接又は 熱圧着により行われ、 熱圧着の場合には、 熱圧着前に各薄板 232〜234に N iめつ きを施し、 熱圧着後に A gめっきを施すことが好ましい。 また端板用空気溝付薄 板 234には、 端板用空気突起 234bから中央にかけて蛇行する端板用空気溝 234dが 形成され、 この端板用空気溝 234dは、 端板用空気溝付薄板 234に端板用空気薄板 2 32及び空気用閉止薄板 233を積層接着することにより、 端板用空気通路 231のうち の端板用空気導入孔 231 a及び端板用空気連通孔 231 cとなる。
セパレー夕用燃料薄板 221の表面、 即ちセパレー夕用燃料薄板 221の燃料極集電 体 213に対向する面には、 単一のセパレー夕用燃料吐出孔 218bから渦巻き状に延 びる複数のスリット （図 4参照） がそれぞれ形成され、 セパレ一夕用空気薄板 22 2の表面、 即ちセパレー夕用空気薄板 222の空気極集電体 214に対向する面には、 4つのセパレー夕用空気吐出孔 219bから渦巻き状に延びる複数のスリツト （図示 せず） がそれぞれ形成される。 また端板用燃料薄板 227の表面、 即ち端板用燃料 薄板 227の燃料極集電体 213に対向する面には、 単一の端板用燃料吐出孔 226bから 渦巻き状に延びる複数のスリット （図 4参照） がそれぞれ形成され、 端板用空気 薄板 232の表面、 即ち端板用空気薄板 232の空気極集電体 214に対向する面には、 4つの端板用空気吐出孔 231bから渦巻き状に延びる複数のスリツト （図示せず） がそれぞれ形成される。 なお、 セパレー夕用燃料通路 218のセパレー夕用燃料連 通孔 218c及び端板用燃料通路 226の端板用燃料連通孔 226cには、 燃料ガスが流通 可能な密度で改質粒子 （図示せ^5) を充填することが好ましい。 この改質粒子と しては、 前記した本発明の第 1の実施態様における改質粒子と同様な元素又は酸 化物が使用できる。
セパレ一夕用溝付薄板 223には、 セパレー夕用燃料溝 223c及びセパレー夕用空 気溝 223dに連通しないように、 熱電対 236を揷入可能な熱電対挿入溝 223e及びヒ 一夕 237を揷入可能なヒータ揷入溝 223 fがそれぞれ形成される （図 1 3 )。 また 端板用燃料溝付薄板 229には、 端板用燃料溝 229cに連通しないように、 熱電対 236 を挿入可能な熱電対挿入溝 229e及びヒータ 237を挿入可能なヒー夕挿入溝 229 fが それぞれ形成される （図 1 4 )。 更に端板用空気溝付薄板 234にば、 端板用空気 溝 234dに連通しないように、 熱電対 236を挿入可能な熱電対揷入溝 234e及びヒー 夕 237を挿入可能なヒー夕挿入溝 234 fがそれぞれ形成される （図 1 5 )。 上記熱 電対 236の検出出力は図示しないコントローラに制御入力に接続され、 コント口 ーラの制御出力はヒー夕 237に接続される。 なお、 上記セパレータ用溝付薄板は 板材を多数枚重ねた状態で放電加工により製作すれば、 加工工数を低減できる。 また端板用燃料溝付薄板及び端板用空気溝付薄板もそれぞれ上記と同様に作製す れば、 加工工数を低減できる。
このように構成された燃料電池 210の動作を説明する。 燃料電池 210を起動する ときには、 コントローラはヒータ 237を作動させる。 これによりセパレー夕 212、 燃料用端板 217及び空気用端板 216はヒー夕 237により加熱されて燃料電池 210が起 動温度まで上昇する。 燃料電池 210が起動温度に達すると、 この起動温度を熱電 対 236が検出するので、 コント口一ラはこの熱電対 236の検出出力に基づいてヒー タ 237を停止する。 この状態で燃料ガス （例えば、 メタンガス （C H 4) ) を水蒸 気 （H 2 0 ) とともにセパレー夕用燃料導入孔 218a及び端板用燃料導入孔 226aに 導入すると、 燃料ガス及び水蒸気はセパレ一夕用燃料連通孔 218c及び端板用燃料 連通孔 226c内を蛇行しながらセパレー夕用燃料吐出孔 218b及び端板用燃料吐出孔 226bにそれぞれ向う。 運転中の燃料電池 210は高温であるため、 上記燃料ガスは セパレー夕用燃料連通孔 218c及び端板用燃料連通孔 226cを通る間にセパレー夕 21 2及び燃料用端板 217から熱を吸収し、 燃料極層 21 1 bでの反応に最適な温度に達す るとともに、 セパレー夕用燃料連通孔 218c及び端板用燃料連通孔 226cに充填され た改質粒子により改質される （例えば、 水素ガス （H 2) に改質される。）。
この改質された燃料ガスはセパレータ用燃料吐出孔 218b及び端板用燃料吐出孔 226bから各燃料極集電体 213の中央に向ってそれぞれ吐出し、 各燃料極集電体 213 内の気孔を通過して各燃料極層 21 1bの中央に速やかに供給され、 更にセパレー夕 用燃料薄板 221の表面及び端板用燃料薄板 227の表面に形成されたスリットにより それぞれ案内されて各燃料極層 21 l bの中央から外周縁に向って渦巻き状に流れ る。 同時に空気をセパレー夕用空気導入孔 219a及び端板用空気導入孔 231 aに導入 すると、 空気は蛇行するセパレー夕用空気連通孔 219c及び端板用空気連通孔 231 c を通って、 セパレ一夕用空気吐出孔 219b及び端板用空気吐出孔 231bから空気極集 電体 214の中央に向ってそれぞれ吐出し、 各空気極集電体 214内の気孔を通過して 各空気極層 211 cの中央に速やかに供給され、 更にセパレータ用空気薄板 222の表 面及び端板用空気薄板 232の表面に形成されたスリットによりそれぞれ案内され て各空気極層 211cの中央から外周縁に向って渦巻き状に流れる。
燃料極層 211b、 空気極層 211 c及び固体電解質層 211 aで燃料ガスと空気中の酸素 が移動、 反応して電力が得られる機構は、 前記した本発明の第 1の実施態様にお けると同様である。
上記のように燃料ガスがセパレ一夕用燃料薄板 221の表面及び端板用燃料薄板 2 27の表面に形成されたスリットによりそれぞれ案内されて各燃料極層 21 lbの中央 から外周縁に向って渦巻き状に流れるので、 燃料ガスの反応経路が長くなつて、 燃料ガスと燃料極層 211bとの衝突回数が増える。 またセパレー夕用空気薄板 222 の表面及び端板用空気薄板 232の表面に形成されたスリットによりそれぞれ案内 されて各空気極層 211 cの中央から外周緣に向って渦巻き状に流れるので、 酸化剤 ガスの反応経路が長くなつて、 酸化剤ガスと酸化剤極層 211 cとの衝突回数が増え る。 この結果、 燃料電池 210の性能向上を図ることができる。
セパレー夕 212が 3枚の薄板 221〜223の積層接着により形成され、 燃料用端板 2 17が 3枚の薄板 227〜229の積層接着により形成され、 空気用端板 216が 3枚の薄 板 232〜234の積層接着により形成されるので、 セパレ一夕 212、 燃料用端板 217及 び空気用端板 216の厚さをそれぞれ極めて薄くできる。 この結果、 燃料電池 210を 発電セル 211の積層方向にコンパク卜化することができる。
また燃料電池 210の発電中は、 燃料電池 210にジュール熱が発生して燃料電池 21 0の温度が上昇するため、 コントローラは熱電対 236の検出出力に基づいて燃料電 池 210の作動温度より少し低い温度の空気をセパレ一夕用空気通路 219及び端板用 空気通路 231にそれぞれ供給する。 これによりセパレー夕 212及び空気用端板 216 の温度調節が行われる。
更にセパレ一夕 212の上面及び燃料用端板 217の上面に、 ニッケルめっき、 銀め つき若しくは銅めつきされたステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いはニッケル、 銀又は銅製の燃料極集電体 21 3をそれぞれ接合し、 セパレー夕 2 1 2の下面及び空気用端板 21 6の下面に、 銀めつき若しくは白金めつきされたステ ンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いは銀又は白金製の空気極集電 体 214をそれぞれ接合することが望ましい。
