(57)【要約】      （修正有）【課題】偏流部材を有する集電部材を用いることにより、発電効率が向上した燃料電池セルスタックを提供する。【解決手段】燃料電池スタック装置は、内部に第１の反応ガス流路を有する燃料電池セル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たセルスタックと、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備える。燃料電池セル３は、燃料電池セルの上端部の上方で、発電に供されなかった第１の反応ガスと第２の反応ガスとを燃焼させる。集電部材４は、上端部に第２の反応ガスを燃料電池セル３の上端部の上方へ導くための偏流部材１９を有することから、燃料電池セル３の上端部の上方に燃焼に十分な量の第２の反応ガスを供給することが可能で、燃料電池セルスタック装置の発電効率を向上させる。【選択図】図３
2011009037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に第１の反応ガスを流すための第１の反応ガス流路を有する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なるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端部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備え、隣り合う前記燃料電池セル間に供給される第２の反応ガスと前記第１の反応ガスとにより前記燃料電池セルにて発電を行なうとともに、前記燃料電池セルの上端部の上方で、当該燃料電池セルの発電に供されなかった前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを燃焼させる燃料電池セルスタック装置において、
前記集電部材は、隣り合う前記燃料電池セル間に配置され、上端部に前記第２の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材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】
収納容器内に、請求項1に記載の燃料電池セルスタック装置を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３】
請求項２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作動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、複数の燃料電池セルを配列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。
【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（空気等）とを用いて６００℃〜１０００℃の高温下で発電する燃料電池セルを集電部材を介して複数個立設して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反応ガスを供給するマニホールドに固定してなる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。）。
【０００３】
図１０は、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６１を示し、（ａ）は燃料電池セルスタック装置６１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６１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６１においては、第１の反応ガス流路７３を有する燃料電池セル６３を集電部材６４を介して立設させた状態で配列するとともに、燃料電池セル６３の下端が第１の反応ガス（燃料ガス等）を供給するためのマニホールド６７に固定されて構成されている。そして第１の反応ガスは、複数の第１の反応ガス流路７３内を下方から上方へ向けて流れ、燃料電池セル６３の外側を第２の反応ガス（空気等）が流れることで燃料電池セル６３が発電する。
【０００４】
図１１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す斜視図である。集電部材８０は、隣り合う一方の燃料電池セル６３に接触する集電片８１ａと、隣り合う他方の燃料電池セル７３に接触する集電片８１ｂと、これら一対の集電片８１ａ，８１ｂの両端同士をそれぞれ接続する接続部８２とを基本構成の導電片（図示せず）として具備し、この導電片の複数個を、導電性連結片８３を介して燃料電池セルの長手方向に沿って連続的に形成して構成されている。そして、一対の集電片８１ａ，８１ｂ間の空間を第２の反応ガス（空気等）が流れることにより、燃料電池セル６３に第２の反応ガスを供給している。
【０００５】
図１２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他の一例を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部を抜粋して示す斜視図である。集電部材８５は、隣り合う一方の燃料電池セル６３に当接する複数の第１集電片８６と、隣り合う他方の燃料電池セル６３に当接する第２集電片８７と、離れて配置される第１集電片８６の一端と第２集電片８７の他端とを接続する第１導電体片８８と、離れて配置される第２集電片８７の一端と他の第１集電片８６の他端とを接続する第２導電体片８９とを基本構成とし、燃料電池セルの長手方向に連続的に形成して構成されている。
【０００６】
