(57)【要約】【課題】発電効率の向上した燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供する。【解決手段】内壁と外壁との間を第２の反応ガスが流れるように構成された収納容器内の発電室内に、燃料電池セルを集電部材４を介してマニホールド上に配列してなる燃料電池セルスタック装置を収納するとともに、上部に位置する内壁に第２の反応ガスが発電室側に流れるための反応ガス導入部材を備える燃料電池モジュールであって、集電部材４は、燃料電池セル間に配置されて一端が反応ガス導入部材に接続された管状の反応ガス流通部１６と、反応ガス流通部１６に接続されて、隣接する一方の燃料電池セルに接触している集電片１７と他方の燃料電池セルに接触している集電片１７とを備えてなり、反応ガス流通部１６は、隣接する燃料電池セル間に第２の反応ガスを供給するための反応ガス供給口３５を有することから、発電効率を向上することができる。【選択図】図５
2010231919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁と外壁とを有する二重構造からなる収納容器内に設けられた発電室内に、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第１の反応ガスを供給するためのマニホールドとを有する燃料電池セルスタック装置を収納してなるとともに、前記内壁と前記外壁との間を第２の反応ガスが流れる反応ガス流路とし、上部に位置する前記内壁に、前記第２の反応ガスが前記発電室側に流れるための反応ガス導入部材を備えてなる燃料電池モジュールであって、
前記集電部材は、前記燃料電池セル間に配置されて一端が前記反応ガス導入部材に接続された管状の反応ガス流通部と、該反応ガス流通部に接続されて隣接する一方の前記燃料電池セルに接触している集電片と、該反応ガス流通部に接続されて隣接する他方の前記燃料電池セルに接触している集電片とを備えてなり、前記反応ガス流通部は、隣接する前記燃料電池セル間に前記第２の反応ガスを供給するための反応ガス供給口を有することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記反応ガス供給口が、隣接する一方の前記燃料電池セルに接触している前記集電片と、隣接する他方の前記燃料電池セルに接触している前記集電片との間の空間に面して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記反応ガス導入部材と前記反応ガス流通部の下端とが、反応ガス導入管により接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記反応ガス流通部の上端が、前記燃料電池セルの上端と同等の高さであるとともに、前記反応ガス流通部の上端が封止されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを動作させるための補機とを、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収納容器内に複数個の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールおよびそれを具備する燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス（燃料ガス）と空気（酸素含有ガス）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個配置し、それぞれの燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタックを、燃料電池セルに燃料ガスを供給するためのマニホールドに固定してセルスタック装置を構成し、そのセルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや燃料電池モジュールを外装ケース内に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）。
【０００３】
図１１および図１２は、従来の燃料電池モジュール７０の一例を示したものであり、図１１における燃料電池モジュール７０は、直方体状の収納容器７１の内部に設けられた発電室７８に、内部を燃料ガスが流通するガス流路を有する燃料電池セル７２を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル７２間に集電部材（図示せず）を介してそれぞれの燃料電池セル７２を電気的に直列に接続して燃料電池セルスタック７４を構成するとともに、燃料電池セル７２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７３に固定してなる燃料電池セルスタック装置７７を収納して構成されている。
【０００４】
また、燃料電池セル７２の発電に用い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７５を燃料電池セルスタック７４（燃料電池セル７２）の上方に配置している。そして、改質器７５で生成された燃料ガス（第１の反応ガス）は、ガス流通管７６によりマニホールド７３に供給され、マニホールド７３を介して燃料電池セル７２の内部に設けられたガス流路に供給される。
【０００５】
