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JP2009158123A - Fuel cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device - Google Patents

Fuel cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device Download PDF

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JP2009158123A
JP2009158123A JP2007331633A JP2007331633A JP2009158123A JP 2009158123 A JP2009158123 A JP 2009158123A JP 2007331633 A JP2007331633 A JP 2007331633A JP 2007331633 A JP2007331633 A JP 2007331633A JP 2009158123 A JP2009158123 A JP 2009158123A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery cell stack device in which power generation efficiency is improved. <P>SOLUTION: This is the fuel battery cell stack device 1 in which a plurality of pieces of the fuel battery cells 3 are arranged in erected and installed state and fixed to a manifold 7 via the current collecting member 4a, in which a fuel gas exhausted from a gas flow passage 13 installed inside of the fuel battery cells 3 is combusted on the upper end side of the fuel battery cells 3. The current-collecting members 4a are composed of a plurality of conductive pieces having a pair of plate-shaped contact parts 16 in order to be contacted with mutually neighboring fuel battery cell 3 which is installed having a prescribed spacing, and a contact parts 17 which connects one end of one contact part 16 out of a pair of contact part 16 are continuously formed in the longitudinal direction of the fuel battery cell 3. Since the width of the upper end part of the current collecting member 15 is wider than the width of the lower end part, temperature distribution in the vertical direction of the fuel battery cell 3 can be made closer to uniformization, and the fuel battery cell stack device 1 can be obtained in which the power generation efficiency is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを間に集電部材を介して立設してなる燃料電池セルスタック装置、およびそれを具備する燃料電池モジュールならびに燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack device in which a plurality of fuel cells are erected via a current collecting member, and a fuel cell module and a fuel cell device including the fuel cell stack device.

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと酸素含有ガス(空気等)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを集電部材を介して複数並設し電気的に直列に接続してなるセルスタックを燃料電池セルにガスを供給するマニホールドに固定した燃料電池セルスタック装置や、それを収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, as next-generation energy, a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas (such as air) are arranged in parallel via a current collecting member and electrically connected in series. Various fuel cell stack devices in which the cell stack is fixed to a manifold that supplies gas to the fuel cells, fuel cell modules that store the fuel cell devices, and fuel cell devices that store the fuel cell modules have been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

図9は、燃料電池セルスタック装置を構成する従来の集電部材の一例を示したものであり、(a)は隣接する一方の燃料電池セルの平坦面に当接する第1導電体片(接触部)82と、隣接する一方の燃料電池セルの端部から隣接する他方の燃料電池セルの他方の端部へと傾斜して延びる第2導電体片83と、他方の燃料電池セルの平坦面に当接する第3導電体片(接触部)84と、他方の燃料電池セルの一方の端部から一方の燃料電池セルの他方の端部へと傾斜して延びる第4導電体片85とを基本要素として具備する集電部材81を示しており(例えば、特許文献2参照)、(b)は、左右の平板(接続部)87間に渡された複数のストライプ状の橋(接触部)88を、交互に反対側(紙面に対して水平方向)に折り曲げてなる構成の集電部材86を示している(例えば、特許文献3参照)。
特開2007−59377号公報 特開2007−227203号公報 特開2007−299556号公報
FIG. 9 shows an example of a conventional current collecting member constituting the fuel cell stack device. FIG. 9A shows a first conductor piece (contact) that contacts the flat surface of one adjacent fuel cell. Part) 82, a second conductor piece 83 extending from the end of one of the adjacent fuel cells to the other end of the other adjacent fuel cell, and the flat surface of the other fuel cell A third conductor piece (contact portion) 84 that contacts the first fuel cell, and a fourth conductor piece 85 that extends from one end of the other fuel cell to the other end of the one fuel cell. A current collecting member 81 provided as a basic element is shown (see, for example, Patent Document 2), and (b) shows a plurality of striped bridges (contact portions) passed between left and right flat plates (connection portions) 87. Current collector configured to bend 88 in the opposite direction (horizontal direction with respect to the paper surface) alternately Shows a timber 86 (e.g., see Patent Document 3).
JP 2007-59377 A JP 2007-227203 A JP 2007-299556 A

ところで、上記特許文献1に記載されたような、燃料電池セルの上端部側で余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させるタイプの燃料電池セルスタック装置においては、各燃料電池セルの上端部側の温度が高く、下端部側の温度が低いという不均一な温度分布を生じる場合がある。   By the way, in the fuel cell stack device of the type that burns excess fuel gas and oxygen-containing gas on the upper end side of the fuel cell as described in Patent Document 1, the upper end portion of each fuel cell. There may be a non-uniform temperature distribution in which the temperature on the side is high and the temperature on the lower end side is low.

ここで、燃料電池セルの上下方向における温度分布が不均一となる場合には、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがある。   Here, when the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell becomes non-uniform, the power generation efficiency of the fuel cell may be reduced.

それゆえ、本発明は、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置およびそれを具備する燃料電池モジュール、ならびに燃料電池装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention provides a fuel cell stack device, a fuel cell module including the fuel cell stack device, and a fuel cell device having an improved power generation efficiency that can make the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell uniform. For the purpose.

本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを、集電部材を介して複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに前記燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドとを有し、前記ガス流路より排出される燃料ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置であって、前記集電部材は、所定間隔を空けて設けられ隣り合う燃料電池セルと接触させるための板状をした一対の接触部と、該一対の接触部のうち一方の前記接触部の一端と他方の前記接触部の一端とを接続する接続部とを有する複数の導電片を前記燃料電池セルの長手方向に連続的に形成してなるとともに、前記集電部材の上端部の幅が下端部の幅よりも広いことを特徴とする。   The fuel cell stack device of the present invention is a cell stack in which a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path are arranged and electrically connected in a state of being erected via a current collecting member. And a manifold for fixing a lower end of the fuel battery cell and supplying a reaction gas to the fuel battery cell, the fuel gas discharged from the gas flow path at the upper end side of the fuel battery cell A fuel cell stack device configured to be combusted, wherein the current collecting member is provided at a predetermined interval and a pair of plate-shaped contact portions for contacting with adjacent fuel cells, and A plurality of conductive pieces having a connection portion connecting one end of the one contact portion and one end of the other contact portion of the pair of contact portions are continuously formed in the longitudinal direction of the fuel cell. And The width of the upper end portion of the conductive member is equal to or wider than the width of the lower end.

