(57)【要約】【課題】燃料電池セルの剥離を抑制可能な、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置を提供する。【解決手段】本発明の燃料電池セルスタック装置１は、柱状の燃料電池セル３を集電部材４ａ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燃料電池セルスタック２と、燃料電池セル３の配列方向における両端に配置された導電部材５と、マニホールド７とを具備する燃料電池セルスタック装置１において、導電部材２１は、複数の板状部２２と、それぞれの板状部２２を上下方向に連結する上下方向に弾性変形可能な連結部２３とを有することから、連結部２３が上下方向に弾性変形することにより、燃料電池セル３の変形に追従でき、また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材２１との伸縮率の差に伴う応力を緩和し、端部集電部材４ｂと導電部材２１との剥離を抑制し、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置１とすることができる。【選択図】図３
2010225492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の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、電気的に接続してなる燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを端部集電部材を介して、前記燃料電池セルの配列方向における両端から挟持するように配置された導電部材と、前記燃料電池セルおよび前記導電部材の下端部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具備する燃料電池セルスタック装置において、前記導電部材は、複数の板状部と、それぞれの前記板状部を上下方向に連結するための上下方向に弾性変形可能な連結部とを有することを特徴とする燃料電池セルスタック装置。
【請求項２】
前記連結部は、板状の部材からなるとともに、該板状の部材は、前記燃料電池セルスタックの外側に向けて湾曲または屈曲する突出部を有す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。
【請求項３】
前記導電部材は、複数の前記連結部におけるそれぞれの前記突出部の前記板状部に対して突出した高さが、前記導電部材の上端部側に向かうにつれて高くなっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池セルスタック装置。
【請求項４】
前記導電部材は、前記板状部における上下方向の長さが、前記導電部材の上端部側に向かうにつれて短くなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置。
【請求項５】
前記導電部材は、前記板状部間の長さが、前記導電部材の上端部側に向かうにつれて長くなっていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の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。
【請求項７】
請求項６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、複数個の柱状の燃料電池セルを立設して配列し、電気的に接続してなる燃料電池セルスタックを備え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。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（通常、空気である。）とを用いて電力を得ることができる柱状の燃料電池セルを、複数個立設して配列し、電気的に直列に接続してなる燃料電池セルスタック装置を収納容器に収納してなる燃料電池装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図１２は、上述の燃料電池装置を構成する従来の燃料電池セルスタック装置８１を示し、（ａ）は燃料電池セルスタック装置８１を概略的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）で示す燃料電池セルスタック装置８１の点線枠で囲った部分の一部拡大平面図である。この燃料電池セルスタック装置８１は、複数個のガス流路９３を有する柱状の燃料電池セル８３を集電部材８４ａを介して立設させた状態で配列するとともに、その燃料電池セル８３の配列方向の両端部に端部集電部材８４ｂを介して導電部材８５を配置して燃料電池セルスタック８２を構成し、このうち燃料電池セル８３および導電部材８５の下端が反応ガス（燃料ガス等）を供給するためのマニホールド８７に固定されている。
【０００４】
図１３は、図１２で示した従来の燃料電池セルスタック装置８１を構成する導電部材８５を抜粋して示す斜視図である。導電部材８５は、平板部９５とその両側縁から屈曲した一対の側板部９６とを具備して形成されている。なお、導電部材８５は、燃料電池セル８３の発電により生じる電流を外部に引き出すための電流引出し部８６を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０８８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したような燃料電池セルスタック装置８１において、各燃料電池セル８３が変形することがある。このような燃料電池セル７３の変形としては、上下方向に伸びる変形（以下、伸びという場合がある。）のほか、燃料電池セル７３の配列方向に沿って反る変形（以下、反りという場合がある。）が例示される。
【０００７】