図１２は、燃料電池セルスタック装置７７および改質器７５を収納容器７１に収納してなる燃料電池モジュール７０の断面図である。燃料電池モジュール７０を構成する収納容器７１は、内壁７６と外壁７７とを有する二重構造で、外壁７７により収納容器７１の外枠が形成され、内壁７６と外壁７７との間を、燃料電池セル７２に導入する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路としている。
【０００６】
そして、酸素含有ガス流路を流れた酸素含有ガスは、続いて上部に位置する内壁７６に接続された酸素含有ガス導入部材７９を流れて燃料電池セル７２の下端側に位置する吹出口８０より、燃料電池セル７２の側面側に供給され、その供給された酸素含有ガスの一部が、燃料電池セル７２間に配置された集電部材の内部を流通して、燃料電池セル７２の空気極層に供給され、ガス流路を流れた燃料ガスが、燃料電池セル７２の燃料極層に供給されて、発電が行なわれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５９３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、図１１に示す燃料電池モジュール７０において、酸素含有ガス導入部材７９を流れて吹出口８０より供給される酸素含有ガスは、その一部は燃料電池セル７２間に配置された集電部材の内部を流れて、燃料電池セル７２に供給されるが、残りの酸素含有ガスは、燃料電池セル７２の側面を上方に流れ、発電反応に用いられないこととなる。それゆえ、吹出口８０より供給される酸素含有ガスが、十分に空気極層に供給されず、発電効率が向上しないおそれがあった。
【０００９】
それゆえ、本発明は、燃料電池セルの外側より供給される反応ガスの十分量を燃料電池セルに供給することができ、発電効率を向上することができる燃料電池モジュールおよびそれを具備する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】
【００１０】
本発明の燃料電池モジュールは、内壁と外壁とを有する二重構造からなる収納容器内に設けられた発電室内に、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第１の反応ガスを供給するためのマニホールドとを有する燃料電池セルスタック装置を収納してなるとともに、前記内壁と前記外壁との間を第２の反応ガスが流れる反応ガス流路とし、上部に位置する前記内壁に、前記第２の反応ガスが前記発電室側に流れるための反応ガス導入部材を備えてなる燃料電池モジュールであって、前記集電部材は、前記燃料電池セル間に配置されて一端が前記反応ガス導入部材に接続された管状の反応ガス流通部と、該反応ガス流通部に接続されて隣接する一方の前記燃料電池セルに接触している集電片と、該反応ガス流通部に接続されて隣接する他方の前記燃料電池セルに接触している集電片とを備えてなり、前記反応ガス流通部は、隣接する前記燃料電池セル間に前記第２の反応ガスを供給するための反応ガス供給口を有することを特徴とする。
【００１１】
このような燃料電池モジュールにおいては、収納容器内に設けられた発電室内に燃料電池セルスタック装置を収納してなるとともに、燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材が、燃料電池セル間に配置されて一端が反応ガス導入部材に接続された管状の反応ガス流通部と、反応ガス流通部に接続されて隣接する一方の燃料電池セルに接触している集電片と、反応ガス流通部に接続されて隣接する他方の燃料電池セルに接触している集電片とを備えてなり、反応ガス流通部は、隣接する燃料電池セル間に前記第２の反応ガスを供給するための反応ガス供給口を有することから、反応ガス導入部材を流れる第２の反応ガスは、反応ガス流通部に設けられた反応ガス供給口より、燃料電池セル間に供給されることとなる。
【００１２】
それにより、反応ガス導入部材を流れる第２の反応ガスは、集電部材の内部に直接供給されることから、集電部材の内部に供給される第２の反応ガスの量を増加させることができ、燃料電池セルに効率よく第２の反応ガスを供給することができる。
【００１３】
それにより、燃料電池セルの発電効率を向上することができることから、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る。
【００１４】
また、本発明の燃料電池モジュールにおいては、前記反応ガス供給口が、隣接する一方の前記燃料電池セルに接触している前記集電片と、隣接する他方の前記燃料電池セルに接触している前記集電片との間の空間に面して設けられていることが好ましい。
【００１５】
このような燃料電池モジュールにおいては、反応ガス流通部に供給された第２の反応ガスは、隣接する一方の燃料電池セルに接触している集電片と、隣接する他方の燃料電池セルに接触している集電片との間の空間に面して設けられた反応ガス供給口より、集電部材の内部に供給される。それにより、第２の反応ガスが、集電部材の内部に効率よく供給されることとなり、燃料電池セルに効率よく第２の反応ガスを供給することができる。それにより、燃料電池セルの発電効率を向上することができることから、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る。
【００１６】
また、本発明の燃料電池モジュールにおいては、前記反応ガス導入部材と前記反応ガス流通部の下端とが、反応ガス導入管により接続されていることが好ましい。
【００１７】
