WO2021221077A1 - セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置 - Google Patents

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裕明 瀬野
哲朗 藤本
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京セラ株式会社
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present disclosure relates to cells, cell stack devices, modules and module accommodating devices.
  • the cell according to one aspect of the embodiment includes a first element and a second element, and a metal member.
  • the first element and the second element are arranged in the first direction and are electrically connected.
  • the metal member has a first element and a support portion that supports the second element.
  • the cell stack device of the present disclosure has a cell stack including a plurality of the cells described above.
  • the module of the present disclosure includes the cell stack device described above and a storage container for accommodating the cell stack device.
  • the module accommodating device of the present disclosure includes the module described above, an auxiliary machine for operating the module, and an outer case for accommodating the module and the auxiliary equipment.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an example of a cell according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a diagram showing an outline of cells according to the first embodiment.
  • FIG. 1C is a plan view of an example of the cell according to the first embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 1D is a cross-sectional view of the Id-Id line shown in FIG. 1C.
  • FIG. 1E is a cross-sectional view taken along the line Ie-Ie shown in FIG. 1C.
  • FIG. 1F is a cross-sectional view taken along the line If-If shown in FIG. 1C.
  • FIG. 2A is a plan view of an example of the cell according to the second embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIb-IIb shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line IIc-IIc shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view of the line IId-IId shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2E is a cross-sectional view taken along the line IIe-IIe shown in FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of the cell stack device according to the first embodiment.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of the cell stack device according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is an external perspective view showing an example of the module according to the embodiment.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view schematically showing an example of the module accommodating device according to the embodiment.
  • FIG. 6A is a perspective view showing an example of the cell according to the third embodiment.
  • FIG. 6B is a plan view of an example of the cell according to the third embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line VIc-VIc shown in FIG. 6B.
  • FIG. 6D is a cross-sectional view taken along the line Vid-VId shown in FIG. 6B.
  • FIG. 6E is a cross-sectional view of the VIe-VIe line shown in FIG. 6B.
  • FIG. 7A is a plan view of an example of the cell according to the fourth embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 7A is a plan view of an example of the cell according to the fourth embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line VIIb-VIIb shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view of the VIIc-VIIc line shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7D is a cross-sectional view taken along the line VIId-VIId shown in FIG. 7A.
  • FIG. 1A is a perspective view showing an example of a cell according to the first embodiment.
  • the cell 1 has a plurality of element portions 6 supported by the metal member 2.
  • the plurality of element units 6 are located side by side in the length direction L (see FIG. 1C) of the cell 1.
  • the plurality of element portions 6 are connected in series, and the current generated in the cell 1 flows through the metal member 2 and the element portion 6 along the length direction L of the cell 1, as shown by the arrow X.
  • the metal member 2 has a gas flow path 2a in which gas flows along the length direction L of the cell 1.
  • the gas flowing through the gas flow path 2a is a reaction gas used for the reaction in the plurality of element units 6.
  • the reaction gas is, for example, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas.
  • FIG. 1B is a diagram showing an outline of cells according to the first embodiment.
  • the cell 1 includes element portions 6a and 6b arranged in the first direction and a metal member 2.
  • the element units 6a and 6b are examples of the first element and the second element arranged in the first direction.
  • the element portions 6a and 6b each have a fuel electrode 3 which is a first electrode layer, a solid electrolyte layer 4 which is an electrolyte layer, and an air electrode 5 which is a second electrode layer.
  • the fuel electrode 3, the solid electrolyte layer 4, and the air electrode 5 are laminated in the thickness direction of the cell 1 as the second direction intersecting the first direction.
  • the metal member 2 has support portions 21 to 24 for supporting the element portion 6 and connection portions 25 to 27.
  • the support portions 21 and 22 are positioned so as to sandwich the element portion 6a.
  • the support portions 23 and 24 are positioned so as to sandwich the element portion 6b.
  • the support portions 21 and 23 support the air pole 5, and the support portions 22 and 24 support the fuel pole 3, respectively.
  • the connecting portion 25 is located between the element portions 6a and 6b and extends in the thickness direction of the cell 1.
  • the connecting portion 25 electrically connects the supporting portions 21 and 24.
  • the element portions 6a and 6b become conductive, and a current flows, for example, as shown by an arrow X.
  • the connecting portions 26 and 27 are connected to the supporting portions 22 and 23, respectively.
  • the connecting portions 26 and 27 extend in the thickness direction of the cell 1 and also serve as a housing for accommodating the element portions 6a and 6b together with the connecting portion 25.
  • the metal members 2 are located apart from each other along the first direction in which the element portions 6a and 6b are lined up.
  • the support portions 21, 24 and the connection portion 25 are located apart from the support portion 23 and the connection portion 27.
  • the support portions 21, 24 and the connection portion 25 are located apart from the support portion 22 and the connection portion 26. This makes it difficult for a short circuit to occur via the metal member 2.
  • each portion constituting the metal member 2, such as the support portions 21, 24 and the connecting portion 25, can be joined via a conductive adhesive or by welding. Further, the support portions 21, 24 and the connection portion 25 may be an integral metal member.
  • the material of the fuel electrode 3 generally known materials can be used.
  • porous conductive ceramics for example, ZrO 2 in which a rare earth element oxide is solid-dissolved, and ceramics containing Ni and / or NiO may be used.
  • the rare earth element oxide such as Y 2 O 3 is used.
  • Calcium oxide, magnesium oxide or a rare earth element oxide it may be referred to as stabilized zirconia ZrO 2 being dissolved.
  • Stabilized zirconia also includes partially stabilized zirconia.
  • the solid electrolyte layer 4 is an electrolyte and bridges ions between the fuel electrode 3 and the air electrode 5. At the same time, the solid electrolyte layer 4 has a gas blocking property and makes it difficult for a leak between the fuel gas and the oxygen-containing gas to occur.
  • Material of the solid electrolyte layer 4 for example, 3 mol% to 15 mol% of the rare earth oxide may be a ZrO 2 solid-solved.
  • the rare earth element oxide such as Y 2 O 3 is used.
  • other materials may be used as the material of the solid electrolyte layer 4.
  • the material of the air electrode 5 may be, for example, a composite oxide in which Sr and La coexist at the A site.
  • a composite oxide La x Sr 1-x Co y Fe 1-y O 3, La x Sr 1-x MnO 3, La x Sr 1-x FeO 3, La x Sr 1-x CoO 3 and the like can be mentioned. Note that x is 0 ⁇ x ⁇ 1 and y is 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • the air electrode 5 has gas permeability.
  • the open porosity of the air electrode 5 may be, for example, 20% or more, particularly in the range of 30% to 50%.
  • the metal member 2 is made of metal and has conductivity.
  • the metal member 2 is, for example, stainless steel. Further, the metal member 2 is dense and makes it difficult for the reaction gas flowing inside and outside the gas flow path 2a (see FIG. 1A) to leak.
  • cell 1 will be further described with reference to FIGS. 1C to 1F.
  • FIG. 1C is a plan view of an example of the cell according to the first embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 1D is a cross-sectional view of the Id-Id line shown in FIG. 1C.
  • FIG. 1E is a cross-sectional view taken along the line Ie-Ie shown in FIG. 1C.
  • FIG. 1F is a cross-sectional view taken along the line If-If shown in FIG. 1C.
  • the cell 1 has a metal member, an element portion 6, a sealing material 221 to 228, and an insulating portion 241,242.
  • the element portion 6 has element portions 6a and 6b arranged along the length direction L.
  • the metal member is an example of the metal member 2 shown in FIG. 1A.
  • the metal member has support portions 201 to 204, connection portions 205, and flow path members 210 and 211.
  • the support portions 201 and 203 are located side by side in the length direction L. As shown in FIG. 1C, a gap d is located between the support portions 201 and 203, and the support portions 201 and 203 are not directly conductive.
  • One surface of the support portions 201 and 203 supports the air poles 5 of the element portions 6a and 6b, respectively, and the other surface on the opposite side to the one surface is exposed to an oxygen-containing gas such as air.
  • the support portions 201 and 203 each have an opening 207 that penetrates one surface and the other surface.
  • Oxygen-containing gas such as air located outside the cell 1 is supplied to the air electrode 5 through the openings 207 of the support portions 201 and 203, respectively.
  • the opening 207 is shown as a rectangular shape that is long in the length direction L in a plan view, the opening 207 is not limited to this, and may be, for example, long in the width direction W, and may be square or circular.
  • the support portions 202 and 204 are arranged side by side in the length direction L so as to face the support portions 201 and 203 with the element portions 6a and 6b interposed therebetween.
  • One side of the support portions 202 and 204 supports the fuel poles 3 of the element portions 6a and 6b, respectively, and the other side opposite to the one side faces the gas flow path 2a.
  • the support portions 202 and 204 have openings 206 penetrating one side and the other side, respectively.
  • the fuel gas such as hydrogen-containing gas flowing in the gas flow path 2a along the length direction L is supplied to the fuel pole 3 through the openings 206 of the support portions 202 and 204, respectively.
  • the opening 206 may have the same shape as the opening 207, or may have a different shape.
  • the connecting portion 205 is located between the element portions 6a and 6b and extends in the thickness direction T of the cell 1.
  • the connecting portion 205 electrically connects the supporting portions 201 and 204.
  • the element portions 6a and 6b become conductive, and as shown by, for example, arrow X (see FIG. 1D), the support portion 202 ⁇ the element portion 6a ⁇ the support portion 201 ⁇ the connection portion 205 ⁇ the support portion 204 ⁇ the element portion 6b ⁇ the support portion.
  • the flow path members 210 and 211 are located around the gas flow path 2a and extend along the length direction L. Specifically, the flow path member 210 is located so that one surface faces the support portions 202 and 204 with the gas flow path 2a sandwiched in the thickness direction T of the cell 1, and the other surface on the opposite side to the one surface. Is exposed to the outside. Further, the flow path members 211 are located so as to face each other with the gas flow path 2a in the width direction W of the cell 1.
  • the gas flow path 2a is a space located between the support portions 202 and 204 and the flow path members 210 and 211.
  • the metal members (support portions 201 to 204, connection portions 205, flow path members 210, 211) may be made of the same material as the metal member 2 described with reference to, for example, FIGS. 1A and 1B. Further, a coating layer that covers the surface may be provided depending on the environment (reducing atmosphere, oxidizing atmosphere) in which the metal member is located.
  • the sealing materials 221 to 228 are located around the element portions 6a and 6b.
  • the sealing materials 221 to 228 are positioned so as to be in contact with both ends of the element portions 6a and 6b in the length direction L and the width direction W.
  • the sealing materials 221 to 228 have a gas blocking property, and seal the fuel poles 3 and the ends of the solid electrolyte layer 4 of the element portions 6a and 6b, and the fuel gas and the oxygen-containing gas. It makes it difficult for leaks to occur.
  • the sealing material 223 is in contact with the connecting portion 205, but the sealing material 223 may be separated from the connecting portion 205.
  • sealing materials 221-228 glass or other oxides having low conductivity can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass or the like may be used.