ここで、燃料電池セルスタック装置８１における導電部材８５として、図１３に示した導電部材８５を用いる場合においては、導電部材８５の剛性が高く、変形し難いことから、燃料電池セル８３の配列方向における端部に位置する燃料電池セル８３に伸びや反り（特には伸び）の変形が生じる場合に、端部の燃料電池セル８３と導電部材８５との間に配置される端部集電部材８４ｂに応力が生じ、端部集電部材８４ｂが、燃料電池セル８３や導電部材８５から剥離するおそれがあった。あわせて、端部集電部材８４ｂが、燃料電池セル８３や導電部材８５から剥離することにより、燃料電池セルスタック装置８１の発電出力が低下するおそれがあった。
【０００８】
また、燃料電池セル８３と導電部材８５との熱膨張係数に差がある場合に、燃料電池セルスタック装置８１の作製時や運転時において、燃料電池セル８３と導電部材８５との伸縮率の差に伴って、端部集電部材８４ｂに応力が生じ、端部集電部材８４ｂが、燃料電池セル８３や導電部材８５から剥離するおそれがあった。
【０００９】
それゆえ、本発明は、燃料電池セル８３に伸びや反りの変形が生じる場合や、燃料電池セル８３と導電部材８５との伸縮率に差がある場合においても、発電出力が低下することを抑制でき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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池セルスタック装置は、複数個の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、電気的に接続してなる燃料電池セルスタックと、前記燃料電池セルスタックを端部集電部材を介して、前記燃料電池セルの配列方向における両端から挟持するように配置された導電部材と、前記燃料電池セルおよび前記導電部材の下端部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具備する燃料電池セルスタック装置において、前記導電部材は、複数の板状部と、それぞれの前記板状部を上下方向に連結するための上下方向に弾性変形可能な連結部とを有することを特徴とする。
【００１１】
このような燃料電池セルスタック装置においては、導電部材は、複数の板状部と、それぞれの板状部を上下方向に連結するための上下方向に弾性変形可能な連結部とを有することから、燃料電池セルの変形（伸び）に対して、連結部が上下方向に弾性変形することで、導電部材（板状部）が追従して変形することとなる。それにより、端部集電部材に生じる応力を緩和することができ、端部集電部材が、燃料電池セルや導電部材から剥離することを抑制できる。それゆえ、燃料電池セルスタックの発電出力が低下することを抑制でき、信頼性の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。
【００１２】
また、連結部が上下方向に弾性変形することにより、導電部材の上下方向における長さを長くすることができることから、燃料電池セルが反りの変形を生じた場合にも、導電部材が燃料電池セルに容易に追従して変形することができる。それにより、端部集電部材に生じる応力を緩和することができ、端部集電部材が、燃料電池セルや導電部材から剥離することを抑制できる。
【００１３】
さらに、板状部を連結するための連結部が、上下方向に弾性変形可能であることから、端部集電部材に生じる応力（燃料電池セルと導電部材との伸縮率の差に伴って生じる応力）を緩和することができ、端部集電部材が燃料電池セルや導電部材と剥離することを抑制することができる。
【００１４】
それゆえ、燃料電池セルスタックの発電出力が低下することを抑制でき、信頼性の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。
【００１５】
また、本発明の燃料電池セルスタック装置において、前記連結部は、板状の部材からなるとともに、該板状の部材は、前記燃料電池セルスタックの外側に向けて湾曲または屈曲する突出部を有することが好ましい。
【００１６】
このような燃料電池セルスタック装置においては、連結部が板状の部材からなるとともに、燃料電池セルスタックの外側に向けて湾曲または屈曲する突出部を有することから、連結部（突出部）が、柔軟に上下方向に弾性変形することができる。それにより、導電部材が、燃料電池セルの上下方向（特には上方向）における変形（伸び）に対して、柔軟に追従して変形することができる。それにより、端部集電部材に生じる応力を緩和することができ、端部集電部材が、燃料電池セルや導電部材から剥離することを抑制できる。それゆえ、燃料電池セルスタックの発電出力が低下することを抑制でき、信頼性の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。
【００１７】
また、本発明の燃料電池セルスタック装置において、前記導電部材は、複数の前記連結部におけるそれぞれの前記突出部の前記板状部に対して突出した高さが、前記導電部材の上端部側に向かうにつれて高くなっていることが好ましい。
【００１８】
燃料電池セルの下端部がマニホールドに固定されている燃料電池セルスタック装置において、燃料電池セルは、上端部側が下端部側に比べ伸びることとなる。同様に、燃料電池セルの下端部がマニホールドに固定されていることから、燃料電池セルの反りは、上端部側が下端部側に比べ大きくなることとなる。それゆえ、導電部材の剛性を、上端部側が下端部側に比べて低い構成とすることが好ましい。
【００１９】
ここで、上記の導電部材においては、複数の連結部におけるそれぞれの突出部の板状部に対して突出した高さを、導電部材の上端部側に向かうにつれて高くすることにより、導電部材（突出部）の上端部側の剛性を低くすることができ、燃料電池セルの変形により追従して変形することができる。それにより、端部集電部材の剥離を抑制することができることから、燃料電池セルスタックの発電出力が低下することを抑制でき、信頼性の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。