このような燃料電池モジュールにおいては、反応ガス導入部材と反応ガス流通部の下端とが接続されていることから、反応ガス導入部材を流れる第２の反応ガスは、集電部材の下端より供給されて上端側に流れることとなる。
【００１８】
それにより、燃料電池セルの上下方向に沿って効率よく第２の反応ガスを供給することができ、燃料電池セルの発電効率を向上することができる。それにより、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る。
【００１９】
また、本発明の燃料電池モジュールにおいては、前記反応ガス流通部の上端が、前記燃料電池セルの上端と同等の高さであるとともに、前記反応ガス流通部の上端が封止されていることが好ましい。
【００２０】
反応ガス流通部が燃料電池セルと同等の高さであるとともに、その上端が封止されていることから、反応ガス流通部に供給される第２の反応ガスが、反応ガス流通部の上端より排出されることがなく、燃料電池セルに効率よく第２の反応ガスを供給することができる。それにより、燃料電池セルの発電効率を向上することができることから、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る。
【００２１】
本発明の燃料電池装置は、上記のうちいずれかに記載の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを動作させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
【００２２】
このような燃料電池装置においては、発電効率の向上した燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを動作させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることから、発電効率の向上した燃料電池装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の燃料電池モジュールは、内壁と外壁とを有する二重構造からなる収納容器内に設けられた発電室内に、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第１の反応ガスを供給するためのマニホールドとを有する燃料電池セルスタック装置を収納してなるとともに、前記内壁と前記外壁との間を第２の反応ガスが流れる反応ガス流路とし、上部に位置する前記内壁に、前記第２の反応ガスが前記発電室側に流れるための反応ガス導入部材を備えてなる燃料電池モジュールであって、前記集電部材は、前記燃料電池セル間に配置されて一端が前記反応ガス導入部材に接続された管状の反応ガス流通部と、該反応ガス流通部に接続されて隣接する一方の前記燃料電池セルに接触している集電片と、該反応ガス流通部に接続されて隣接する他方の前記燃料電池セルに接触している集電片とを備えてなり、前記反応ガス流通部は、隣接する前記燃料電池セル間に前記第２の反応ガスを供給するための反応ガス供給口を有することから、反応ガス導入部材を流れる第２の反応ガスは、反応ガス供給口より燃料電池セル間に供給されることとなる。
【００２４】
それにより、集電部材の内部に供給される第２の反応ガスの量を増加させることができ、燃料電池セルに効率よく第２の反応ガスを供給することができ、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る。あわせて、この燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを動作させるための補機とを外装ケース内に収納することで、発電効率が向上した燃料電池装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の燃料電池モジュールを構成する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を拡大して示す平面図である。
【図２】図１に示す集電部材の正面図である。
【図３】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。
【図４】図３に示す燃料電池モジュールの断面図である。
【図５】（ａ）は、図３に示す燃料電池モジュールを構成する集電部材および反応ガス導入管の一部を抜粋して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】（ａ）は、本発明の燃料電池モジュールを構成する集電部材の他の一例および反応ガス導入管の一部を抜粋して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）で示す集電部材の平面図である。
【図７】本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示す断面図である。
【図９】図８に示す燃料電池モジュールを構成する集電部材および反応ガス流通管の一部を抜粋して示す断面図である。
【図１０】本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。
【図１１】従来の燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。