また上記セパレー夕 21 2、 燃料用端板 21 7及び空気用端板 21 6に、 ニッケルめつ き又は銀めつきのいずれか一方又は双方を施せば （銀めつきを施す場合には、 下 地めつきとしてニッケルめっきを施す必要がある。）、 セパレー夕 21 2、 燃料用端 板 21 7及び空気用端板 216と、 燃料極集電体 21 3及び空気極集電体 214との電気的導 通を更に長期間保持できる。 また、 この実施の形態では、 酸化剤ガスとして空気 を用いたが、 酸素又はその他の酸化剤ガスを用いてもよい。
更に、 セパレー夕用燃料吐出孔をセパレー夕用燃料薄板の中央に形成し、 空気 がセパレー夕用酸化剤薄板に対向する酸化剤極層に向ってシャワー状に略均一に 吐出するようにセパレー夕用酸化剤吐出孔をセパレー夕用酸化剤薄板に形成して もよい。 この場合、 燃料ガスをセパレ一夕用燃料通路に導入すると、 燃料ガスは セパレー夕用燃料吐出孔から各燃料極層の中央に向って吐出し、 燃料極層の中央 からスリツトに沿って渦巻き状に流れる。 これにより燃料ガスの反応経路が長く なって、燃料ガスと燃料極層との衝突回数が増え、燃料電池の出力を向上できる。 同時に空気をセパレー夕用空気通路に導入すると、 空気はセパレータ用空気吐出 孔から空気極層に向ってシャワー状に略均一に吐出し、 空気極層内を固体電解質 層に沿って流れる。 これにより発電セルを空気にて均一に加熱 ·冷却でき、 発電 セルの局所的な加熱又は冷却による損傷を防止できる。
本発明の第 4の実施態様である燃料電池モジュールのディストリピュー夕構造 を図面に基づいて説明する。
図 1 6に示す燃料電池 31 0は、 図 1に図示した燃料電池 1 1と同様に、 （n + 1 ) 個の発電セル 31 1を積層することにより構成され、 固体電解質層 31 1 a、 燃料 極層 31 1 b、 空気極層 （酸化剤極層） 31 1 c、 セパレー夕 312、 燃料極集電体 313、 空 気極集電体 （酸化剤極集電体） 314、 空気用端板 （酸化剤用端板） 316、 燃料用端 板 317は、 それぞれ図 1における固体電解質層 1 2 a、 燃料極層 1 2 b、 空気極 層 （酸化剤極層） 1 2 c、 セパレー夕 1 6、 燃料極集電体 1 7、 空気極集電体（酸 化剤極集電体） 1 8、 空気用端板 （酸化剤用端板） 2 1、 燃料用端板 2 2と同様 に積層されている。 上記セパレータ 312、 空気用端板 316及び燃料用端板 3Πは燃 料極層 311b等の直径を一辺の長さとする正方形板状にそれぞれ形成される。なお、 固体電解質層、 燃料極層、 空気極層、 燃料極集電体及び空気極集電体は円板状で はなく、四角形板状、六角形板状、八角形板状等の多角形板状に形成してもよい。 また、 セパレ一夕、 空気用端板及び燃料用端板は正方形板状ではなく、 円板状、 或いは長方形板状、 六角形板状、 八角形板状等の多角形板状に形成してもよい。 固体電解質層 311a、 燃料極層 311b、 空気極層 311c、 セパレ一夕 312、 空気用端 板 316、 燃料用端板 317、 燃料極集電体 313及び空気極集電体 314は、 前記した本発 明の第 1の実施態様におけると同様な材質により形成される
セパレー夕 312には、 燃料ガスをセパレー夕 312外周面から導入してセパレー夕 312の燃料極集電体 313に対向する面から吐出させるセパレー夕用燃料通路 318と、 空気 （酸化剤ガス） をセパレー夕 312外周面から導入してセパレー夕 312の空気極 集電体 314に対向する面から吐出させるセパレー夕用空気通路 319 (セパレー夕用 酸化剤通路） とが形成される。 セパレ一夕用燃料通路 318は、 セパレ一夕 312の外 周面に臨むセパレー夕用燃料入口 318aと、 セパレー夕 312に隣接する燃料極集電 体 313の中央に臨むセパレー夕用燃料出口 318bと、 セパレー夕 312内に設けられ上 記セパレー夕用燃料入口 318a及びセパレー夕用燃料出口 318bを連通するセパレ一 夕用燃料連通孔 318cとを有する。 またセパレー夕用空気通路 319は、 セパレー夕 3 12の外周面に臨むセパレー夕用空気入口 319aと、 セパレ一夕 312に隣接する空気 極集電体 314の中央に臨むセパレー夕用空気出口 319bと、 セパレー夕 312内に設け られ上記セパレー夕用空気入口 319a及びセパレー夕用空気出口 319bを連通するセ パレー夕用空気連通孔 319cとを有する。 なお、 セパレー夕用燃料通路 318とセパ レー夕用空気通路 319は互いに連通しないように構成される。 空気用端板 316には、 空気を空気用端板 316外周面から導入して空気用端板 316 の空気極集電体 314に対向する面から吐出させる端板用空気通路 321 (端板用酸化 剤通路） が形成され、 燃料用端板 317には、 燃料ガスを燃料用端板 317外周面から 導入して燃料用端板 317の燃料極集電体 313に対向する面から吐出させる端板用燃 料通路 322が形成される。 端板用空気通路 321は、 空気用端板 316の外周面に臨む 端板用空気入口 321 aと、 空気用端板 316に隣接する空気極集電体 314の中央に臨む 端板用空気出口 321 bと、 空気用端板 316内に設けられ上記端板用空気入口 321 a及 び端板用空気出口 321bを連通する端板用空気連通孔 321 cとを有する。 また端板用 燃料通路 322は燃料用端板 317の外周面に臨む端板用燃料入口 322aと、 空気用端板 317に隣接する燃料極集電体 313の中央に臨む端板用燃料出口 322bと、 燃料用端板 322内に設けられ上記端板用燃料入口 322a及び端板用燃料出口 322bを連通する端 板用燃料連通孔 322cとを有する。
一方、 図 1 6及び図 1 7に示すように、 積層された発電セル 311の側方には、 燃料用ディストリビュー夕 323と空気用ディストリビュー夕 324 (酸化剤用ディス トリピュータ）がそれぞれ積層方向に延びかつ発電セル 311の近傍に設けられる。 燃料用デイストリビュー夕 323はセパレー夕用燃料通路 318及び端板用燃料通路 32 2にそれぞれ燃料用短管 331を通して燃料ガスを供給するように構成され、 空気用 ディストリビュー夕 324はセパレー夕用空気通路 319及び端板用空気通路 321にそ れぞれ空気用短管 332 (酸化剤用短管） を通して空気を供給するように構成され る。 ，
上記燃料用デイストリビュー夕 323は燃料用短管 331と電気的に絶縁される。 即 ち、 燃料用デイストリビュー夕 323は、 この実施の形態では、 発電セル 311への対 向面に燃料側開口部 326aを有しかつ金属材料により箱状に形成された燃料用ディ ストリビュ一夕本体 326と、 燃料側開口部 326aを閉止しかつ電気絶緣性を有する セラミックにより形成された単一の板状の燃料用蓋体 327とを備える。 燃料用デ イストリピュー夕本体 326は、 上記燃料側開口部 326aの周縁コ一ナ部にそれぞれ 形成され燃料側固定ねじ 333が螺合可能な 4つの燃料側ねじ孔 326bと、 底壁中央 に形成され燃料供給パイプ 336が接続された燃料用透孔 326cとを有する。 また燃 料用蓋体 327は、 セパレ一夕用燃料入口 318a及び端板用燃料入口 322aにそれぞれ 対向して設けられ燃料用短管 331を挿入可能な燃料用接続孔 327aと、 周縁コーナ 部に上記 4つの燃料側ねじ孔 326bにそれぞれ対向して形成され燃料側固定ねじ 33 3を遊揷可能な 4つの燃料側通孔 327bとを有する。 なお、 燃料側通孔 327bの孔径 は燃料用ディストリビュー夕本体 326及び燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮によ る変形量の差を吸収するように燃料側固定ねじ 333のねじ部 333aより大径に形成 される。
