(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４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を狭持するよう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であって、導電部材２１は、板状部２２と、板状部２２の両側部に複数設けられたリード部２３とを有するともに、リード部２３は板状部２２と対向する燃料電池セル３の主面の縁から燃料電池セル３の幅方向の中央側に向けて燃料電池セル３と接触する接触部２４を有し、かつそれぞれのリード部２３の先端が離れていることにより、燃料電池セル３とリード部２３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
2010192273.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、下端部が前記マニホールドに固定された板状部と、該板状部の上下方向に複数設けられ、該板状部の両側部から対向する前記燃料電池セルに向けて延びるリード部とを有するともに、前記リード部は、前記板状部と対向する前記燃料電池セルの主面の縁から幅方向の中央側に向けて前記燃料電池セルと接触する接触部を有し、かつ前記板状部の両側部から延びるそれぞれのリード部の先端が離れてい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】
前記導電部材は、前記板状部と前記接触部との間の前記リード部に屈曲部または湾曲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】
前記接触部は、前記板状部の上下方向における幅が、前記板状部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または請求項２のいずれか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、上端部側に配置された前記接触部の前記板状部の上下方向における幅が、下端部側に配置された前記接触部の前記板状部の上下方向における幅以下の幅であって、前記板状部の上下方向に隣接する前記接触部間の長さが、前記板状部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または請求項２のいずれかに記載の燃料電池セルスタック装置。
【請求項５】
請求項1乃至請求項４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６】
請求項５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含む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１０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７１を示し、（ａ）は燃料電池セルスタック装置７１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７１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７１は、複数個のガス流路８３を有する柱状の燃料電池セル７３を集電部材７４ａ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７３の配列方向の両端部に端部集電部材７４ｂを介して導電部材７５を配置して燃料電池セルスタック７２を構成し、このうち燃料電池セル７３および導電部材７５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７７に固定されている。
【０００４】
図１１は、図１０で示した従来の燃料電池セルスタック装置７１を構成する導電部材７５を抜粋して示す斜視図である。導電部材７５は、平板部８５とその両側縁から屈曲した一対の側板部８６とを具備して形成されている。なお、導電部材７５は、燃料電池セル７３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７６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７１において、各燃料電池セル７３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、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。）のほか、上下方向に伸びる変形（以下、伸びという場合がある。）が例示される。
【０００７】
ここで、燃料電池セルスタック装置７１における導電部材７５として、図１１に示した導電部材７５を用いる場合においては、導電部材７５の剛性が大きく、変形し難いことから、燃料電池セル７３の配列方向における端部に位置する燃料電池セル７３に反りや伸びの変形が生じる場合に、端部の燃料電池セル７３と導電部材７５との間に配置される端部集電部材７４ｂに応力が生じ、端部集電部材７４ｂが、燃料電池セル７３や導電部材７５から剥離するおそれがあった。あわせて、端部集電部材７４ｂが、燃料電池セル７３や導電部材７５から剥離することにより、燃料電池セルスタック装置７１の発電出力が低下するおそれがあった。
【０００８】
それゆえ、本発明は、燃料電池セル７３に反りや伸びの変形が生じる場合においても、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、およびそれを具備してな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】
【０００９】
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、下端部が前記マニホールドに固定された板状部と、該板状部の上下方向に複数設けられ、該板状部の両側部から対向する前記燃料電池セルに向けて延びるリード部とを有するとともに、前記リード部は、前記板状部と対向する前記燃料電池セルの主面の縁から幅方向の中央側に向けて前記燃料電池セルと接触する接触部を有し、かつ前記板状部の両側部から延びるそれぞれのリード部の先端が離れていることを特徴とする。
【００１０】
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、下端部がマニホールドに固定された板状部と、板状部の上下方向に複数設けられ、板状部の両側部から燃料電池セルに向けて延びるとともに、燃料電池セルと接触する接触部を備えるリード部を有することから、このリード部が端部集電部材の役割を果たすこととなる。すなわち、端部集電部材が不要となる。それにより、従来の燃料電池セルスタック装置のように、端部集電部材と導電部材の剥離が生じることがない。さらに、端部集電部材を設ける必要がないことから、燃料電池装置の製造工程を簡略化することができる。
【００１１】
また、板状部の両側部から燃料電池セルに向けて延びるリード部は、その先端が離れていることから、リード部における剛性を低くすることができ、リード部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る。
【００１２】
ここで、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、リード部が追従して変形することができることから、燃料電池セルとリード部との剥離を抑制することができる。
【００１３】
また、燃料電池セルの配列方向に沿った反りに対しても、リード部が追従して変形することができることから、燃料電池セルとリード部との剥離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の低下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。
【００１５】