このような燃料電池セルスタック装置においては、集電部材の上端部の幅が下端部の幅よりも広いことから、燃料電池セルの上端部における熱を放熱しやすくなる。それにより、燃料電池セルの上端部の温度を下げることができ、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができることから、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。   In such a fuel cell stack device, since the width of the upper end portion of the current collecting member is wider than the width of the lower end portion, heat at the upper end portion of the fuel cell can be easily radiated. Thereby, the temperature of the upper end portion of the fuel battery cell can be lowered, and the temperature distribution in the vertical direction of the fuel battery cell can be made closer to the uniform, so that a fuel cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained. .

また、本発明の燃料電池セルスタック装置は、前記集電部材の幅が、上端より下端に向けて漸次小さくなっていることが好ましい。   In the fuel cell stack device of the present invention, it is preferable that the current collecting member has a width that gradually decreases from the upper end toward the lower end.

このような燃料電池セルスタック装置においては、燃料電池セルの温度分布にあわせて集電部材の幅を上端より下端に向けて漸次小さくなっているように構成することで、燃料電池セルの上下方向における温度分布をより均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。   In such a fuel cell stack device, the width of the current collecting member is gradually reduced from the upper end toward the lower end in accordance with the temperature distribution of the fuel cell, so that the vertical direction of the fuel cell Thus, the fuel cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained.

また、本発明の燃料電池セルスタック装置は、前記接続部に放熱部材が設けられていることを特徴とする。   Moreover, the fuel cell stack device of the present invention is characterized in that a heat radiating member is provided in the connecting portion.

このような燃料電池セルスタック装置においては、集電部材の接続部に放熱部材を設けることにより、燃料電池セルの温度をより放熱することができることから、燃料電池セルの上下方向における温度分布をより均一に近づけることができ、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。   In such a fuel cell stack device, the temperature distribution of the fuel cell can be further increased because the temperature of the fuel cell can be radiated more by providing the heat radiating member at the connecting portion of the current collecting member. The fuel cell stack device can be made close to uniform and the power generation efficiency is improved.

本発明の燃料電池モジュールは、上述した燃料電池セルスタック装置を、収納容器内に収納してなることを特徴とする。   The fuel cell module of the present invention is characterized in that the above-described fuel cell stack device is housed in a housing container.

このような燃料電池モジュールにおいては、燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることで発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池モジュールとすることができる。   In such a fuel cell module, the fuel cell stack device, in which the power generation efficiency is improved by making the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell close to uniform, is stored in the storage container, so the power generation efficiency is improved. The fuel cell module can be obtained.

本発明の燃料電池装置は、上述した燃料電池モジュールを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。   The fuel cell device of the present invention is characterized in that the above-described fuel cell module is housed in an outer case.

このような燃料電池装置においては、発電効率が向上した燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなることから、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。   In such a fuel cell device, since the fuel cell module with improved power generation efficiency is housed in the outer case, a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.

本発明の燃料電池セルスタック装置は、燃料電池セルスタック装置を構成する構成部材である集電部材を、所定間隔を空けて設けられ隣り合う燃料電池セルと接触するための板状をした一対の接触部と、該一対の接触部のうち一方の接触部の一端と他方の接触部の一端とを接続する接続部とを有する複数の導電片を燃料電池セルの長手方向に連続的に形成するとともに、上端部の幅を下端部の幅よりも広くしたことから、燃料電池セルの上端部側における熱を放熱しやすくなることで、燃料電池セルの上端部側の温度を下げることができる。それにより燃料電池セルの上下方向における温度分布を均一に近づけることができることから、発電効率が向上した燃料電池セルスタック装置とすることができる。またそのような燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納してなることで、発電効率の向上した燃料電池モジュールとすることができ、さらに燃料電池モジュールを外装ケース内に収納することで、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。   The fuel cell stack device of the present invention comprises a pair of plate-shaped current collector members, which are constituent members of the fuel cell stack device, that are provided at predetermined intervals and come into contact with adjacent fuel cells. A plurality of conductive pieces having a contact portion and a connection portion connecting one end of one contact portion and one end of the other contact portion of the pair of contact portions are continuously formed in the longitudinal direction of the fuel cell. At the same time, since the width of the upper end portion is wider than the width of the lower end portion, the heat on the upper end portion side of the fuel cell can be easily dissipated, whereby the temperature on the upper end portion side of the fuel cell can be lowered. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell can be made closer to the uniform, so that the fuel cell stack device with improved power generation efficiency can be obtained. In addition, by storing such a fuel cell stack device in a storage container, a fuel cell module with improved power generation efficiency can be obtained, and by further storing the fuel cell module in an outer case, power generation can be achieved. The fuel cell device can be improved in efficiency.

図1は、本発明の燃料電池セルスタック装置1の一例を示したものであり、(a)は燃料電池セルスタック装置1を概略的に示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置1の一部拡大平面図であり、(a)で示した点線枠で囲った部分を抜粋して示している。また、同一の部材については同一の番号を付するものとし、以下同様とする。なお、(b)において(a)で示した点線枠で囲った部分の対応する部分を明確とするため矢印にて示している。   1A and 1B show an example of a fuel cell stack device 1 according to the present invention. FIG. 1A is a side view schematically showing the fuel cell stack device 1, and FIG. 1B is a fuel cell of FIG. FIG. 2 is a partially enlarged plan view of the cell stack device 1 and shows an excerpted portion surrounded by a dotted line frame shown in FIG. The same members are assigned the same numbers, and so on. In addition, in (b), the part corresponding to the part surrounded by the dotted line frame shown in (a) is indicated by an arrow for clarity.