また空気用デイストリビュータ 324は空気用短管 332と電気的に絶縁される。 即 ち、 空気用デイストリビュー夕 324は、 この実施の形態では、 発電セル 311への対 向面に空気側開口部 328a (酸化剤側開口部） を有しかつ金属材料により箱状に形 成された空気用ディストリビュ一夕本体 328 (酸化剤用ディストリビュー夕本体） と、 空気側開口部 328aを閉止しかつ電気絶縁性を有するセラミックにより形成さ れた単一の板状の空気用蓋体 329 (酸化剤用蓋体） とを備える。 空気用ディスト リビュータ本体 328は、 上記空気側開口部 328aの周縁コーナ部にそれぞれ形成さ れ空気側固定ねじ 334 (酸化剤側固定ねじ） を螺合可能な 4つの空気側ねじ孔 328 b (酸化剤側ねじ孔） と、 底壁中央に形成され空気供給パイプ 337が接続された空 気用透孔 328cとを有する。 また空気用蓋体 329は、 セパレー夕用空気入口 319a及 び端板用空気入口 321 aにそれぞれ対向して設けられ空気用短管 332を揷入可能な 空気用接続孔 329a (酸化剤用接続孔） と、 周縁コーナ部に上記 4つの空気側ねじ 孔 328bにそれぞれ対向して形成され空気側固定ねじ 334を遊揷可能な 4つの空気 側通孔 329b (酸化剤側通孔） とを有する。 なお、 空気側通孔 329bの孔径は空気用 ディストリビュータ本体 328及び空気用蓋体 329の熱膨張及び熱収縮による変形量 の差を吸収するように空気側固定ねじ 334のねじ部 334aより大径に形成される。 燃料用ディストリビュ一夕本体 326、 空気用デイストリビュー夕本体 328、 燃料 用短管 331及び空気用短管 332はステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金 などの金属材料により形成され、 燃料用蓋体 7及び空気用蓋体 329はアルミナ、 マグネシア等のセラミック （電気絶縁材料） により形成される。 なお、 燃料用デ イストリビュー夕本体及び空気用デイストリビュー夕本体もセラミック （電気絶 縁材料） により形成してもよい。 また燃料用ディストリビュ一夕本体 326の燃料 側開口部 326a周縁と燃料用蓋体 327周縁との間には、 図示しない燃料用シール部 材を介装し、 空気用ディストリビュ一夕本体 328の空気側開口部 328a周縁と空気 用蓋体 329周縁との間には、 図示しない空気用シール部材 （酸化剤用シール部材） を介装することが好ましい。 これらのシール部材としては、 アルミナ短繊維の集 合体 （アルミナウール） や、 塗布後硬化させたシリカゾルなどが挙げられる。 また燃料側固定ねじ 333及び空気側固定ねじ 334には、 比較的柔らかいアルミナ 短繊維の集合体 （アルミナウール） からなるヮッシャ （図示せず） を用いること が好ましい。 このヮッシャを用いることにより、 燃料側固定ねじ 333の頭部 333b と燃料用蓋体 327とが直接接触せずに柔らかいヮッシャを介して接触するため脆 い燃料用蓋体 327が破損せず、 空気側固定ねじ 334の頭部 334bと空気用蓋体 329と が直接接触せずに柔らかいヮッシャを介して接触するため脆い空気用蓋体 329が 破損しないようになっている。 更に燃料用短管 331とセパレー夕用燃料入口 318a との接続部、 燃料用短管 331と端板用燃料入口 322aとの接続部、 燃料用短管 331と 燃料用接続孔 327aとの接続部、 空気用短管 332とセパレー夕用空気入口 319aとの 接続部、 空気用短管 332と端板用空気入口 321 aとの接続部、 空気用短管 332と空気 用接続孔 329aとの接続部には、 ガラスやセメント等の封止部材によりそれぞれ封 止することが好ましい。
このように構成された燃料電池 310の動作を説明する。
燃料ガス （H 2、 C O等） を燃料供給パイプ 336を通って燃料用ディストリビュ 一夕 323に導入すると、 この燃料ガスは燃料用短管 331及びセパレー夕用燃料通路 318を通ってセパレ一夕用燃料出口 318bから燃料極集電体 313の中央に向って吐出 するとともに、 燃料用短管 331及び端板用燃料通路 322を通って端板用燃料出口 32 2bから燃料極集電体 313の中央に向って吐出する。 これにより燃料ガスは燃料極 集電体 313内の気孔を通過して燃料極層 31 l bの中央に速やかに供給され、 更に燃 料極層 311bの中央から外周縁に向って流れる。 同時に空気を空気供給パイプ 337 を通って空気用デイストリビュー夕 324に導入すると、 この空気は空気用短管 332 及びセパレータ用空気通路 319を通ってセパレー夕用空気出口 319bから空気極集 電体 314の中央に向って吐出するとともに、 空気用短管 332及び端板用空気通路 32 1を通って端板用空気出口 321bから空気極集電体 314の中央に向って吐出する。 こ れにより空気は空気極集電体 314内の気孔を通過して空気極層 311 cの中央に速や かに供給され、 更に空気極層 311 cの中央から外周縁に向って流れる。
燃料極層 311 b、 空気極層 311 c及び固体電解質層 311 aで燃料ガスと空気中の酸素 が移動、 反応して電力が得られる機構は、 前記した本発明の第 1の実施態様にお けると同様である。
一方、 金属材料により形成された各燃料用短管 331が電気絶縁材料により形成 された燃料用蓋体 327に接続されているため、 各セパレ一夕 312、 空気用端板 316 及び燃料用端板 317が燃料用ディストリビュー夕 323や空気用ディストリビュー夕 324により電気的に短絡されることはない。 即ち、 燃料用ディストリビュ一夕 323 に燃料用短管 331を介して接続された各セパレ一夕 312及び燃料用端板 317がそれ ぞれ電気的に絶縁され、 空気用ディストリビュー夕 324に空気用短管 332を介して 接続された各セパレー夕 312及び空気用端板 316がそれぞれ電気的に絶縁される。 また金属材料により形成された燃料用ディストリビュー夕本体 326の燃料側開口 部 326aを、 電気絶縁材料により形成された燃料用蓋体 327により閉止し、 かつ金 属材料により形成された空気用ディストリビュー夕本体 328の空気側開口部 328a を、 電気絶縁材料により形成された空気用蓋体 329により閉止するという、 比較 的簡単な構造で上記電気的絶縁を確保することができる。
また上記燃料電池 310の発電運転を 5 0 0 °C以上で行うと、 発電効率が向上す る。 このため燃料電池 310には発電運転の開始及び停止の繰返しにより、 室温か ら 5 0 0 °C以上までの熱サイクルが作用する。 特に、 熱膨張係数の大きい金属製 の燃料用ディストリビュー夕本体 326に熱膨張係数の小さいセラミック製の燃料 用蓋体 327が燃料側固定ねじ 333により固定され、 熱膨張係数の大きい金属製の空 気用デイストリビュー夕本体 328に熱膨張係数の小さいセラミック製の空気用蓋 体 329が空気側固定ねじ 334により固定されているため、 上記熱サイクルにより、 燃料用蓋体 327の燃料側固定ねじ 333周辺と、 空気用蓋体 329の空気側固定ねじ 334 周辺とにそれぞれ大きな力が作用しょうとする。 しかし、 燃料側固定ねじ 333の ねじ部 333aが遊揷される燃料側通孔 327bの孔径がこのねじ部 333aより一回り大き く形成され、 かつ空気側固定ねじ 334のねじ部 334aが遊揷される空気側通孔 329b の孔径がこのねじ部 334aより一回り大きく形成されているため、 燃料用ディスト リビュー夕本体 326及び燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮による変形量の差と、 空気用ディストリビュ一夕本体 328及び空気用蓋体 329の熱膨張及び熱収縮による 変形量の差とを、 通孔 327b， 329bとねじ部 333a， 334aとの間に形成された比較的 大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。 この結果、 燃料用蓋体 326及び空気用蓋 体 329に大きな力が作用することはなく、 燃料用蓋体 327及び空気用蓋体 329が破 損することはない。