【図１２】図１１に示す燃料電池モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は本発明の燃料電池モジュールを構成する燃料電池セルスタック装置（以下、セルスタック装置と略す場合がある）の一例を示したものであり、（ａ）はセルスタック装置１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のセルスタック装置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に対応する部分を明確とするために矢印で表している。
【００２７】
ここで、セルスタック装置１は、内部にガス流路１３を有して、一対の対向する平坦面をもつ断面が扁平状の導電性支持体９の一方の平坦面上に内側電極層としての燃料極層１０と、固体電解質層１１と、外側電極層としての空気極層１２とを順次積層してなるとともに、他方の平坦面のうち空気極層１２が形成されていない部位にインターコネクタ１４を積層してなる柱状（中空平板状）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４を介して配置することで、燃料電池セル３同士を電気的に直列に接続してなるセルスタック２が形成される。なお、インターコネクタ１４の外面にはＰ型半導体層１５を設けることもできる。集電部材４を、Ｐ型半導体層１５を介してインターコネクタ１４に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくし、集電性能の低下を有効に抑制することができる。このＰ型半導体層１５は、空気極層１２の外面に設けることもできる。
【００２８】
なお、詳細は後述するが、図１に示す集電部材４は、燃料電池セル３間に配置されて、一端が反応ガス導入部材に接続された管状の反応ガス流通部１６と、反応ガス流通部１６に接続されて隣接する一方の燃料電池セル３に接触している集電片１７と、反応ガス流通部１６に接続されて隣接する他方の燃料電池セル３に接触している集電片１７とを備えて構成されている。
【００２９】
そして、セルスタック２を構成する各燃料電池セル３の下端が、ガス流路１３を介して燃料電池セル３に反応ガスを供給するためのマニホールド７にガラスシール材等の接合材により固定されている。なお、図１に示すセルスタック装置１においては、ガス流路１３にマニホールド７より第１の反応ガスとして水素含有ガス（燃料ガス）を供給し、第２の反応ガスとして酸素含有ガス（空気等）を燃料電池セル３の外側より供給する場合を例示している。また、マニホールド７の側面に、反応ガスをマニホールド７内に供給するための反応ガス供給管８が接続されている。なお、以下の説明において第１の反応ガスとして燃料ガスを、第２の反応ガスとして酸素含有ガスを用いる場合を例示して説明する。
【００３０】
また、燃料電池セル３の配列方向の両端から集電部材４を介してセルスタック２を挟持するように、マニホールド７に下端が固定された弾性変形可能な導電部材５を具備している。ここで、図１に示す導電部材５においては、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、セルスタック２（燃料電池セル３）の発電により生じる電流を引出すための電流引出し部６が設けられている。
【００３１】
ちなみに、このようなセルスタック装置１においては、ガス流路１３より排出される燃料ガス（余剰の燃料ガス）を燃料電池セル３の上端部側で燃焼させるように構成す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、セルスタック装置１の起動を早めることができる。
【００３２】
以下に、図１において示す燃料電池セル３を構成する各部材について説明する。
【００３３】
燃料極層１０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ＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称する）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００３４】
固体電解質層１１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ＺｒＯ２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。
【００３５】
空気極層１２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、いわゆるＡＢＯ３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気極層１２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。
【００３６】
インターコネクタ１４は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス（水素含有ガス）および酸素含有ガス（空気等）と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ１４は導電性支持体９に形成された複数のガス流路１３を流通する燃料ガス、および導電性支持体９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。
【００３７】
導電性支持体９としては、燃料ガスを燃料極層１０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１４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、導電性支持体９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。