ここで、燃料電池セルスタック装置1は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板12(以下、支持基板と略す場合がある)の一方の平坦面上に燃料側電極層8、固体電解質層9および空気側電極層10を順次積層してなる柱状の燃料電池セル3の複数個を、隣接する燃料電池セル3間に集電部材4aを介装して電気的に直列に接続して燃料電池セルスタック2を形成し、燃料電池セル3の下端を燃料電池セル3に燃料ガスを供給するマニホールド7にガラスシール材等の絶縁性接合材により固定して形成されている。また燃料電池セルスタック装置1においては、下端がマニホールド7に固定され、燃料電池セル3の配列方向の両端部から端部集電部材4bを介して燃料電池セルスタック2を挟持するように配置された弾性変形可能なセルスタック支持部材5を具備している。なお、図1においては、セルスタック支持部材5のマニホールド7に固定される固定部が、燃料電池セル3の下端のマニホールド7に固定される固定部と同じ高さの場合を示している。   Here, the fuel cell stack device 1 includes a fuel-side electrode layer 8 on one flat surface of a columnar conductive support substrate 12 (hereinafter sometimes abbreviated as a support substrate) having a pair of opposed flat surfaces. A plurality of columnar fuel cells 3 formed by sequentially laminating a solid electrolyte layer 9 and an air-side electrode layer 10 are electrically connected in series with a current collecting member 4 a interposed between adjacent fuel cells 3. Thus, the fuel cell stack 2 is formed, and the lower end of the fuel cell 3 is fixed to a manifold 7 for supplying fuel gas to the fuel cell 3 with an insulating bonding material such as a glass seal material. Further, in the fuel cell stack device 1, the lower end is fixed to the manifold 7 and is arranged so as to sandwich the fuel cell stack 2 from both ends in the arrangement direction of the fuel cells 3 via the end current collecting members 4b. In addition, a cell stack support member 5 that is elastically deformable is provided. FIG. 1 shows a case where the fixed portion fixed to the manifold 7 of the cell stack support member 5 has the same height as the fixed portion fixed to the manifold 7 at the lower end of the fuel cell 3.

また、図1に示すセルスタック支持部材5は、燃料電池セル3の配列方向に沿って、外側に向けて延びた形状で、燃料電池セル3の発電により生じる電流を引き出すための電流引き出し部6が設けられている。   Further, the cell stack support member 5 shown in FIG. 1 has a shape extending toward the outside along the arrangement direction of the fuel cells 3, and a current drawing portion 6 for drawing current generated by the power generation of the fuel cells 3. Is provided.

さらに、燃料電池セル3の他方の平坦面上にはインターコネクタ11が設けられており、支持基板12の内部には、燃料電池セル3に反応ガスを流すためのガス流路13が設けられている。なお、図1に示す燃料電池セルスタック装置1においては、ガス流路13にマニホールド7より燃料ガス(水素含有ガス)を供給する場合の例を示している。   Further, an interconnector 11 is provided on the other flat surface of the fuel cell 3, and a gas flow path 13 for flowing a reaction gas to the fuel cell 3 is provided inside the support substrate 12. Yes. In the fuel cell stack device 1 shown in FIG. 1, an example in which fuel gas (hydrogen-containing gas) is supplied from the manifold 7 to the gas flow path 13 is shown.

また、インターコネクタ11の外面(上面)にはP型半導体層14を設けることもできる。集電部材4aを、P型半導体層14を介してインターコネクタ11に接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。   A P-type semiconductor layer 14 can also be provided on the outer surface (upper surface) of the interconnector 11. By connecting the current collecting member 4a to the interconnector 11 via the P-type semiconductor layer 14, the contact between them becomes an ohmic contact, the potential drop can be reduced, and the deterioration of the current collecting performance can be effectively avoided. It becomes.

また、支持基板12を燃料側電極層8を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層9および空気側電極層10を順次積層して燃料電池セル3を構成することもできる。   Alternatively, the fuel cell 3 can be configured by using the support substrate 12 also as the fuel-side electrode layer 8 and sequentially laminating the solid electrolyte layer 9 and the air-side electrode layer 10 on the surface thereof.

なお、燃料電池セル3としては、各種燃料電池セルが知られているが、燃料電池を小型化する上で固体酸化物形燃料電池セルとすることができる。それにより、燃料電池を小型化することができるとともに、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。   Various fuel cells are known as the fuel cell 3. However, when the fuel cell is reduced in size, it can be a solid oxide fuel cell. As a result, the fuel cell can be reduced in size, and a load following operation that follows a fluctuating load required for a household fuel cell can be performed.

また、このような燃料電池セルスタック装置1においては、マニホールド7よりガス流路13に供給される燃料ガスのうち、使用されなかった燃料ガス(余剰の燃料ガス)と酸素含有ガスとを燃料電池セル3の上端部で燃焼させることにより、燃料電池セル3の温度を上昇させることができる。それにより、燃料電池装置の起動を早めることができる。なお、図示していないが、酸素含有ガスは燃料ガスの流れにあわせて燃料電池セル3の下端側より上端側に流れるように供給することが好ましい。また詳細は後述するが、燃料電池セルスタック2の上方に、燃料電池セル3に供給する燃料ガスを生成するための改質器を配置することにより、効率よく改質反応を行なうことができる。   Further, in such a fuel cell stack device 1, among the fuel gases supplied from the manifold 7 to the gas flow path 13, unused fuel gas (excess fuel gas) and oxygen-containing gas are used as the fuel cell. By burning at the upper end of the cell 3, the temperature of the fuel cell 3 can be raised. Thereby, the start-up of the fuel cell device can be accelerated. Although not shown, the oxygen-containing gas is preferably supplied so as to flow from the lower end side of the fuel cell 3 to the upper end side in accordance with the flow of the fuel gas. Although details will be described later, by arranging a reformer for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell 3 above the fuel cell stack 2, a reforming reaction can be performed efficiently.

以下に、図1に示す燃料電池セルスタック装置1(燃料電池セル3等)を構成する各部材について説明する。   Below, each member which comprises the fuel cell stack apparatus 1 (fuel cell 3 grade | etc.,) Shown in FIG. 1 is demonstrated.

燃料側電極層8は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアおよび部分安定化ジルコニアを含む)とNiおよび/またはNiOとから形成することができる。 As the fuel-side electrode layer 8, generally known ones can be used, and porous conductive ceramics such as ZrO 2 in which a rare earth element is dissolved (including stabilized zirconia and partially stabilized zirconia). And Ni and / or NiO.

固体電解質層9は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer 9 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time needs to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. , 3 to 15 mol% of rare earth elements are formed from ZrO 2 as a solid solution. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.

空気側電極層10は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、ABOとして表されるペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスにより形成することができる。空気側電極層10はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが好ましい。 The air-side electrode layer 10 is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the air-side electrode layer 10 can be formed of a conductive ceramic made of a perovskite oxide expressed as ABO 3 . The air-side electrode layer 10 is required to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.