【００２０】
また、本発明の燃料電池セルスタック装置において、前記導電部材は、前記板状部における上下方向の幅が、前記導電部材の上端部側に向かうにつれて短くなっていることが好ましい。
【００２１】
このような燃料電池セルスタック装置においても、導電部材の上端部側の剛性をより低くすることができ、導電部材が燃料電池セルの変形により追従して変形することができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池セルスタック装置において、前記導電部材は、前記板状部間の長さが、前記導電部材の上端部側に向かうにつれて長くなっていることが好ましい。
【００２３】
このような燃料電池セルスタック装置においては、板状部間の長さが、導電部材の上端部側に向かうにつれて長くなっている、すなわち連結部の上下方向における長さが、導電部材の上端部側に向かうにつれて長くなっている。それにより、導電部材の上端部側の剛性をさらに低くすることができ、導電部材が燃料電池セルの変形にさらに追従して変形することができる。
【００２４】
本発明の燃料電池モジュールは、上記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ことから、信頼性の向上した燃料電池モジュールとすることができる。
【００２５】
本発明の燃料電池装置は、上記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に収納してなることを特徴とすることから、信頼性が向上した燃料電池装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の燃料電池セルスタック装置は、複数個の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、電気的に接続してなる燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックを端部集電部材を介して、燃料電池セルの配列方向における両端から挟持するように配置された導電部材と、燃料電池セルおよび導電部材の下端部を固定するとともに、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具備する燃料電池セルスタック装置において、導電部材は、複数の板状部と、それぞれの板状部を上下方向に連結するための上下方向に弾性変形可能な連結部とを有することから、連結部が弾性変形することによって、導電部材が燃料電池セルの変形に対して柔軟に追従して変形することができ、また、端部集電部材における燃料電池セルと導電部材との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができる。それにより、端部集電部材が燃料電池セルや導電部材から剥離することを抑制することができ、信頼性の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。あわせて、この燃料電池セルスタック装置を収納容器内に収納することで、信頼性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、信頼性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】
【００２７】
【図１】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）で示す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】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し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材の他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図５】（ａ）は図３に示す導電部材のうち連結部を抜粋して示す側面図、（ｂ）は図４に示す導電部材のうち連結部を抜粋して示す側面図である。
【図６】本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、導電部材のうち隣接する平板部を連結部にて連結していることを示す概略図である。
【図７】本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図８】本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図９】本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】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１１】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１２】従来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を拡大した平面図である。
【図１３】従来の導電部材の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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の一部を拡大して示す平面図であり、（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にて示している。
【００２９】