【００３８】
ちなみに、燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層１０または固体電解質層１１との同時焼成により導電性支持体９を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから導電性支持体９を形成することが好ましい。また、導電性支持体９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。
【００３９】
さらに、Ｐ型半導体層１５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１４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（ＬａＣｒＯ３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ＬａＭｎＯ３系酸化物、ＬａＦｅＯ３系酸化物、ＬａＣｏＯ３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１５の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００４０】
なお、図示はしていないが、固体電解質層１０と空気極層１１との間に、固体電解質層１０と空気極層１１との接合を強固とするとともに、固体電解質層１０の成分と空気極層１１の成分とが反応して電気抵抗の高い反応層が形成されることを抑制する目的で、Ｃｅ（セリウム）と他の希土類元素（ＳｍやＧｄ等）とを含有する組成にて形成される中間層を備えることもできる。
【００４１】
また、図示はしていないが、インターコネクタ１４と導電性支持体９との間に、インターコネクタ１４と導電性支持体９との間の熱膨張係数差を軽減する等のために、燃料極層１０と類似した組成の密着層を設けることもできる。
【００４２】
図２は、図１に示す集電部材４を示す正面図である。図２に示す集電部材４は、隣接する一方の燃料電池セル３に接触する集電片１７と、隣接する他方の燃料電池セル３に接触する集電片１７とを形成し、それぞれの集電片１７の端部を接続する接続部１８とを備えた集電体を、集電部材の長手方向に導電性連結片１９を介して複数接続して構成されている。
【００４３】
このような集電部材４においては、一方の集電片１７と他方の集電片１７とを燃料電池セル３側に交互に突出させて燃料電池セル３に接触させることにより、複数の燃料電池セル３を電気的に接続することができる。それゆえ、一方の集電片１７と他方の集電片１７は、燃料電池セル３の配列方向に沿って間隔をあけて配置されていることとなる。そして、燃料電池セル３間（すなわち、一方の集電片１７と他方の集電片１７との間の空間）に、燃料電池セル３（空気極層１２）に供給する酸素含有ガス（空気等）を流すことにより、燃料電池セル３（空気極層１２）に効率よく酸素含有ガスが供給され、マニホールド７より供給される燃料ガスとあわせて、燃料電池セル３で発電が行なわれる。
【００４４】
図３は、本発明の燃料電池モジュールの一例を示す（以下、モジュールと略す場合がある）外観斜視図であり、図４は、図３に示す燃料電池モジュールの断面図である。
【００４５】
図３に示すモジュール２０においては、収納容器２１の内部の発電室３０内に、図１に示したセルスタック装置１を収納して構成されている。
【００４６】
なお図３においては、燃料電池セル３の発電で使用する燃料ガス（第１の反応ガス）を得るために、原燃料供給管２６を介して供給される天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器２２をセルスタック２（燃料電池セル３）の上方に配置している。なお、改質器２２は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部２３と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２４とを備えている。そして、改質器２２で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管２５を介してマニホールド７に供給され、マニホールド７より燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、改質器２２にて水蒸気改質を行うにあたり、気化部２３に水を供給する水供給管は、原燃料供給管２６と別個に気化部２３に接続する他、原燃料供給管２６とあわせて二重管としてもよい。
【００４７】
また図３においては、収納容器２１の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置１を後方に取り出した状態を示している。ここで、図３に示したモジュール２０においては、セルスタック装置１を、収納容器２１内にスライドして収納することが可能である。
【００４８】
なお、収納容器２１の内部には、マニホールド７に並置されたセルスタック２の間に配置され、内部を第２の反応ガス（酸素含有ガス）が流れるための反応ガス導入部材２７が配置されている。なお、反応ガス導入部材２７については後述する。
【００４９】
