燃料電池装置
【課題】複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能な燃料電池装置を提供すること。
【解決手段】この燃料電池装置は、各燃料電池セル１６の下流側端部は支持穴１０１を貫通して支持板１００から突出するように形成されると共に、下流側端部と支持穴１０１との間は支持板１００が複数の燃料電池セル１６を支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されている。
【解決手段】この燃料電池装置は、各燃料電池セル１６の下流側端部は支持穴１０１を貫通して支持板１００から突出するように形成されると共に、下流側端部と支持穴１０１との間は支持板１００が複数の燃料電池セル１６を支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような燃料電池装置として、それぞれが内部に燃料ガス又は酸化剤ガスを通す内部流路を有し、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルを備えるものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。複数の燃料電池セルは、燃料ガス又は酸化剤ガスをその内部流路に通す一方で、他方のガスを外側に通すことで、発電反応を起こすように構成されている。また、複数の燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスを分配する必要性から、その上流側端部である下端はガスマニホールドによって支持されている。更に、各燃料電池セルに分配された燃料ガス又は酸化剤ガスは、燃料電池セルの内部流路を通った後に外部（上方）に放出される必要があることから、その下流側端部である下端は内部流路に連通する放出流路を確保しつつ支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４６６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の燃料電池装置では、複数の燃料電池セルの上流側端部である下端はガスマニホールドに対して脱落しないように固着されると共に、下流側端部である上端も支持板に対して固着されている。
【０００５】
ところで、複数の燃料電池セルは、ケーシングに収められ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電反応を行うものであるから、密閉された空間内で発電反応を行うことになる。従って、よりケーシング内壁に近い外側に配置されている燃料電池セル近傍の温度と、中央に配置されている燃料電池セル近傍の温度には差が生じ、中央側の温度が上昇する傾向にある。
【０００６】
従って、複数の燃料電池セルそれぞれの運転環境下における伸び量は均一なものではなく、より多く伸びる燃料電池セルと比較的少なく伸びる燃料電池セルとが混在することになる。このような状況に対して、複数の燃料電池セルの両端を剛性の高いガスマニホールドや支持板に固着して固定すると、より多く伸びる燃料電池セルは圧縮側の負荷を受け、比較的少なく伸びる燃料電池セルは引き伸ばし側の負荷を受ける。このように圧縮又は伸張の負荷を受けることは、各燃料電池セルそのものの不具合に繋がるおそれがある。
【０００７】
一方、圧縮又は伸張の負荷を受けることを避けるため、複数の燃料電池セルの下流側端部である上端と支持板との固着を単になくしてしまうと、燃料電池セルが伸びた際に支持板の位置がずれて、支持板が燃料電池セルの内部流路から放出される燃料ガス又は酸化剤ガスの流れを妨げ、上述した燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路が確保できなくなるおそれもある。燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路が確保できなくなると、ケーシング内部の気流の乱れを引き起こしてしまうため、所望の発電を行うことができなくなることが懸念される。従って、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが求められる。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置であって、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能な燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池装置であって、それぞれが内部に燃料ガス又は酸化剤ガスを通す内部流路を有し、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスが流入する上流側端部を支持し、前記燃料電池セルそれぞれに燃料ガス又は酸化剤ガスを分配して供給するガスマニホールドと、前記複数の燃料電池セルから燃料ガス又は酸化剤ガスが流出する下流側端部を支持する支持板と、を備える。前記支持板には、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記下流側端部を貫通させて支持する支持穴が設けられており、前記下流側端部は前記支持穴を貫通して前記支持板から突出するように形成されると共に、前記下流側端部と前記支持穴との間は前記支持板が前記複数の燃料電池セルを支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されている。
【００１０】
本発明では、複数の燃料電池セルそれぞれの下流側端部を支持する支持板に、下流側端部を貫通させる支持穴を設け、支持穴と下流側端部との間に隙間を形成しているので、支持板と燃料電池セルとの相対的な移動を許容することができる。また、下流側端部は支持板から突出すると共に、下流側端部が支持板に支持された状態は維持されるので、燃料電池セルの内部流路を流れるガスが円滑に外部まで放出される流れを阻害することがない。従って、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能な燃料電池装置を提供することができる。
【００１１】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記燃料電池セルは、燃料極と空気極と電解質層とを有する単セルと、前記単セルの両端に設けられるキャップとを有することも好ましい。
【００１２】
この好ましい態様では、単セルの両端に設けられるキャップの一方が支持穴と相対的に移動し、キャップの一部が支持穴内を摺動するので、単セルに無用な負荷をかけずその損傷を抑制することができる。
【００１３】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記キャップは、前記支持穴に挿通される小径部と、前記単セルに嵌合され前記支持穴の内径よりもその外径が大きな大径部とを有することも好ましい。