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体１２（以下、支持体１２と略す場合がある。）の一方側の平坦面上に内側電極層としての燃料側電極層８と、固体電解質層９と、外側電極層としての空気側電極層１０とを順に積層してなる柱状（中空平板状）の燃料電池セル３の複数個を立設するとともに、隣接する燃料電池セル３間に集電部材４ａ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２が構成され、燃料電池セル３の下端部は、燃料電池セル３に燃料ガスを供給するマニホールド７に固定されている。また、燃料電池セルスタック装置１は、燃料電池セル３の配列方向（以下、セル配列方向と略す場合がある。）の両端から端部集電部材４ｂを介して燃料電池セルスタック２を挟持するように、マニホールド７に下端が固定された導電部材２１を具備している。なお、以降の説明において、特に断りのない限り、内側電極層を燃料側電極層８とし、外側電極層を空気側電極層１０として説明する。
【００３０】
さらに、図１に示す導電部材２１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、燃料電池セルスタック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】
さらに、燃料電池セル３の他方側の平坦面上にはインターコネクタ１１が設けられており、支持体１２の内部には、燃料電池セル３に燃料ガス（反応ガス）を流すためのガス流路１３が複数設けられている。
【００３２】
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、図１においてはＰ型半導体層１４を設けた例を示している。集電部材４ａまたは端部集電部材４ｂ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。
【００３３】
また、支持体１２を燃料側電極層８を兼ねるものとし、その一方側の平坦面上に固体電解質層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。
【００３４】
なお、本発明において燃料電池セル３としては、各種燃料電池セルが知られているが、発電効率のよい燃料電池セル３とする上で、固体酸化物形燃料電池セル３とすることができる。それにより、単位電力に対して燃料電池装置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。
【００３５】
以下に、図１において示す燃料電池セルスタック装置１を構成する各部材について説明する。
【００３６】
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ＺｒＯ２（安定化ジルコニアと称し、部分安定化ジルコニアも含む）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００３７】
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。
【００３８】
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、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。
【００３９】
インターコネクタ１１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、耐還元性およ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１１は支持体１２に形成されたガス流路１３を流通する燃料ガス、および燃料電池セル３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。
【００４０】
支持体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１１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、支持体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。
【００４１】
また図１に示した燃料電池セル３において、柱状の支持体１２は、燃料電池セル３の立設方向に細長く延びる板状片であり、一対の対向する平坦面と半円形状の両側面を有する中空平板状である。そして燃料電池セル３の下端部と後述する導電部材５の下端部とが、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、例えば耐熱性に優れた接合材（ガラスシール材等）によって固定され、支持体１２に設けられたガス流路１３が、マニホールド７内の燃料ガス室（図示せず）に通じている。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。
【００４２】
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体１２を作製する場合においては、Ｎｉ等の鉄属金属成分とＹ２Ｏ３等の特定希土類酸化物とから支持体１２を形成することが好ましい。また、支持体１２は、燃料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、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。
【００４３】
さらに、Ｐ型半導体層１４としては、遷移金属の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酸化物（ＬａＣｒＯ３）よりも電子伝導性の高いもの、例えばＡサイトにＳｒ（ストロンチウム）とＬａ（ランタン）が共存するＬａＳｒＣｏＦｅＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＣｏＦｅＯ３）、ＬａＭｎＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＭｎＯ３）、ＬａＦｅＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＦｅＯ３）、ＬａＣｏＯ３系酸化物（例えばＬａＳｒＣｏＯ３）の少なくとも１種から構成することが好ましく、特に６００〜１０００℃程度の作動温度での電気伝導性が高いという点からＬａＳｒＣｏＦｅＯ３系酸化物から構成することが特に好ましい。なお、ＢサイトにＣｏとともにＦｅ、Ｍｎが存在してもよいこのような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。