ここで、燃料電池セル３のガス流路１３より排出される余剰な燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル３の上端部側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、セルスタック装置１の起動を早めることができる。あわせて、燃料電池セル３（セルスタック２）の上方に配置された改質器２２を温めることができ、改質器２２で効率よく改質反応を行なうことができる。
【００５０】
図４は、図３で示すモジュール２０の断面図である。モジュール２０を構成する収納容器２１は、内壁２８と外壁２９とを有する二重構造で、外壁２９により収納容器２１の外枠が形成されるとともに、内壁２８によりセルスタック２（セルスタック装置１）を収納する発電室３０が形成されている。さらにモジュール２０（収納容器２１）においては、内壁２８と外壁２９との間を第２の反応ガス（酸素含有ガス）が流れる反応ガス流路としている。
【００５１】
ここで内壁２８には、内壁２８と外壁２９との間を流れる酸素含有ガスが、発電室３０側に流れるための反応ガス導入部材２７が接続されており、図４においては、内壁２８の上面より発電室３０内に垂下して配置され、セルスタック２の側面側にまで延びた形状の反応ガス導入部材２７が接続されている。
【００５２】
また発電室３０内には、モジュール２０内の熱が極端に放散され、燃料電池セル３（セルスタック２）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール２０内の温度を高温に維持するための断熱材３３が適宜設けられている。
【００５３】
断熱材３３は、セルスタック２の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル３の配列方向に沿ってセルスタック２の側面側に配置するとともに、セルスタック２の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱材３３を配置することが好ましい。なお、好ましくは、断熱材３３はセルスタック２の両側面側に配置することが好ましい。それにより、セルスタック２の温度が低下することを効果的に抑制できる。集電部材４の内部を流れる酸素含有ガスが、セルスタック２の側面側より排出されることを抑制できる。
【００５４】
また、燃料電池セル３の配列方向に沿った内壁２８の内側には、排ガス用内壁３２が設けられており、内壁２８と排ガス用内壁３２との間が、発電室３０内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路とされている。なお、排ガス流路は、収納容器２１の底部に設けられた排気孔３４と通じている。
【００５５】
それにより、モジュール２０の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスは、排ガス流路を流れた後、排気孔３４より排気される構成となっている。なお、排気孔３４は収納容器２１の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。
【００５６】
ここで、図４に示すモジュール２０においては、内壁２８と外壁２９とで形成される反応ガス流路を流れた酸素含有ガスを、効率よく燃料電池セル３に供給するため、反応ガス導入部材２７と集電部材４（反応ガス流通部１６）とが反応ガス導入管３１により接続されている。それにより、反応ガス導入部材２７を流れる酸素含有ガスは、反応ガス導入管３３１、反応ガス流通部１６を流れて集電部材４の内部に供給された後、燃料電池セル３（空気極層１２）に導入される。
【００５７】
それにより、反応ガス導入部材２７を流れた酸素含有ガスが、集電部材４の内部（反応ガス流通部１６）に直接供給されることから、集電部材４の内部を流れる酸素含有ガスの量を増加させることができる。それゆえ、燃料電池セル３に効率よく酸素含有ガスを供給することができ、燃料電池セル３の発電効率を向上することができる。それにより、発電効率の向上したモジュール２０とすることができる。
【００５８】
図５は、反応ガス導入部材２７を流れる酸素含有ガスが集電部材４の内部に供給されることを説明するための図であり、（ａ）は、図３に示すモジュールを構成する集電部材（図２で示す集電部材４）および反応ガス導入管３１の一部を抜粋して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００５９】
図５に示す集電部材４は、燃料電池セル３間に配置されて一端が反応ガス導入部材２７に接続される管状の反応ガス流通部１６と、反応ガス流通部１６に接続されて隣接する一方の燃料電池セル３に接触する集電片１７と、反応ガス流通部１６に接続されて隣接する他方の燃料電池セル３に接触する集電片１７とを備えている。すなわち、反応ガス流通部１６は、一方の集電片１７と他方の集電片１７との間に配置されている。
【００６０】
ここで、図５（ａ）に示す集電部材４においては、反応ガス流通部１６の下端と反応ガス導入部材２７とが、反応ガス流通管３１により接続されている。それにより、反応ガス導入部材２７を流れた酸素含有ガスは、反応ガス流通部１６に流れ、反応ガス流通部１６に流れた酸素含有ガスは、下端より上端に向けて流れることとなる。
【００６１】
ここで、図５（ｂ）に示したように、反応ガス流通部１６は、隣接する燃料電池セル３間に第２の反応ガスを供給するための反応ガス供給口３５を複数有している。それにより、反応ガス流通部１６に流れた酸素含有ガスは、反応ガス供給口３５より、燃料電池セル３間（集電部材４の内部）に流れて、燃料電池セル３（空気極層１２）に供給される。
【００６２】