インターコネクタ11は、導電性セラミックスにより形成することができるが、燃料ガスおよび酸素含有ガスと接触するため、耐還元性および耐酸化性を有することが必要であり、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)が好適に使用される。インターコネクタ11は支持基板12に形成されたガス流路13を流通する燃料ガス、および支持基板12の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好ましい。 The interconnector 11 can be formed of conductive ceramics, but is required to have reduction resistance and oxidation resistance because of contact with the fuel gas and the oxygen-containing gas. The lanthanum chromite perovskite oxide (LaCrO 3 oxide) is preferably used. The interconnector 11 must be dense in order to prevent leakage of fuel gas flowing through the gas flow path 13 formed in the support substrate 12 and oxygen-containing gas flowing outside the support substrate 12, and 93% As described above, it is particularly preferable to have a relative density of 95% or more.

支持基板12としては、燃料ガスを燃料側電極層8まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ12を介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持基板12としては、かかる要求を満足するものを材質として採用する必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。   The support substrate 12 is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas up to the fuel side electrode layer 8 and to be conductive in order to collect current via the interconnector 12. Therefore, as the support substrate 12, it is necessary to adopt a material satisfying such a requirement as a material, and for example, conductive ceramics, cermet, or the like can be used.

また図1に示した燃料電池セル3において、柱状(中空平板状)の支持基板12は、立設方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。そして燃料電池セル3の下端とセルスタック支持部材5の下端とが、燃料電池セル3に反応ガス(燃料ガス)を供給するマニホールド7に接合材で固定され、支持基板12に設けられたガス流路13は、マニホールド7の燃料ガス室(図示せず)に連通せしめられる。なお、以降の説明において、中空平板状の燃料電池セル3を用いて説明する。   Further, in the fuel cell 3 shown in FIG. 1, the columnar (hollow flat plate) support substrate 12 is a plate-like piece that is elongated in the standing direction, and has both flat and semicircular sides. The lower end of the fuel cell 3 and the lower end of the cell stack support member 5 are fixed to the manifold 7 for supplying the reaction gas (fuel gas) to the fuel cell 3 with a bonding material, and the gas flow provided on the support substrate 12 The passage 13 is communicated with a fuel gas chamber (not shown) of the manifold 7. In the following description, a description will be given using a hollow flat fuel cell 3.

ちなみに、燃料電池セル3を作製するにあたり、燃料側電極層8または固体電解質層9との同時焼成により支持基板12を作製する場合においては、鉄属金属成分(例えば、NiやNiO等)と特定希土類酸化物(支持基板12の熱膨張係数を固体電解質9の熱膨張係数に近づけるために使用される希土類の酸化物、例えばYやYb等。)とから支持基板12を形成することが好ましい。また、支持基板12は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440S/cm以上であるのが好ましい。 Incidentally, when the fuel cell 3 is manufactured, when the support substrate 12 is manufactured by co-firing with the fuel side electrode layer 8 or the solid electrolyte layer 9, it is specified as an iron group metal component (for example, Ni or NiO). The support substrate 12 is made of rare earth oxide (a rare earth oxide used to bring the thermal expansion coefficient of the support substrate 12 close to the thermal expansion coefficient of the solid electrolyte 9, such as Y 2 O 3 or Yb 2 O 3 ). It is preferable to form. The support substrate 12 preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50% in order to have the required gas permeability, and its conductivity is 300 S / cm or more, particularly It is preferable that it is 440 S / cm or more.

さらに、P型半導体層14としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ11を構成するランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO系酸化物、LaFeO系酸化物、LaCoO系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層14の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲にあることが好ましい。 Furthermore, examples of the P-type semiconductor layer 14 include a layer made of a transition metal perovskite oxide. Specifically, a material having higher electron conductivity than the lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) constituting the interconnector 11, for example, LaMnO in which Mn, Fe, Co, etc. exist in the B site. P-type semiconductor ceramics made of at least one of three- based oxides, LaFeO 3 -based oxides, LaCoO 3 -based oxides and the like can be used. In general, the thickness of the P-type semiconductor layer 14 is preferably in the range of 30 to 100 μm.

上記のような構成にて形成される燃料電池セルスタック装置1において、燃料電池セル3の上端部で余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させる場合において、燃料電池セル3の上端部の温度が高温となり、燃料電池セル3の上下方向における温度分布が不均一なものとなるおそれがある。   In the fuel cell stack device 1 formed as described above, when the excess fuel gas and the oxygen-containing gas are burned at the upper end of the fuel cell 3, the temperature of the upper end of the fuel cell 3 is increased. There is a possibility that the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3 becomes non-uniform.

さらに、本実施形態では、燃料電池セル3に供給する酸素含有ガスを、燃料電池セル3の下端部側に供給することが好ましく、この場合、燃料電池セル3の下端部側の温度が低くなる。それゆえ、燃料電池セル3の上下方向における温度分布がさらに不均一なものとなるおそれがある。   Furthermore, in this embodiment, it is preferable to supply the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 3 to the lower end side of the fuel cell 3, and in this case, the temperature on the lower end side of the fuel cell 3 is lowered. . Therefore, there is a possibility that the temperature distribution in the vertical direction of the fuel battery cell 3 becomes more uneven.

ここで、燃料電池セル2の上下方向における温度分布が不均一となった場合に、燃料電池セルの発電効率が低下するおそれがあった。   Here, when the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 2 becomes non-uniform, the power generation efficiency of the fuel cell may be reduced.

図2および図3は、本発明の燃料電池セルスタック装置1にて、隣り合う燃料電池セル3の間に配置される集電部材4aの一例を示したものであり、図2は正面図であり、図3は一部を抜粋して示す斜視図である。   2 and 3 show an example of a current collecting member 4a disposed between adjacent fuel cells 3 in the fuel cell stack apparatus 1 of the present invention. FIG. 2 is a front view. FIG. 3 is a perspective view showing a part extracted.

ここで、図2および図3に示した集電部材15は、一対の接触部16と、一方の接触部26の一端と他方の接触部16の一端とを接続する接続部17とを有する複数の導電片を燃料電池セル3の長手方向に連続的に形成してなる。   Here, the current collecting member 15 shown in FIGS. 2 and 3 includes a plurality of contact portions 16 and a plurality of connection portions 17 that connect one end of one contact portion 26 and one end of the other contact portion 16. Are formed continuously in the longitudinal direction of the fuel cell 3.