【００４４】
そして、複数個の燃料電池セル３は集電部材４を介して電気的に直列に接続される。なお、集電部材４は、弾性を有する金属または合金からなる部材あるいは金属繊維または合金繊維からなるフェルトに所要の表面処理を加えた部材から構成することができる。
【００４５】
図２は、本発明の燃料電池セルスタック装置１において、燃料電池セル３間を電気的に接続するための集電部材の一例を示したものである。図２に示した集電部材１５は、隣接する一方の燃料電池セル３の空気側電極層１０に当接する一方の集電部１６と、隣接する他方の燃料電池セル３のＰ型半導体層１４（Ｐ型半導体層１４を設けていない場合にはインターコネクタ１１）に当接する他方の集電部１６と、これら一対の集電部１６の両端同士をそれぞれ接合する接続部１７とを基本構成とする集電片を具備する。より詳細には左右に配置される接続部１７間に渡された複数の帯状をした集電部１６を、図２（ｂ）に示すように、接続部１７に対して交互に（紙面に対して上下方向）に折り曲げて集電片を構成し、この集電片の複数個を、導電性連結片１９を介して燃料電池セル３の上下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の上下方向に延在する一繋がりの集電部材１５を形成している。
【００４６】
このような集電部材１５は、燃料電池セル３との接触面積が多く集電効率がよいため、本発明の燃料電池セルスタック装置１において有用となる。
【００４７】
ところで、上述したような燃料電池セル３を用いて構成される燃料電池セルスタック装置１においては、燃料電池セルスタック装置１の運転に伴い、燃料電池セル３が空気側電極層１０側に向けて屈曲する変形（反り）を生じる場合がある。さらに、燃料電池セル３の作製時に、支持体１２や燃料側電極層８に含むことができるＮｉＯを、導電性のあるＮｉに還元する還元処理を行なう必要があるが、この際に、空気側電極層１０とインターコネクタ１１との熱膨張係数の違いにより、これらの変化量に差が生じ、燃料電池セル３が反りを生じる場合がある。
【００４８】
また、燃料電池セル３は、燃料電池セルスタック装置１の発電や上記還元処理において、燃料電池セル３の上下方向（下端がマニホールド７に固定されているため特には上方向）に伸びる変形（伸び）が生じる場合がある。
【００４９】
ここで、従来の燃料電池セルスタック装置８１（図１２参照）において、導電部材８５の剛性が高い場合には、燃料電池セル８３に伸びが生じると、端部に位置する燃料電池セル８３と導電部材８５との間に配置される端部集電部材８４ｂが、燃料電池セル８３や導電部材８５から剥離するおそれがある。それにより、燃料電池セルスタック装置８３の発電出力が低下するおそれがある。
【００５０】
さらに、従来の燃料電池セルスタック装置８１（図１２参照）において、導電部材８５の剛性が高い場合には、燃料電池セル８３に反りが生じると、端部に位置する燃料電池セル８３と導電部材８５との間に配置される端部集電部材８４ｂが、燃料電池セル８３や導電部材８５から剥離するおそれがある。それにより、燃料電池セルスタック装置８３の発電出力が低下するおそれがある。
【００５１】
また、従来の燃料電池セルスタック装置８１（図１２参照）において、燃料電池セル８３と導電部材８５との熱膨張係数に差がある場合に、燃料電池セルスタック装置８１の作製時や運転時において、燃料電池セル３と導電部材５との伸縮率の差に伴って、端部集電部材８４ｂに応力が生じ、端部集電部材８４ｂが、燃料電池セル８３や導電部材８５から剥離するおそれがある。それにより、燃料電池セルスタック装置８３の発電出力が低下するおそれがある。
【００５２】
図３は、本発明の燃料電池セルスタック装置１を構成する導電部材の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【００５３】
図３に示す導電部材２１は、複数の板状部２２と、それぞれの板状部２２を上下方向に連結するための複数の連結部２３とを備えている。なお図１において、連結部２３は、板状の部材からなるとともに、上下方向に弾性変形可能な、燃料電池セルスタック１の外側に向けて湾曲する突出部２４を有している。さらには、導電部材２１は、燃料電池セルスタック２での発電により生じた電流を引き出すための電流引出し部６を備えている。
【００５４】
導電部材２１における上下方向の長さとしては、燃料電池セル３に生じる応力を効果的に緩和するとともに、燃料電池セル３の発電により生じた電流を効率よく集電するために、マニホールド７に固定された状態で、燃料電池セル３の上端と同じ高さまたはそれ以上の高さとなるようにするのが好ましい。また、導電部材２１の幅（平板部２２の幅）としては、燃料電池セル３の幅と同じもしくはそれ以上の幅とするのが好ましい。
【００５５】
図３に示した導電部材２１において、板状部２２を上下方向に連結するための連結部２３を、上下方向に弾性変形可能な連結部２３とすることにより、柔軟に変形可能な導電部材２１とすることができる。
【００５６】
ここで、板状部２２を連結するための連結部２３が、上下方向に弾性変形可能であることから、燃料電池セル３に対して上下方向への伸びの変形が生じた場合においては、導電部材２１は、燃料電池セル３の上下方向の伸びに対して柔軟に追従することができる。
【００５７】
また、板状部２２を連結するための連結部２３を上下方向に弾性変形可能な連結部２３とすることにより、燃料電池セル３に反りが生じた場合にも、導電部材２１が燃料電池セル３の変形に対して容易に追従して変形する。