  • the material of the encapsulant 221-228 may be the same as or similar to that of the solid electrolyte layer 4.
  • the crystallized glass for example, SiO 2 -CaO-based, MgO-B 2 O 3 based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -MgO based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -ZnO system, SiO 2 it may be used any of materials such as -CaO-ZnO-based, may be especially a material of SiO 2 -MgO system.
  • the insulating portion 241 is located between the supporting portions 202 and 204.
  • the insulating portion 241 prevents a short circuit due to conduction of the supporting portions 202 and 204.
  • the insulating portion 241 has a gas blocking property, and makes it difficult for a leak between the fuel gas and the oxygen-containing gas to occur.
  • the insulating portion 242 is located between the support portions 202 and 204 and the flow path member 211.
  • the insulating portion 242 prevents electric leakage due to conduction between the support portions 202 and 204 and the flow path member 211.
  • the insulating portion 242 has a gas blocking property, and makes it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a to leak.
  • an oxide having low conductivity such as glass or mica can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass may be used.
  • the material of the insulating portions 241,242 may be the same as, for example, the sealing materials 221 to 228, or may be different.
  • the cell 1 includes the first element and the second element, and a metal member.
  • the first element and the second element are arranged in the first direction and are electrically connected.
  • the metal member has a support portion that supports the first element and the second element. Thereby, the durability of the cell 1 can be enhanced.
  • FIG. 2A is a plan view of an example of the cell according to the second embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line IIb-IIb shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line IIc-IIc shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view of the line IId-IId shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2E is a cross-sectional view taken along the line IIe-IIe shown in FIG. 2A.
  • the cell 1A has a metal member, an element portion 6, a sealing material 321 to 328, 331 to 338, and an insulating portion 341 to 345.
  • the cell 1A is different from the cell 1 in that a plurality of element portions 6 (element portions 6a1, 6b1, element portions 6a2, 6b2) are located with the gas flow path 2a extending in the length direction L sandwiched in the thickness direction T. do.
  • the element units 6a1 and 6b1 are examples of the first element and the second element arranged in the first direction.
  • the element portions 6a2 and 6b2 are examples of the third element and the fourth element arranged in the first direction.
  • the metal member has support portions 301 to 304, 311 to 314, connection portions 305, 315, end connection portions 310, and a flow path member 309.
  • the support portions 301 and 303 are located on one end side in the thickness direction T, and the support portions 302 and 304 are located on the other end side in the thickness direction T with respect to the element portions 6a1 and 6b1.
  • the support portions 301 and 303 are located side by side in the length direction L.
  • the support portions 302 and 304 are arranged side by side in the length direction L so as to face the support portions 301 and 303.
  • a gap d (see FIG. 2A) is located between the support portions 301 and 303 and between the support portions 302 and 304, respectively, and the support portions 301 and 303 and the support portions 302 and 304 are not directly conductive to each other.
  • the support portions 311, 313 are located on one end side in the thickness direction T, and the support portions 312 and 314 are located on the other end side in the thickness direction T, respectively.
  • the support portions 311, 313 are located side by side in the length direction L.
  • the support portions 312 and 314 are arranged side by side in the length direction L so as to face the support portions 311, 313.
  • a gap corresponding to the gap d shown in FIG. 1C is located between the support portions 311, 313 and between the support portions 312 and 314, and the support portions 311, 313 and the support portions 312 and 314 are directly conductive, respectively. Not.
  • One side of the support portions 301, 303, 311, 313 supports the air poles 5 of the element portions 6a1, 6b1, 6a2, 6b2, respectively, and the other side opposite to one side is an oxygen-containing gas such as air. Is exposed to. Further, the support portions 301 and 303 each have an opening 307 that penetrates one surface and the other surface, and the support portions 311, 313 have an opening 317 that penetrates the one surface and the other surface, respectively. There is. Oxygen-containing gas such as air located outside the cell 1A is supplied to the air electrode 5 through the openings 307 and 317, respectively.
  • the openings 307 and 317 are shown as rectangular shapes that are long in the length direction L in a plan view, but are not limited to this, and may be, for example, long in the width direction W, and may be square or circular.
  • the support portions 302 and 304 are arranged side by side in the length direction L so as to face the support portions 301 and 303 with the element portions 6a1 and 6b1 interposed therebetween.
  • the support portions 312 and 314 are arranged side by side in the length direction L so as to face the support portions 311, 313 with the element portions 6a2 and 6b2 interposed therebetween.
  • the support portions 312 and 314 are located so as to face the support portions 302 and 304 with the gas flow path 2a interposed therebetween.
  • One side of the support portions 302, 304, 312, 314 supports the fuel poles 3 of the element portions 6a1, 6b1, 6a2, 6b2, respectively, and the other side opposite to one side faces the gas flow path 2a. doing.
  • the support portions 302 and 304 each have an opening 306 penetrating one surface and the other surface
  • the support portions 312 and 314 each have an opening 316 penetrating the one surface and the other surface.
  • the fuel gas such as hydrogen-containing gas flowing in the gas flow path 2a along the length direction L reaches the fuel pole 3 of each element portion 6 through the openings 306 and 316, respectively.
  • the openings 306 and 316 may have the same shape as the openings 307 and 317, or may have different shapes.
  • the connecting portions 305 and 315 are located between the element portions 6a1 and 6b1 and between the element portions 6a2 and 6b2, respectively, and extend in the thickness direction T of the cell 1A.
  • the connecting portion 305 electrically connects the support portions 301 and 304
  • the connecting portion 315 electrically connects the support portions 311, 314.
  • the element portions 6a1, 6b1 and the element portions 6a2, 6b2 become conductive, respectively.
  • the end connection portion 310 is located on one end side of the cell 1A in the length direction L and extends in the thickness direction T of the cell 1A.
  • the end connection portion 310 electrically connects the support portions 302 and 311.
  • the support portion 314 ⁇ the element portion 6b2 ⁇ the support portion 313 ⁇ the connection portion 315 ⁇ the support portion 312 ⁇ the element portion 6a2 ⁇ the support portion 311 ⁇ the end connection portion 310 ⁇ the support.
  • the flow path member 309 is located around the gas flow path 2a. Specifically, the flow path member 309 is located so as to face each other with the gas flow path 2a sandwiched in the width direction W of the cell 1A, and extends along the length direction L.
  • the gas flow path 2a is a space located between the support portions 302, 304, 312, 314 and the flow path member 309.
  • the support portions 302, 304, 312, 314 and the flow path member 309 are examples of the flow path portions.
  • the metal members (support portions 301 to 304, 311 to 314, connection portions 305, 315, flow path member 309, end connection portion 310) are made of the same material as the metal member 2 described with reference to, for example, FIGS. 1C to 1F. There may be. Further, a coating layer that covers the surface may be provided depending on the environment (reducing atmosphere, oxidizing atmosphere) in which the metal member is located.
  • sealing materials 321 to 328 are located around the element portions 6a1, 6b1, and the sealing materials 331 to 338 are located around the element portions 6a2, 6b2.
  • the sealing materials 321 to 328 are positioned so as to be in contact with both ends of the element portions 6a1 and 6b1 in the length direction L and the width direction W.
  • the sealing materials 331 to 338 are positioned so as to be in contact with both ends of the element portions 6a2 and 6b2 in the length direction L and the width direction W.
  • the sealing materials 321 to 328 and 331 to 338 have a gas blocking property, and seal the fuel poles 3 of the element portions 6a1, 6b1, 6a2, 6b2 and the ends of the solid electrolyte layer 4.
  • leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas is less likely to occur.
  • the sealing materials 323 and 332 are in contact with the connecting portions 305 and 315, respectively, but the sealing materials 323 and 332 may be separated from the connecting portions 305 and 315, respectively.
  • sealing materials 321 to 328 and 331 to 338 glass or other oxides having low conductivity can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass or the like may be used.
  • the material of the sealing materials 321 to 328 and 331 to 338 may be the same as or similar to that of the solid electrolyte layer 4.
  • the crystallized glass for example, SiO 2 -CaO-based, MgO-B 2 O 3 based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -MgO based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -ZnO system, SiO 2 it may be used any of materials such as -CaO-ZnO-based, may be especially a material of SiO 2 -MgO system.
  • the insulating portions 341 and 342 are located between the support portions 302 and 304 and between the support portions 312 and 314, respectively.
  • the insulating portions 341 and 342 prevent short circuits due to conduction between the support portions 302 and 304 and the support portions 312 and 314, respectively.
  • the insulating portions 341 and 342 have a gas blocking property, and make it difficult for a leak between the fuel gas and the oxygen-containing gas to occur.
  • the insulating portion 343 is located between the support portions 302 and 304 and the flow path member 309.
  • the insulating portion 343 makes it difficult for electric leakage to occur due to conduction between the support portions 302 and 304 and the flow path member 309.
  • the insulating portion 343 has a gas blocking property, and makes it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a to leak.
  • the insulating portion 344 is located between the supporting portions 312 and 314 and the flow path member 309.
  • the insulating portion 344 makes it difficult for electric leakage to occur due to conduction between the support portions 312 and 314 and the flow path member 309.
  • the insulating portion 344 has a gas blocking property, and makes it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a to leak.
  • the insulating portion 345 is located between the support portion 312, the flow path member 309, and the end connection portion 310.
  • the insulating portion 345 makes it difficult for electric leakage or short circuit to occur due to conduction between the support portion 312 and the flow path member 309 and the end connection portion 310.
  • the insulating portion 345 has a gas blocking property, and makes it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a to leak.
  • an oxide having low conductivity such as glass or mica can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass or the like may be used.
  • the material of the insulating portions 341 to 345 may be the same as, for example, the sealing materials 321 to 328 and 331 to 338, or may be different.
  • the cells 1A according to the second embodiment are arranged in the first direction and electrically connected to the first element and the second element, and the metal member supporting the first element and the second element. Be prepared. Further, the cell 1A further includes a third element located at a distance from the first element with the gas flow path 2a through which the reaction gas flows flowing. Thereby, the durability of the cell 1A can be increased.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing an example of the cell stack device according to the first embodiment
  • FIG. 3B is a cross-sectional view showing an example of the cell stack device according to the second embodiment.
  • the arrangement of the gas flow path 2a, the element portion 6 and the cell 1 or 1A is schematically shown.
  • the support member and the element portion 6 located outside the element portion 6 are shown.
  • the cell stack device 10 includes a plurality of cells 1. As shown in FIG. 3A, in each cell 1, a plurality of metal members 2 each supporting the plurality of element portions 6 extend in the length direction L from the pipe 22a through which the fuel gas flows. Inside the metal member 2 each cell 1 has, a gas flow path 2a through which the gas from the pipe 22a flows is provided. Each cell 1 is connected in series via a conductive member (not shown).
  • a plurality of element portions 6 possessed by adjacent cells 1 are located in different directions with respect to each metal member 2, so that the plurality of element portions 6 are positioned so as to face each other. doing.
  • the arrangement of the cells 1 is not limited to this, and for example, a plurality of element portions 6 may be located in the same direction with respect to each metal member 2.
  • the cell stack device 10A includes a plurality of cells 1A.