より具体的には、隣接する一方の燃料電池セル3の平坦面に当接する一方の接触部16と、隣接する一方の燃料電池セル3の端部から隣接する他方の燃料電池セル3の他方の端部へと傾斜して延びる導電体片19と、他方の燃料電池セル3の平坦面に当接する他方の接触部16と、他方の燃料電池セル3の一方の端部から一方の燃料電池セル3の他方の端部へと傾斜して延びる導電体片19とを基本要素として具備する。すなわち、一方の接触部16の一端と他方の接触部16の一端とは、導電体片19を介して接続部17により接続されている。なお、この構成により一対の接触部16は所定間隔を空けて設けられることとなる。そしてこの基本要素である導電体片を燃料電池セル3の長手方向に沿って連続的に形成することにより、燃料電池セル3の長手方向に延在する一繋がりの集電部材15を形成している。   More specifically, one contact portion 16 that abuts on the flat surface of one adjacent fuel cell 3 and the other fuel cell 3 adjacent to the other fuel cell 3 from the end of one adjacent fuel cell 3. A conductor piece 19 extending obliquely toward the end, the other contact portion 16 in contact with the flat surface of the other fuel cell 3, and one fuel cell from one end of the other fuel cell 3 3 as a basic element. The conductor piece 19 extends at an angle to the other end portion of the three. That is, one end of one contact portion 16 and one end of the other contact portion 16 are connected by the connection portion 17 via the conductor piece 19. With this configuration, the pair of contact portions 16 are provided at a predetermined interval. Then, by continuously forming the conductor pieces, which are the basic elements, along the longitudinal direction of the fuel cell 3, a continuous current collecting member 15 extending in the longitudinal direction of the fuel cell 3 is formed. Yes.

なお、接触部16の幅は、燃料電池セル3の発電により生じる電流を効果的に集電すべく、空気側電極層10もしくはインターコネクタ11の幅と同じ長さとすることが好ましい。また集電部材15の長さは、燃料電池セル3の長手方向における長さと同じ長さとすることが好ましい。   The width of the contact portion 16 is preferably the same as the width of the air-side electrode layer 10 or the interconnector 11 in order to effectively collect the current generated by the power generation of the fuel cell 3. The length of the current collecting member 15 is preferably the same length as the length of the fuel cell 3 in the longitudinal direction.

ここで、図2における集電部材19においては、燃料電池セル3の幅方向に沿って上端部の接続部17の長さが下端部の接続部17の長さよりも長い形状となっており、上端部の接続部17が燃料電池セル3より突出した状態となるように形成してある(図1(b)参照、以降この突出した領域を突出部という場合がある。)。   Here, in the current collecting member 19 in FIG. 2, the length of the connection portion 17 at the upper end portion is longer than the length of the connection portion 17 at the lower end portion along the width direction of the fuel cell 3. The connecting portion 17 at the upper end is formed so as to protrude from the fuel cell 3 (see FIG. 1B, hereinafter, this protruding region may be referred to as a protruding portion).

それにより、集電部材15の上端部の接続部17(突出部18)がフィンの役割を果たすこととなり、燃料電池セル3の上端部の熱を放熱し、燃料電池セル3の上端部の温度を下げることができる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルスタック装置1の発電効率を向上することができる。   As a result, the connecting portion 17 (projecting portion 18) at the upper end of the current collecting member 15 serves as a fin, dissipates the heat at the upper end of the fuel cell 3, and the temperature at the upper end of the fuel cell 3. Can be lowered. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cells 3 can be made closer to the uniform, and the power generation efficiency of the fuel cell stack device 1 can be improved.

なお、集電部材15の幅は、燃料電池セル3の上下方向における温度分布に従って、適宜設定することができるが、燃料電池セル3の長手方向中央部(その近傍も含み、以降中央部という場合には同意である。)もまた温度が高温となりやすいため、上端部から中央部(燃料電池セル3の中央部に対応する部位)における幅を、下端部の幅よりも広くすることが好ましい。なお、下端部の接続部17の幅は、燃料電池セル3の幅と同程度の幅とすることが好ましい。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布をより均一に近づけることができる。なお、この突出部18の長さは、燃料電池セル3の温度分布に従って適宜設定することができる。   The width of the current collecting member 15 can be set as appropriate according to the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3, but the longitudinal center of the fuel cell 3 (including the vicinity thereof, hereinafter referred to as the center) Since the temperature tends to be high, it is preferable that the width from the upper end portion to the central portion (the portion corresponding to the central portion of the fuel cell 3) is wider than the lower end portion. In addition, it is preferable that the width of the connection portion 17 at the lower end is approximately the same as the width of the fuel cell 3. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cells 3 can be made more uniform. Note that the length of the protruding portion 18 can be appropriately set according to the temperature distribution of the fuel cell 3.

また、図1に示す端部集電部材4bについても、上述したのと同様な形状とすることができ、集電部材4aと同じものを用いることもできる。   Also, the end current collecting member 4b shown in FIG. 1 can have the same shape as described above, and the same current collecting member 4a can be used.

なお、集電部材4aとしては、弾性を有するとともに、耐熱性の合金等により形成されることが好ましく、例えば、Crを10〜30重量%含む合金や、Fe−Ni系の合金等を用いることができる。さらに、Crを含有する集電部材においては、Crの拡散を防止するためのCr拡散防止膜を設けておくことが好ましい。   The current collecting member 4a is preferably made of a heat-resistant alloy or the like having elasticity, and for example, an alloy containing 10 to 30% by weight of Cr or an Fe-Ni alloy is used. Can do. Further, in the current collecting member containing Cr, it is preferable to provide a Cr diffusion preventing film for preventing the diffusion of Cr.

図4は、本発明の燃料電池セルスタック装置1にて、隣り合う燃料電池セル3の間に配置される集電部材4aの他の一例を示したものであり、(a)は正面図、(b)は平面図を示している。   FIG. 4 shows another example of the current collecting member 4a arranged between the adjacent fuel cells 3 in the fuel cell stack apparatus 1 of the present invention, (a) is a front view, (B) is a plan view.

ここで、図4に示した集電部材20は、所定間隔を空けて設けられ隣り合う燃料電池セル3と接触するための板状をした一対の接触部21と、一対の接触部21のうち一方の接触部21の一端と他方の接触部21の一端とを接続する接続部22とを有する複数の導電片を燃料電池セル3の長手方向に連続的に形成されている。それにより、燃料電池セル3の長手方向に延在する一繋がりの集電部材20を形成している。なお、接触部21の幅は、燃料電池セル3の発電により生じる電流を効果的に集電すべく、空気側電極層10もしくはインターコネクタ11の幅と同じ長さとすることが好ましい。また、集電部材20の長さは、燃料電池セル3の長手方向における長さと同じとすることが好ましい。   Here, the current collecting member 20 shown in FIG. 4 includes a pair of plate-like contact portions 21 that are provided at predetermined intervals and are in contact with adjacent fuel cells 3, and a pair of contact portions 21. A plurality of conductive pieces having a connection portion 22 that connects one end of one contact portion 21 and one end of the other contact portion 21 are formed continuously in the longitudinal direction of the fuel cell 3. Thereby, a continuous current collecting member 20 extending in the longitudinal direction of the fuel cell 3 is formed. The width of the contact portion 21 is preferably set to the same length as the width of the air-side electrode layer 10 or the interconnector 11 in order to effectively collect the current generated by the power generation of the fuel cell 3. The length of the current collecting member 20 is preferably the same as the length of the fuel cell 3 in the longitudinal direction.