【００１４】
この好ましい態様では、キャップの小径部が支持穴内を摺動することになるので、複数の燃料電池セルを位置決めしつつ支持することができる。また、支持穴の内径よりもその外径が大きな大径部を備えているので、この大径部が支持板に当接することで、支持板と燃料電池セルとの相対的な移動を許容しつつ、支持板を予め設定された高さ範囲内で支持し続けることができる。
【００１５】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記支持穴は、前記大径部に臨む側が拡径するテーパ状部分を有することも好ましい。
【００１６】
この好ましい態様では、大径部に臨む側の支持穴にテーパ状部分を形成しているので、その拡径した部分により大きな隙間が形成され、支持板と燃料電池セルとの相対的な移動がより円滑に許容される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置であって、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能な燃料電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【図２】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＡ方向から見た断面を示す断面図である。
【図３】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＢ方向から見た断面を示す断面図である。
【図４】図１のケーシングから一部の外板を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図５】図２に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。
【図６】図３に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。
【図７】本実施形態に用いられる燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図８】本実施形態における燃料電池セルスタックの構成を示す斜視図である。
【図９】上支持板と燃料電池セルユニットとの接合関係を拡大して示す図である。
【図１０】燃料電池セルユニットの伸長量が異なった場合の状態を示す部分的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２０】
本発明の実施形態である燃料電池モジュール（燃料電池装置）について、図１を参照しながら説明する。図１に示す燃料電池モジュール２は、固体電解質形燃料電池装置の一部を構成するものである。固体電解質形燃料電池装置は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット（図示せず）とを備える。
【００２１】
図１においては、燃料電池モジュール２の高さ方向をｙ軸方向としている。このｙ軸に直交する平面に沿ってｘ軸及びｚ軸を定義し、燃料電池モジュール２の短手方向に沿った方向をｘ軸方向とし、燃料電池モジュール２の長手方向に沿った方向をｚ軸方向としている。図２以降において図中に記載しているｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、図１におけるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を基準としている。また、ｚ軸の負方向に沿った方向をＡ方向とし、ｘ軸の正方向に沿った方向をＢ方向としている。
【００２２】
燃料電池モジュール２は、燃料電池セル（詳細は後述する）を収容するケーシング５６と、ケーシング５６の上部に設けられている熱交換器２２とを備える。ケーシング５６の内部は密封空間となっている。ケーシング５６には、被改質ガス供給管６０と、水供給管６２とが繋げられている。一方、熱交換器２２には、発電用空気導入管７４と、燃焼ガス排出管８２とが繋げられている。
【００２３】
被改質ガス供給管６０は、ケーシング５６の内部に都市ガスといった改質用の被改質ガスを供給する管路である。水供給管６２は、被改質ガスを水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管７４は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気（酸化剤ガス）を供給する管路である。燃焼ガス排出管８２は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスを排出する管路である。
【００２４】
続いて、図２〜図４を参照しながら、燃料電池モジュール２の内部について説明する。図２は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＡ方向から見た断面図である。図３は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図２のＢ方向から見た断面図である。図４は、図１に示す燃料電池モジュール２から燃料電池セル集合体を覆うケーシング５６の一部を取り外した状態を示す斜視図である。
【００２５】
図２〜図４に示すように、燃料電池モジュール２の燃料電池セル集合体１２は、ケーシング５６により、全体が覆われている。図４に示すように、燃料電池セル集合体１２は、全体としてＢ方向よりＡ方向の方が長いほぼ直方体形状であり、改質器２０側の上面、燃料ガスタンク６８（ガスマニホールド）側の下面、図４のＡ方向に沿って延びる長辺側面と、図４のＢ方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。
【００２６】
本実施形態の場合、水供給管６２から供給される水を蒸発させるための蒸発混合器（図に明示しない）は、改質器２０の内部に設けられている。蒸発混合器は、燃焼ガスにより加熱され、水を水蒸気にすると共に、この水蒸気と、被改質ガスである燃料ガス（都市ガス）と空気とを混合するためのものである。
【００２７】
被改質ガス供給管６０及び水供給管６２は、ケーシング５６の内部に導かれた後、共に改質器２０に繋がれている。より具体的には、図３に示すように、改質器２０の上流端である図中右側の端部に繋がれている。
【００２８】
改質器２０は、燃料電池セル集合体１２の上方に形成された燃焼室１８の更に上方に配置されている。したがって、改質器２０は、発電反応後の残余の燃料ガス及び空気による燃焼熱によって熱せられ、蒸発混合器としての役割と、改質反応を起こす改質器としての役割とを果たすように構成されている。
【００２９】
改質器２０の下流端（図３の左端）には、燃料供給管６６の上端が接続されている。この燃料供給管６６の下端側６６ａは、燃料ガスタンク６８内に入り込むように配置されている。
【００３０】