  • a plurality of metal members 2 each supporting the plurality of element portions 6 extend from the pipe 22a in the length direction L. Inside the metal member 2 each cell 1A has, a gas flow path 2a through which the gas from the pipe 22a flows is provided.
  • Each cell 1A is connected in series via a conductive member (not shown).
  • the connection of the cells 1A is not limited to this, and for example, adjacent cells 1A may be electrically connected to each other via each metal member 2.
  • FIG. 4 is an external perspective view showing the module according to the first embodiment, in which the front surface and the rear surface, which are a part of the storage container 101, are removed, and the cell stack device 10 of the fuel cell stored inside is taken out to the rear. Shows the state.
  • the module 100 includes a storage container 101 and a cell stack device 10 housed in the storage container 101. Further, the reformer 102 is located above the cell stack device 10.
  • the reformer 102 reforms raw fuels such as natural gas and kerosene to generate fuel gas, which is supplied to cell 1.
  • the raw fuel is supplied to the reformer 102 through the raw fuel supply pipe 103.
  • the reformer 102 may include a vaporizing unit 102a for vaporizing water and a reforming unit 102b.
  • the reforming unit 102b includes a reforming catalyst (not shown), and reforms the raw material fuel into a fuel gas.
  • Such a reformer 102 can perform steam reforming, which is a highly efficient reforming reaction.
  • the fuel gas generated by the reformer 102 is supplied to the gas flow path 2a (see FIG. 3A) of the cell 1 through the gas flow pipe 20, the gas tank 16, and the support member 14.
  • the temperature inside the module 100 at the time of normal power generation becomes about 500 ° C. to 1000 ° C. due to the combustion of gas and the power generation of the cell 1.
  • the durability of the module 100 can be enhanced by accommodating the cell stack device 10 for enhancing the durability.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing an example of the module accommodating device according to the first embodiment.
  • the module accommodating device 110 according to the first embodiment includes an outer case 111, a module 100 shown in FIG. 4, and an auxiliary machine (not shown).
  • the auxiliary device operates the module 100.
  • the module 100 and auxiliary equipment are housed in the outer case 111. In FIG. 5, a part of the configuration is omitted.
  • the exterior case 111 of the module accommodating device 110 shown in FIG. 5 has a support column 112 and an exterior plate 113.
  • the partition plate 114 vertically partitions the inside of the outer case 111.
  • the space above the partition plate 114 in the outer case 111 is the module storage chamber 115 for accommodating the module 100, and the space below the partition plate 114 in the outer case 111 accommodates the auxiliary equipment for operating the module 100.
  • the auxiliary machine accommodated in the auxiliary machine accommodating chamber 116 is omitted.
  • the partition plate 114 has an air flow port 117 for flowing the air of the auxiliary machine accommodating chamber 116 to the module accommodating chamber 115 side.
  • the exterior plate 113 constituting the module accommodating chamber 115 has an exhaust port 118 for exhausting the air in the module accommodating chamber 115.
  • module accommodating device 110 as described above, by providing the module accommodating chamber 115 with a highly durable module 100, the durability of the module accommodating device 110 can be enhanced.
  • the module 100 and the module accommodating device 110 using the cell stack device 10A according to the second embodiment also have the module 100 and the module accommodating device 110 shown in FIGS. 4 and 5. It can be configured as follows.
  • FIG. 6A is a perspective view showing an example of the cell according to the third embodiment.
  • so-called fuel depletion in which the amount of fuel gas supplied to the element unit 6 is less than the required amount is less likely to occur. Therefore, the durability of the cell 1B is further increased.
  • FIG. 6B is a plan view of an example of the cell according to the third embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view taken along the line VIc-VIc shown in FIG. 6B.
  • FIG. 6D is a cross-sectional view taken along the line Vid-VId shown in FIG. 6B.
  • FIG. 6E is a cross-sectional view of the VIe-VIe line shown in FIG. 6B.
  • the cell 1B has a metal member, an element portion 6, a sealing material 421 to 426, and an insulating portion 441 to 444.
  • the element portion 6 has element portions 6a and 6b arranged along the width direction W.
  • the metal member is an example of the metal member 2 shown in FIG. 1A.
  • the metal member has support portions 401 to 404, connection portions 405, and flow path members 410 to 413.
  • the support portions 401 and 403 are located side by side in the length direction L.
  • a gap is located between the support portions 401 and 403, and the support portions 401 and 403 are not directly conductive.
  • One side of the support parts 401 and 403 supports the air poles 5 of the element parts 6a and 6b, respectively, and the other side opposite to the one side is exposed to oxygen-containing gas such as air. Further, the support portions 401 and 403 have openings 407 that penetrate one surface and the other surface, respectively. Oxygen-containing gas such as air located outside the cell 1B is supplied to the air pole 5 through the openings 407 of the support portions 401 and 403, respectively.
  • the opening 407 is shown as a rectangular shape that is long in the width direction W in a plan view, but is not limited to this, and may be, for example, long in the length direction L, or may be square or circular.
  • the support portions 402 and 404 are arranged side by side in the width direction W so as to face the support portions 401 and 403 with the element portions 6a and 6b interposed therebetween.
  • One side of the support portions 402 and 404 supports the fuel poles 3 of the element portions 6a and 6b, respectively, and the other side opposite to the one side faces the gas flow path 2a.
  • the support portions 402 and 404 have openings 406 penetrating one side and the other side, respectively.
  • the fuel gas such as hydrogen-containing gas flowing in the gas flow path 2a along the length direction L is supplied to the fuel pole 3 through the openings 406 of the support portions 402 and 404, respectively.
  • the opening 406 may have the same shape as the opening 407, or may have a different shape.
  • the connecting portion 405 is located between the element portions 6a and 6b and extends in the thickness direction T of the cell 1.
  • the connecting portion 405 electrically connects the supporting portions 401 and 404.
  • the element portions 6a and 6b become conductive, and as shown by, for example, arrow X (see FIG. 6C), the support portion 402 ⁇ the element portion 6a ⁇ the support portion 401 ⁇ the connection portion 405 ⁇ the support portion 404 ⁇ the element portion 6b ⁇ the support portion.
  • the flow path members 410 to 413 are located around the gas flow path 2a.
  • the flow path member 410 extends along the length direction L and the width direction, and the flow path members 411 to 413 extend along the length direction L, respectively.
  • one surface of the flow path member 410 is positioned so as to face the support portions 402 and 404 with the gas flow path 2a sandwiched in the thickness direction T of the cell 1B, and the other surface on the opposite side to the one surface. Is exposed to the outside.
  • the flow path members 411 to 413 are arranged side by side so as to face each other with the gas flow path 2a in the width direction W of the cell 1B.
  • the gas flow path 2a is a space located between the support portion 402 and the flow path members 410 to 412, and between the support portion 404 and the flow path members 410, 421 and 413, respectively.
  • the metal members (support portions 401 to 404, connection portions 405, flow path members 410 to 413) may be made of the same material as the metal member 2 described with reference to, for example, FIGS. 1A and 1B. Further, a coating layer that covers the surface may be provided depending on the environment (reducing atmosphere, oxidizing atmosphere) in which the metal member is located.
  • the sealing materials 421 to 426 are located around the element portions 6a and 6b.
  • the sealing materials 421 to 426 are positioned so as to be in contact with both ends of the element portions 6a and 6b in the length direction L and the width direction W.
  • the sealing materials 421 to 426 have a gas blocking property, and seal the fuel poles 3 and the ends of the solid electrolyte layer 4 of the element portions 6a and 6b, so that the fuel gas and the oxygen-containing gas are contained. It makes it difficult for leaks to occur.
  • the sealing material 423 is in contact with the connecting portion 405, but the sealing material 423 may be separated from the connecting portion 405.
  • sealing materials 421 to 426 glass or other oxides having low conductivity can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass or the like may be used.
  • the material of the sealing materials 421 to 426 may be the same as or similar to that of the solid electrolyte layer 4.
  • the crystallized glass for example, SiO 2 -CaO-based, MgO-B 2 O 3 based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -MgO based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -ZnO system, SiO 2 it may be used any of materials such as -CaO-ZnO-based, may be especially a material of SiO 2 -MgO system.
  • the insulating portion 441 is located between the supporting portions 402 and 404.
  • the insulating portion 441 makes it difficult for a short circuit due to conduction of the supporting portions 402 and 404 to occur.
  • the insulating portion 441 has a gas blocking property, and makes it difficult for a leak between the fuel gas and the oxygen-containing gas to occur.
  • the insulating portions 442 to 444 are located between the support portion 402 and the flow path member 411, between the support portions 402 and 404 and the flow path member 412, and between the support portion 404 and the flow path member 413, respectively. ing.
  • the insulating portions 442 to 444 make it difficult for electric leakage to occur due to the conduction between the support portions 402 and 404 and the flow path members 411 to 413.
  • the insulating portions 442 to 444 have a gas blocking property, and make it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a to leak.
  • an oxide having low conductivity such as glass or mica can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass or the like may be used.
  • the material of the insulating portions 441 to 444 may be the same as, for example, the sealing materials 421 to 426, or may be different.
  • the cells 1B according to the third embodiment are arranged in the first direction and electrically connected to the first element and the second element, and the metal member supporting the first element and the second element. Be prepared. Thereby, the durability of the cell 1B can be increased.
  • the first direction in which the plurality of element portions 6 are arranged intersects with the third direction in which the reaction gas such as fuel gas flows. Thereby, the durability of the cell 1B can be increased.
  • FIG. 7A is a plan view of an example of the cell according to the fourth embodiment as viewed from the air electrode side.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line VIIb-VIIb shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view of the VIIc-VIIc line shown in FIG. 7A.
  • FIG. 7D is a cross-sectional view taken along the line VIId-VIId shown in FIG. 7A.
  • the cell 1C has a metal member, an element portion 6, a sealing material 521 to 526, 531 to 536, and an insulating portion 541 to 544,551 to 554.
  • the cell 1C is different from the cell 1B in that a plurality of element portions 6 (element portions 6a1, 6b1, element portions 6a2, 6b2) are located with the gas flow path 2a extending in the length direction L sandwiched in the thickness direction T. do.
  • the metal member has support portions 501 to 504, 511 to 514, connection portions 505 and 515, end connection portions 510, and a flow path member 509.
  • the support portions 501 and 503 are located on one end side in the thickness direction T, and the support portions 502 and 504 are located on the other end side in the thickness direction T with respect to the element portions 6a1 and 6b1.
  • the support portions 501 and 503 are located side by side in the width direction W.
  • the support portions 502 and 504 are arranged side by side in the width direction W so as to face the support portions 501 and 503. Spaces are located between the support portions 501 and 503 and between the support portions 502 and 504, respectively, and the support portions 501 and 503 and the support portions 502 and 504 are not directly connected to each other.
  • the support portions 511 and 513 are located on one end side in the thickness direction T, and the support portions 521 and 514 are located on the other end side in the thickness direction T.
  • the support portions 511 and 513 are located side by side in the width direction W.
  • the support portions 512 and 514 are arranged side by side in the width direction W so as to face the support portions 511 and 513.