ここで、図4における集電部材20においては、長手方向中央より上端部の幅が下端部の幅よりも広く形成されており、図4においては接続部22の一部を燃料電池セル3の側面より突出した状態となるように形成してある。   Here, in the current collecting member 20 in FIG. 4, the width of the upper end portion is wider than the width of the lower end portion from the center in the longitudinal direction, and in FIG. It is formed so as to protrude from the side surface.

それにより、この突出部23がフィンの役割を果たすこととなり、燃料電池セル3の上端部の熱を放熱し、燃料電池セル3の上端部の温度を下げることができる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、燃料電池セルスタック装置1の発電効率を向上することができる。   As a result, the projecting portion 23 functions as a fin, so that the heat at the upper end portion of the fuel cell 3 can be radiated and the temperature at the upper end portion of the fuel cell 3 can be lowered. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cells 3 can be made closer to the uniform, and the power generation efficiency of the fuel cell stack device 1 can be improved.

なお、集電部材20の幅は、燃料電池セル3の上下方向における温度分布に従って、適宜設定することができるが、燃料電池セル3の中央部もまた温度が高温となりやすいため、上端部から中央部(燃料電池セル3の中央部に対応する部位)における幅を、下端部の幅よりも広くすることが好ましい。なお、下端部の接続部22の幅は、燃料電池セル3の幅と同程度の幅とすることが好ましい。   Note that the width of the current collecting member 20 can be appropriately set according to the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3. It is preferable that the width of the portion (the portion corresponding to the central portion of the fuel cell 3) is wider than the width of the lower end portion. In addition, it is preferable that the width of the connection portion 22 at the lower end is approximately the same as the width of the fuel cell 3.

それにより、燃料電池セル3の温度分布を、より均一に近づけることができる。なお、この突出部18の長さは、燃料電池セル3の温度分布に従って適宜設定することができる。   Thereby, the temperature distribution of the fuel cell 3 can be made more uniform. Note that the length of the protruding portion 18 can be appropriately set according to the temperature distribution of the fuel cell 3.

図5は図2で示した集電部材15の他の一例を示したものであり、図6は図4で示した集電部材20の他の一例を示したものである。なお、図5で示す集電部材24および図6で示す集電部材28は、それぞれ集電部材24および集電部材28の幅が、上端より下端に向けて漸次小さくなっている形状を示している。すなわち、燃料電池セル3の長手方向の上端より下端に向けて漸次小さくなっている形状である。なお、接触部25および接触部29の幅は燃料電池セル3の発電により生じる電流を効果的に集電すべく、空気側電極層10もしくはインターコネクタ11の幅と同じ長さとすることが好ましい。また、集電部材24および集電部材28の長さは、燃料電池セル3の長手方向における長さと同じ長さとすることが好ましい。   FIG. 5 shows another example of the current collecting member 15 shown in FIG. 2, and FIG. 6 shows another example of the current collecting member 20 shown in FIG. The current collecting member 24 shown in FIG. 5 and the current collecting member 28 shown in FIG. 6 show shapes in which the widths of the current collecting member 24 and the current collecting member 28 are gradually reduced from the upper end toward the lower end, respectively. Yes. That is, the fuel cell 3 has a shape that gradually decreases from the upper end in the longitudinal direction toward the lower end. The width of the contact portion 25 and the contact portion 29 is preferably set to the same length as the width of the air-side electrode layer 10 or the interconnector 11 in order to collect current generated by the power generation of the fuel cell 3 effectively. The lengths of the current collecting member 24 and the current collecting member 28 are preferably the same as the length in the longitudinal direction of the fuel cell 3.

ここで、燃料電池セル3の温度分布は、燃料電池セル3の上端側から下端側に向けて温度が低くなるため、集電部材の幅は、その温度勾配にあわせて適宜変更することが好ましい。   Here, since the temperature distribution of the fuel cell 3 decreases from the upper end side to the lower end side of the fuel cell 3, it is preferable that the width of the current collecting member is appropriately changed according to the temperature gradient. .

それゆえ、図5で示す集電部材24および図6で示す集電部材28においては、上端から下端に向けて漸次集電部材の幅を小さくすることにより、燃料電池セル3より放熱される熱も勾配を持って放熱されることとなる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。   Therefore, in the current collecting member 24 shown in FIG. 5 and the current collecting member 28 shown in FIG. 6, the heat radiated from the fuel cell 3 is gradually reduced by decreasing the width of the current collecting member from the upper end toward the lower end. Will also be dissipated with a gradient. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3 can be made closer to the uniform.

なお、上述したような集電部材のほか、例えば所定間隔を空けて設けた接触部の一端部のみを接続部にて接続する形状を基本要素として連続的に形成してなる櫛歯状の集電部材等においても、上述したような構造を採用することにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。   In addition to the current collecting member as described above, for example, a comb-shaped current collector formed by continuously forming, as a basic element, a shape in which, for example, only one end of a contact portion provided at a predetermined interval is connected at a connection portion. Also in the electric member or the like, by adopting the above-described structure, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3 can be made closer to the uniform.

また燃料電池セル3の上端部の温度と下端部との温度差が大きい場合には、さらに燃料電池セル3の上端部の温度を下げるべく、接続部に放熱部材を設けることもできる。図7はそのような放熱部材を設けた集電部材の一例を示している。   Further, when the temperature difference between the upper end portion and the lower end portion of the fuel cell 3 is large, a heat radiating member can be provided at the connection portion in order to further reduce the temperature of the upper end portion of the fuel cell 3. FIG. 7 shows an example of a current collecting member provided with such a heat radiating member.