図２〜図４に示すように、燃料ガスタンク６８は、燃料電池セル集合体１２の真下に設けられている。燃料ガスタンク６８は、４個の固定部材３０（詳細は後述する）を用いて、ケーシング底板５６ａの上面に固定されている。なお、固定部材３０は４個である必要はない。固定部材３０の個数や配置場所は、燃料ガスタンク６８の大きさや重量等を勘案して任意に設定することができる。
【００３１】
また、燃料ガスタンク６８内に挿入された燃料供給管６６の下端側６６ａの外周には、長手方向（Ａ方向）に沿って複数の小穴（図示せず）が形成されている。改質器２０で改質された燃料ガスは、これら複数の小穴（図示せず）によって燃料ガスタンク６８内に長手方向に均一に供給されるようになっている。燃料ガスタンク６８に供給された燃料ガスは、燃料電池セル集合体１２を構成する各燃料電池セルユニット１６の内側にある燃料ガス流路（詳細は後述する）内に供給され、燃料電池セルユニット１６内を上昇して、燃焼室１８に至るようになっている。
【００３２】
続いて、発電用空気を燃料電池モジュール２の内部へ供給するための構造を、図２〜図４及び図５，図６を参照しながら説明する。図５は、図２に対応する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。図は６、図３に対応する模式図であって、同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質器２０の上方に、熱交換器２２が設けられている。熱交換器２２には、複数の燃焼ガス配管７０と、この燃焼ガス配管７０の周囲に形成された発電用空気流路７２とが設けられている。
【００３３】
熱交換器２２の上面における一端側（図３における右端）には、発電用空気導入管７４が取り付けられている。この発電用空気導入管７４により、発電用空気流量調整ユニット（図示しない）から、発電用空気が、熱交換器２２内に導入されるようになっている。
【００３４】
熱交換器２２の上側の他端側（図３における左端）には、図２に示すように、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａが一対形成されている。この出口ポート７６ａは、一対の連絡流路７６につながっている。さらに、燃料電池モジュール２のケーシング５６の幅方向（Ｂ方向：短辺側面方向）の両側の外側には、発電用空気供給路７７が形成されている。
【００３５】
したがって、発電用空気供給路７７には、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａ及び連絡流路７６から、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路７７は、燃料電池セル集合体１２の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体１２の下方側に対応する位置に、発電室１０内の燃料電池セル集合体１２の各燃料電池セルユニット１６に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口７８ａ，７８ｂが形成されている。これらの吹出口７８ａ，７８ｂから吹き出された発電用空気は、各燃料電池セルユニット１６の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。
【００３６】
続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を説明する。燃料電池セルユニット１６の上方で発生した燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、整流板２１に至る。整流板２１には、図６に示すように、開口２１ａが設けられており、開口２１ａ内に燃焼ガスが導かれる。この開口２１ａを通った燃焼ガスは、熱交換器２２の他端側に至る。熱交換器２２内には、燃焼室１８で燃料ガスと発電用空気が燃焼して生成された燃焼ガスを排出するための複数の燃焼ガス配管７０が設けられている。これらの燃焼ガス配管７０の下流端側には、燃焼ガス排出管８２が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。
【００３７】
続いて、図７を参照しながら燃料電池セルユニット１６（本発明においては燃料電池セルに相当する）について説明する。図７は、本実施形態の燃料電池セルユニット１６を示す部分断面図である。
【００３８】
図７に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４（本発明においては単セルに相当する）と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。
【００３９】
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００４０】
燃料電池セルユニット１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。
【００４１】
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００４２】
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００４３】
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
【００４４】
続いて、図８を参照しながら燃料電池セルスタック１４について説明する。図８は、本発実施形態の燃料電池セルスタック１４を示す斜視図である。
【００４５】
図８に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、燃料ガスタンク上板６８ａ及びセラミック製の上支持板１００により支持されている。これらの燃料ガスタンク上板６８ａ及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
【００４６】
さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と、隣接する燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面とを電気的に接続するものである。
【００４７】
さらに、燃料電池セルスタック１４の端に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４に接続され、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
【００４８】
続いて、図９に、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との接合関係を拡大して示す。図９に示すように、上支持板１００には、各燃料電池セルユニット１６の下流側端部である上端を挿入するための支持穴１０１が形成されている。支持穴１０１は、燃料電池セルユニット１６側が拡径するテーパ状部分を有している。