  • a gap is located between the support portions 511,513 and between the support portions 512 and 514, and the support portions 511 and 513 and the support portions 512 and 514 are not directly connected to each other.
  • One side of the support portion 501, 503, 511, 513 supports the air poles 5 of the element portions 6a1, 6b1, 6a2, 6b2, respectively, and the other side opposite to one side is an oxygen-containing gas such as air. Is exposed to. Further, the support portions 501 and 503 have openings 507 penetrating one surface and the other surface, respectively, and the support portions 511, 513 have openings 517 penetrating the one surface and the other surface, respectively. There is. Oxygen-containing gas such as air located outside the cell 1C is supplied to the air pole 5 through the openings 507 and 517, respectively.
  • the openings 507 and 517 are shown as a rectangular shape that is long in the width direction W in a plan view, but are not limited to this, and may be, for example, long in the length direction L, and may be square or circular.
  • the support portions 502 and 504 are located side by side in the width direction W so as to face the support portions 501 and 503 with the element portions 6a1 and 6b1 interposed therebetween.
  • the support portions 512 and 514 are arranged side by side in the width direction W so as to face the support portions 511 and 513 with the element portions 6a2 and 6b2 interposed therebetween.
  • the support portions 512 and 514 are located so as to face the support portions 502 and 504 with the gas flow path 2a interposed therebetween.
  • One side of the support portions 502, 504, 512, 514 supports the fuel poles 3 of the element portions 6a1, 6b1, 6a2, 6b2, respectively, and the other side opposite to one side faces the gas flow path 2a. doing.
  • the support portions 502 and 504 each have an opening 506 that penetrates one surface and the other surface
  • the support portions 521 and 514 have an opening 516 that penetrates the one surface and the other surface, respectively.
  • the fuel gas such as hydrogen-containing gas flowing in the gas flow path 2a along the length direction L reaches the fuel pole 3 of each element portion 6 through the openings 506 and 516, respectively. Be supplied.
  • the openings 506 and 516 may have the same shape as the openings 507 and 517, or may have different shapes.
  • the connecting portions 505 and 515 are located between the element portions 6a1 and 6b1 and between the element portions 6a2 and 6b2, respectively, and extend in the thickness direction T of the cell 1C.
  • the connecting portion 505 electrically connects the support portions 501 and 504, and the connecting portion 515 electrically connects the support portions 511 and 514.
  • the element portions 6a1, 6b1 and the element portions 6a2, 6b2 become conductive, respectively.
  • the end connection portion 510 is located on one end side of the cell 1C in the width direction W and extends in the thickness direction T of the cell 1C.
  • the end connection portion 510 electrically connects the support portions 502 and 511.
  • the support portion 514 ⁇ the element portion 6b2 ⁇ the support portion 513 ⁇ the connection portion 515 ⁇ the support portion 512 ⁇ the element portion 6a2 ⁇ the support portion 511 ⁇ the end connection portion 510 ⁇ the support.
  • the flow path member 509 is located around the gas flow path 2a. Specifically, the flow path member 509 is located so as to face each other with the gas flow path 2a sandwiched in the width direction W of the cell 1C, and extends along the length direction L.
  • the gas flow path 2a is a space located between the support portions 502 and 512 and the flow path member 509, and between the support portions 504 and 514 and the flow path member 509, respectively.
  • the support portions 502, 504, 512, 514 and the flow path member 509 are examples of the flow path portions.
  • the metal members (support portions 501 to 504, 511 to 514, connection portions 505, 515, flow path member 509, end connection portion 510) are made of the same material as the metal member 2 described with reference to, for example, FIGS. 1C to 1F. There may be. Further, a coating layer that covers the surface may be provided depending on the environment (reducing atmosphere, oxidizing atmosphere) in which the metal member is located.
  • the sealing materials 521 to 526 are located around the element portions 6a1, 6b1, and the sealing materials 531 to 536 are located around the element portions 6a2, 6b2.
  • the sealing materials 521 to 526 are positioned so as to be in contact with both ends of the element portions 6a1 and 6b1 in the length direction L and the width direction W.
  • the sealing materials 531 to 536 are positioned so as to be in contact with both ends of the element portions 6a2 and 6b2 in the length direction L and the width direction W.
  • the sealing materials 521 to 526, 531 to 536 have a gas blocking property, and seal the fuel poles 3 of the element portions 6a1, 6b1, 6a2, 6b2 and the ends of the solid electrolyte layer 4.
  • the sealing materials 523 and 532 are in contact with the connecting portions 505 and 515, respectively, but the sealing materials 523 and 532 may be separated from the connecting portions 505 and 515, respectively.
  • sealing materials 521 to 526, 531 to 536 glass or other oxides having low conductivity can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass or the like may be used.
  • the material of the sealing materials 521 to 526, 531 to 536 may be the same as or similar to that of the solid electrolyte layer 4.
  • the crystallized glass for example, SiO 2 -CaO-based, MgO-B 2 O 3 based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -MgO based, La 2 O 3 -B 2 O 3 -ZnO system, SiO 2 it may be used any of materials such as -CaO-ZnO-based, may be especially a material of SiO 2 -MgO system.
  • the insulating portions 541 and 551 are located between the support portions 502 and 504 and between the support portions 512 and 514, respectively.
  • the insulating portions 541 and 551 make it difficult for short circuits due to conduction between the support portions 502 and 504 and the support portions 512 and 514 to occur, respectively.
  • the insulating portions 541 and 551 have a gas blocking property, so that leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas is less likely to occur.
  • the insulating portions 542 to 544 are located between the support portions 502 and 504 and the flow path member 509.
  • the insulating portions 542 to 544 make it difficult for electric leakage to occur due to conduction between the support portions 502 and 504 and the flow path member 509. Further, the insulating portions 542 to 544 have a gas blocking property, and make it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a to leak.
  • the insulating portions 552 to 554 are located between the support portions 512 and 514 and the flow path member 509.
  • the insulating portions 552 to 554 make it difficult for electric leakage to occur due to conduction between the support portions 512 and 514 and the flow path member 509. Further, the insulating portions 552 to 554 have a gas blocking property, and make it difficult for the fuel gas flowing through the gas flow path 2a to leak.
  • an oxide having low conductivity such as glass or mica can be used.
  • a specific material for example, amorphous glass or the like may be used, and in particular, crystallized glass or the like may be used.
  • the material of the insulating portions 541 to 544, 551 to 554 may be the same as, for example, the sealing materials 521 to 526, 531 to 536, or may be different.
  • the cells 1C according to the fourth embodiment are arranged in the first direction and electrically connected to the first element and the second element, and the metal member supporting the first element and the second element. Be prepared. Further, the cell 1C further includes a third element located at a distance from the first element with the gas flow path 2a through which the reaction gas flows flowing. Thereby, the durability of the cell 1C can be enhanced.
  • the first direction in which the first element and the second element are arranged intersects with the third direction in which the reaction gas such as fuel gas flows. Thereby, the durability of the cell 1C can be enhanced.
  • the fuel electrode faces the gas flow path 2a located inside the cell and the air electrode is located on the surface side of the cell, but the arrangement is opposite to this, that is, the air electrode is located. It can also be applied to a cell stack device facing the gas flow path 2a and having a fuel electrode located on the surface side of the cell.
  • the fuel cell, the fuel cell stack device, the fuel cell module, and the fuel cell device are shown as examples of the “cell”, the “cell stack device”, the “module”, and the “module accommodating device”.
  • Other examples may be an electrolytic cell, an electrolytic cell stacking device, an electrolytic module and an electrolytic device, respectively.
  • the cell 1 includes the first element and the second element (element portions 6a and 6b), and a metal member.
  • the first element and the second element are arranged in the first direction and are electrically connected.
  • the metal member has a support portion that supports the first element and the second element. Thereby, the durability of the cell 1 can be enhanced.
  • the cell stack device 10 has a cell stack 11 including a plurality of cells 1 described above. Thereby, the durability of the cell stack device 10 can be improved.
  • the module 100 includes the cell stack device 10 described above and a storage container 101 for accommodating the cell stack device 10. This makes it possible to increase the durability of the module 100.
  • the module accommodating device 110 includes the module 100 described above, an auxiliary machine for operating the module 100, and an outer case for accommodating the module 100 and the auxiliary equipment. Thereby, the durability of the module accommodating device 110 can be improved.