それゆえ、反応ガス導入部材２７を流れる酸素含有ガスは、集電部材４の内部に直接供給されることから、燃料電池セル３に供給される酸素含有ガスの量を増加することができ、燃料電池セル３の発電効率を向上することができる。それにより、発電効率の向上したモジュール２０とすることができる。
【００６３】
なお、反応ガス供給口３５は、酸素含有ガスが集電部材４の内部を効率よく流れるように、隣接する一方の燃料電池セル３に接触する集電片１７と、隣接する他方の燃料電池セル３に接触する集電片１７との間の空間に面して設けられていることが好ましい。
【００６４】
それにより、酸素含有ガスが、集電部材４の内部に効率よく供給されることとなり、燃料電池セル３に効率よく酸素含有ガスを供給することができる。
【００６５】
また、反応ガス供給口３５は、反応ガス流通部１６の上下方向に沿って適宜設けることができるが、燃料電池セル３の下端部側から上端部側に効率よく酸素含有ガスを流すにあたり、反応ガス流通部１６の下端側に多くの反応ガス供給口３１を設けることや、反応ガス流通部１６の下端側の反応ガス供給口３１の大きさを大きくすることもできる。
【００６６】
さらに、燃料電池セル３により効率よく酸素含有ガスを供給するにあたり、反応ガス流通部１６の上端を、燃料電池セル３の上端と同等の高さとなるようにし、かつガス流通部１６の上端を封止することもできる。
【００６７】
それにより、反応ガス流通部１６を流れる酸素含有ガスは、燃料電池セル３全体に供給されるとともに、反応ガス流通部１６の上端より排出されないことから、燃料電池セル３に効率よく供給されることとなる。それにより、燃料電池セル３の発電効率を向上することができることから、発電効率の向上したモジュール２０とすることができる。
【００６８】
なお、反応ガス導入部材２７を流れる酸素含有ガスが、反応ガス流通部１６を介して集電部材４の内部に直接供給されることから、温度の低い酸素含有ガスが集電部材４の内部に直接供給されることとなり、集電部材４の温度上昇を抑制することができ、それにより集電部材４の劣化を抑制することもできる。
【００６９】
図６は、モジュール２０を構成する集電部材の他の一例を示しており、（ａ）は、集電部材３６および反応ガス導入管３１の一部を抜粋して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）で示す集電部材３６の平面図である。
【００７０】
図６に示す集電部材３６においては、隣接する一方の燃料電池セル３に接触する集電片３９と隣接する他方の燃料電池セル３に接触する集電片３９のそれぞれの一端部が、反応ガス流通部３７に接続されている。
【００７１】
このような集電部材３６においても、反応ガス導入部材２７を流れる酸素含有ガスは、反応ガス流通部３７に設けられた反応ガス供給口３８を介して、集電部材３６の内部（一方の燃料電池セル３と接触する集電片３９と他方の燃料電池セル３と接触する集電片３９との間の空間）に直接供給されて、燃料電池セル３（空気極層１２）に供給される。
【００７２】
それにより、反応ガス導入部材２７を流れる酸素含有ガスが、集電部材３６の内部に直接供給されることから、燃料電池セル３に供給される酸素含有ガスの量を増加することができ、燃料電池セル３の発電効率を向上することができる。それにより、発電効率の向上したモジュール２０とすることができる。
【００７３】
なお、上述の集電部材４と同様、反応ガス供給口３８は、酸素含有ガスが集電部材３６の内部を効率よく流れるように、隣接する一方の燃料電池セル３に接触する集電片３９と、隣接する他方の燃料電池セル３に接触する集電片３９との間の空間に面して設けられていることが好ましく、また、反応ガス流通部３７の上端を、燃料電池セル３の上端と同等の高さとなるようにし、かつガス流通部３７の上端を封止されていることが好ましい。
【００７４】
図７は、本発明の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図であり、モジュール４０においては、収納容器４１内に配置されたセルスタック装置１の両側面側に、内壁４２と外壁４３とで形成される反応ガス流路を流れた酸素含有ガス（第２の反応ガス）が発電室３０側に流れるための反応ガス導入部材４４が設けられている。また、各反応ガス導入部材４４は、反応ガス導入管４５により集電部材４と接続されており、反応ガス導入部材４４を流れる酸素含有ガスは、反応ガス導入管４５、集電部材４を介して燃料電池セル３に供給される。
【００７５】
それゆえ、このようなモジュール４０（収納容器４１）においても、反応ガス導入部材４４を流れた酸素含有ガスが、集電部材４の内部に直接供給されることから、発電効率の向上したモジュール４０とすることができる。
【００７６】
図８は、本発明の燃料電池モジュールのさらに他の一例を示す断面図であり、図９は、図８に示すモジュール４６を構成する集電部材５０とおよび反応ガス流通管５５の一部を抜粋して示す断面図である。
【００７７】
図８に示すモジュール４６は、収納容器４７の内壁４８と外壁４９とで形成される反応ガス流路を流れた酸素含有ガス（第２の反応ガス）を集電部材５１の内部に供給するための反応ガス導入部材５０が設けられており、反応ガス導入部材５０を流れた酸素含有ガスが、燃料電池セル３の上方より集電部材５１（反応ガス流通部５４）の内部に供給されるように構成されている。
【００７８】