【００４９】
燃料電池セルとしての燃料電池セルユニット１６は、単セルとしての燃料電池セル８４の両端に、キャップとしての内側電極端子８６を取り付けて構成されている。キャップとしての内側電極端子８６は、小径部８６aと、大径部８６ｂとを有している。支持穴１０１には、小径部８６ａが挿入される。大径部８６ｂは、上支持板１００の裏面に当接するストッパーとして機能している。
【００５０】
上述したように本実施形態では、上支持板１００に、複数の燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル）それぞれの下流側端部を貫通させて支持する支持穴１０１が設けられており、その下流側端部は支持穴１０１を貫通して上支持板１００から突出するように形成されている。更に、下流側端部と支持穴１０１との間は上支持板１００が複数の燃料電池セルユニット１６を支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されている（図１０参照）。
【００５１】
本実施形態では、複数の燃料電池セルユニット１６それぞれの下流側端部を支持する上支持板１００に、下流側端部を貫通させる支持穴１０１を設け、支持穴１０１と下流側端部との間に隙間を形成しているので、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との相対的な移動を許容することができる。また、下流側端部は上支持板１００から突出すると共に、下流側端部が上支持板１００に支持された状態は維持されるので、燃料電池セルユニット１６の内部流路を流れるガスが円滑に外部まで放出される流れを阻害することがない。従って、複数の燃料電池セルユニット１６の不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルユニット１６における燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能であって、且つ内部流路を流れるガスの流れも阻害しない燃料電池装置を提供することができる。
【００５２】
燃料電池セルユニット１６は、燃料極と空気極と電解質層とを有する単セルである燃料電池セル８４と、単セルである燃料電池セル８４の両端に設けられるキャップとしての内側電極端子８６とを有する。
【００５３】
このように、単セルである燃料電池セル８４の両端に設けられるキャップとしての内側電極端子８６の一方が支持穴１０１と相対的に移動し、キャップとしての内側電極端子８６の一部が支持穴１０１内を摺動するので、単セルである燃料電池セル８４に無用な負荷をかけずその損傷を抑制することができる。
【００５４】
また、キャップとしての内側電極端子８６は、支持穴１０１に挿通される小径部８６ａと、単セルである燃料電池セル８４に嵌合され支持穴１０１の内径よりもその外径が大きな大径部８６ｂとを有する。
【００５５】
この好ましい態様では、キャップとしての内側電極端子８６の小径部８６ａが支持穴１０１内を摺動することになるので、上支持板１００を大型化させずに複数の燃料電池セルユニット１６を支持することができる。また、支持穴１０１の内径よりもその外径が大きな大径部８６ｂを備えているので、この大径部８６ｂが上支持板１００に当接することで、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との相対的な移動を許容しつつ、上支持板１００を予め設定された高さ範囲内で支持し続けることができる。
【００５６】
また、支持穴１０１は、大径部８６ｂに臨む側が拡径するテーパ状部分を有する。
【００５７】
このように、大径部８６ｂに臨む側の支持穴１０１にテーパ状部分を形成しているので、その拡径した部分により大きな隙間が形成され、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との相対的な移動がより円滑に許容される。
【符号の説明】
【００５８】
２：燃料電池モジュール（燃料電池装置）
１０：発電室
１２：燃料電池セル集合体
１４：燃料電池セルスタック
１６：燃料電池セルユニット（燃料電池セル）
１８：燃焼室
２０：改質器
２１：整流板
２１ａ：開口
２２：熱交換器
３０：固定部材
３１：溶接部
５６：ケーシング
５６ａ：ケーシング底板
６０：被改質ガス供給管
６２：水供給管
６６：燃料供給管
６６ａ：下端側
６８：燃料ガスタンク（ガスマニホールド）
６８ａ：燃料ガスタンク上板
６８ｂ：燃料ガスタンク側板
７０：燃焼ガス配管
７２：発電用空気流路
７４：発電用空気導入管
７６：連絡流路
７６ａ：出口ポート
７７：発電用空気供給路
７８ａ，７８ｂ：吹出口
８２：燃焼ガス排出管
８４：燃料電池セル（単セル）
８６：内側電極端子
８８：燃料ガス流路
９０：内側電極層
９０ａ：上部
９０ｂ：外周面
９０ｃ：上端面
９２：外側電極層
９４：電解質層
９６：シール材
９８：燃料ガス流路
１００：上支持板
１０２：集電体
１０４：外部端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような燃料電池装置として、それぞれが内部に燃料ガス又は酸化剤ガスを通す内部流路を有し、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルを備えるものが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。複数の燃料電池セルは、燃料ガス又は酸化剤ガスをその内部流路に通す一方で、他方のガスを外側に通すことで、発電反応を起こすように構成されている。また、複数の燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスを分配する必要性から、その上流側端部である下端はガスマニホールドによって支持されている。更に、各燃料電池セルに分配された燃料ガス又は酸化剤ガスは、燃料電池セルの内部流路を通った後に外部（上方）に放出される必要があることから、その下流側端部である下端は内部流路に連通する放出流路を確保しつつ支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４６６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の燃料電池装置では、複数の燃料電池セルの上流側端部である下端はガスマニホールドに対して脱落しないように固着されると共に、下流側端部である上端も支持板に対して固着されている。
【０００５】
ところで、複数の燃料電池セルは、ケーシングに収められ燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電反応を行うものであるから、密閉された空間内で発電反応を行うことになる。従って、よりケーシング内壁に近い外側に配置されている燃料電池セル近傍の温度と、中央に配置されている燃料電池セル近傍の温度には差が生じ、中央側の温度が上昇する傾向にある。