図 1 8は本発明の燃料用ディス卜リビュー夕及び空気用ディストリビュー夕の 第 2実施例を示す。 図 1 8において図 1 7と同一符号は同一部品を示す。
この第 2実施例では、 燃料用ディストリビュー夕 353の燃料用ディストリビュ —夕本体 356の燃料側開口部 326aに燃料用蓋体 327を収容可能な燃料御]段差部 356a が形成され、 空気用ディストリビュー夕 354の空気用ディストリビュー夕本体 358 の空気側開口部 328aに空気用蓋体 329を収容可能な空気側段差部 358aが形成され る。 燃料用デイストリピュー夕本体 356の燃料側開口部 326a周縁と燃料用蓋体 327 周縁との間には、 図示しない燃料用シール部材を介装し、 空気用ディストリビュ 一夕本体 358の空気側開口部 328a周縁と空気用蓋体 329周縁との間には、 図示しな い空気用シール部材 （酸化剤用シール部材） を介装することが好ましい。 これら のシール部材としては、 ガラス製又はセメント製のシール材、 アルミナ短繊維の 集合体 （アルミナウール）、 或いは塗布後硬化させたシリカゾルなどが挙げられ る。 上記以外は図 1 7に示した第 1実施例と同一に構成される。
このように構成された燃料電池では、 燃料用蓋体 327を燃料用デイストリビュ 一夕本体 356の燃料側段差部 356aに収容すると、 燃料用蓋体 327の裏面周縁のみな らず燃料用蓋体 327の側面も燃料用ディストリビュータ本体 356に接触するため、 燃料用デイストリビュー夕 353内の燃料ガスのシール効果が高くなり、 燃料用蓋 体 327及び燃料用ディストリビュー夕本体 356間にガラス製のシール材等を充填す ると、更に燃料用デイストリビュー夕 353内の燃料ガスのシール効果が高くなる。 また空気用蓋体 329を空気用ディストリビュー夕本体 358の空気側段差部 358aに収 容すると、 空気用蓋体 329の裏面周縁のみならず空気用蓋体 329の側面も空気用デ イストリピュ一夕本体 358に接触するため、 空気用デイストリビュー夕 354内の空 気のシール効果が高くなり、 空気用蓋体 327及び空気用ディストリビュータ本体 3 56間にガラス製のシール材等を充填すると、 更に空気用デイストリビュー夕 354 内の空気のシール効果が高くなる。 上記以外の動作は第 1実施例の動作と略同様 であるので、 繰返しの説明を省略する。
なお、 燃料用蓋体を燃料用ディストリビュー夕本体の燃料側段差部に収容する とともに、 燃料用蓋体及び燃料用ディストリピュー夕本体間にガラス製又はセメ ント製のシール部材を充填すると、 このシール部材がシール機能のみならず接着 機能を有するので、 燃料用固定ねじを用いずに済む。
また空気用蓋体を空気用ディストリビュー夕本体の空気側段差部に収容すると ともに、 空気用蓋体及び空気用ディストリビュー夕本体間にガラス製又はセメン ト製の空気用シール部材 （酸化剤用シール部材） を充填すると、 このシール部材 がシール機能のみならず接着機能を有するので、空気用固定ねじを用いずに済む。 図 1 9は本発明の燃料用ディストリビュー夕及び空気用ディストリビュ一夕の 第 3実施例を示す。 図 1 9において図 1 7と同一符号は同一部品を示す。
この第 3実施例では、 燃料用ディストリビュー夕本体 376に燃料側貫通孔 376b が形成され、 燃料用蓋体 327に燃料側通孔 327bが形成され、 更に燃料側通孔 327b 及び燃料側貫通孔 376bに通した燃料側固定ねじ 383を燃料側ナツト 386に螺合する ことにより燃料用蓋体 327が燃料用デイストリビュータ本体 376に固定される。 ま た空気用デイストリビュー夕本体 378に空気側貫通孔 378b (酸化剤側貫通孔） が 形成され、 空気用蓋体 329に空気側通孔 329b (酸化剤側通孔） が形成され、 更に 空気側通孔 329b及び空気側貫通孔 378bに通した空気側固定ねじ 384を空気側ナツ ト 387 (酸化剤側ナット） に螺合することにより空気用蓋体 329が空気用ディスト リビュータ本体 378に固定される。
上記燃料側通孔 327b又は燃料側貫通孔 376bの孔径は燃料用ディストリビュー夕 本体 376及び燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するよう に燃料側固定ねじ 383のねじ部 383aより大径に形成され、 空気側通孔 329b又は空 気側貫通孔 378bの孔径は空気用ディストリビュー夕本体 378及び空気用蓋体 329の 熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するように空気側固定ねじ 384のねじ 部 384aより大径に形成される。 また燃料用ディストリビュー夕本体 376の 4つの コーナ部には、 燃料側貫通孔 376bに揷通された燃料側固定ねじ 383のねじ部 383a を露出させるための燃料側スリツト 376dがそれぞれ形成され、 空気用デイストリ ビュー夕本体 378の 4つのコーナ部には、 空気側貫通孔 378bに連通された空気側 固定ねじ 384のねじ部 384aを露出させるための空気側スリット 378d (酸化剤側ス リット） が形成される。 更に燃料用デイストリビュー夕本体 376の上下面には、 この燃料用デイストリビュー夕本体 376に燃料ガスを導入するための一対の燃料 用透孔 326c, 326cがそれぞれ形成され、 空気用デイストリビュー夕本体 378の上 下面には、 空気用ディストリビュー夕本体 378に空気を導入するための一対の空 気用透孔 328c, 328cがそれぞれ形成される。 なお、 図 1 9中の符号 383b及び 384b は燃料側固定ねじ及び空気側固定ねじの頭部である。 上記以外は図 1 7に示した 第 1実施例と同一に構成される。
このように構成された燃料電池では、 発電運転の開始及び停止の繰返しにより 大きな温度差の熱サイクルが燃料用ディストリビュー夕 373に作用するけれども、 燃料側通孔 327b又は燃料側貫通孔 376bの孔径が燃料側固定ねじ 383のねじ部 383a の外径より大きく形成されているため、 燃料用ディストリビュー夕本体 376及び 燃料用蓋体 327の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を、 上記燃料側通孔 327b又 は燃料側貫通孔 376bと燃料側固定ねじ 383との間に形成された比較的大きな隙間 によりそれぞれ吸収できる。 また空気用デイストリビュー夕 374にも上記と同様 に大きな温度差の熱サイクルが作用するけれども、 空気側通孔 329b又は空気側貫 通孔 378bの孔径が空気側固定ねじ 384のねじ部 384aの外径より大きく形成されて いるため、 空気用ディス卜リビュー夕本体 378及び空気用蓋体 329の熱膨張及び熱 収縮による変形量の差を、 上記空気側通孔 329b又は空気側貫通孔 378bと空気側固 定ねじ 384との間に形成された比較的大きな隙間によりそれぞれ吸収できる。 こ の結果、 燃料用蓋体 327及び空気用蓋体 329に大きな力が作用することはなく、 燃 料用蓋体 327及び空気用蓋体 329が破損することはない。
また燃料側固定ねじ 383及び燃料側ナツト 386を用いて燃料用デイストリビュー 夕本体 376に燃料用蓋体 327を固定した状態で、 燃料電池を作動させるために燃料 電池及ぴ燃料用デイストリビュ一夕 373を高温にすると、 上記燃料側固定ねじ 383 及び燃料側ナツト 386が焼付いて燃料側ナツト 386が燃料側固定ねじ 383から外れ なくなる場合がある。 このとき燃料側スリツト 376dから露出する燃料側固定ねじ 383のねじ部 383aを金工用鋸等にて切断することにより、 燃料側固定ねじ 383が燃 料側貫通孔 376b及び燃料側通孔 327bから容易に抜ける。 この結果、 燃料用蓋体 32 7を燃料用ディストリビュータ本体 376から外すことができるので、 燃料用ディス トリビュー夕 373の点検等を容易に行うことができる。