図7においては、接続部17(突出部18)に放熱部材の一例であるフィン32を設けた状態の側面図を示している。それにより、接続部18の比表面積を増加することができ、接続部18における放熱効果をさらに向上することができる。それにより、燃料電池セル3の上下方向における温度分布を均一に近づけることができる。   In FIG. 7, the side view of the state which provided the fin 32 which is an example of the heat radiating member in the connection part 17 (protrusion part 18) is shown. Thereby, the specific surface area of the connection part 18 can be increased, and the heat dissipation effect in the connection part 18 can further be improved. Thereby, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3 can be made closer to the uniform.

なお、フィン32の形状については特に限定するものではなく、図7に示したように、接続部18より突出して折れ曲がる形状のフィン32でもよく、このようなフィン32は接続部17(突出部18)の一部を切り欠いて折り曲げて形成したものや、突出部18の表面に特定の部材を接続することにより形成しても構わない(例えば、片面ディンプル型や両面ディンプル型など)。またこれ以外に、例えば、突出部18の一部を切り欠くことや、突出部18に貫通孔を設けることにより比表面積を増加させて放熱性を高めてもかまわない。ただし、このフィン32は、隣接する集電部材のフィン32や燃料電池セル3と接触しないように形成することが好ましい。   The shape of the fin 32 is not particularly limited. As shown in FIG. 7, the fin 32 may be bent and protrude from the connecting portion 18, and the fin 32 may be connected to the connecting portion 17 (the protruding portion 18. ) Or by bending a part of the projection 18 and connecting a specific member to the surface of the protrusion 18 (for example, a single-sided dimple type or a double-sided dimple type). In addition to this, for example, a specific surface area may be increased by cutting out a part of the protrusion 18 or by providing a through hole in the protrusion 18 to improve heat dissipation. However, the fins 32 are preferably formed so as not to contact the fins 32 and the fuel cells 3 of the adjacent current collecting members.

そして上述したような燃料電池セルスタック装置1を収納容器内に収納することで、本発明の燃料電池モジュールとすることができ、図8は本発明の燃料電池モジュールの一例を示した外観斜視図である。   The fuel cell stack device 1 as described above is housed in the housing container, whereby the fuel cell module of the present invention can be obtained. FIG. 8 is an external perspective view showing an example of the fuel cell module of the present invention. It is.

図8においては、燃料電池モジュール33は、直方体状の収納容器34の内部に、内部をガスが流通するガス流路を有する燃料電池セル35を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル35間に集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続して燃料電池セルスタック37を構成するとともに、燃料電池セル35の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド36に固定してなる燃料電池セルスタック装置40を収納して構成されている。   In FIG. 8, the fuel cell module 33 is arranged in a rectangular parallelepiped storage container 34 in a state where fuel cell cells 35 having gas flow paths through which gas flows are erected, and adjacent fuel cells. The fuel cell stack 37 is configured by electrically connecting the cells 35 in series via current collecting members (not shown), and the lower end of the fuel cell 35 is connected to an insulating bonding material such as a glass sealing material ( A fuel cell stack device 40 fixed to the manifold 36 is accommodated (not shown).

また、燃料電池セル35にて使用する水素含有ガスを得るために、天然ガスや灯油等の燃料を改質して燃料ガス(水素含有ガス)を生成するための改質器38を燃料電池セルスタック37の上方に配置している。そして、改質器38で生成された燃料ガスは、ガス流通管39によりマニホールド36に供給され、マニホールド36を介して燃料電池セル35の内部に設けられたガス流路に供給される。   Further, in order to obtain a hydrogen-containing gas used in the fuel cell 35, a reformer 38 for reforming a fuel such as natural gas or kerosene to produce a fuel gas (hydrogen-containing gas) is provided. It is arranged above the stack 37. The fuel gas generated by the reformer 38 is supplied to the manifold 36 through the gas flow pipe 39 and supplied to the gas flow path provided inside the fuel battery cell 35 via the manifold 36.

なお、図8においては、収納容器34の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されている燃料電池セルスタック装置40および改質器38を後方に取り出した状態を示している。ここで、図8に示した燃料電池モジュール33においては、燃料電池セルスタック装置40を、収納容器34内にスライドして収納することが可能である。なお、燃料電池セルスタック装置40は、改質器38を含むものとしてもよい。   FIG. 8 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 34 is removed and the fuel cell stack device 40 and the reformer 38 housed inside are taken out rearward. Here, in the fuel cell module 33 shown in FIG. 8, the fuel cell stack device 40 can be slid and stored in the storage container 34. The fuel cell stack device 40 may include a reformer 38.

また収納容器34の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材41は、図8においてはマニホールド36に並置された燃料電池セルスタック37の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが燃料ガスの流れにあわせて、燃料電池セル35の下端側より上端側に向けて流れるように、燃料電池セル35の下端側に酸素含有ガスを供給する。そして、燃料電池セル35より排出される余剰の燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル35の上端部で燃焼させることにより、燃料電池セル35の温度を上昇させることができ、燃料電池装置の起動を早めることができる。また、燃料電池セル35の上端部にて、余剰の酸素含有ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることにより、燃料電池セル35(燃料電池セルスタック37)の上部に配置された改質器38を温めることができる。それにより、改質器38で効率よく改質反応を行なうことができる。ただし、この場合においては上述したように燃料電池セル3の上下方向における温度分布が不均一となる場合があるため、本発明の燃料電池セルスタック装置の構成を採用することにより発電効率を向上させることができる。   Further, in FIG. 8, the oxygen-containing gas introduction member 41 provided inside the storage container 34 is disposed between the fuel cell stacks 37 juxtaposed to the manifold 36, and the oxygen-containing gas is brought into the flow of the fuel gas. In addition, an oxygen-containing gas is supplied to the lower end side of the fuel battery cell 35 so as to flow from the lower end side of the fuel battery cell 35 toward the upper end side. The surplus fuel gas and oxygen-containing gas discharged from the fuel battery cell 35 are combusted at the upper end of the fuel battery cell 35, so that the temperature of the fuel battery cell 35 can be increased. Start-up can be accelerated. Moreover, the reformer 38 arrange | positioned at the upper part of the fuel cell 35 (fuel cell stack 37) is burned by surplus oxygen-containing gas and oxygen-containing gas in the upper end part of the fuel cell 35. Can be warmed. Thereby, the reforming reaction can be efficiently performed in the reformer 38. However, in this case, since the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 3 may be non-uniform as described above, the power generation efficiency is improved by adopting the configuration of the fuel cell stack device of the present invention. be able to.