【００５８】
さらに、燃料電池セル３と導電部材２１との熱膨張係数に差による伸縮率に差がある場合に、板状部２２を連結するための連結部２３が、上下方向に弾性変形可能であることから、端部集電部材４ｂに生じる応力を緩和することができる。
【００５９】
それにより、導電部材２１は、燃料電池セル３の伸びや反りの変形に柔軟に追従することができ、端部集電部材４ｂに生じる応力を緩和することができる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材２１との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができる。それにより、燃料電池セル３や導電部材２１から剥離することを抑制できる。それゆえ、燃料電池セルスタック２の発電出力が低下することを抑制でき、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置１とすることができる。
【００６０】
ここで、図３に示した導電部材２１における連結部２３は、燃料電池セルスタック１の外側に向けて湾曲する突出部２４を有している。それにより、突出部２４が、より柔軟に上下方向に弾性変形することで、導電部材２１が燃料電池セル３の上下方向（特には上方向）における変形（伸び）や燃料電池セル３と導電部材２１との伸縮率の差に対して、より柔軟に追従して変形することができ、端部集電部材４ｂに生じる応力を緩和することができる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材２１との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができる。それにより、端部集電部材４ｂが、燃料電池セル３や導電部材２１から剥離することをさらに抑制できる。それゆえ、燃料電池セルスタック２の発電出力が低下することを抑制でき、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置１とすることができる。
【００６１】
なお、導電部材２１は、燃料電池セル３の発電により生じる電流を集電するために導電性であることが必要であり、例えば、ステンレス等にて形成することができる。また、必要に応じて耐熱性の皮膜を形成したものを利用することもできる。
【００６２】
電流引出し部６は燃料電池セル３の形状等により適宜設定することができるが、効率よく電流を引出す上で、導電部材２１を構成する板状部２２のうち、下端に位置する板状部２２に設けることが好ましく、電流引出し部６がマニホールド７に接触しないよう、電流引出し部６との接続部よりも下方側の部位をマニホールド７に固定することが好ましい。なお電流引出し部６を、下端に位置する板状部２２の一部を折り曲げて作製することもできる。また、下端に位置する板状部２２をマニホールド７に固定するにあたり、電流引出し部６との接続部よりも下方側の部位において、下端に位置する板状部２２の両側部から屈曲した一対の側板部を設けることもできる。
【００６３】
導電部材２１は一枚の板を折り曲げて作製することができる。それにより、容易に導電部材２１を作製することができ、製造コストを削減することができる。また、複数の板状部２２と連結部２３をそれぞれ別部材として作製し、それぞれを溶接することで導電部材２１を作製することもできる。なお、一枚の板から作製する場合には、突出部２４を連結部とすることもできる。
【００６４】
なお。突出部とは、板状部２２からセル配列方向の外側に向けて突出している部位を示す。
【００６５】
図４は、本発明の燃料電池セルスタック装置１を構成する導電部材の他の一例を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【００６６】
図４に示す導電部材２６は、連結部２８が、屈曲する突出部２９を具備している。それにより、上述の湾曲した連結部２３と同様に、連結部２８は１柔軟に上下方向に弾性変形することができることから、このような導電部材２６においても、燃料電池セル３の変形に柔軟に追従することができる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材２６との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができる。それにより、燃料電池セルスタック装置の発電出力を向上させることができる。
【００６７】
図５（ａ）は図３に示す導電部材２１のうち連結部２３を抜粋して示す側面図、図５（ｂ）は図４に示す導電部材２６のうち連結部２８を抜粋して示す側面図である。なお、図５に記載の符号ｄは、後述する連結部の板状部に対して突出した高さｄを示している。
【００６８】
ここで、図５（ａ）に示した連結部２３は、湾曲する突出部３１を有する。そのため、突出部３１が柔軟に上下方向に変形することができることから、燃料電池セル３に伸びや反りの変形が生じた場合においても、突出部３１が燃料電池セル３の伸びや反りに柔軟に追従することができる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材２１との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができる。それにより、導電部材２１が端部集電部材４ｂと剥離することを抑制することができる。
【００６９】
また、図５（ｂ）に示した連結部２８は、屈曲する突出部３２を有する。この連結部３３においても、燃料電池セル３の伸びや反りに柔軟に追従することができる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材２６との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができる。それにより、導電部材２６が端部集電部材４ｂと剥離することを抑制することができる。
【００７０】