ここで、燃料電池セルスタック装置６１は、燃料電池セル６３の上端部の上方にて、発電反応に用いられなかった余剰の第１の反応ガス（燃料ガス）を、発電に供されなかった余剰の第２の反応ガス（空気）を用いて燃焼させることにより、効率よく発電反応を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら、集電部材の内側を流れた第２の反応ガス（空気等）の大部分は、集電部材の上方に流れやすいため、燃料電池セルの上端部の上方に十分な量の第２の反応ガスを供給することができないおそれがある。それに伴い、燃料電池セルの上端部の上方での余剰な燃料ガスの燃焼が十分に行われず、セルスタックの温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができず、発電効率が悪いおそれがある。
【０００９】
また、燃料電池装置の低出力時においては、供給される第２の反応ガス（空気等）の供給量が少ないことから、失火するおそれがある。それに伴い、セルスタックの温度が低下し、発電効率が悪化するおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、燃料電池セルの上端部の上方に十分な量の第２の反応ガスを供給することで十分な燃焼を行なうことができ、発電効率の向上した燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび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】
【００１１】
本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部に第１の反応ガスを流すための第１の反応ガス流路を有する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なるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端部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備え、隣り合う前記燃料電池セル間に供給される第２の反応ガスと前記第１の反応ガスとにより前記燃料電池セルにて発電を行なうとともに、前記燃料電池セルの上端部の上方で、当該燃料電池セルの発電に供されなかった前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを燃焼させる燃料電池セルスタック装置において、
前記集電部材は、隣り合う前記燃料電池セル間に配置され、上端部に前記第２の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材を有することを特徴とする。
【００１２】
このような燃料電池セルスタック装置においては、集電部材が、隣り合う燃料電池セル間に配置され、上端部に第２の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材を有することから、燃料電池セルの上端部の上方に燃焼に必要な十分な量の第２の反応ガスを供給することができる。
【００１３】
それにより、燃料電池セルの上端部の上方にて燃焼が十分に行われることから、セルスタックの温度を高温に維持することができ、セルスタックの発電効率を向上させることができる。
【００１４】
また、燃料電池装置の起動時においても、燃焼が十分に行なわれることから、効率よくセルスタックの温度を向上させることができ、セルスタックの発電効率を向上させることができる。
【００１５】
さらに、燃料電池装置を低出力で作動させた場合においても、燃料電池セルの上端部の上方に十分な量の第２の反応ガスを供給することができるため、失火を抑制することがでる。
【００１６】
それにより、失火によるセルスタックの温度が低下することを抑制し、セルスタックの温度を高温に維持することができ、セルスタックの発電効率を向上させることができる。そのため、燃料電池セルスタック装置の発電効率を向上させることができる。
【００１７】
本発明の燃料電池モジュールは、収納容器内に、上記の燃料電池セルスタック装置を収納してなることを特徴とする。このような燃料電池モジュールにおいては、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。
【００１８】
本発明の燃料電池装置は、上記の燃料モジュールと、燃料電池モジュールを作動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。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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池セルスタック装置は、内部に第１の反応ガスを流すための第１の反応ガス流路を有する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なるセルスタックと、前記燃料電池セルの下端部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備え、隣り合う前記燃料電池セル間に供給される第２の反応ガスと前記第１の反応ガスとにより前記燃料電池セルにて発電を行なうとともに、前記燃料電池セルの上端部の上方で、当該燃料電池セルの発電に供されなかった前記第１の反応ガスと前記第２の反応ガスとを燃焼させる燃料電池セルスタック装置において、前記集電部材は、隣り合う前記燃料電池セル間に配置され、上端部に前記第２の反応ガスを前記燃料電池セルの上端部の上方へ導くための偏流部材を有することから、燃料電池セルの上端部の上方に燃焼に必要な十分な量の第２の反応ガスを供給することができ、セルスタックの温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができる。そのため、燃料電池セルスタック装置の発電効率を向上させることができる。また、燃料電池装置を低出力で作動させた場合においても、失火を抑制することができ、セルスタックの温度を高温に維持することができるため、燃料電池セルスタック装置の発電効率を向上させることができる。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、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、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、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】