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Abstract

セルは、第１素子および第２素子と、金属部材とを備える。第１素子および第２素子は、第１方向に並び、電気的に接続されている。金属部材は、複数の素子部を支持する支持部を有する。

Description

セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置
　本開示は、セル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置に関する。
　近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸素含有ガスとを用いて電力を得ることができるセルの１種である燃料電池セルを複数有する燃料電池セルスタック装置が種々提案されている。
特開２０１５－３５４１８号公報
　実施形態の一態様に係るセルは、第１素子および第２素子と、金属部材とを備える。第１素子および第２素子は、第１方向に並び、電気的に接続されている。金属部材は、第１素子および前記第２素子を支持する支持部を有する。
　また、本開示のセルスタック装置は、上記に記載のセルを複数備えるセルスタックを有する。
　また、本開示のモジュールは、上記に記載のセルスタック装置と、セルスタック装置を収納する収納容器とを備える。
　また、本開示のモジュール収容装置は、上記に記載のモジュールと、モジュールの運転を行うための補機と、モジュールおよび補機を収容する外装ケースとを備える。
図１Ａは、第１の実施形態に係るセルの一例を示す斜視図である。 図１Ｂは、第１の実施形態に係るセルの概略を示す図である。 図１Ｃは、第１の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。 図１Ｄは、図１Ｃに示すＩｄ－Ｉｄ線の断面図である。 図１Ｅは、図１Ｃに示すＩｅ－Ｉｅ線の断面図である。 図１Ｆは、図１Ｃに示すＩｆ－Ｉｆ線の断面図である。 図２Ａは、第２の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。 図２Ｂは、図２Ａに示すＩＩｂ－ＩＩｂ線の断面図である。 図２Ｃは、図２Ａに示すＩＩｃ－ＩＩｃ線の断面図である。 図２Ｄは、図２Ａに示すＩＩｄ－ＩＩｄ線の断面図である。 図２Ｅは、図２Ａに示すＩＩｅ－ＩＩｅ線の断面図である。 図３Ａは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す断面図である。 図３Ｂは、第２の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す断面図である。 図４は、実施形態に係るモジュールの一例を示す外観斜視図である。 図５は、実施形態に係るモジュール収容装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。 図６Ａは、第３の実施形態に係るセルの一例を示す斜視図である。 図６Ｂは、第３の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。 図６Ｃは、図６Ｂに示すＶＩｃ－ＶＩｃ線の断面図である。 図６Ｄは、図６Ｂに示すＶＩｄ－ＶＩｄ線の断面図である。 図６Ｅは、図６Ｂに示すＶＩｅ－ＶＩｅ線の断面図である。 図７Ａは、第４の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。 図７Ｂは、図７Ａに示すＶＩＩｂ－ＶＩＩｂ線の断面図である。 図７Ｃは、図７Ａに示すＶＩＩｃ－ＶＩＩｃ線の断面図である。 図７Ｄは、図７Ａに示すＶＩＩｄ－ＶＩＩｄ線の断面図である。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示するセル、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの開示が限定されるものではない。
　また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係、比率などが異なる部分が含まれている場合がある。
［第１の実施形態］
＜セルの構成＞
　まず、図１Ａ～図１Ｆを参照しながら、実施形態に係るセルとして、固体酸化物形の燃料電池セルの例を用いて説明する。
　図１Ａは、第１の実施形態に係るセルの一例を示す斜視図である。
　図１Ａに示すように、セル１は、金属部材２に支持された複数の素子部６を有している。複数の素子部６は、セル１の長さ方向Ｌ（図１Ｃ参照）に並んで位置している。複数の素子部６は、直列に接続されており、セル１で発生した電流は、矢印Ｘで示すように、セル１の長さ方向Ｌに沿うように金属部材２および素子部６を流れる。
　金属部材２は、矢印Ｙで示すように、セル１の長さ方向Ｌに沿うようにガスが流れるガス流路２ａを内部に有している。ガス流路２ａを流れるガスは、複数の素子部６における反応に供される反応ガスである。反応ガスは、たとえば、水素含有ガス等の燃料ガスである。
　図１Ｂは、第１の実施形態に係るセルの概略を示す図である。図１Ｂに示すように、セル１は、第１方向に並ぶ素子部６ａ，６ｂと、金属部材２とを備えている。素子部６ａ，６ｂは、第１方向に並ぶ第１素子および第２素子の一例である。素子部６ａ，６ｂは、第１電極層である燃料極３と、電解質層である固体電解質層４と、第２電極層である空気極５とをそれぞれ有している。燃料極３、固体電解質層４および空気極５は、第１方向に交差する第２方向としてのセル１の厚み方向に積層されている。
　金属部材２は、素子部６を支持する支持部２１～２４と、接続部２５～２７とを有する。支持部２１，２２は、素子部６ａを挟むように位置している。支持部２３，２４は、素子部６ｂを挟むように位置している。支持部２１，２３は、空気極５を、支持部２２，２４は、燃料極３を、それぞれ支持している。
　接続部２５は、素子部６ａ，６ｂの間に位置し、セル１の厚み方向に延びている。接続部２５は、支持部２１，２４を電気的に接続している。これにより、素子部６ａ，６ｂが導通し、例えば矢印Ｘに示すように電流が流れる。また、接続部２６，２７は、支持部２２，２３にそれぞれ接続されている。接続部２６，２７は、セル１の厚み方向に延びており、接続部２５とともに素子部６ａ，６ｂを収容する筐体を兼ねている。
　また、金属部材２は、素子部６ａ，６ｂが並ぶ第１方向に沿って、互いに離れて位置している。たとえば、支持部２１，２４および接続部２５は、支持部２３および接続部２７とは離れて位置している。また、支持部２１，２４および接続部２５は、支持部２２および接続部２６とは離れて位置している。これにより、金属部材２を介した短絡を生じにくくする。
　なお、たとえば支持部２１，２４および接続部２５など、金属部材２を構成する各部位は、導電性を有する接着剤を介して、あるいは溶接により接合することができる。また、支持部２１，２４および接続部２５は、一体の金属部材であってもよい。
　燃料極３の材料には、一般的に公知のものを使用することができる。燃料極３は、多孔質の導電性セラミックス、たとえば希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２と、Ｎｉおよび／またはＮｉＯを含むセラミックスなどを用いてもよい。この希土類元素酸化物としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３などが用いられる。酸化カルシウム、酸化マグネシウム、または希土類元素酸化物が固溶しているＺｒＯ２を安定化ジルコニアと称する場合もある。安定化ジルコニアは、部分安定化ジルコニアも含む。
　固体電解質層４は、電解質であり、燃料極３と空気極５との間のイオンの橋渡しをする。同時に、固体電解質層４は、ガス遮断性を有し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
　固体電解質層４の材料は、たとえば、３モル％～１５モル％の希土類元素酸化物が固溶したＺｒＯ２であってもよい。この希土類元素酸化物としては、たとえば、Ｙ２Ｏ３などが用いられる。なお、上記特性を有する限りにおいては、固体電解質層４の材料に他の材料などを用いてもよい。
　空気極５の材料は、たとえば、ＡサイトにＳｒとＬａが共存する複合酸化物であってもよい。このような複合酸化物の例としては、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏｙＦｅ１－ｙＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＭｎＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＦｅＯ３、ＬａｘＳｒ１－ｘＣｏＯ３などが挙げられる。なお、ｘは０＜ｘ＜１、ｙは０＜ｙ＜１である。
　また、空気極５は、ガス透過性を有している。空気極５の開気孔率は、たとえば２０％以上、特に３０％～５０％の範囲であってもよい。
　また、金属部材２は、金属製であり導電性を有している。金属部材２は、たとえばステンレス鋼である。また、金属部材２は、緻密質であり、ガス流路２ａ（図１Ａ参照）の内外をそれぞれ流通する反応ガスのリークを生じにくくする。
　次に、図１Ｃ～図１Ｆを参照して、セル１についてさらに説明する。
　図１Ｃは、第１の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。図１Ｄは、図１Ｃに示すＩｄ－Ｉｄ線の断面図である。図１Ｅは、図１Ｃに示すＩｅ－Ｉｅ線の断面図である。図１Ｆは、図１Ｃに示すＩｆ－Ｉｆ線の断面図である。
　図１Ｃ～図１Ｆに示すように、セル１は、金属部材と、素子部６と、封止材２２１～２２８と、絶縁部２４１，２４２とを有する。素子部６は、長さ方向Ｌに沿って並ぶ素子部６ａ，６ｂを有する。金属部材は、図１Ａに示す金属部材２の一例である。
　金属部材は、支持部２０１～２０４と、接続部２０５と、流路部材２１０，２１１とを有する。支持部２０１，２０３は、長さ方向Ｌに並んで位置している。図１Ｃに示すように、支持部２０１，２０３の間には空隙ｄが位置しており、支持部２０１，２０３は直接導通していない。支持部２０１，２０３は、一方面が素子部６ａ，６ｂの空気極５をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面が空気などの酸素含有ガスに露出している。
　また、支持部２０１，２０３は、一方面と他方面とを貫通する開口２０７をそれぞれ有している。セル１の外部に位置する空気などの酸素含有ガスは、支持部２０１，２０３の開口２０７を介して空気極５にそれぞれ供給される。なお、開口２０７は、平面視で長さ方向Ｌに長い矩形状として図示したが、これに限らず、たとえば幅方向Ｗに長くてもよく、正方形状または円形状であってもよい。
　支持部２０２，２０４は、素子部６ａ，６ｂを挟んで支持部２０１，２０３と向かい合うように、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部２０２，２０４は、一方面が素子部６ａ，６ｂの燃料極３をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面がガス流路２ａに面している。
　また、支持部２０２，２０４は、一方面と他方面とを貫通する開口２０６をそれぞれ有している。矢印Ｙ（図１Ｄ参照）に示すように長さ方向Ｌに沿ってガス流路２ａを流れる水素含有ガスなどの燃料ガスは、支持部２０２，２０４の開口２０６を介して燃料極３にそれぞれ供給される。なお、開口２０６は、開口２０７と同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
　接続部２０５は、素子部６ａ，６ｂの間に位置し、セル１の厚み方向Ｔに延びている。接続部２０５は、支持部２０１，２０４を電気的に接続している。これにより、素子部６ａ，６ｂが導通し、例えば矢印Ｘ（図１Ｄ参照）に示すように支持部２０２→素子部６ａ→支持部２０１→接続部２０５→支持部２０４→素子部６ｂ→支持部２０３の順に電流が流れる。接続部２０５を、支持部２０１，２０４とともに一部材とすれば、電気抵抗が低減し、セル１の性能をさらに高めることができる。
　流路部材２１０，２１１は、ガス流路２ａの周囲に位置しており、長さ方向Ｌに沿って延びている。具体的には、流路部材２１０は、一方面がセル１の厚み方向Ｔにガス流路２ａを挟んで支持部２０２，２０４と向かい合って位置しており、一方面とは反対側の他方面が外部に露出している。また、流路部材２１１は、セル１の幅方向Ｗにガス流路２ａを挟んで互いに向かい合うように位置している。ガス流路２ａは、支持部２０２，２０４と、流路部材２１０，２１１との間に位置する空間である。