【０００６】
従って、複数の燃料電池セルそれぞれの運転環境下における伸び量は均一なものではなく、より多く伸びる燃料電池セルと比較的少なく伸びる燃料電池セルとが混在することになる。このような状況に対して、複数の燃料電池セルの両端を剛性の高いガスマニホールドや支持板に固着して固定すると、より多く伸びる燃料電池セルは圧縮側の負荷を受け、比較的少なく伸びる燃料電池セルは引き伸ばし側の負荷を受ける。このように圧縮又は伸張の負荷を受けることは、各燃料電池セルそのものの不具合に繋がるおそれがある。
【０００７】
一方、圧縮又は伸張の負荷を受けることを避けるため、複数の燃料電池セルの下流側端部である上端と支持板との固着を単になくしてしまうと、燃料電池セルが伸びた際に支持板の位置がずれて、支持板が燃料電池セルの内部流路から放出される燃料ガス又は酸化剤ガスの流れを妨げ、上述した燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路が確保できなくなるおそれもある。燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路が確保できなくなると、ケーシング内部の気流の乱れを引き起こしてしまうため、所望の発電を行うことができなくなることが懸念される。従って、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが求められる。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置であって、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能な燃料電池装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池装置であって、それぞれが内部に燃料ガス又は酸化剤ガスを通す内部流路を有し、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、前記複数の燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスが流入する上流側端部を支持し、前記燃料電池セルそれぞれに燃料ガス又は酸化剤ガスを分配して供給するガスマニホールドと、前記複数の燃料電池セルから燃料ガス又は酸化剤ガスが流出する下流側端部を支持する支持板と、を備える。前記支持板には、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記下流側端部を貫通させて支持する支持穴が設けられており、前記下流側端部は前記支持穴を貫通して前記支持板から突出するように形成されると共に、前記下流側端部と前記支持穴との間は前記支持板が前記複数の燃料電池セルを支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されている。
【００１０】
本発明では、複数の燃料電池セルそれぞれの下流側端部を支持する支持板に、下流側端部を貫通させる支持穴を設け、支持穴と下流側端部との間に隙間を形成しているので、支持板と燃料電池セルとの相対的な移動を許容することができる。また、下流側端部は支持板から突出すると共に、下流側端部が支持板に支持された状態は維持されるので、燃料電池セルの内部流路を流れるガスが円滑に外部まで放出される流れを阻害することがない。従って、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能な燃料電池装置を提供することができる。
【００１１】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記燃料電池セルは、燃料極と空気極と電解質層とを有する単セルと、前記単セルの両端に設けられるキャップとを有することも好ましい。
【００１２】
この好ましい態様では、単セルの両端に設けられるキャップの一方が支持穴と相対的に移動し、キャップの一部が支持穴内を摺動するので、単セルに無用な負荷をかけずその損傷を抑制することができる。
【００１３】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記キャップは、前記支持穴に挿通される小径部と、前記単セルに嵌合され前記支持穴の内径よりもその外径が大きな大径部とを有することも好ましい。
【００１４】
この好ましい態様では、キャップの小径部が支持穴内を摺動することになるので、複数の燃料電池セルを位置決めしつつ支持することができる。また、支持穴の内径よりもその外径が大きな大径部を備えているので、この大径部が支持板に当接することで、支持板と燃料電池セルとの相対的な移動を許容しつつ、支持板を予め設定された高さ範囲内で支持し続けることができる。
【００１５】
また本発明に係る燃料電池装置では、前記支持穴は、前記大径部に臨む側が拡径するテーパ状部分を有することも好ましい。
【００１６】
この好ましい態様では、大径部に臨む側の支持穴にテーパ状部分を形成しているので、その拡径した部分により大きな隙間が形成され、支持板と燃料電池セルとの相対的な移動がより円滑に許容される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う燃料電池装置であって、複数の燃料電池セルの不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルにおける燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能な燃料電池装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【図２】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＡ方向から見た断面を示す断面図である。
【図３】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＢ方向から見た断面を示す断面図である。
【図４】図１のケーシングから一部の外板を取り除いた状態を示す斜視図である。
【図５】図２に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。
【図６】図３に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。
【図７】本実施形態に用いられる燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。
【図８】本実施形態における燃料電池セルスタックの構成を示す斜視図である。
【図９】上支持板と燃料電池セルユニットとの接合関係を拡大して示す図である。
【図１０】燃料電池セルユニットの伸長量が異なった場合の状態を示す部分的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２０】