【００２０】
【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に示す集電部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部を抜粋して示す斜視図である。
【図３】図１に示す燃料電池セルスタック装置の一部を抜粋して示す側面図である。
【図４】本発明の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の他の一例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図５】（ａ）は本発明の燃料電池セルスタック装置の他の一例の一部を抜粋して示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の平面図である。
【図６】本発明の燃料電池セルスタック装置のさらに他の一例の一部を抜粋して示す側面図である。
【図７】図６に示す燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材を示す斜視図である。
【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斜視図である。
【図１２】従来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）は一部を抜粋して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、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１（以下、セルスタック装置１と略す場合がある。）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。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。
【００２２】
ここで、セルスタック装置１は、内部に第１の反応ガス流路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１２の一方の平坦面上に内側電極層と、固体電解質層９と、外側電極層とをこの順に積層してなるとともに、他方の平坦面のうち外側電極層が形成されていない部位にインターコネクタ１１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、隣り合う燃料電池セル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を備えている。
【００２３】
また、インターコネクタ１１の外面にはＰ型半導体層１４を設けることもできる。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１４は、空気極層１０の外面に設けることもできる。
【００２４】
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、第１の反応ガス流路１３を介して燃料電池セル３に第１の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（図示せず）等の接合材により固定されている。
【００２５】
なお、図１に示すセルスタック装置１においては、燃料電池セル３として、第１の反応ガス流路１３内に水素含有ガス（燃料ガス）を流すとともに、内側電極層として燃料極層８、外側電極層として空気極層１０を設けてなる燃料電池セル３を用いており、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の外側に供給することで、燃料電池セル３が発電している。
【００２６】
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。
【００２７】
このようなセルスタック装置１においては、第１の反応ガス流路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の上端部の上方で燃焼させる構成とすることにより、燃料電池セル３の温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができ、セルスタック装置１の発電効率を向上させている。
【００２８】
セルスタック装置１は、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。
【００２９】
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。
【００３０】
燃料極層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する）とＮｉおよび／またはＮｉＯとから形成することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
空気極層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。
【００３３】
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１１は導電性支持体１２に形成された複数の第１の反応ガス流路１３を流通する燃料ガス、および導電性支持体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。
【００３４】
導電性支持体１２としては、燃料ガスを燃料極層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、導電性支持体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。