図６は、本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、導電部材のうち隣接する平板部３３を繰り返し連結部３５にて連結していることを示す概略図である。
【００７１】
図６に示す繰り返し連結部３５は、繰り返し屈曲した形状を有している。この場合においても、繰り返し連結部３５がセル上下方向に柔軟に変形することができ、信頼性の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。
【００７２】
なお、図６には繰り返し連結部３５が繰り返し屈曲した形状とした例を示したが、繰り返し湾曲した形状としてもよく、繰り返し連結部３５が屈曲した形状と湾曲した形状とを組み合わせた形状としてもよい。その場合においても、繰り返し連結部３５が上下方向に柔軟に変形することができる。
【００７３】
図７は、本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【００７４】
本発明の燃料電池セルスタック装置１において、燃料電池セル３の下端部がマニホールド７に固定されていることから、燃料電池セル３の上下方向における伸びは、主に上方向の伸びとなる。それに伴い、端部集電部材４ｂは、上端部側に配置された板状部４２や燃料電池セル３の上端部側と剥離するおそれがある。
【００７５】
同様に、燃料電池セル３と導電部材４１の下端部がマニホールド７に固定されていることから、端部集電部材４ｂにおいて、燃料電池セル３と導電部材４１との伸縮率の差により生じる応力は、端部集電部材４ｂの上端部側で大きくなる。それに伴い、端部集電部材４ｂは、上端部側に配置された板状部４２や燃料電池セル３の上端部側と剥離するおそれがある。
【００７６】
ここで、図７に示した導電部材４１は、連結部４３の板状部４２に対して突出した高さｄ（以下、突出した高さｄと略す場合がある。図５に示すｄ。）が、導電部材４１の上端部側に向けて長くなるように構成している。
【００７７】
それにより、導電部材４１の上端部側の剛性をより低くすることができるとともに、上端部側の連結部４３の上下方向における変形を大きくすることができるため、燃料電池セル３の上下方向における伸びにさらに柔軟に追従することが可能となる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材４１との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができる。それにより、端部集電部材４ｂが、燃料電池セル３の上端部側や上端部側の板状部４２と剥離することを抑制できる。あわせて、導電部材４１の上端部側に設けられた連結部４３の剛性をより低くすることができるとともに、連結部４３の上下方向における変形を大きくすることができるため、燃料電池セル３の反りに対しても柔軟に追従することができ、端部集電部材４ｂと上端部側の板状部４２とが剥離することを抑制できる。それにより、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置１とすることができる。
【００７８】
図８は、本発明の燃料電池セルスタック装置１を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【００７９】
ここで、図８に示した導電部材４６は、隣接する板状部４７間の長さと、連結部４８の突出した高さｄとを一定とし、それぞれの板状部４７の上下方向における長さが、導電部材４６の上端部側に向かうにつれて長くなるように構成されている。
【００８０】
それにより、導電部材４６の上端部側の剛性を低くすることができ、導電部材４６が燃料電池セル３の伸びや反りに柔軟に追従することができる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材４６との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができ、端部集電部材４ｂと上端部側の板状部４７とが剥離することを抑制できる。それにより、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置１とすることができる。
【００８１】
図９は、本発明の燃料電池セルスタック装置１を構成する導電部材のさらに他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【００８２】
ここで、図９に示した導電部材５１は、板状部５２の上下方向における長さと、連結部５３の突出した高さｄとを一定とし、隣接する板状部４７間の長さが、導電部材４６の上端部側に向かうにつれて長くなるように構成されている。
【００８３】
それにより、導電部材５１の上端部側の剛性を低くすることができ、導電部材５１が燃料電池セル３の伸びや反りに柔軟に追従することができる。また、端部集電部材４ｂにおける燃料電池セル３と導電部材５１との伸縮率の差に伴う応力を緩和することができ、端部集電部材４ｂと上端部側の板状部５１とが剥離することを抑制できる。それにより、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置１とすることができる。
【００８４】
なお、集電効率を考慮した上で、板状部５２の上下方向の長さを導電部材５１の上端部側に向けて短くし、かつ連結部５３の突出した高さｄを導電部材５１の上端部側に向けて長くしてもよい。その場合においては、導電部材５１の上端部側の剛性をさらに低くすることができ、燃料電池セル３の変形により柔軟に追従することができる。
【００８５】
さらに、上記の場合において、隣接する板状部５２間の長さを導電部材５１の上端部側に向けて長くしてもよい。その場合においても、導電部材５１の上端部側の剛性をさらに低くすることができ、燃料電池セル３の変形により柔軟に追従することができる。
【００８６】