一方、 空気側固定ねじ 384及び空気側ナツト 387を用いて空気用デイストリビュ 一夕本体 378に空気用蓋体 329を固定した状態で、 燃料電池を作動させるために燃 料電池及び空気用ディストリビュー夕 374を高温にすると、 上記空気側固定ねじ 3 84及び空気側ナツ卜 387が焼付いて空気側ナツト 387が空気側固定ねじ 384から外 れなくなる場合がある。 このとき空気側スリツト 378dから露出する空気側固定ね じ 384を金工用鋸等にて切断することにより、 空気側固定ねじ 384が空気側貫通孔 378b及び空気側通孔 329bから容易に抜ける。 この結果、 空気用蓋体 329を空気用 ディス卜リビュー夕本体 378から外すことができるので、 空気用デイストリビュ 一夕 374の点検等を容易に行うことができる。
更に燃料用ディストリビュー夕本体 376の上下面に一対の燃料用透孔 326c, 326 cをそれぞれ形成し、 空気用ディストリビュー夕本体 378の上下面に一対の空気用 透孔 328c， 328cをそれぞれ形成したので、 各セパレ一夕のセパレ一夕用燃料通路 に略同一流量の燃料ガスをそれぞれ供給でき、 各セパレ一夕のセパレ一夕用空気 通路に略同一流量の空気をそれぞれ供給することができる。
図 2 0は本発明の燃料用ディストリビュー夕及び空気用ディストリビュ一夕の 第 4実施例を示す。 図 2 0において図 1 Ίと同一符号は同一部品を示す。
この第 4実施例では、 燃料用ディス卜リピュー夕本体 396は一方の側面及び両 端が開口する角筒状に形成され、 空気用ディストリビュー夕本体 398は一方の側 面及び両端が開口する角筒状に形成される。 燃料用ディストリビュー夕本体 396 の両端には一対の燃料側閉止板 396a， 396bが溶接又はポルトにより固着され、 空 気用ディストリビュー夕本体 398の両端には一対の空気側閉止板 398a， 398bが溶 接又はポル卜により固着される。 上記以外は図 1 7に示す第 1実施例と同一に構 成される。
このように構成された燃料電池のディストリビュ一夕構造では、 燃料用ディス トリビュ一夕本体 396及び空気用ディストリビュー夕本体 398を錡造する場合、 大 きな金型が不要になり、 また押出し成型又は引抜き成型により角筒状に形成され た材料を用いることにより、 ブロックから削り出す必要がないので、 これらのデ イストリビュー夕本体 396， 398の製作コストを低減できる。 上記以外の動作は第 1実施例と略同様であるので、 繰返しの説明を省略する。
なお、 上記した本発明のディストリビュー夕構造における第 1〜第 4実施例で は、 酸化剤ガスとして空気を用いたが、 酸素又はその他の酸化剤ガスを用いても よい。 また、 上記第 1〜第 4実施例では、 燃料電池として、 発電セルが燃料極層 及び空気極層 （酸化剤極層） にて固体電解質層を挟持して構成された固体酸化物 型の燃料電池を挙げたが、 固体高分子型燃料電池や炭酸溶融塩型燃料電池や燐酸 型燃料電池などでもよい。 産業上の利用可能性 上述したように、 本発明の第 1の実施態様の燃料電池モジュールによれば、
(1) 発電に寄与する発電セルの表面を全て発電に寄与させることにより発電効 率を向上でき；
(2) 酸化剤ガスを酸化剤極層の全体に略均一に流すことにより、 発電セルを均 一に加熱 ·冷却でき；
(3) 燃料ガスの燃料極層内での流れを制御し、 燃料ガスと燃料極層との衝突回 数を増大することにより、 発電効率を向上できる ；
(4) 起動時に昇温時間を短縮できるとともに、 均一な昇温により発電セルの損 傷を防止でき；
(5) 燃料ガス及び酸化剤ガスを発電に適した温度で各発電セルに供給すること により、 発電効率を向上でき；
(6) ステンレス鋼製のセパレ一タ、 酸化剤用端板及び燃料用端板に燃料極集電 体又は酸化剤極集電体のいずれか一方又は双方を接合し、 接合部分が溶着さ れてその接合部分の酸化を防止することにより、 セパレー夕、 酸化剤用端板 又は燃料用端板と、 燃料極集電体又は酸化剤極集電体との長期的な電気的導 通が得られ；
(7) 燃料ガスを改質するための改質器を不要にすることにより、 部品点数を低 減しかつ小型化を図る
ことができる。
さらに本発明の第 2および第 3の実施態様の燃料電池へのガス供給構造によれ ば、 セパレ一夕の厚さを薄くできる結果、 燃料電池を発電セルの積層方向にコン パクト化でき、 さらには、 発電セルに供給される燃料ガスや酸化剤ガスを発電に 最適な温度に制御することができる。
さらにまた本発明の第 4の実施態様の燃料電池モジュールのディストリビュー 夕構造によれば、 発電セルの表面を全て発電に寄与させることができ、 比較的簡 単な構造でディストリビュー夕に接続した各セパレータをそれぞれ電気的に絶縁 でき、 更に燃料用短管及び酸化剤用短管の組付作業時間の増大を防止できるとと もに、 燃料用短管等の熱応力による損傷を防止することができる,

Claims

青 求 の 範 囲
1 . 電解質層（12a)とこの電解質層（12a)の両面に配設された燃料極層（1 2b)及び酸化剤極層（12c)とからなる発電セル（12)が （n + 1 ) 個 （nは正の整数 である。） 積層された燃料電池であって、
前記 i番目 （ i = l， 2 , ··· , n ) の発電セル（12)の燃料極層（12b)とこの燃 料極層（12b)に隣接する （ i + 1 ) 番目の発電セル（12)の酸化剤極層（12c)との間 に導電性材料により板状に形成されたセパレ一夕（16)がそれぞれ 1枚ずつ合計 n 枚介装され、
前記 i番目の発電セル（12)の燃料極層（12b)と前記 j番目 （j = l , 2， ···， n ) のセパレ一夕（16)との間に導電性を有する多孔質の燃料極集電体（17)が介装 され、
前記 （ i + 1 ) 番目の発電セル（12)の酸化剤極層（12c)と前記 j番目のセパレ 一夕（16)との間に導電性を有する多孔質の酸化剤極集電体（18)が介装され、 前記 1番目の発電セル（12)の酸化剤極層（12c)に酸化剤極集電体（18)を介して導 電性材料により板状に形成された単一の酸化剤用端板（21)が積層され、
前記 （n + 1 ) 番目の発電セル（12)の燃料極層（12b)に燃料極集電体（17)を介 して導電性材料により板状に形成された単一の燃料用端板（22)が積層され、 前記 n枚のセパレ一夕（16)が燃料ガスをセパレ一夕（16)外周面から導入して前 記セパレー夕（16)の略中心から前記燃料極集電体（17)に向って吐出させる燃料供 給通路（23)と、 酸化剤ガスを前記セパレー夕（16)外周面から導入して前記セパレ 一夕（16)の酸化剤極集電体（18)に対向する面から吐出させる酸化剤供給通路（24) とをそれぞれ有し、
前記単一の酸化剤用端板（21)が前記酸化剤ガスを前記酸化剤用端板（21)の酸化 剤極集電体（18)に対向する面から吐出させる酸化剤供給通路（27)を有し、
前記単一の燃料用端板（22)が前記燃料ガスを前記燃料用端板（22)の略中心から 前記燃料極集電体（17)に向って吐出させる燃料供給通路（26)を有し、 前記燃料供給通路（23, 26)に燃料用短管（28)を通して燃料ガスをそれぞれ供給 する燃料用ディス卜リビュー夕（ 13)が前記燃料電池（ 1 1 )の近傍に設けられ、 前記酸化剤供給通路（24, 27)に酸化剤用短管（29)を通して酸化剤ガスをそれぞ れ供給する酸化剤用デイストリビュー夕（U)が前記燃料電池（1 1)の近傍に設けら れ、
前記酸化剤用端板（21)及び前記燃料用端板（22)に一対の電極端子（41， 42)が電 気的にそれぞれ接続された
ことを特徴とする燃料電池モジュール。
2 . n枚のセパレ一夕（16)に形成された各酸化剤供給通路（24)が酸化剤 ガスを前記セパレ一夕（16)外周面から導入して前記セパレー夕（16)の酸化剤極集 電体（18)に対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるように構成され、 単一の酸化剤用端板（21)に形成された酸化剤供給通路（27)が前記酸化剤ガスを 前記酸化剤用端板（21)の酸化剤極集電体（18)に対向する面からシャワー状に略均 一に吐出させるように構成された
請求の範囲 1記載の燃料電池モジュール。