【００３５】
なお、燃料電池セル３を作製するにあたり、燃料極層８または固体電解質層９との同時焼成により導電性支持体１２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１２を形成することが好ましい。また、導電性支持体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。
【００３６】
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（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１４の厚みは、一般に、３０〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。
【００３７】
なお、図示はしていないが、固体電解質層９と空気極層１０との間に、固体電解質層９と空気極層１０との接合を強固とするとともに、固体電解質層９の成分と空気極層１０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。
【００３８】
また、図示はしていないが、インターコネクタ１１と導電性支持体１２との間に、インターコネクタ１１と導電性支持体１２との間の熱膨張係数差を軽減する等のために、燃料極層８と類似した組成の密着層を設けることもできる。
【００３９】
図２は図１に示す集電部材を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は一部を抜粋して示す斜視図であり、図３は図１に示す燃料電池セルスタック装置の一部を抜粋して示す側面図である。
【００４０】
図２に示す集電部材４は、隣り合う一方の燃料電池セル３に当接する複数の第１集電片１５と、隣り合う他方の燃料電池セル３に当接する第２集電片１７と、離れて配置される第１集電片１５の一端と第２集電片１７の他端とを接続する第１導電体片１６と、離れて配置される第２集電片１７の一端と他の第１集電片１５の他端とを接続する第２導電体片１８とを基本構成とし、燃料電池セル３の長手方向に連続的に形成して構成されており、その上端部に平板状の偏流部材１９を有する。
【００４１】
偏流部材１９は、最上部にある一方側の第１集電片１６から他方側の第２集電片１７の上方に向けて設けられている。図３においては、偏流部材１９のその一端が最上部にある第１集電片１５に一体的に設けられており、その他端が第２集電片の上方に配置されるように傾けられており、偏流部材１９の上端は燃料電池セル３の上端と同等の高さに位置する。
【００４２】
ここで、図２に示す集電部材４は、第１集電片１５と第２集電片１７とが対向する燃料電池セル３と接触し、第１集電片１５と第２集電片１７とをそれぞれ第１導電体片１６と第２導電体片１８とで接続しており、複数の燃料電池セル３を電気的に接続している。また、第１集電片１５と第２集電片１７とは、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おり、燃料電池セル３間（すなわち、第１集電片１５と第２集電片１７との間の空間）が第２の反応ガス流路（図示せず）となり、燃料電池セル３（空気極層１０）に供給する酸素含有ガス（空気等）が第２の反応ガス流路の下方から上方に流れることとなる。
【００４３】
そして、発電に供されなかった余剰の燃料ガス（以下、燃料オフガスと略す場合がある。）を、発電に供されなかった余剰の酸素含有ガス（以下、酸素含有オフガスと略す場合がある。）を用いて、燃料電池セル３の上端部の上方（より詳しくは燃料電池セル３における上端部側の第１の反応ガス流路１３の出口近傍を示す。以下、燃焼部と略す場合がある。）にて燃焼させ、この燃焼により生じる燃焼熱により、燃料電池セル３が温められることで、効率よく発電を行なうことができる。
【００４４】
ここで、第２のガス流路を流れた酸素含有オフガスの大部分は、集電部材４の上方へ流れやすいため、燃焼部に十分な量の酸素含有オフガスを供給することができないおそれがある。それに伴い、燃料電池セル３の上端部の上方で、燃料オフガスの燃焼が十分に行なわれず、セルスタック２の温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができないおそれがある。
【００４５】
しかしながら、本発明の集電部材４の上端部には、一方の燃料電池セル３（図３においては紙面の左側に位置する燃料電池セル３）の上端部の上方（燃焼部）に酸素含有オフガスを導くための偏流部材１９が接合されている。それにより、第２の反応ガス流路を流れた酸素含有オフガスを偏流部材１９によって効率よく燃焼部に供給することができる。
【００４６】
また、燃料電池装置６０（図９参照）の起動時においても、燃焼部に十分な量の酸素含有オフガスを供給することができ、燃焼が十分に行なわれることで、効率よくセルスタック２を温めることができ、燃料電池セルスタック装置１の発電効率を向上させることができる。
【００４７】
さらに、燃料電池装置を低出力で作動させる場合に、燃料電池セル３に供給される燃料ガス量および酸素含有ガス量が少ないため、失火が生じるおそれがあるが、集電部材４が偏流部材１９を有することにより燃焼部に酸素含有オフガスを十分に供給することができることから、失火を抑制することができる。それにより、セルスタック２の温度を効果的に上昇させるまたは高温に維持することができる。そのため、セルスタック２の発電効率を向上させ、セルスタック装置１の発電効率を向上させることができる。
【００４８】
なお、一方の燃料電池セル３の上端部の上方に向けて偏流部材１９を設ける場合、セルスタック２の配列方向に沿って同じ方向に向けて偏流部材１９を設けることが好ましい。それにより、セルスタック２を構成する燃料電池セル３に均一に酸素含有オフガスを供給することができる。そのため、セルスタック２の発電効率を向上することができ、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。