また、本発明の燃料電池セルスタック装置において、前記導電部材は、前記板状部と前記接触部との間の前記リード部に屈曲部または湾曲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、導電部材は、板状部と接触部との間のリード部に屈曲部または湾曲部を有することから、燃料電池セルの変形に対してリード部を追従させることができ、燃料電池セルとリード部との剥離を抑制することができる。
【００１７】
それゆえ、燃料電池セルスタックの発電出力の低下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。
【００１８】
また、本発明の燃料電池セルスタック装置において、前記接触部は、前記板状部の上下方向における幅が、前記板状部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。
【００１９】
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では、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。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、燃料電池セルの伸びは、上方向に伸びることとなる。
【００２０】
それゆえ、導電部材における燃料電池セルと接触するための接触部も、上端部側が燃料電池セルの変形により追従できる形状とすることが好ましい。
【００２１】
ここで、板状部（導電部材）の上下方向に設けられた複数の接触部を、板状部の上下方向における幅が、板状部の上端部側に向かうにつれて短くなるようにすることにより、上端部側に位置する接触部が、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】
それゆえ、燃料電池セルと導電部材（リード部）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の低下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。
【００２３】
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、上端部側に配置された前記接触部の前記板状部の上下方向における幅が、下端部側に配置された前記接触部の前記板状部の上下方向における幅以下の幅であって、前記板状部の上下方向に隣接する前記接触部間の長さが、前記板状部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。
【００２４】
このような燃料電池セルスタック装置においては、上端部側に位置する接触部が、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。
【００２５】
それゆえ、燃料電池セルと導電部材（リード部）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の低下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。
【００２６】
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。
【００２７】
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】
【００２８】
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、下端部が前記マニホールドに固定された板状部と、前記板状部の上下方向に複数設けられ、該板状部の両側部から対向する前記燃料電池セルに向けて延びるリード部とを有するともに、前記リード部は、前記板状部と対向する前記燃料電池セルの主面の縁から幅方向の中央側に向けて前記燃料電池セルと接触する接触部を有し、かつ前記板状部の両側部から延びるそれぞれのリード部の先端が離れていることから、リード部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、燃料電池セルとリード部との剥離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。また、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】
【００２９】
【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）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】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）は正面図である。
【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）は正面図である。
【図５】（ａ）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の平面図、（ｂ）は本発明の燃料電池セルスタック装置を構成するさらに他の一例を示す平面図である。
【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、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。
【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）は正面図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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】
【００３０】
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の一部を拡大した平面図であり、（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。
【００３１】
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４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を形成し、燃料電池セル３の下端部を、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５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。
【００３２】
さらに、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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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４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。
【００３５】
また、支持体１２を燃料側電極層８を兼ねるものとし、その一方側表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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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（板状部２２）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。
【００４４】
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、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。
【００４５】
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。
【００４６】
そして、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。
【００４７】