3 . 燃料供給通路（23， 26)及び酸化剤供給通路（24， 27)のいずれにも連通 しないように n枚のセパレー夕（16)、 単一の酸化剤用端板（21)又は単一の燃料用 端板（22)のいずれか 1つ又は 2つ以上に複数の揷入穴（1 6a)が形成され、 前記複 数の揷入穴（1 6a)に第 1ヒー夕（31)又は温度センサのいずれか一方又は双方が挿 入された請求の範囲 1又は 2記載の燃料電池モジュール。
4 . 燃料供給通路及び酸化剤供給通路のいずれにも連通しないように n 枚のセパレー夕、 単一の酸化剤用端板又は単一の燃料用端板のいずれか 1つ又は 2つ以上に複数の軽量化穴が形成された請求の範囲 1又は 2記載の燃料電池モジ ユー レ。
5 . n枚のセパレー夕（1 6)の燃料極集電体（17)への対向面及び単一の燃 料用端板（22)の燃料極集電体（17)への対向面に、 各セパレー夕（16)及び燃料用端 板（22)の中心から渦巻き状に延びる複数のスリット（12b, 22b)がそれぞれ形成さ れた請求の範囲 1ないし 4いずれか記載の燃料電池モジュール。
6 . 燃料用ディストリビュータ（13)に燃料用絶縁管（36)を介して燃料用 短管（28)が挿入され、 前記燃料用絶縁管（36)及び前記燃料用短管（28)の揷入部の 隙間が電気絶縁性を有する燃料用封止部材（37)により封止され、
酸化剤用ディストリビュー夕（14)に酸化剤用絶縁管（38)を介して酸化剤用短管 (29)が挿入され、 前記酸化剤用絶縁管（38)及び前記酸化剤用短管（29)の挿入部の 隙間が電気絶縁性を有する酸化剤用封止部材（39)により封止された
請求の範囲 1ないし 5いずれか記載の燃料電池モジュール。
7 . 燃料用ディストリビュー夕（13)に燃料ガスを供給する燃料予熱管（4 3)が燃料電池（1 1)の外周面に巻回され、
酸化剤用ディストリビュー夕（14)に酸化剤ガスを供給する酸化剤予熱管（44)が 前記燃料電池（1 1)の外周面に巻回され、
前記燃料電池（1 1)が前記燃料予熱管（43)及び前記酸化剤予熱管（44)とともにィ ンナケース（46)に収容され、
発電セル（12)から排出された前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスを前記インナケ ース（46)外に導く排気管（51)が前記ィンナケース（46)に接続された
請求の範囲 1ないし 6いずれか記載の燃料電池モジュール。
8 . 酸化剤予熱管（44)が酸化剤用ディストリビュー夕（14)の長手方向の 略中央に接続された請求の範囲 7記載の燃料電池モジュール。
9 . 燃料電池（1 1)の外周面に巻回されかつィンナケース（46)に収容され た第 2ヒー夕（32)を更に備えた請求の範囲 7又は 8記載の燃料電池モジュール。
1 0 . インナケース（46)の少なくとも内面が銀めつき、 ニッケル下地めつ きを介する銀めつき又は白金めつきされた請求の範囲 7ないし 9いずれか記載の 燃料電池モジュール。
1 1 . インナケース（46)の外面が断熱材（47)により被覆されるとともに、 前記ィンナケース（46)の外周面に燃料予熱管（43)、 酸化剤予熱管（44)及び排気管 (51)が巻回され、 更に前記インナケース（46)が前記燃料予熱管（43)、 前記酸化剤 予熱管（44)及び前記排気管（51)とともにァゥタケ一ス（48)に収容された請求の範 囲 7ないし 1 0いずれか記載の燃料電池モジュール。
12. ァゥ夕ケース（48)の少なくとも内面が銀めつき、 ニッケル下地めつ きを介する銀めつき又は白金めつきされた請求の範囲 1 1記載の燃料電池モジュ ール。
1 3. 燃料予熱管に燃料ガスが流通可能な密度で改質粒子が充填された請 求の範囲 7ないし 1 2いずれか記載の燃料電池モジュール。
14. 改質粒子が N i、 N i〇、 A 1203、 S i 02、 Mg〇、 C a〇、 F e 2〇3、 F e 3〇4、 V2〇3、 N i A 12〇4、 Z r〇2、 S i C、 C r 2〇3、 T h〇2、 C e 2〇3、 B2〇3、 Mn〇2、 Z n〇、 Cu、 B a〇及び T i〇2からな る群より選ばれた 1種又は 2種以上を含む元素又は酸化物により形成された請求 の範囲 13記載の燃料電池モジュール。
1 5. 燃料極集電体（17)がニッケルめっき、 銀めつき、 ニッケル下地めつ きを介する銀めつき若しくは銅めつきされたステンレス鋼、 ニッケル基合金又は クロム基合金、 或いはニッケル、 銀、 銀合金、 白金又は銅により形成され、 n枚 のセパレ一夕（16)及び単一の燃料用端板（22)がステンレス鋼、 ニッケル基合金又 はクロム基合金のいずれかによりそれぞれ形成され、 前記燃料極集電体（17)が前 記各セパレー夕（16)及び前記燃料用端板（22)にそれぞれ接合された 請求の範囲 1ないし 14いずれか記載の燃料電池モジュール。
1 6. 酸化剤極集電体（18)が銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀め つき若しくは白金めつきされたステンレス鋼、ニッケル基合金又はクロム基合金、 或いは銀、 銀合金又は白金により形成され、
n枚のセパレー夕（16)及び単一の酸化剤用端板（21)がステンレス鋼、 ニッケル 基合金又はクロム基合金のいずれかによりそれぞれ形成され、
前記酸化剤極集電体（18)が前記各セパレー夕（16)及び前記酸化剤用端板（21)に それぞれ接合された
請求の範囲 1ないし 14いずれか記載の燃料電池モジュール。
1 7 . n枚のセパレ一夕、 単一の酸化剤用端板又は単一の燃料用端板のい ずれか 1つの表面又は 2つ以上の表面にニッケルめっき， クロムめつき、 銀めつ き又はニッケル下地めつきを介する銀めつきがそれぞれ施された請求の範囲 1な いし 1 6いずれか記載の燃料電池モジュール。
1 8 . 燃料予熱管（43)、燃料用デイストリビュー夕（13)、燃料用短管（28)、 酸化剤予熱管（44)、 酸化剤用デイストリビュータ（14)又は酸化剤用短管（27)のい ずれか 1つ又は 2つ以上がステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金のい ずれかにより形成されかつ内面に銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀めつ き又は白金めつきが施された請求の範囲 1ないし 1 7いずれか記載の燃料電池モ ンユーフレ。
1 9 . 燃料予熱管（43)、燃料用ディストリビュ一夕 3)、燃料用短管（28)、 酸化剤予熱管（44)、 酸化剤用デイストリビュー夕（14)又は酸化剤用短管（27)のい ずれか 1つ又は 2つ以上がステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合金のい ずれかにより形成されかつ外面に銀めつき、 ニッケル下地めつきを介する銀めつ き又は白金めつきが施された請求の範囲 1ないし 1 7いずれか記載の燃料電池モ ジュ—— レ。
2 0 . 燃料予熱管（43)、 燃料用デイストリビュー夕（13)及び燃料用短管（2 8)の内面にニッケルめっきが施された請求の範囲 1ないし 1 7いずれか記載の燃 料電池モジュール。
2 1 . 燃料予熱管の上部に水供給管の先端が挿入され、 前記水供給管の基 端に噴霧器又はポンプが接続された請求の範囲 7ないし 2 0いずれか記載の燃料 電池モジュール。
2 2 . 燃料予熱管（43)の最下端に水分離器（53)が接続された請求の範囲 7 ないし 2 1いずれか記載の燃料電池モジュール。
2 3 . 発電セル（12)から排出された燃料ガス及び酸化剤ガスをインナケー ス（46)及びァウタケース（48)外に導く排気管（51 , 52)が水蒸気タービンに接続さ れた請求の範囲 1 1ないし 2 2いずれか記載の燃料電池モジュール。
24. 酸化剤供給通路（24,27)が酸化剤ガスを外周面から導入し
て酸化剤極集電体（18)に対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるように 構成されたセパレ一夕。