　金属部材（支持部２０１～２０４、接続部２０５、流路部材２１０，２１１）は、たとえば図１Ａ、図１Ｂを用いて説明した金属部材２と同じ材料であってもよい。また、かかる金属部材が位置する環境（還元雰囲気、酸化雰囲気）に応じて、表面を被覆する被覆層を有してもよい。
　また、封止材２２１～２２８は、素子部６ａ，６ｂの周囲に位置している。封止材２２１～２２８は、素子部６ａ，６ｂの長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗの両端に接するように位置している。具体的には、封止材２２１～２２８は、ガス遮断性を有しており、素子部６ａ，６ｂの燃料極３および固体電解質層４の端部を封止し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。図１Ｄでは、封止材２２３が接続部２０５と接しているが、封止材２２３は接続部２０５と離間していてもよい。
　封止材２２１～２２８は、ガラスその他の導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。封止材２２１～２２８の材料は、固体電解質層４と同じまたは類似した材料であってもよい。
　結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
　また、絶縁部２４１は、支持部２０２，２０４の間に位置している。絶縁部２４１は、支持部２０２，２０４の導通による短絡を防止する。また、絶縁部２４１は、ガス遮断性を有しており、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
　また、絶縁部２４２は、支持部２０２，２０４と、流路部材２１１との間に位置している。絶縁部２４２は、支持部２０２，２０４と流路部材２１１との導通による漏電を防止する。また、絶縁部２４２は、ガス遮断性を有しており、ガス流路２ａを流れる燃料ガスのリークを生じにくくする。
　絶縁部２４１，２４２は、たとえば、ガラスまたはマイカなど、導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスを用いてもよい。絶縁部２４１，２４２の材料は、たとえば封止材２２１～２２８と同じであってもよく、異なっていてもよい。
　このように、第１の実施形態に係るセル１は、第１素子および第２素子と、金属部材とを備える。第１素子および第２素子は、第１方向に並び、電気的に接続されている。金属部材は、第１素子および第２素子を支持する支持部を有する。これにより、セル１の耐久性を高めることができる。
［第２の実施形態］
＜セルの構成＞
　図２Ａは、第２の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。図２Ｂは、図２Ａに示すＩＩｂ－ＩＩｂ線の断面図である。図２Ｃは、図２Ａに示すＩＩｃ－ＩＩｃ線の断面図である。図２Ｄは、図２Ａに示すＩＩｄ－ＩＩｄ線の断面図である。図２Ｅは、図２Ａに示すＩＩｅ－ＩＩｅ線の断面図である。
　図２Ａ～図２Ｅに示すように、セル１Ａは、金属部材と、素子部６と、封止材３２１～３２８，３３１～３３８と、絶縁部３４１～３４５とを有する。セル１Ａは、複数の素子部６（素子部６ａ１，６ｂ１、素子部６ａ２，６ｂ２）が、長さ方向Ｌに延びるガス流路２ａを厚み方向Ｔに挟んでそれぞれ位置する点でセル１と相違する。素子部６ａ１，６ｂ１は、第１方向に並ぶ第１素子および第２素子の一例である。素子部６ａ２，６ｂ２は、第１方向に並ぶ第３素子および第４素子の一例である。
　金属部材は、支持部３０１～３０４，３１１～３１４と、接続部３０５，３１５と、端部接続部３１０と、流路部材３０９とを有する。素子部６ａ１，６ｂ１に対し、支持部３０１，３０３は、厚み方向Ｔの一端側に、支持部３０２，３０４は、厚み方向Ｔの他端側に、それぞれ位置している。支持部３０１，３０３は、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部３０２，３０４は、支持部３０１，３０３と向かい合うように、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部３０１，３０３の間、支持部３０２，３０４の間には空隙ｄ（図２Ａ参照）がそれぞれ位置しており、支持部３０１，３０３、支持部３０２，３０４はそれぞれ直接導通していない。
　また、素子部６ａ２，６ｂ２に対し、支持部３１１，３１３は、厚み方向Ｔの一端側に、支持部３１２，３１４は、厚み方向Ｔの他端側に、それぞれ位置している。支持部３１１，３１３は、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部３１２，３１４は、支持部３１１，３１３と向かい合うように、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部３１１，３１３の間、支持部３１２，３１４の間には図１Ｃに示す空隙ｄに対応する空隙がそれぞれ位置しており、支持部３１１，３１３、支持部３１２，３１４はそれぞれ直接導通していない。
　支持部３０１，３０３，３１１，３１３は、一方面が素子部６ａ１，６ｂ１，６ａ２，６ｂ２の空気極５をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面が空気などの酸素含有ガスに露出している。また、支持部３０１，３０３は、一方面と他方面とを貫通する開口３０７をそれぞれ有しており、支持部３１１，３１３は、一方面と他方面とを貫通する開口３１７をそれぞれ有している。セル１Ａの外部に位置する空気などの酸素含有ガスは、開口３０７，３１７を介して空気極５にそれぞれ供給される。なお、開口３０７，３１７は、平面視で長さ方向Ｌに長い矩形状として図示したが、これに限らず、たとえば幅方向Ｗに長くてもよく、正方形状または円形状であってもよい。
　支持部３０２，３０４は、素子部６ａ１，６ｂ１を挟んで支持部３０１，３０３と向かい合うように、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部３１２，３１４は、素子部６ａ２，６ｂ２を挟んで支持部３１１，３１３と向かい合うように、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部３１２，３１４は、ガス流路２ａを挟んで支持部３０２，３０４と向かい合うように位置している。
　支持部３０２，３０４，３１２，３１４は、一方面が素子部６ａ１，６ｂ１，６ａ２，６ｂ２の燃料極３をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面がガス流路２ａに面している。
　また、支持部３０２，３０４は、一方面と他方面とを貫通する開口３０６をそれぞれ有しており、支持部３１２，３１４は、一方面と他方面とを貫通する開口３１６をそれぞれ有している。矢印Ｙ（図２Ｂ参照）に示すように長さ方向Ｌに沿ってガス流路２ａを流れる水素含有ガスなどの燃料ガスは、開口３０６，３１６を介して各素子部６の燃料極３にそれぞれ供給される。なお、開口３０６，３１６は、開口３０７，３１７と同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
　接続部３０５，３１５は、素子部６ａ１，６ｂ１の間、素子部６ａ２，６ｂ２の間にそれぞれ位置し、セル１Ａの厚み方向Ｔに延びている。接続部３０５は、支持部３０１，３０４を電気的に接続し、接続部３１５は、支持部３１１，３１４を電気的に接続している。これにより、素子部６ａ１，６ｂ１、素子部６ａ２，６ｂ２がそれぞれ導通する。
　端部接続部３１０は、セル１Ａの長さ方向Ｌの一端側に位置し、セル１Ａの厚み方向Ｔに延びている。端部接続部３１０は、支持部３０２，３１１を電気的に接続している。これにより、例えば矢印Ｘ（図２Ｂ参照）に示すように支持部３１４→素子部６ｂ２→支持部３１３→接続部３１５→支持部３１２→素子部６ａ２→支持部３１１→端部接続部３１０→支持部３０２→素子部６ａ１→支持部３０１→接続部３０５→支持部３０４→素子部６ｂ１→支持部３０３の順に電流が流れる。すなわち、長さ方向Ｌに沿うようにセル１Ａを流れる電流の向きは、端部接続部３１０で反転する。また、図２Ｅに示すように、ガス流路２ａは、端部接続部３１０を貫通するように位置している。
　流路部材３０９は、ガス流路２ａの周囲に位置している。具体的には、流路部材３０９は、セル１Ａの幅方向Ｗにガス流路２ａを挟んで互いに向かい合うように位置しており、長さ方向Ｌに沿って延びている。ガス流路２ａは、支持部３０２，３０４，３１２，３１４と、流路部材３０９との間に位置する空間である。支持部３０２，３０４，３１２，３１４および流路部材３０９は、流路部の一例である。
　金属部材（支持部３０１～３０４，３１１～３１４、接続部３０５，３１５、流路部材３０９、端部接続部３１０）は、たとえば図１Ｃ～図１Ｆを用いて説明した金属部材２と同じ材料であってもよい。また、かかる金属部材が位置する環境（還元雰囲気、酸化雰囲気）に応じて、表面を被覆する被覆層を有してもよい。
　また、封止材３２１～３２８は、素子部６ａ１，６ｂ１の周囲に位置し、封止材３３１～３３８は、素子部６ａ２，６ｂ２の周囲に位置している。封止材３２１～３２８は、素子部６ａ１，６ｂ１の長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗの両端に接するように位置している。
　封止材３３１～３３８は、素子部６ａ２，６ｂ２の長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗの両端に接するように位置している。具体的には、封止材３２１～３２８，３３１～３３８は、ガス遮断性を有しており、素子部６ａ１，６ｂ１，６ａ２，６ｂ２の燃料極３および固体電解質層４の端部を封止し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。図２Ｂでは、封止材３２３，３３２がそれぞれ接続部３０５，３１５と接しているが、封止材３２３，３３２は接続部３０５，３１５とそれぞれ離間していてもよい。
　封止材３２１～３２８，３３１～３３８は、ガラスその他の導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。封止材３２１～３２８，３３１～３３８の材料は、固体電解質層４と同じまたは類似した材料であってもよい。
　結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
　また、絶縁部３４１，３４２は、支持部３０２，３０４の間、支持部３１２，３１４の間にそれぞれ位置している。絶縁部３４１，３４２は、支持部３０２，３０４および支持部３１２，３１４の導通による短絡をそれぞれ防止する。また、絶縁部３４１，３４２は、ガス遮断性を有しており、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
　また、絶縁部３４３は、支持部３０２，３０４と、流路部材３０９との間に位置している。絶縁部３４３は、支持部３０２，３０４と流路部材３０９との導通による漏電を生じにくくする。また、絶縁部３４３は、ガス遮断性を有しており、ガス流路２ａを流れる燃料ガスのリークを生じにくくする。
　また、絶縁部３４４は、支持部３１２，３１４と、流路部材３０９との間に位置している。絶縁部３４４は、支持部３１２，３１４と流路部材３０９との導通による漏電を生じにくくする。また、絶縁部３４４は、ガス遮断性を有しており、ガス流路２ａを流れる燃料ガスのリークを生じにくくする。
　また、絶縁部３４５は、支持部３１２，流路部材３０９と、端部接続部３１０との間に位置している。絶縁部３４５は、支持部３１２，流路部材３０９と端部接続部３１０との導通による漏電または短絡を生じにくくする。また、絶縁部３４５は、ガス遮断性を有しており、ガス流路２ａを流れる燃料ガスのリークを生じにくくする。
　絶縁部３４１～３４５は、たとえば、ガラスまたはマイカなど、導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。絶縁部３４１～３４５の材料は、たとえば封止材３２１～３２８，３３１～３３８と同じであってもよく、異なっていてもよい。
　このように、第２の実施形態に係るセル１Ａは、第１方向に並び、電気的に接続された第１素子および第２素子と、第１素子および第２素子を支持する金属部材とを備える。また、セル１Ａは、反応ガスが流れるガス流路２ａを挟んで第１素子と離間して位置する第３素子をさらに備える。これにより、セル１Ａの耐久性を高めることができる。
［セルスタック装置］