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４の一例を示したものである。図２に示した集電部材４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４を形成している。
【００４８】
このような集電部材４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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
ここで、従来の燃料電池セルスタック装置７１（図１０参照）において、導電部材７５の剛性が高い場合には、燃料電池セル７３に反りが生じると、端部に位置する燃料電池セル７３と導電部材７５との間に配置される端部集電部材７４ｂが、燃料電池セル７３や導電部材７５から剥離するおそれがある。あわせて、導電部材７５が燃料電池セル７３の反りに柔軟に追従して変形することができず、燃料電池セル７３の下端部（マニホールド７７側）に強い応力が生じ、燃料電池セル７３の下端部（マニホールド７７側）で割れ等の破損を生じるおそれがある。それにより、燃料電池セルスタック装置７３の発電出力が低下するおそれがある。
【００５２】
さらに、従来の燃料電池セルスタック装置７１（図１０参照）において、導電部材７５の剛性が高い場合には、燃料電池セル７３に伸びが生じると、端部に位置する燃料電池セル７３と導電部材７５との間に配置される端部集電部材７４ｂが、燃料電池セル７３や端部集電部材７５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７３の発電出力が低下するおそれがある。
【００５３】
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）は正面図である。
【００５４】
図３に示す導電部材２１は、下端部がマニホールドに固定される板状部２２と、板状部２２の両側部から導電部材２１と対向する燃料電池セル３に向けて延びる複数のリード部２３とを有し板状部２２に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出すための外側へ延びる電流引出し部２５を備えている。
【００５５】
また、導電部材２１（板状部２２）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の幅もしくはそれ以上の幅とするのが好ましい。
【００５６】
図３に示した導電部材２１は、板状部２２の両側部から板状部２２と対向する燃料電池セル３に向けて、板状部２２の上下方向（すなわち燃料電池セル３の上下方向。）に複数設けられたリード部２３が、板状部２２と対向する燃料電池セル３の主面の縁より燃料電池セル３の幅方向（以下、セル幅方向と略す場合がある。）における中央側に向けて接触する接触部２４を有し、板状部２２の両側部から延びるそれぞれのリード部２３の先端が離れていることから、導電部材２１の接触部２４における剛性を低くすることができる。それにより、リード部２３が燃料電池セル３の反りや伸びに柔軟に追従でき、板状部２２に発生する応力を緩和することができる。それゆえ、導電部材２１が、燃料電池セル３の反りや伸びに柔軟に追従することができる。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。
【００５７】
なお、リード部２３が接触部２４を有することから、導電部材２１と燃料電池セル３との間に端部集電部材７４ｂを設ける必要がない。それにより、従来の燃料電池セルスタック装置７１のように、導電部材７５と端部集電部材７４ｂとの剥離が生じることはない。さらに端部集電部材７４ｂを設ける必要がないことから、製造工程を簡略化することができる。
【００５８】
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。なお、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。
【００５９】
また、電流引出し部２５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、板状部２２の下端部側に設けることが好ましく、電流引出し部２５がマニホールド７に接触しないよう、電流引出し部２５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２５を、板状部２２の一部を折り曲げて作製する場合においては、接続部とは折り曲げ部を意味する。また、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２５との接続部よりも下方側の部位において、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。
【００６０】
なお、図３に示した導電部材２１では、板状部２２の両側部から導電部材２１と対向する燃料電池セル３に向けて延びる複数のリード部２３が、それぞれ同じ高さとなるように設けた例を示しているが、リード部２３の位置は、それぞれを異なる位置（高さ）に設けることもできる。
【００６１】
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）は正面図である。
【００６２】
図４に示す導電部材２６は、板状部２２の両側部から導電部材２６と対向する燃料電池セル３に向けて延びる複数のリード部２８が、それぞれ異なる位置（高さ）に設けられている。このような導電部材２６においても、燃料電池セル３の反りや伸びに柔軟に追従することができる。なお、符号３０は引き出し電極である。
【００６３】
図５（ａ）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の平面図、（ｂ）は本発明の燃料電池セルスタック装置を構成するさらに他の一例を示す平面図である。
【００６４】
ここで、図５（ａ）に示した導電部材３１ａは、板状部３２ａと接触部３４ａとの間のリード部３３ａに屈曲部を有することから、リード部３３ａの剛性をさらに低くすることができ、燃料電池セル３の反りに柔軟に追従することができる導電部材３１ａとすることができる。また、板状部３２ａと接触部３４ａとの間のリード部３３ａに屈曲部を有することから、燃料電池セル３が燃料電池セル３の上下方向（以下、セル上下方向と略す場合がある。）に伸びが生じた場合においても、リード部３３ａの屈曲部が、燃料電池セル３のびに柔軟に追従することができ、接触部３４ａが燃料電池セル３と剥離することを抑制することができる。なお、符号３０は引き出し電極である。
【００６５】
また、図５（ｂ）に示した導電部材３１ｂは、板状部３２ｂと接触部３４ｂとの間のリード部３３ｂに湾曲部を有する形状を示している。この場合も、リード部３３ｂが燃料電池セル３の反りおよびセル上下方向の伸びに対して柔軟に追従することができることから、接触部３４ｂが燃料電池セル３と剥離することを抑制することができる。
【００６６】
なお、図５に示した導電部材３１ａ、３１ｂでは、リード部３３ａ、３３ｂをそれぞれ屈曲部と湾曲部とを有する形状とした例を示したが、リード部３３ａ、３３ｂを屈曲部と湾曲部の両方を有する形状とすることもできる。その場合においても、燃料電池セル３に柔軟に追従することのできる導電部材３１ａ、３１ｂとすることができる。なお、符号３０は引き出し電極である。
【００６７】
図６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）は正面図である。
【００６８】
本発明のセルスタック装置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のセル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、板状部３７の上端部側に配置されたリード部３８（接触部３９）が燃料電池セル３から剥離するおそれがある。
【００６９】
ここで、図６に示した導電部材３６は、接触部３９の板状部３７の上下方向における幅が、板状部３７の上端部側に向かうにつれて短くなるように構成されている。
【００７０】