2 5. 酸化剤供給通路（24, 27)が酸化剤ガスを外周面から導入し
て酸化剤極集電体（18)に対向する面からシャワー状に略均一に吐出させるように 構成された酸化剤用端板。
2 6. 固体電解質層（111a)とこの固体電解質層（111a)の両面に配設された 燃料極層（111b)及び酸化剤極層（111c)とからなる発電セル（111)が （n+ 1) 枚 (nは正の整数である。） 積層され、
i番目 （ i = l， 2， …， n) の発電セル（111)の燃料極層（11 lb)とこの燃料 極層（111b)に隣接する （ i + 1) 番目の発電セル（111)の酸化剤極層（111c)との 間に導電性材料により板状に形成されたセパレー夕（112)がそれぞれ 1枚ずつ合 計 n枚介装され、
前記 n枚のセパレータ（112)が、 燃料ガスをセパレー夕（112)外周面に形成され たセパレ一夕用燃料導入孔（118a)から導入し前記セパレ一夕（112)内に形成され たセパレ一夕用燃料連通孔（118c)を通って前記セパレー夕（112)の前記燃料極層 (11 lb)への対向面に形成されたセパレー夕用燃料吐出孔（118b)から吐出させるセ パレ一夕用燃料通路（118)と、 酸化剤ガスを前記セパレー夕（112)外周面に形成さ れたセパレ一タ用酸化剤導入孔（119a)から導入し前記セパレータ（112)内に形成 されたセパレ一夕用酸化剤連通孔（119c)を通って前記セパレー夕（112)の酸化剤 極層（111c)への対向面に形成されたセパレー夕用酸化剤吐出孔（119b)から吐出さ せるセパレー夕用酸化剤通路（119)とをそれぞれ有する燃料電池であつて、 前記セパレー夕（112)が、 一方の面に前記セパレー夕用燃料導入孔（118a)及び 前記セパレー夕用燃料連通孔（118c)となるセパレ一夕用燃料凹溝（121a)が形成さ れ、 他方の面に前記セパレー夕用酸化剤導入孔（119a)及び前記セパレー夕用酸化 剤連通孔（119c)となるセパレータ用酸化剤凹溝（121b)が形成されたセパレー夕用 基板（121)と、 前記セパレー夕用燃料凹溝（121a)を被覆するとともに前記セパレ 一夕用燃料吐出孔（118b)が形成されたセパレ一夕用燃料蓋体（122)と、 前記セパ レー夕用酸化剤凹溝（121b)を被覆するとともに前記セパレ一タ用酸化剤吐出孔（1 19b)が形成されたセパレ一夕用酸化剤蓋体（123)とを有することを特徴とする燃 料電池にガスを供給するための構造。
2 7. セパレー夕用燃料吐出孔（118b)がセパレ一夕用基板（121)の中央に 位置するようにセパレー夕用燃料蓋体（122)に形成され、 セパレー夕用酸化剤吐 出孔（119b)が酸化剤ガスをセパレ一夕用基板（121)に対向する酸化剤極層（111c) に向ってシャワー状に略均一に吐出させるようにセパレ一夕用酸化剤蓋体（123) に形成された請求の範囲 26記載の燃料電池にガスを供給するための構造。
2 8. セパレー夕（112)の燃料極層（111b)に対向する面にセパレー夕用燃 料吐出孔（118b)から渦巻き状に延びる複数のスリットがそれぞれ形成された請求 の範囲 26又は 27記載の燃料電池にガスを供給するための構造。
29. セパレー夕用燃料吐出孔がセパレータ用基板の中央に位置するよう にセパレー夕用燃料蓋体に形成され、 セパレー夕用酸化剤吐出孔がセパレー夕用 基板の中央に位置するようにセパレー夕用酸化剤蓋体に形成された請求の範囲 2 6又は 28記載の燃料電池にガスを供給するための構造。
30. セパレ一夕の酸化剤極層に対向する面にセパレ一夕用酸化剤吐出孔 から渦巻き状に延びる複数のスリットがそれぞれ形成された請求の範囲 29記載 の燃料電池にガスを供給するための構造。
3 1. セパレ一夕（112)がステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合 金のいずれかによりそれぞれ形成され、 前記セパレ一夕（112)の表面にニッケル めっき又は銀めつきのいずれか一方又は双方が施された請求の範囲 26記載の燃 料電池にガスを供給するための構造。
3 2. セパレータ用燃料供給通路（118)に燃料ガスが流通可能な密度で改 質粒子が充填された請求の範囲 2 6記載の燃料電池にガスを供給するための構 造。
3 3. セパレー夕用基板（121)に、 熱電対 を挿入可能な熱電対揷入溝 (121g)及びヒータ（137)を揷入可能なヒー夕挿入溝（121h)がそれぞれ形成された 請求の範囲 26記載の燃料電池にガスを供給するための構造。
34. 固体電解質層（211a)とこの固体電解質層（211a)の両面に配設された 燃料極層（211b)及び酸化剤極層（211c)とからなる発電セル（211)が （n+ 1) 枚 (nは正の整数である。） 積層され、 ，
i番目 （ i = l, 2, ···, n) の発電セル（211)の燃料極層（211b)とこの燃料 極層（211b)に隣接する （ i + 1) 番目の発電セル（211)の酸化剤極層（211c)との 間に導電性材料により板状に形成されたセパレータ（212)がそれぞれ 1枚ずつ合 計 n枚介装され、
前記 n枚のセパレー夕（212)が、 燃料ガスをセパレ一タ（212)外周面に形成され たセパレー夕用燃料導入孔（218a)から導入して前記セパレ一夕（212)の前記燃料 極層（21 lb)への対向面に形成されたセパレータ用燃料吐出孔（218b)から吐出させ るセパレー夕用燃料通路（218)と、 酸化剤ガスを前記セパレ一夕（212)外周面に形 成されたセパレー夕用酸化剤導入孔（219a)から導入して前記セパレ一夕（212)の 酸化^!極層（211c)への対向面に形成されたセパレー夕用酸化剤吐出孔（219b)から 吐出させるセパレー夕用酸化剤通路（219)とをそれぞれ有する燃料電池であって、 前記セパレータ（212)が、 前記セパレ一夕用燃料吐出孔（218b)の形成されたセ パレー夕用燃料薄板（221)と、 前記セパレー夕用酸化剤吐出孔（219b)の形成され たセパレ一夕用酸化剤薄板（222)と、 前記セパレー夕用燃料薄板（221)及び前記セ パレー夕用酸化剤薄板（222)により挟持され前記セパレー夕用燃料通路（218)とな るセパレー夕用燃料溝（223c)及び前記セパレー夕用酸化剤通路（219)となるセパ レー夕用酸化剤溝（223d)が形成されたセパレータ用溝付薄板（223)とを有するこ とを特徴とする燃料電池のガス供給構造。
3 5. セパレー夕用燃料吐出孔（218b)がセパレー夕用燃料薄板（221)の中 央に形成され、セパレ一夕用酸化剤吐出孔（219b)がセパレー夕用酸化剤薄板（222) の中央に形成された請求の範囲 34記載の燃料電池のガス供給構造。
36. セパレ一夕用燃料薄板（221)の表面にセパレー夕用燃料吐出孔（218b) から渦巻き状に延びる複数のスリツ卜がそれぞれ形成された請求の範囲 3 4又は 3 5記載の燃料電池のガス供給構造。
3 7 . セパレー夕用酸化剤薄板（222)の表面にセパレー夕用酸化剤吐出孔（2 19b)から渦巻き状に延びる複数のスリツ卜がそれぞれ形成された請求の範囲 3 4 又は 3 5記載の燃料電池のガス供給構造。
3 8 . セパレ一夕用燃料吐出孔がセパレ一夕用燃料薄板の中央に形 成され、 セパレ一夕用酸化剤吐出孔が酸化剤ガスをセパレ一夕用酸化剤薄板に対 向する酸化剤極層に向ってシャワー状に略均一に吐出するように前記セパレー夕 用酸化剤薄板に形成された請求の範囲 3 4ないし 3 6いずれか記載の燃料電池の ガス供給構造。
3 9 . セパレ一夕（312)がステンレス鋼、 ニッケル基合金又はクロム基合 金のいずれかによりそれぞれ形成され、 前記セパレ一夕（212)の表面にニッケル めっき又は銀めつきのいずれか一方又は双方が施された請求の範囲 3 4記載の燃 料電池のガス供給構造。
4 0 . セパレー夕用燃料供給通路（218)に燃料ガスが流通可能な密度で改 質粒子が充填された請求の範囲 3 4記載の燃料電池のガス供給構造。
4 1 . セパレ一タ用溝付薄板（223)に、 熱電対（236)を揷入可能な熱電対揷 入溝（223e)及びヒータ（237)を挿入可能なヒータ揷入溝（223 f)がそれぞれ形成さ れた請求の範囲 3 4記載の燃料電池のガス供給構造。