本発明の実施形態である燃料電池モジュール（燃料電池装置）について、図１を参照しながら説明する。図１に示す燃料電池モジュール２は、固体電解質形燃料電池装置の一部を構成するものである。固体電解質形燃料電池装置は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット（図示せず）とを備える。
【００２１】
図１においては、燃料電池モジュール２の高さ方向をｙ軸方向としている。このｙ軸に直交する平面に沿ってｘ軸及びｚ軸を定義し、燃料電池モジュール２の短手方向に沿った方向をｘ軸方向とし、燃料電池モジュール２の長手方向に沿った方向をｚ軸方向としている。図２以降において図中に記載しているｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、図１におけるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を基準としている。また、ｚ軸の負方向に沿った方向をＡ方向とし、ｘ軸の正方向に沿った方向をＢ方向としている。
【００２２】
燃料電池モジュール２は、燃料電池セル（詳細は後述する）を収容するケーシング５６と、ケーシング５６の上部に設けられている熱交換器２２とを備える。ケーシング５６の内部は密封空間となっている。ケーシング５６には、被改質ガス供給管６０と、水供給管６２とが繋げられている。一方、熱交換器２２には、発電用空気導入管７４と、燃焼ガス排出管８２とが繋げられている。
【００２３】
被改質ガス供給管６０は、ケーシング５６の内部に都市ガスといった改質用の被改質ガスを供給する管路である。水供給管６２は、被改質ガスを水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管７４は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気（酸化剤ガス）を供給する管路である。燃焼ガス排出管８２は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスを排出する管路である。
【００２４】
続いて、図２〜図４を参照しながら、燃料電池モジュール２の内部について説明する。図２は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＡ方向から見た断面図である。図３は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図２のＢ方向から見た断面図である。図４は、図１に示す燃料電池モジュール２から燃料電池セル集合体を覆うケーシング５６の一部を取り外した状態を示す斜視図である。
【００２５】
図２〜図４に示すように、燃料電池モジュール２の燃料電池セル集合体１２は、ケーシング５６により、全体が覆われている。図４に示すように、燃料電池セル集合体１２は、全体としてＢ方向よりＡ方向の方が長いほぼ直方体形状であり、改質器２０側の上面、燃料ガスタンク６８（ガスマニホールド）側の下面、図４のＡ方向に沿って延びる長辺側面と、図４のＢ方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。
【００２６】
本実施形態の場合、水供給管６２から供給される水を蒸発させるための蒸発混合器（図に明示しない）は、改質器２０の内部に設けられている。蒸発混合器は、燃焼ガスにより加熱され、水を水蒸気にすると共に、この水蒸気と、被改質ガスである燃料ガス（都市ガス）と空気とを混合するためのものである。
【００２７】
被改質ガス供給管６０及び水供給管６２は、ケーシング５６の内部に導かれた後、共に改質器２０に繋がれている。より具体的には、図３に示すように、改質器２０の上流端である図中右側の端部に繋がれている。
【００２８】
改質器２０は、燃料電池セル集合体１２の上方に形成された燃焼室１８の更に上方に配置されている。したがって、改質器２０は、発電反応後の残余の燃料ガス及び空気による燃焼熱によって熱せられ、蒸発混合器としての役割と、改質反応を起こす改質器としての役割とを果たすように構成されている。
【００２９】
改質器２０の下流端（図３の左端）には、燃料供給管６６の上端が接続されている。この燃料供給管６６の下端側６６ａは、燃料ガスタンク６８内に入り込むように配置されている。
【００３０】
図２〜図４に示すように、燃料ガスタンク６８は、燃料電池セル集合体１２の真下に設けられている。燃料ガスタンク６８は、４個の固定部材３０（詳細は後述する）を用いて、ケーシング底板５６ａの上面に固定されている。なお、固定部材３０は４個である必要はない。固定部材３０の個数や配置場所は、燃料ガスタンク６８の大きさや重量等を勘案して任意に設定することができる。
【００３１】
また、燃料ガスタンク６８内に挿入された燃料供給管６６の下端側６６ａの外周には、長手方向（Ａ方向）に沿って複数の小穴（図示せず）が形成されている。改質器２０で改質された燃料ガスは、これら複数の小穴（図示せず）によって燃料ガスタンク６８内に長手方向に均一に供給されるようになっている。燃料ガスタンク６８に供給された燃料ガスは、燃料電池セル集合体１２を構成する各燃料電池セルユニット１６の内側にある燃料ガス流路（詳細は後述する）内に供給され、燃料電池セルユニット１６内を上昇して、燃焼室１８に至るようになっている。
【００３２】
続いて、発電用空気を燃料電池モジュール２の内部へ供給するための構造を、図２〜図４及び図５，図６を参照しながら説明する。図５は、図２に対応する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。図は６、図３に対応する模式図であって、同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質器２０の上方に、熱交換器２２が設けられている。熱交換器２２には、複数の燃焼ガス配管７０と、この燃焼ガス配管７０の周囲に形成された発電用空気流路７２とが設けられている。
【００３３】
熱交換器２２の上面における一端側（図３における右端）には、発電用空気導入管７４が取り付けられている。この発電用空気導入管７４により、発電用空気流量調整ユニット（図示しない）から、発電用空気が、熱交換器２２内に導入されるようになっている。
【００３４】
熱交換器２２の上側の他端側（図３における左端）には、図２に示すように、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａが一対形成されている。この出口ポート７６ａは、一対の連絡流路７６につながっている。さらに、燃料電池モジュール２のケーシング５６の幅方向（Ｂ方向：短辺側面方向）の両側の外側には、発電用空気供給路７７が形成されている。
【００３５】