このようなモジュール４６（収納容器４７）は、図９に示したように反応ガス流通部５４の上方から内部に、酸素含有ガスが流通する反応ガス流通管５５が挿入して配置されており、反応ガス流通管５５の上端と反応ガス導入部材５０とが接続されている。なお、反応ガス流通管５５を流れる酸素含有ガスが、集電部材５１の下端側より集電部材５１の内部（一方の燃料電池セル３と接触する集電片５２と他方の燃料電池セル３と接触する集電片５２との間の空間。なおそれぞれの集電片５２の端部は接続部５３により接続されている。）を上端側に向けて流れるように、反応ガス流通管５５の端部（酸素含有ガスの排出側）が、集電部材５１（反応ガス流通部５４）の下端の近傍に位置するように、反応ガス流通管５５が反応ガス流通部５４の内部に挿入されていることが好ましい。それにより、反応ガス流通管５５を流れた酸素含有ガスは、反応ガス流通部５４の一部を流れた後、集電部材５１の内部に供給される。
【００７９】
それにより、反応ガス導入部材５０を流れる酸素含有ガスは、燃料電池セル３の上方から反応ガス流通管５５を流れて集電部材５１の下端側に放出され、放出された酸素含有ガスが、集電部材５１の内部を上端側に向けて流れて、燃料電池セル３に供給される。
【００８０】
それゆえ、このようなモジュール４６（収納容器４７）においても、反応ガス導入部材５０を流れた酸素含有ガスは、直接集電部材５１の内部に供給されることから、発電効率の向上したモジュール４６とすることができる。
【００８１】
なお、集電部材５１の下端側に放出された酸素含有ガスは、その一部が反応ガス流通部５４と反応ガス流通管５５との間を上方に流れて、集電部材５１の内部に供給されてもよく、反応ガス流通部５４に反応ガス供給口を設けることもできる。ただし、この場合において、反応ガス流通管５５を流れた酸素含有ガスが、反応ガス供給口より集電部材５１の内部に直接供給される（燃料電池セル３の下端部側に流れずに集電部材５１の内部に供給される）ことが抑制できるよう、反応ガス供給口は反応ガス流通管５５との関係を考慮して設けることが好ましい。また、上述の集電部材４と同様、反応ガス流通部５４の上端は封止されていることが好ましい。
【００８２】
図１０は、本発明の燃料電池装置５６の一例を示す分解斜視図である。なお、図１０においては一部構成を省略して示している。
【００８３】
図１０に示す燃料電池装置５６は、支柱５７と外装板５８から構成される外装ケース内を仕切板５９により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール２０を収納するモジュール収納室６０とし、下方側をモジュール２０を動作させるための補機類を収納する補機収納室６１として構成されている。なお、補機収納室６１に収納する補機類を省略して示している。
【００８４】
また、仕切板５９は、補機収納室６１の空気をモジュール収納室６０側に流すための空気流通口６２が設けられており、モジュール収納室６０を構成する外装板５８の一部に、モジュール収納室６０内の空気を排気するための排気口６３が設けられている。
【００８５】
このような燃料電池装置２２においては、上述したように、発電効率の向上したモジュール２０をモジュール収納室６０内に収納して構成されることにより、発電効率の向上した燃料電池装置５６とすることができる。
【００８６】
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の例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。
【００８７】
例えば、図９で示した集電部材５１において、反応ガス流通管５５の下端は、集電部材５１の下端よりも下方に位置するように配置することもできる。この場合においては、反応ガス流通管５５を流れる第２の反応ガスが、集電部材５１の内部を下端側より上端側に向けて流れることとなる。
【００８８】
また、反応ガス流通管５５を設けずに、反応ガス導入部材５０と反応ガス流通部５４の上端を接続して、反応ガス導入部材５０を流れた酸素含有ガスが反応ガス流通部５４の内部を流れる構成とすることもできる。
【００８９】
さらに、上述の説明において、第１の反応ガスを燃料ガスとし、第２の反応ガスを酸素含有ガスとする場合の例を説明したが、第１の反応ガスを酸素含有ガスとし、第２の反応ガスを燃料ガスとすることもできる。この場合、燃料電池セル３は、導電性支持体９の一方の平坦面上に内側電極層としての空気極層１２、固体電解質層１１、外側電極層としての燃料極層１０をこの順に積層してなる燃料電池セル３とすることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１：燃料電池セルスタック装置
２：セルスタック
３：燃料電池セル
４、３６、５１：集電部材
２０、４０、４６：燃料電池モジュール
２７、４４、５０：反応ガス導入部材
１６、３７、５４：反応ガス流通部
３１、４５：反応ガス導入管
５６：燃料電池装置
【図１】
2010231919.tif 000003
【図２】
2010231919.tif 000004
【図３】
2010231919.tif 000005
【図４】
2010231919.tif 000006
【図５】
2010231919.tif 000007
【図６】
2010231919.tif 000008
【図７】
2010231919.tif 000009
【図８】
2010231919.tif 000010
【図９】
2010231919.tif 000011
【図１０】
2010231919.tif 000012
【図１１】
2010231919.tif 000013
【図１２】
2010231919.tif 000014