【００４９】
ここで、燃料電池セル３において発電する部位は、燃料極層８と、固体電解質層９と、空気極層１０とがこの順に積層される部位である（以下、発電部と呼ぶことがある。）。それゆえ、集電部材４のうち燃料電池セル３により発電した電流を効率よく集電するための偏流部材１９以外の部位である集電部の燃料電池セル３の長手方向に沿った長さは、燃料電池セル３における空気極層１０の長手方向の長さと同等が好ましい。このように、発電部と同等の長さの集電部を設けることで、集電効率を下げることなく集電部材４のコストを削減することができる。また、上述した集電部の燃料電池セル３の幅方向に沿った長さは、燃料電池セル３における空気極層１０の幅方向の長さと同等が好ましい。
【００５０】
また、偏流部材１９の幅方向の長さも燃料電池セル３における空気極層１０の幅方向の長さと同等か、それ以上が好ましい。それにより、燃焼部に効率よく酸素含有オフガスを供給することができる。
【００５１】
なお、偏流部材１９の第１集電片１５と接合されてない側（第２集電片１７の上方に配置された側）を燃料電池セル３の上端よりも高い位置に配置してもよい。それにより、燃焼部にさらに酸素含有オフガスを供給することができる。
【００５２】
ここで、集電部は耐熱性および導電性を得るために、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。また、偏流部材１９は、燃料電池セル３を介して隣り合う集電部材４（偏流部材１９）同士が接触して短絡を生じることを抑制するために絶縁性を有することが好ましく、絶縁性セラミックス等からなる部材等の別部材を接合して作製してもよい。また、集電部材４の上端部を加工することにより作製してもよい。この場合においては、偏流部材１９を容易に作製することができる。なお、集電部材４の上端部を加工して偏流部材１９を作成する場合は、偏流部材１９の表面に絶縁性コーディングを施すことが好ましい。
【００５３】
また、集電部材４は、高温な酸化雰囲気に曝されることから耐酸化性のコーティングを施してもよい。それにより、集電部材４の劣化を抑制することができ、セルスタック装置１の発電効率の低下を抑制することができる。
【００５４】
図４は、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）は斜視図、（ｂ）は平面図である。
【００５５】
図４に示す集電部材２０は、隣り合う一方の燃料電池セル３に接触する集電片２２と、隣り合う他方の燃料電池セル３に接触する集電片２３とを形成し、それぞれの集電片２２，２３の端部を接続する接続部２７とを備えた集電体（図示せず）を、燃料電池セル３の長手方向に沿って導電性連結片２４を介して複数接続して集電部（図示せず）が構成されおり、上端部には、平板により作製された偏流部材２１が、最上部に位置する集電片２２，２３と間隔をあけて配置されている。具体的には最上部に位置する集電片２２，２３より上方に突出する接続部２７の上端に、平板状からなる偏流部材２１が第２の反応ガス流路を覆うように接合されている。
【００５６】
集電部材２０は、一方の集電片２２と他方の集電片２３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を電気的に接続している。また、一方の集電片２２と他方の集電片２３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おり、燃料電池セル３間（すなわち、一方の集電片２２と他方の集電片２３との間の空間）が第２の反応ガス流路（図示せず）となる。
【００５７】
ここで、集電部材２０が、集電部材２０の上端部に第２の反応ガス流路を覆うように偏流部材（封止部材）２１を備えているとともに、偏流部材２１の上端が燃料電池セル３の上端よりも高い位置に配置されていることから、第２の反応ガス流路を流れた酸素含有オフガスが、集電部材２０の上方に流れることを抑制し、最上部に位置する集電片２２，２３と偏流部材２１との間から十分な量の酸素含有オフガスを燃焼部に向けて供給することができる。
【００５８】
それにより、燃焼を十分に行なうことができ、セルスタック２の温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができる。そのため、セルスタック２の発電効率を向上させることができ、セルスタック装置１の発電効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、偏流部材（封止部材）２１は第２の反応ガス流路を覆うように設ければよく、最上部に位置する集電片２２，２３を平板にて接合し設けてもよい。その場合においても、接合された集電片２２，２３と隣り合う集電片２２，２３との間から十分な量の酸素含有オフガスを燃焼部に向けて供給することができる。
【００６０】
また、偏流部材（封止部材）２１として、着脱可能な蓋部材（図示せず）を設けてもよい。その場合においても、燃焼部に酸素含有オフガスを供給できるとともに、蓋部材が劣化した場合に、集電部材２０を交換することなく、蓋部材のみ交換することができる。
【００６１】
図５における（ａ）は本発明の燃料電池セルスタック装置の他の一例の一部を抜粋して示す側面図、（ｂ）は（ａ）の燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材の平面図である。
【００６２】
集電部材２５は、燃料電池セル３の配列方向に沿った側面から見るとＹ字形状の平板からなる偏流部材２６を有している。偏流部材２６は、下端部が集電部の最上部にある接続部２７の上端に接合されて設けられており、その上端は燃料電池セル３の上端より高い位置に配置されている。それにより、第２の反応ガス流路を流れた酸素含有オフガスは、偏流部材２６に沿って隣り合う燃料電池セル３におけるそれぞれの燃焼部にさらに効率よく流れることとなる。そのため、十分な量の酸素含有オフガスを燃焼部に供給することができ、燃焼による十分な燃焼熱を得ることができる。
【００６３】