　図３Ａは、第１の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す断面図であり、図３Ｂは、第２の実施形態に係るセルスタック装置の一例を示す断面図である。なお、図３Ａ、図３Ｂにおいては、ガス流路２ａ、素子部６およびセル１または１Ａの配置を模式的に図示したものであり、たとえば素子部６の外側に位置する支持部材および素子部６間の接続部分など、一部の構成は図示を省略している。
　第１の実施形態に係るセルスタック装置１０は、複数のセル１を備える。図３Ａに示すように、各セル１は、燃料ガスを流通させる配管２２ａから、複数の素子部６をそれぞれ支持する複数の金属部材２が長さ方向Ｌに延びている。各セル１がそれぞれ有する金属部材２の内部には、配管２２ａからのガスが流れるガス流路２ａが設けられている。各セル１は、図示しない導電部材を介して直列に接続されている。
　図３Ａに示したセルスタック装置１０では、隣り合うセル１が有する複数の素子部６が、各金属部材２に対し、それぞれ異なる方向に位置することで、複数の素子部６が互いに向かい合って位置している。しかし、セル１の配列はこれに限らず、たとえば各金属部材２に対し、複数の素子部６が同じ方向に位置してもよい。
　同様に、第２の実施形態に係るセルスタック装置１０Ａは、複数のセル１Ａを備える。図３Ｂに示すように、各セル１Ａは、配管２２ａから、複数の素子部６をそれぞれ支持する複数の金属部材２が長さ方向Ｌに延びている。各セル１Ａがそれぞれ有する金属部材２の内部には、配管２２ａからのガスが流れるガス流路２ａが設けられている。各セル１Ａは、図示しない導電部材を介して直列に接続されている。しかし、セル１Ａの接続はこれに限らず、たとえば各金属部材２を介して隣り合うセル１Ａ同士を電気的に接続してもよい。
［モジュール］
　次に、上述したセルスタック装置１０を用いたモジュール１００について、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施形態に係るモジュールを示す外観斜視図であり、収納容器１０１の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納される燃料電池のセルスタック装置１０を後方に取り出した状態を示している。
　図４に示すように、モジュール１００は、収納容器１０１、および収納容器１０１内に収納されたセルスタック装置１０を備えている。また、セルスタック装置１０の上方には、改質器１０２が位置している。
　かかる改質器１０２は、天然ガス、灯油などの原燃料を改質して燃料ガスを生成し、セル１に供給する。原燃料は、原燃料供給管１０３を通じて改質器１０２に供給される。なお、改質器１０２は、水を気化させる気化部１０２ａと、改質部１０２ｂとを備えていてもよい。改質部１０２ｂは、図示しない改質触媒を備えており、原燃料を燃料ガスに改質する。このような改質器１０２は、効率の高い改質反応である水蒸気改質を行うことができる。
　そして、改質器１０２で生成された燃料ガスは、ガス流通管２０、ガスタンク１６、および支持部材１４を通じて、セル１のガス流路２ａ（図３Ａ参照）に供給される。
　また、上述の構成のモジュール１００では、ガスの燃焼およびセル１の発電に伴い、通常発電時におけるモジュール１００内の温度が５００℃～１０００℃程度となる。
　このようなモジュール１００においては、上述したように、耐久性を高めるセルスタック装置１０を収納して構成されることにより、モジュール１００の耐久性を高めることができる。
［モジュール収容装置］
　図５は、第１の実施形態に係るモジュール収容装置の一例を示す分解斜視図である。第１の実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、外装ケース１１１と、図４で示したモジュール１００と、図示しない補機と、を備えている。補器は、モジュール１００の運転を行う。モジュール１００および補器は、外装ケース１１１内に収容されている。なお、図５においては一部構成を省略して示している。
　図５に示すモジュール収容装置１１０の外装ケース１１１は、支柱１１２と外装板１１３とを有する。仕切板１１４は、外装ケース１１１内を上下に区画している。外装ケース１１１内の仕切板１１４より上側の空間は、モジュール１００を収容するモジュール収容室１１５であり、外装ケース１１１内の仕切板１１４より下側の空間は、モジュール１００を運転する補機を収容する補機収容室１１６である。なお、図５では、補機収容室１１６に収容する補機を省略して示している。
　また、仕切板１１４は、補機収容室１１６の空気をモジュール収容室１１５側に流すための空気流通口１１７を有している。モジュール収容室１１５を構成する外装板１１３は、モジュール収容室１１５内の空気を排気するための排気口１１８を有している。
　このようなモジュール収容装置１１０においては、上述したように、耐久性の高いモジュール１００をモジュール収容室１１５に備えていることにより、モジュール収容装置１１０の耐久性を高めることができる。
　なお、図示による説明は省略するが、第２の実施形態に係るセルスタック装置１０Ａを用いたモジュール１００およびモジュール収容装置１１０についても、図４および図５に示したモジュール１００およびモジュール収容装置１１０のように構成することができる。
［第３の実施形態］
＜セルの構成＞
　次に、図６Ａ～図６Ｅを参照して、第３の実施形態に係るセル１Ｂについて説明する。
　図６Ａは、第３の実施形態に係るセルの一例を示す斜視図である。第３の実施形態に係るセル１Ｂでは、矢印Ｘで示される、複数の素子部６が配列されることで電流が流れる方向と、矢印Ｙで示される、燃料ガスが流れる方向とが交差している点で上記したセル１，１Ａと相違する。このように矢印Ｘ，Ｙが互いに交差することにより、たとえば素子部６に対する燃料ガスの供給量が必要量を下回るいわゆる燃料の枯渇が生じにくくなる。このため、セル１Ｂの耐久性がさらに高くなる。
　以下、図６Ａ～図６Ｅを参照して、セル１Ｂについてさらに説明する。図６Ｂは、第３の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。図６Ｃは、図６Ｂに示すＶＩｃ－ＶＩｃ線の断面図である。図６Ｄは、図６Ｂに示すＶＩｄ－ＶＩｄ線の断面図である。図６Ｅは、図６Ｂに示すＶＩｅ－ＶＩｅ線の断面図である。
　図６Ａ～図６Ｅに示すように、セル１Ｂは、金属部材と、素子部６と、封止材４２１～４２６と、絶縁部４４１～４４４とを有する。素子部６は、幅方向Ｗに沿って並ぶ素子部６ａ，６ｂを有する。金属部材は、図１Ａに示す金属部材２の一例である。
　金属部材は、支持部４０１～４０４と、接続部４０５と、流路部材４１０～４１３とを有する。支持部４０１，４０３は、長さ方向Ｌに並んで位置している。支持部４０１，４０３の間には空隙が位置しており、支持部４０１，４０３は直接導通していない。
　支持部４０１，４０３は、一方面が素子部６ａ，６ｂの空気極５をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面が空気などの酸素含有ガスに露出している。また、支持部４０１，４０３は、一方面と他方面とを貫通する開口４０７をそれぞれ有している。セル１Ｂの外部に位置する空気などの酸素含有ガスは、支持部４０１，４０３の開口４０７を介して空気極５にそれぞれ供給される。なお、開口４０７は、平面視で幅方向Ｗに長い矩形状として図示したが、これに限らず、たとえば長さ方向Ｌに長くてもよく、正方形状または円形状であってもよい。
　支持部４０２，４０４は、素子部６ａ，６ｂを挟んで支持部４０１，４０３と向かい合うように、幅方向Ｗに並んで位置している。支持部４０２，４０４は、一方面が素子部６ａ，６ｂの燃料極３をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面がガス流路２ａに面している。
　また、支持部４０２，４０４は、一方面と他方面とを貫通する開口４０６をそれぞれ有している。矢印Ｙ（図６Ｄ参照）に示すように長さ方向Ｌに沿ってガス流路２ａを流れる水素含有ガスなどの燃料ガスは、支持部４０２，４０４の開口４０６を介して燃料極３にそれぞれ供給される。なお、開口４０６は、開口４０７と同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
　接続部４０５は、素子部６ａ，６ｂの間に位置し、セル１の厚み方向Ｔに延びている。接続部４０５は、支持部４０１，４０４を電気的に接続している。これにより、素子部６ａ，６ｂが導通し、例えば矢印Ｘ（図６Ｃ参照）に示すように支持部４０２→素子部６ａ→支持部４０１→接続部４０５→支持部４０４→素子部６ｂ→支持部４０３の順に電流が流れる。
　流路部材４１０～４１３は、ガス流路２ａの周囲に位置している。流路部材４１０は、長さ方向Ｌおよび幅方向に沿って延びており、流路部材４１１～４１３は、長さ方向Ｌに沿ってそれぞれ延びている。具体的には、流路部材４１０は、一方面がセル１Ｂの厚み方向Ｔにガス流路２ａを挟んで支持部４０２，４０４と向かい合って位置しており、一方面とは反対側の他方面が外部に露出している。
　また、流路部材４１１～４１３は、セル１Ｂの幅方向Ｗにガス流路２ａを挟んで互いに向かい合うように並んで位置している。ガス流路２ａは、支持部４０２と、流路部材４１０～４１２との間、支持部４０４と、流路部材４１０，４１２，４１３との間にそれぞれ位置する空間である。
　金属部材（支持部４０１～４０４、接続部４０５、流路部材４１０～４１３）は、たとえば図１Ａ、図１Ｂを用いて説明した金属部材２と同じ材料であってもよい。また、かかる金属部材が位置する環境（還元雰囲気、酸化雰囲気）に応じて、表面を被覆する被覆層を有してもよい。
　また、封止材４２１～４２６は、素子部６ａ，６ｂの周囲に位置している。封止材４２１～４２６は、素子部６ａ，６ｂの長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗの両端に接するように位置している。具体的には、封止材４２１～４２６は、ガス遮断性を有しており、素子部６ａ，６ｂの燃料極３および固体電解質層４の端部を封止し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。図６Ｃでは、封止材４２３が接続部４０５と接しているが、封止材４２３は接続部４０５と離間していてもよい。
　封止材４２１～４２６は、ガラスその他の導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。封止材４２１～４２６の材料は、固体電解質層４と同じまたは類似した材料であってもよい。
　結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
　また、絶縁部４４１は、支持部４０２，４０４の間に位置している。絶縁部４４１は、支持部４０２，４０４の導通による短絡を生じにくくする。また、絶縁部４４１は、ガス遮断性を有しており、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
　また、絶縁部４４２～４４４は、支持部４０２と流路部材４１１との間、支持部４０２，４０４と流路部材４１２との間、支持部４０４と流路部材４１３との間にそれぞれ位置している。絶縁部４４２～４４４は、支持部４０２，４０４と流路部材４１１～４１３との導通による漏電を生じにくくする。また、絶縁部４４２～４４４は、ガス遮断性を有しており、ガス流路２ａを流れる燃料ガスのリークを生じにくくする。
　絶縁部４４１～４４４は、たとえば、ガラスまたはマイカなど、導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。絶縁部４４１～４４４の材料は、たとえば封止材４２１～４２６と同じであってもよく、異なっていてもよい。
　このように、第３の実施形態に係るセル１Ｂは、第１方向に並び、電気的に接続された第１素子および第２素子と、第１素子および第２素子を支持する金属部材とを備える。これにより、セル１Ｂの耐久性を高めることができる。
　また、セル１Ｂは、複数の素子部６が配列する第１方向と、燃料ガスなどの反応ガスが流れる第３方向とが交差している。これにより、セル１Ｂの耐久性を高めることができる。
［第４の実施形態］
＜セルの構成＞
　図７Ａは、第４の実施形態に係るセルの一例を空気極側からみた平面図である。図７Ｂは、図７Ａに示すＶＩＩｂ－ＶＩＩｂ線の断面図である。図７Ｃは、図７Ａに示すＶＩＩｃ－ＶＩＩｃ線の断面図である。図７Ｄは、図７Ａに示すＶＩＩｄ－ＶＩＩｄ線の断面図である。
　図７Ａ～図７Ｄに示すように、セル１Ｃは、金属部材と、素子部６と、封止材５２１～５２６，５３１～５３６と、絶縁部５４１～５４４，５５１～５５４とを有する。セル１Ｃは、複数の素子部６（素子部６ａ１，６ｂ１、素子部６ａ２，６ｂ２）が、長さ方向Ｌに延びるガス流路２ａを厚み方向Ｔに挟んでそれぞれ位置する点でセル１Ｂと相違する。