なお、導電部材を構成する板状部および連結部は、上述の例に限定されるものではなく、上下方向に弾性変形可能な連結部を有するものであれば、燃料電池セル３の変形に対する追従性や集電効率を考慮して、適宜設定することができる。なお、符号６は電流引出し部である。
【００８７】
図１０は、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り、直方体状の収納容器６１の内部に、本発明の燃料電池セルスタック装置１を収納して構成されている。
【００８８】
なお、燃料電池セル３にて使用する燃料ガスを得るために、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６２を燃料電池セルスタック２の上方に配置している。そして、改質器６２で生成された燃料ガスは、ガス流通管６３を介してマニホールド７に供給され、マニホールド７を介して燃料電池セル３の内部に設けられたガス流路（図示せず）に供給される。
【００８９】
なお、図１０においては、収納容器６１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１および改質器６２を後方に取り出した状態を示している。ここで、図１０に示した燃料電池モジュール６０においては、燃料電池セルスタック装置１を、収納容器６１内にスライドして収納することが可能である。
【００９０】
また収納容器６１の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材６４は、図１０においてはマニホールド７に並置された燃料電池セルスタック２の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが、燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル３の側方を下端部側から上端部側に向かって流れるように、燃料電池セル３の下端部側に酸素含有ガスを供給するように構成されている。そして、燃料電池セル３のガス流路より排出される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、燃料電池セルスタック装置１の起動を早めることができる。また、燃料電池セル３の上端部側にて、燃料電池セル３のガス流路から排出される燃料ガスを燃焼させることにより、燃料電池セルスタック２の上方に配置された改質器６２を温めることができる。それにより、改質器６２で効率よく改質反応を行うことができる。
【００９１】
このような燃料電池モジュール６０においては、上述したように、信頼性の向上した燃料電池セルスタック装置１を収納容器６１に収納して構成されることにより、信頼性の向上した燃料電池モジュール６０とすることができる。
【００９２】
図１１は、外装ケース内に図１０で示した燃料電池モジュール６０と、燃料電池モジュール６０を動作させるための補機（図示せず）とを収納してなる本発明の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図１１においては一部構成を省略して示している。
【００９３】
図１１に示す燃料電池装置７０は、支柱７６と外装板７７から構成される外装ケース内を仕切板７８により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール６０を収納するモジュール収納室７４とし、下方側を燃料電池モジュール６０を動作させるための補機を収納する補機収納室７３として構成されている。なお、補機収納室７３に収納する補機を省略して示している。
【００９４】
また、仕切板７８には、補機収納室７３の空気をモジュール収納室７４側に流すための空気流通口７１が設けられており、モジュール収納室７４を構成する外装板７７の一部に、モジュール収納室７４内の空気を排気するための排気口７２が設けられている。
【００９５】
このような燃料電池装置７０においては、上述したように、信頼性の向上した燃料電池モジュール６０をモジュール収納室７４に収納し、燃料電池モジュール６０を動作させるための補機を補機収納室７３に収納して構成されることにより、信頼性の向上した燃料電池装置７０とすることができる。
【００９６】
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。
【００９７】
例えば、上述した燃料電池セルスタック装置１においては、燃料電池セル３内のガス流路１３に燃料ガスを供給し、燃料電池セル３の外側に酸素含有ガスを供給する例を示しているが、ガス流路１３に酸素含有ガスを供給し、燃料電池セル３の外側に燃料ガスを供給する構成としてもかまわない。その場合においては、内側電極層を空気側電極層１０とし、外側電極層を燃料側電極層８とする構成の燃料電池セル３とすればよい。
【符号の説明】
【００９８】
１，８１：燃料電池セルスタック装置
２，８２：セルスタック
３，８３：燃料電池セル
４ａ：集電部材
４ｂ：端部集電部材
６，８６：電流引出し部
７，８７：マニホールド
２１，２６，４１，４６，５１，８５：導電部材
２２，２７，３３，４２，４７，５２：板状部
２３，２８，３４，４３，４８，５３：連結部
２４，２９，３１，３２：突出部
３５：繰り返し連結部
６０：燃料電池モジュール
７０：燃料電池装置
【図１】
2010225492.tif 000003
【図２】
2010225492.tif 000004
【図３】
2010225492.tif 000005
【図４】
2010225492.tif 000006
【図５】
2010225492.tif 000007
【図６】
2010225492.tif 000008
【図７】
2010225492.tif 000009
【図８】
2010225492.tif 000010
【図９】
2010225492.tif 000011
【図１０】
2010225492.tif 000012
【図１１】
2010225492.tif 000013
【図１２】
2010225492.tif 000014
【図１３】
2010225492.tif 000015