したがって、発電用空気供給路７７には、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａ及び連絡流路７６から、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路７７は、燃料電池セル集合体１２の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体１２の下方側に対応する位置に、発電室１０内の燃料電池セル集合体１２の各燃料電池セルユニット１６に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口７８ａ，７８ｂが形成されている。これらの吹出口７８ａ，７８ｂから吹き出された発電用空気は、各燃料電池セルユニット１６の外側に沿って、下方から上方へ流れるようになっている。
【００３６】
続いて、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を説明する。燃料電池セルユニット１６の上方で発生した燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、整流板２１に至る。整流板２１には、図６に示すように、開口２１ａが設けられており、開口２１ａ内に燃焼ガスが導かれる。この開口２１ａを通った燃焼ガスは、熱交換器２２の他端側に至る。熱交換器２２内には、燃焼室１８で燃料ガスと発電用空気が燃焼して生成された燃焼ガスを排出するための複数の燃焼ガス配管７０が設けられている。これらの燃焼ガス配管７０の下流端側には、燃焼ガス排出管８２が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。
【００３７】
続いて、図７を参照しながら燃料電池セルユニット１６（本発明においては燃料電池セルに相当する）について説明する。図７は、本実施形態の燃料電池セルユニット１６を示す部分断面図である。
【００３８】
図７に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４（本発明においては単セルに相当する）と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。
【００３９】
燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。
【００４０】
燃料電池セルユニット１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、上端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の上部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと上端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の上端面９０ｃとは直接接触することにより、内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。
【００４１】
内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。
【００４２】
電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。
【００４３】
外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。
【００４４】
続いて、図８を参照しながら燃料電池セルスタック１４について説明する。図８は、本発実施形態の燃料電池セルスタック１４を示す斜視図である。
【００４５】
図８に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、燃料ガスタンク上板６８ａ及びセラミック製の上支持板１００により支持されている。これらの燃料ガスタンク上板６８ａ及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。
【００４６】
さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２及び外部端子１０４が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と、隣接する燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面とを電気的に接続するものである。
【００４７】
さらに、燃料電池セルスタック１４の端に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４に接続され、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。
【００４８】
続いて、図９に、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との接合関係を拡大して示す。図９に示すように、上支持板１００には、各燃料電池セルユニット１６の下流側端部である上端を挿入するための支持穴１０１が形成されている。支持穴１０１は、燃料電池セルユニット１６側が拡径するテーパ状部分を有している。
【００４９】
燃料電池セルとしての燃料電池セルユニット１６は、単セルとしての燃料電池セル８４の両端に、キャップとしての内側電極端子８６を取り付けて構成されている。キャップとしての内側電極端子８６は、小径部８６aと、大径部８６ｂとを有している。支持穴１０１には、小径部８６ａが挿入される。大径部８６ｂは、上支持板１００の裏面に当接するストッパーとして機能している。
【００５０】
上述したように本実施形態では、上支持板１００に、複数の燃料電池セルユニット１６（燃料電池セル）それぞれの下流側端部を貫通させて支持する支持穴１０１が設けられており、その下流側端部は支持穴１０１を貫通して上支持板１００から突出するように形成されている。更に、下流側端部と支持穴１０１との間は上支持板１００が複数の燃料電池セルユニット１６を支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されている（図１０参照）。
【００５１】
本実施形態では、複数の燃料電池セルユニット１６それぞれの下流側端部を支持する上支持板１００に、下流側端部を貫通させる支持穴１０１を設け、支持穴１０１と下流側端部との間に隙間を形成しているので、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との相対的な移動を許容することができる。また、下流側端部は上支持板１００から突出すると共に、下流側端部が上支持板１００に支持された状態は維持されるので、燃料電池セルユニット１６の内部流路を流れるガスが円滑に外部まで放出される流れを阻害することがない。従って、複数の燃料電池セルユニット１６の不均一な伸びを許容しつつ、それら複数の燃料電池セルユニット１６における燃料ガス又は酸化剤ガスの放出流路を確保するよう支持することが可能であって、且つ内部流路を流れるガスの流れも阻害しない燃料電池装置を提供することができる。