4 2 . 発電セル（311)と前記発電セル（311)に燃料ガスを供給可能な燃料供 給通路（318， 322)と前記発電セル（311)に酸化剤ガスを供給可能な酸化剤供給通路 (319, 321)とを有する燃料電池（310)と、
前記燃料電池（310)の近傍に設けられ前記燃料供給通路（318， 322)に燃料用短管 (331)を通して燃料ガスを供給する燃料用ディストリビュ一夕（323)と、
前記燃料電池（310)の近傍に設けられ前記酸化剤供給通路（319， 321)に酸化剤用 短管（332)を通して酸化剤ガスを供給する酸化剤用ディストリビュ一夕（324)と を備えた燃料電池モジュールにおいて、 前記燃料用ディストリビュータ（323)が、 箱状又は筒状の金属材料により形成 された燃料用ディストリビュー夕本体（326)と、 前記燃料用ディストリピュー夕 本体（326)の燃料側開口部（326a)を閉止するとともに複数の燃料用短管（331)が直 接接続されかつ電気絶縁材料により形成された単一の板状の燃料用蓋体（327)と を有し、 前記酸化剤用デイストリピュー夕（324)が、 箱状又は筒状の金属材料に より形成された酸化剤用ディストリビュー夕本体（328)と、 前記酸化剤用ディス トリピュー夕本体（328)の酸化剤側開口部（328a)を閉止するとともに複数の酸化 剤用短管（332)が直接接続されかつ電気絶縁材料により形成された単一の板状の 酸化剤用蓋体（329)とを有する
ことを特徴とする燃料電池モジュールのディストリビュー夕構造。
43. 発電セル（311)が固体電解質層（311a)とこの固体電解質層（311a)の 両面に配設された燃料極層（311b)及び酸化剤極層（311c)とからなり、 燃料電池（3 10)が前記発電セル（311)を （n+ 1) 個 （nは正の整数である。） 積層して構成 され、
i番目 （ i = l， 2, …， n) の発電セル（311)の燃料極層（311b)とこの燃料 極層（311b)に隣接する （ i + 1) 番目の発電セル（311)の酸化剤極層（311c)との 間に金属材料により板状に形成されたセパレー夕（312)がそれぞれ 1枚ずつ合計 n枚介装され、
前記 n枚のセパレ一タ（312)が燃料ガスをセパレ一タ（312)外周面から導入して 前記セパレ一夕（312)の燃料極集電体（313)に対向する面から吐出させるセパレ一 夕用燃料通路（318)と、 酸化剤ガスを前記セパレ一夕（312)外周面から導入して前 記セパレー夕（312)の酸化剤極集電体（314)に対向する面から吐出させるセパレー 夕用酸化剤通路（319)とをそれぞれ有し、
燃料用デイストリビュー夕（323)が前記発電セル（311)の積層方向に延びて設け られ、
酸化剤用ディストリビュー夕（324)が前記発電セル（311)の積層方向に延びて設 けられた請求の範囲 42記載の燃料電池モジュールのディストリビュー夕構造。
4 4 . 燃料用デイストリビュー夕本体（326)に燃料側ねじ孔（326b)が形成 され、 燃料用蓋体（327)に燃料側通孔（327b)が形成され、 前記燃料側通孔（327b) に通した燃料側固定ねじ（333)を前記燃料側ねじ孔（326b)に螺合することにより 前記燃料用蓋体（327)が前記燃料用デイストリピュー夕本体（326)に固定され、 更 に前記燃料側通孔（327b)の孔径が前記燃料用デイストリビュー夕本体（326)及び 前記燃料用蓋体（327)の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するように前 記燃料側固定ねじ（333)より大径に形成された請求の範囲 4 2又は 4 3記載の燃 料電池モジュールのディストリビュー夕構造。
4 5 . 酸化剤用ディストリピュー夕本体（328)に酸化剤側ねじ孔（328b)が 形成され、 酸化剤用蓋体（329)に酸化剤側通孔（329b)が形成され、 前記酸化剤側 通孔（329b)に通した酸化剤側固定ねじ（334)を前記酸化剤側ねじ孔（328b)に螺合 することにより前記酸化剤用蓋体（329)が前記酸化剤用ディストリビュー夕本体 (328)に固定され、 更に前記酸化剤側通孔（329b)の孔径が前記酸化剤用ディスト リビュー夕本体（328)及び前記酸化剤用蓋体（329)の熱膨張及び熱収縮による変形 量の差を吸収するように前記酸化剤側固定ねじ（334)より大径に形成された請求 の範囲 4 2ないし 4 4いずれか記載の燃料電池モジュールのディストリビュー夕 構 ^Ξ。
4 6 . 燃料用デイストリビュー夕本体（376)に燃料側貫通孔（376b)が形成 され、 燃料用蓋体（327)に燃料側通孔（327b)が形成され、 前記燃料側通孔（327b) 及び前記燃料側貫通孔（376b)に通した燃料側固定ねじ（383)を燃料側ナツト（386) に螺合することにより前記燃料用蓋体（327)が前記燃料用ディストリビュータ本 体（376)に固定され、 更に前記燃料側通孔（327b)又は前記燃料側貫通孔（376b)の 孔径が前記燃料用デイストリビュー夕本体（376)及び前記燃料用蓋体（327)の熱膨 張及び熱収縮による変形量の差を吸収するように前記燃料側固定ねじ（383)より 大径に形成された請求の範囲 4 2又は 4 3記載の燃料電池モジュールのディスト リビュー夕構造。
4 7 . 酸化剤用ディストリビュー夕本体（378)に酸化剤側貫通孔（378b)が 形成され、 酸化剤用蓋体（329)に酸化剤側通孔（329b)が形成され、 前記酸化剤側 通孔（329b)及び前記酸化剤側貫通孔（378b)に通した酸化剤側固定ねじ（384)を酸 化剤側ナット（387)に螺合することにより前記酸化剤用蓋体（329)が前記酸化剤用 ディストリビュー夕本体（378)に固定され、 更に前記酸化剤側通孔（329b)又は前 記酸化剤側貫通孔（378b)の孔径が前記酸化剤用ディストリビュー夕本体（378)及 び前記酸化剤用蓋体（329)の熱膨張及び熱収縮による変形量の差を吸収するよう に前記酸化剤側固定ねじ（384)より大径に形成された請求の範囲 4 2ないし 4 4 いずれか記載の燃料電池モジュールのディストリビュー夕構造。
4 8 . 燃料用ディストリビュー夕本体の燃料側開口部周縁と燃料用蓋体の 周縁との間に、 ガラス製又はセメント製の燃料用シール部材が充填された請求の 範囲 4 2、 4 3、 4 4又は 4 6いずれか記載の燃料電池モジュールのディストリ ビュー夕構造。
4 9 . 酸化剤用ディストリビュー夕本体の酸化剤側開口部周縁と酸化剤用 蓋体の周縁との間に、 ガラス製又はセメント製の酸化剤用シール部材が充填され た請求の範囲 4 2、 4 3、 4 5又は 4 7いずれか記載の燃料電池モジュールのデ イストリビュー夕構造。
5 0 . 燃料側貫通孔（376b)に揷通された燃料側固定ねじ（383)のねじ部（38 3a)を露出させるための燃料側スリット（376 d)が燃料用デイストリビュー夕本体 (376)に形成された請求の範囲 4 6記載の燃料電池モジュールのディストリビュ 一夕構造。
5 1 . 酸化剤側貫通孔（378b)に連通された酸化剤側固定ねじ（384)のねじ 部（384a)を露出させるための酸化剤側スリット（378d)が酸化剤用デイストリビュ 一夕本体（378)に形成された請求の範囲 4 7記載の燃料電池モジュールのディス トリビュー夕構造。
5 2 . 燃料用ディストリビュー夕本体（376)に燃料ガスを導入するための 一対の燃料用透孔（326c， 326c)が前記燃料用ディストリビュー夕本体（376)の上下 面にそれぞれ形成された請求の範囲 4 2、 4 3、 4 4、 4 6、 4 8又は 5 0いず れか記載の燃料電池モジュールのディストリビュー夕構造。
5 3. 酸化剤用デイストリビュー夕本体（378)に酸化剤ガスを導入するた めの一対の酸化剤用透孔（328c, 328c)が前記酸化剤用デイストリビュー夕本体（37 8)の上下面にそれぞれ形成された請求の範囲 42、 43、 45、 47、 49又は 5 1いずれか記載の燃料電池モジュールのディストリビュー夕構造。
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