なお、図8においては図示していないが、燃料電池セル35を上述した集電部材を介して電気的に接続することにより、燃料電池セル35の上下方向における温度分布を均一に近づけることができ、発電効率の向上した燃料電池モジュール33とすることができる。   Although not shown in FIG. 8, the temperature distribution in the vertical direction of the fuel cell 35 can be made closer to uniform by electrically connecting the fuel cell 35 via the current collecting member described above. Thus, the fuel cell module 33 with improved power generation efficiency can be obtained.

また、この燃料電池モジュール33および燃料電池セル35を動作させるために必要な補機(制御装置や改質器38で水蒸気改質を行うにあたって必要な装置類等)を収納することにより、本発明の燃料電池装置が構成される。それゆえ、本発明の燃料電池セルスタック装置40を収納してなる燃料電池モジュール33を外装ケース内に収納することから、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。   In addition, by storing auxiliary equipment necessary for operating the fuel cell module 33 and the fuel battery cell 35 (devices required for performing steam reforming by the control device and the reformer 38, etc.), The fuel cell device is configured. Therefore, since the fuel cell module 33 containing the fuel cell stack device 40 of the present invention is housed in the outer case, a fuel cell device with improved power generation efficiency can be obtained.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明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。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、本発明の燃料電池セルスタック装置1において、集電部材の幅を、燃料電池セルの配列方向における温度分布にあわせて適宜変更する(例えば、燃料電池セルの配列方向における中央部に配置される集電部材の特定の高さにおける幅を、燃料電池セルの配列方向における端部側に配置される集電部材の特定の高さにおける幅よりも広くする)ことにより、燃料電池セルスタックにおける燃料電池セルの配列方向の温度分布を均一に近づけることもできる。   For example, in the fuel cell stack device 1 of the present invention, the width of the current collecting member is appropriately changed in accordance with the temperature distribution in the fuel cell arrangement direction (for example, disposed at the center in the fuel cell arrangement direction). The width of the current collecting member at a specific height is wider than the width at the specific height of the current collecting member disposed on the end side in the arrangement direction of the fuel cells). It is also possible to make the temperature distribution in the arrangement direction of the fuel cells close to uniform.

本発明の燃料電池セルスタック装置の一例を示し、(a)は燃料電池セルスタック装置を概略的に示す側面図、(b)は(a)の燃料電池セルスタック装置の点線枠で囲った部分の一部拡大平面図である。1 shows an example of a fuel cell stack device of the present invention, (a) is a side view schematically showing the fuel cell stack device, and (b) is a portion surrounded by a dotted frame of the fuel cell stack device of (a). FIG. 本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the current collection member which comprises the fuel cell stack apparatus of this invention. 図2で示した集電部材の一部を抜粋して示す斜視図である。It is a perspective view which extracts and shows a part of current collection member shown in FIG. 本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の他の一例を示し、(a)は正面図、(b)は(a)の集電部材の平面図である。The other example of the current collection member which comprises the fuel cell stack apparatus of this invention is shown, (a) is a front view, (b) is a top view of the current collection member of (a). 本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材のさらに他の一例を示す正面図である。It is a front view which shows another example of the current collection member which comprises the fuel cell stack apparatus of this invention. 本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材のさらに他の一例を示す正面図である。It is a front view which shows another example of the current collection member which comprises the fuel cell stack apparatus of this invention. 集電部材を構成する接続部に放熱部材を設けた例を示す側面図である。It is a side view which shows the example which provided the heat radiating member in the connection part which comprises a current collection member. 本発明の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the fuel cell module of this invention. 従来の集電部材の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the conventional current collection member.

符号の説明Explanation of symbols

1:燃料電池セルスタック装置
2:燃料電池セルスタック
3:燃料電池セル
4a、15、20、24、28:集電部材
4b:端部集電部材
5:燃料電池セルスタック支持部材
6:電流引き出し部
7:マニホールド
16、21、25、29:接触部
17、22、26、30:接続部
18、23、27、31:突出部
33:燃料電池モジュール
1: Fuel cell stack device 2: Fuel cell stack 3: Fuel cell 4a, 15, 20, 24, 28: Current collecting member 4b: End current collecting member 5: Fuel cell stack supporting member 6: Current drawing Part 7: Manifold 16, 21, 25, 29: Contact part 17, 22, 26, 30: Connection part 18, 23, 27, 31: Projection part 33: Fuel cell module

Claims (5)

内部にガス流路を有する柱状の燃料電池セルを、集電部材を介して複数個立設させた状態で配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端を固定するとともに前記燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドとを有し、前記ガス流路より排出される燃料ガスを前記燃料電池セルの上端部側で燃焼させるように構成してなる燃料電池セルスタック装置であって、前記集電部材は、所定間隔を空けて設けられ隣り合う燃料電池セルと接触させるための板状をした一対の接触部と、該一対の接触部のうち一方の前記接触部の一端と他方の前記接触部の一端とを接続する接続部とを有する複数の導電片を前記燃料電池セルの長手方向に連続的に形成してなるとともに、前記集電部材の上端部の幅が下端部の幅よりも広いことを特徴とする燃料電池セルスタック装置。   A cell stack in which a plurality of columnar fuel cells each having a gas flow path are arranged and electrically connected in a state of standing through a current collecting member, and a lower end of the fuel cell are fixed. And a fuel cell configured to burn the fuel gas discharged from the gas flow path on the upper end side of the fuel cell. In the cell stack device, the current collecting member is provided with a predetermined interval and a pair of plate-shaped contact portions for contacting with adjacent fuel cells, and one of the pair of contact portions A plurality of conductive pieces having a connection portion connecting one end of the contact portion and one end of the other contact portion are formed continuously in the longitudinal direction of the fuel cell, and the upper end portion of the current collecting member Is wider than the bottom width Wide that the fuel cell stack apparatus according to claim. 前記集電部材の幅が、上端より下端に向けて漸次小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セルスタック装置。   2. The fuel cell stack device according to claim 1, wherein a width of the current collecting member gradually decreases from an upper end toward a lower end. 前記接続部に放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池セルスタック装置。   The fuel cell stack device according to claim 1, wherein a heat radiating member is provided in the connection portion. 請求項1ないし3のうちいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置を、収納容器内に収納してなることを特徴とする燃料電池モジュール。   A fuel cell module comprising the fuel cell stack device according to any one of claims 1 to 3 stored in a storage container. 請求項4に記載の燃料電池モジュールを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする燃料電池装置。   5. A fuel cell device comprising the fuel cell module according to claim 4 housed in an outer case.
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