それにより、導電部材３６の上端部側に設けられたリード部３８の剛性をより低くすることができるため、燃料電池セル３のセル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り、燃料電池セル３と接触部３９とが剥離することを抑制できる。あわせて、導電部材３６の上端部側に設けられたリード部３８の剛性をより低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、燃料電池セル３と接触部３９とが剥離することを抑制できるとともに、燃料電池セル３の破損を抑制することができる。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。なお、符号３０は引き出し電極である。
【００７１】
また、導電部材３６において板状部３７と接触部３９との間のリード部３８に湾曲部を設けた例を示している。
【００７２】
図７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）は正面図である。
【００７３】
ここで、図７に示した導電部材４１は、板状部４２に設けられた複数の接触部４４（リード部４３）の板状部４２の上下方向における幅と、下端部側に配置された接触部４４の板状部４２の上下方向における幅とを一定とし、板状部４２の上下方向の隣接する接触部４４間の長さが、板状部４２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。
【００７４】
それにより、導電部材４１（板状部４２）の上端部側の剛性を低くすることができ、燃料電池セル３の反りや伸びに柔軟に追従することができ、燃料電池セル３と接触部４４とが剥離することを抑制できるとともに、燃料電池セル３の破損を抑制することができる。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。
【００７５】
なお、図７においては、板状部４２に設けられた複数の接触部４４（リード部４３）の板状部４２の上下方向における幅と、下端部側に配置された接触部４４の板状部４２の上下方向における幅とを一定とした例を示したが、接触部４４（リード部４３）の板状部４２の上下方向における幅を板上部４２の上端部側に向かうにつれて短くなるように構成してもよい。その場合においても、導電部材４１（板状部４２）の上端部側の剛性をより低くすることができる。
【００７６】
なお、集電効率を考慮した上で、接触部４４のセル幅方向の長さを導電部材４１の上端部側に向けて短くしてもよい。その場合においては、導電部材４１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。
【００７７】
また、接触部４４の板状部４２の上下方向における幅を導電部材４１の上端部側に向けて短くすると同時に、導電部材４１の上端部側に向けて板状部４２の上下方向に隣接する接触部４４間の長さを長くしてもよい。この場合においては、導電部材４１の上端部側における剛性をより低くすることができ、さらに燃料電池セル３の変形に柔軟に追従することができる。
【００７８】
なお、導電部材を構成する板状部およびリード部（接触部）は、上述の例に限定されるものではなく、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３０は引き出し電極である。
【００７９】
また、導電部材３６において板状部３７と接触部３９との間のリード部３８に湾曲部を設けた例を示している。
【００８０】
図８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５１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。
【００８１】
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５５を燃料電池セルスタック５４の上方に配置している。そして、改質器５５で生成された燃料ガスは、ガス流通管５６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。
【００８２】
なお、図８においては、収納容器５１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２および改質器５５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５０においては、燃料電池セルスタック装置１を、収納容器５１内にスライドして収納することが可能である。
【００８３】
また収納容器５１の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材５８は、図８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５４の上方に配置された改質器５５を温めることができる。それにより、改質器５５で効率よく改質反応を行うことができる。
【００８４】
このような燃料電池モジュール５０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５１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５０とすることができる。
【００８５】
図９は、外装ケース内に図８で示した燃料電池モジュール５０と、燃料電池モジュール５０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９においては一部構成を省略して示している。
【００８６】
図９に示す燃料電池装置６０は、支柱６６と外装板６７から構成される外装ケース内を仕切板６８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５０を収納するモジュール収納室６４とし、下方側を燃料電池モジュール５０を動作させるための補機を収納する補機収納室６３として構成されている。なお、補機収納室６３に収納する補機を省略して示している。
【００８７】
また、仕切板６８には、補機収納室６３の空気をモジュール収納室６４側に流すための空気流通口６１が設けられており、モジュール収納室６４を構成する外装板６７の一部に、モジュール収納室６４内の空気を排気するための排気口６２が設けられている。
【００８８】
このような燃料電池装置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モジュール５０をモジュール収納室６４に収納し、燃料電池モジュール５０を動作させるための補機を補機収納室６３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６０とすることができる。
【００８９】
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。
【００９０】
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】
【００９１】
１，７１：燃料電池セルスタック装置
２，７２：セルスタック
３、７３：燃料電池セル
４：集電部材
５，２１，２６，３１ａ，３１ｂ，３６，４１，７５：導電部材
６，２５，３０，３５，４０，４５，７６：電流引出し部
７：マニホールド
２２，２７，３２ａ，３２ｂ，３７，４２：板状部
２３，２８，３３ａ，３３ｂ，３８，４３：リード部
２４，２９，３４ａ，３４ｂ，３９，４４：接触部
５０：燃料電池モジュール
６０：燃料電池装置
【図１】
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【図２】
2010192273.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010192273.tif 000006
【図５】
2010192273.tif 000007
【図６】
2010192273.tif 000008
【図７】
2010192273.tif 000009
【図８】
2010192273.tif 000010
【図９】
2010192273.tif 000011
【図１０】
2010192273.tif 000012
【図１１】
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