　金属部材は、支持部５０１～５０４，５１１～５１４と、接続部５０５，５１５と、端部接続部５１０と、流路部材５０９とを有する。素子部６ａ１，６ｂ１に対し、支持部５０１，５０３は、厚み方向Ｔの一端側に、支持部５０２，５０４は、厚み方向Ｔの他端側に、それぞれ位置している。支持部５０１，５０３は、幅方向Ｗに並んで位置している。支持部５０２，５０４は、支持部５０１，５０３と向かい合うように、幅方向Ｗに並んで位置している。支持部５０１，５０３の間、支持部５０２，５０４の間には空隙がそれぞれ位置しており、支持部５０１，５０３、支持部５０２，５０４はそれぞれ直接導通していない。
　また、素子部６ａ２，６ｂ２に対し、支持部５１１，５１３は、厚み方向Ｔの一端側に、支持部５１２，５１４は、厚み方向Ｔの他端側に、それぞれ位置している。支持部５１１，５１３は、幅方向Ｗに並んで位置している。支持部５１２，５１４は、支持部５１１，５１３と向かい合うように、幅方向Ｗに並んで位置している。支持部５１１，５１３の間、支持部５１２，５１４の間には空隙がそれぞれ位置しており、支持部５１１，５１３、支持部５１２，５１４はそれぞれ直接導通していない。
　支持部５０１，５０３，５１１，５１３は、一方面が素子部６ａ１，６ｂ１，６ａ２，６ｂ２の空気極５をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面が空気などの酸素含有ガスに露出している。また、支持部５０１，５０３は、一方面と他方面とを貫通する開口５０７をそれぞれ有しており、支持部５１１，５１３は、一方面と他方面とを貫通する開口５１７をそれぞれ有している。セル１Ｃの外部に位置する空気などの酸素含有ガスは、開口５０７，５１７を介して空気極５にそれぞれ供給される。なお、開口５０７，５１７は、平面視で幅方向Ｗに長い矩形状として図示したが、これに限らず、たとえば長さ方向Ｌに長くてもよく、正方形状または円形状であってもよい。
　支持部５０２，５０４は、素子部６ａ１，６ｂ１を挟んで支持部５０１，５０３と向かい合うように、幅方向Ｗに並んで位置している。支持部５１２，５１４は、素子部６ａ２，６ｂ２を挟んで支持部５１１，５１３と向かい合うように、幅方向Ｗに並んで位置している。支持部５１２，５１４は、ガス流路２ａを挟んで支持部５０２，５０４と向かい合うように位置している。
　支持部５０２，５０４，５１２，５１４は、一方面が素子部６ａ１，６ｂ１，６ａ２，６ｂ２の燃料極３をそれぞれ支持しており、一方面とは反対側の他方面がガス流路２ａに面している。
　また、支持部５０２，５０４は、一方面と他方面とを貫通する開口５０６をそれぞれ有しており、支持部５１２，５１４は、一方面と他方面とを貫通する開口５１６をそれぞれ有している。矢印Ｙ（図７Ｃ参照）に示すように長さ方向Ｌに沿ってガス流路２ａを流れる水素含有ガスなどの燃料ガスは、開口５０６，５１６を介して各素子部６の燃料極３にそれぞれ供給される。なお、開口５０６，５１６は、開口５０７，５１７と同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。
　接続部５０５，５１５は、素子部６ａ１，６ｂ１の間、素子部６ａ２，６ｂ２の間にそれぞれ位置し、セル１Ｃの厚み方向Ｔに延びている。接続部５０５は、支持部５０１，５０４を電気的に接続し、接続部５１５は、支持部５１１，５１４を電気的に接続している。これにより、素子部６ａ１，６ｂ１、素子部６ａ２，６ｂ２がそれぞれ導通する。
　端部接続部５１０は、セル１Ｃの幅方向Ｗの一端側に位置し、セル１Ｃの厚み方向Ｔに延びている。端部接続部５１０は、支持部５０２，５１１を電気的に接続している。これにより、例えば矢印Ｘ（図７Ｂ参照）に示すように支持部５１４→素子部６ｂ２→支持部５１３→接続部５１５→支持部５１２→素子部６ａ２→支持部５１１→端部接続部５１０→支持部５０２→素子部６ａ１→支持部５０１→接続部５０５→支持部５０４→素子部６ｂ１→支持部５０３の順に電流が流れる。すなわち、幅方向Ｗに沿うようにセル１Ｃを流れる電流の向きは、端部接続部５１０で反転する。
　流路部材５０９は、ガス流路２ａの周囲に位置している。具体的には、流路部材５０９は、セル１Ｃの幅方向Ｗにガス流路２ａを挟んで互いに向かい合うように位置しており、長さ方向Ｌに沿って延びている。ガス流路２ａは、支持部５０２，５１２と流路部材５０９との間、支持部５０４，５１４と流路部材５０９との間にそれぞれ位置する空間である。支持部５０２，５０４，５１２，５１４および流路部材５０９は、流路部の一例である。
　金属部材（支持部５０１～５０４，５１１～５１４、接続部５０５，５１５、流路部材５０９、端部接続部５１０）は、たとえば図１Ｃ～図１Ｆを用いて説明した金属部材２と同じ材料であってもよい。また、かかる金属部材が位置する環境（還元雰囲気、酸化雰囲気）に応じて、表面を被覆する被覆層を有してもよい。
　また、封止材５２１～５２６は、素子部６ａ１，６ｂ１の周囲に位置し、封止材５３１～５３６は、素子部６ａ２，６ｂ２の周囲に位置している。封止材５２１～５２６は、素子部６ａ１，６ｂ１の長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗの両端に接するように位置している。封止材５３１～５３６は、素子部６ａ２，６ｂ２の長さ方向Ｌおよび幅方向Ｗの両端に接するように位置している。具体的には、封止材５２１～５２６，５３１～５３６は、ガス遮断性を有しており、素子部６ａ１，６ｂ１，６ａ２，６ｂ２の燃料極３および固体電解質層４の端部を封止し、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。図７Ｂでは、封止材５２３、５３２がそれぞれ接続部５０５、５１５と接しているが、封止材５２３、５３２は接続部５０５、５１５とそれぞれ離間していてもよい。
　封止材５２１～５２６，５３１～５３６は、ガラスその他の導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。封止材５２１～５２６，５３１～５３６の材料は、固体電解質層４と同じまたは類似した材料であってもよい。
　結晶化ガラスとしては、たとえば、ＳｉＯ２－ＣａＯ系、ＭｇＯ－Ｂ２Ｏ３系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＭｇＯ系、Ｌａ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、ＳｉＯ２－ＣａＯ－ＺｎＯ系などの材料のいずれかを用いてもよく、特にＳｉＯ２－ＭｇＯ系の材料を用いてもよい。
　また、絶縁部５４１，５５１は、支持部５０２，５０４の間、支持部５１２，５１４の間にそれぞれ位置している。絶縁部５４１，５５１は、支持部５０２，５０４および支持部５１２，５１４の導通による短絡をそれぞれ生じにくくする。また、絶縁部５４１，５５１は、ガス遮断性を有しており、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを生じにくくする。
　また、絶縁部５４２～５４４は、支持部５０２，５０４と、流路部材５０９との間に位置している。絶縁部５４２～５４４は、支持部５０２，５０４と流路部材５０９との導通による漏電を生じにくくする。また、絶縁部５４２～５４４は、ガス遮断性を有しており、ガス流路２ａを流れる燃料ガスのリークを生じにくくする。
　また、絶縁部５５２～５５４は、支持部５１２，５１４と、流路部材５０９との間に位置している。絶縁部５５２～５５４は、支持部５１２，５１４と流路部材５０９との導通による漏電を生じにくくする。また、絶縁部５５２～５５４は、ガス遮断性を有しており、ガス流路２ａを流れる燃料ガスのリークを生じにくくする。
　絶縁部５４１～５４４，５５１～５５４は、たとえば、ガラスまたはマイカなど、導電性が低い酸化物などを用いることができる。具体的な材料としては、たとえば非晶質ガラスなどを用いてもよく、特に結晶化ガラスなどを用いてもよい。絶縁部５４１～５４４，５５１～５５４の材料は、たとえば封止材５２１～５２６，５３１～５３６と同じであってもよく、異なっていてもよい。
　このように、第４の実施形態に係るセル１Ｃは、第１方向に並び、電気的に接続された第１素子および第２素子と、第１素子および第２素子を支持する金属部材とを備える。また、セル１Ｃは、反応ガスが流れるガス流路２ａを挟んで第１素子と離間して位置する第３素子をさらに備える。これにより、セル１Ｃの耐久性を高めることができる。
　また、セル１Ｃは、第１素子および第２素子が配列する第１方向と、燃料ガスなどの反応ガスが流れる第３方向とが交差している。これにより、セル１Ｃの耐久性を高めることができる。
＜変形例＞
　上述の実施形態では、金属部材が複数の板状部材で構成された例について示したが、金属部材は積層された複数のプレートで構成されている場合に限られない。
　また、上記実施形態では、燃料極がセルの内部に位置するガス流路２ａと向かい合い、空気極がセルの表面側に位置する例を示したが、これとは逆の配置、すなわち空気極がガス流路２ａと向かい合い、燃料極がセルの表面側に位置するセルスタック装置に適用することもできる。
　また、上記実施形態では、「セル」、「セルスタック装置」、「モジュール」および「モジュール収容装置」の一例として燃料電池セル、燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を示したが、他の例としてはそれぞれ、電解セル、電解セルスタック装置、電解モジュールおよび電解装置であってもよい。
　以上、本開示について詳細に説明したが、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。
　以上のように、実施形態に係るセル１は、第１素子および第２素子（素子部６ａ，６ｂ）と、金属部材とを備える。第１素子および第２素子は、第１方向に並び、電気的に接続されている。金属部材は、第１素子および第２素子を支持する支持部を有する。これにより、セル１の耐久性を高めることができる。
　また、実施形態に係るセルスタック装置１０は、上記に記載のセル１を複数備えるセルスタック１１を有する。これにより、セルスタック装置１０の耐久性を高めることができる。
　また、実施形態に係るモジュール１００は、上記に記載のセルスタック装置１０と、セルスタック装置１０を収納する収納容器１０１とを備える。これにより、モジュール１００の耐久性を高めることができる。
　また、実施形態に係るモジュール収容装置１１０は、上記に記載のモジュール１００と、モジュール１００の運転を行うための補機と、モジュール１００および補機を収容する外装ケースとを備える。これにより、モジュール収容装置１１０の耐久性を高めることができる。
　今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　　１　　　セル
　　６　　　素子部
　１０　　　セルスタック装置
　１１　　　セルスタック
１００　　　モジュール
１１０　　　モジュール収容装置

Claims (10)

  1. 　第１方向に並び、電気的に接続された第１素子および第２素子と、
    　前記第１素子および前記第２素子を支持する支持部を有する金属部材と
    　を備えるセル。
  2. 　前記第１素子および前記第２素子はいずれも、第１電極層、電解質層および第２電極層をそれぞれ有し、
    　前記第１電極層、前記電解質層および前記第２電極層は、前記第１方向に交差する第２方向に積層されている
    　請求項１に記載のセル。
  3. 　前記金属部材は、前記第１素子および前記第２素子を電気的に接続する接続部を有する
    　請求項２に記載のセル。
  4. 　前記接続部は、前記第１素子および前記第２素子を直列に接続する
    　請求項３に記載のセル。
  5. 　前記金属部材は、反応ガスを流通させる流路部材を有する
    　請求項１～４のいずれか１つに記載のセル。
  6. 　反応ガスが流れるガス流路を挟んで前記第１素子と離間して位置する第３素子をさらに備える
    　請求項１～５のいずれか１つに記載のセル。
  7. 　前記第１方向および前記第２方向に交差する第３方向に反応ガスが流れるガス流路を有する
    　請求項２～４のいずれか１つに記載のセル。
  8. 　請求項１～７のいずれか１つに記載のセルを複数備えるセルスタックを有する
    　セルスタック装置。
  9. 　請求項８に記載のセルスタック装置と、
    　前記セルスタック装置を収納する収納容器と
    　を備えるモジュール。
  10. 　請求項９に記載のモジュールと、
    　前記モジュールの運転を行うための補機と、
    　前記モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと
    　を備えるモジュール収容装置。
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