【００５２】
燃料電池セルユニット１６は、燃料極と空気極と電解質層とを有する単セルである燃料電池セル８４と、単セルである燃料電池セル８４の両端に設けられるキャップとしての内側電極端子８６とを有する。
【００５３】
このように、単セルである燃料電池セル８４の両端に設けられるキャップとしての内側電極端子８６の一方が支持穴１０１と相対的に移動し、キャップとしての内側電極端子８６の一部が支持穴１０１内を摺動するので、単セルである燃料電池セル８４に無用な負荷をかけずその損傷を抑制することができる。
【００５４】
また、キャップとしての内側電極端子８６は、支持穴１０１に挿通される小径部８６ａと、単セルである燃料電池セル８４に嵌合され支持穴１０１の内径よりもその外径が大きな大径部８６ｂとを有する。
【００５５】
この好ましい態様では、キャップとしての内側電極端子８６の小径部８６ａが支持穴１０１内を摺動することになるので、上支持板１００を大型化させずに複数の燃料電池セルユニット１６を支持することができる。また、支持穴１０１の内径よりもその外径が大きな大径部８６ｂを備えているので、この大径部８６ｂが上支持板１００に当接することで、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との相対的な移動を許容しつつ、上支持板１００を予め設定された高さ範囲内で支持し続けることができる。
【００５６】
また、支持穴１０１は、大径部８６ｂに臨む側が拡径するテーパ状部分を有する。
【００５７】
このように、大径部８６ｂに臨む側の支持穴１０１にテーパ状部分を形成しているので、その拡径した部分により大きな隙間が形成され、上支持板１００と燃料電池セルユニット１６との相対的な移動がより円滑に許容される。
【符号の説明】
【００５８】
２：燃料電池モジュール（燃料電池装置）
１０：発電室
１２：燃料電池セル集合体
１４：燃料電池セルスタック
１６：燃料電池セルユニット（燃料電池セル）
１８：燃焼室
２０：改質器
２１：整流板
２１ａ：開口
２２：熱交換器
３０：固定部材
３１：溶接部
５６：ケーシング
５６ａ：ケーシング底板
６０：被改質ガス供給管
６２：水供給管
６６：燃料供給管
６６ａ：下端側
６８：燃料ガスタンク（ガスマニホールド）
６８ａ：燃料ガスタンク上板
６８ｂ：燃料ガスタンク側板
７０：燃焼ガス配管
７２：発電用空気流路
７４：発電用空気導入管
７６：連絡流路
７６ａ：出口ポート
７７：発電用空気供給路
７８ａ，７８ｂ：吹出口
８２：燃焼ガス排出管
８４：燃料電池セル（単セル）
８６：内側電極端子
８８：燃料ガス流路
９０：内側電極層
９０ａ：上部
９０ｂ：外周面
９０ｃ：上端面
９２：外側電極層
９４：電解質層
９６：シール材
９８：燃料ガス流路
１００：上支持板
１０２：集電体
１０４：外部端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池装置であって、
それぞれが内部に燃料ガス又は酸化剤ガスを通す内部流路を有し、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスが流入する上流側端部を支持し、前記燃料電池セルそれぞれに燃料ガス又は酸化剤ガスを分配して供給するガスマニホールドと、
前記複数の燃料電池セルから燃料ガス又は酸化剤ガスが流出する下流側端部を支持する支持板と、を備え、
前記支持板には、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記下流側端部を貫通させて支持する支持穴が設けられており、
前記下流側端部は前記支持穴を貫通して前記支持板から突出するように形成されると共に、前記下流側端部と前記支持穴との間は前記支持板が前記複数の燃料電池セルを支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されていることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記燃料電池セルは、燃料極と空気極と電解質層とを有する単セルと、前記単セルの両端に設けられるキャップとを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記キャップは、前記支持穴に挿通される小径部と、前記単セルに嵌合され前記支持穴の内径よりもその外径が大きな大径部とを有することを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記支持穴は、前記大径部に臨む側が拡径するテーパ状部分を有することを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池装置であって、
それぞれが内部に燃料ガス又は酸化剤ガスを通す内部流路を有し、互いに電気的に接続された複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルに燃料ガス又は酸化剤ガスが流入する上流側端部を支持し、前記燃料電池セルそれぞれに燃料ガス又は酸化剤ガスを分配して供給するガスマニホールドと、
前記複数の燃料電池セルから燃料ガス又は酸化剤ガスが流出する下流側端部を支持する支持板と、を備え、
前記支持板には、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記下流側端部を貫通させて支持する支持穴が設けられており、
前記下流側端部は前記支持穴を貫通して前記支持板から突出するように形成されると共に、前記下流側端部と前記支持穴との間は前記支持板が前記複数の燃料電池セルを支持した状態を維持しつつ相対的な移動を許容するように隙間が形成されていることを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記燃料電池セルは、燃料極と空気極と電解質層とを有する単セルと、前記単セルの両端に設けられるキャップとを有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記キャップは、前記支持穴に挿通される小径部と、前記単セルに嵌合され前記支持穴の内径よりもその外径が大きな大径部とを有することを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記支持穴は、前記大径部に臨む側が拡径するテーパ状部分を有することを特徴とする請求項３記載の燃料電池装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−７７５２３（Ｐ２０１３−７７５２３Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８１７３（Ｐ２０１１−２１８１７３）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]