さらに、偏流部材２６の上端が燃料電池セル３の上端よりも高い位置に配置されていることから、酸素含有オフガスをより燃焼部に向けて供給することができ、発電効率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。
【００６４】
図６は本発明の燃料電池セルスタック装置のさらに他の一例の一部を抜粋して示す側面図であり、図７は、図６に示す燃料電池セルスタック装置を構成する集電部材を示す斜視図である。
【００６５】
集電部材３０は、集電部の上端に平板からなる偏流部材３１が設けられている。偏流部材３１は、隣り合うそれぞれの燃料電池セル３に向けて延びる延伸部３１ａを備えており、燃料電池セル３の配列方向に沿った側面から見るとＴ字形状を有している。そして偏流部材３１の下端部が集電部の最上部にある接続部２７の上端と接合されている。さらに、偏流部材３１は、延伸部３１ａの一部が燃料電池セル３の上端部の上方を覆うように設けられている。そのため、さらにそれぞれの燃料電池セル３の上端部の上方（燃焼部）に効率よく酸素含有オフガスを供給している。それにより、セルスタックの温度を効率よく上昇させるまたは高温に維持することができ、セルスタック装置１の発電効率を向上させることができる。
【００６６】
なお、燃料電池セル３の上端部の上方を覆う延伸部３１ａの長さは適宜設定すればよいが、導電性の部材を用いて偏流部材３１（延伸部３１ａ）を設けた場合、燃料電池セル３を介して隣り合う集電部材３０のそれぞれの偏流部材３１同士が接触しないようにするのが好ましい。それにより、集電部材３１が接触して短絡することを抑制でき、発電効率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。
【００６７】
なお、延伸部３１ａは、燃料電池セル３の上端部の上方に向けて延びる部位であり、燃料電池セル３の上端部の上方（燃焼部）を覆わなくてもよい。そのような場合においても、燃焼部に十分な量の酸素含有オフガスを供給することができる。
【００６８】
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４１の内部に、本発明のセルスタック装置４７を収納して構成されている。
【００６９】
なお、燃料電池セル４２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４５をセルスタック４４の上方に配置している。そして、改質器４５で生成された燃料ガスは、ガス流通管４６を介してマニホールド４３に供給され、マニホールド４３を介して燃料電池セル４２の内部に設けられた第１の反応ガス流路（図示せず）に供給される。
【００７０】
なお、図８においては、収納容器４１の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置４７および改質器４５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４０においては、セルスタック装置４７を、収納容器４１内にスライドして収納することが可能である。
【００７１】
また収納容器４１の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材４８は、図８においてはマニホールド４２に並置されたセルスタック４４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４２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４２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４２の第1の反応ガス流路（図示せず）より排出される燃料オフガスを燃料電池セル４２の上端部の上方で燃焼させることにより、セルスタック４４の温度を効果的に上昇させることができ、燃料電池セルスタック装置４７の起動を早めることができる。また、燃料電池セル４２の上端部の上方にて、燃料電池セル４２の第１の反応ガス流路から排出される燃料オフガスを燃焼させることにより、セルスタック４４の上方に配置された改質器４５を温めることができる。それにより、改質器４５で効率よく改質反応を行うことができる。
【００７２】
このような燃料電池モジュール４０においては、上述したように、発電効率が向上したセルスタック装置１を収納容器４１に収納して構成されることにより、発電効率が向上した燃料電池モジュール４０とすることができる。
【００７３】
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４０と、燃料電池モジュール４０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。
【００７４】
図９に示す燃料電池装置５０は、支柱５６と外装板５７から構成される外装ケース内を仕切板５８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４０を収納するモジュール収納室５４とし、下方側を燃料電池モジュール４０を動作させるための補機を収納する補機収納室５３として構成されている。なお、補機収納室５３に収納する補機を省略して示している。
【００７５】
また、仕切板５８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５１が設けられており、モジュール収納室５４を構成する外装板５７の一部に、モジュール収納室５４内の空気を排気するための排気口５２が設けられている。
【００７６】
このような燃料電池装置５０においては、上述したように、発電効率が向上した燃料電池モジュール４０をモジュール収納室５４に収納し、燃料電池モジュール４０を動作させるための補機を補機収納室５３に収納して構成されることにより、発電効率が向上した燃料電池装置５０とすることができる。
【００７７】
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。
【００７８】
例えば、上述したセルスタック装置１においては、燃料電池セル３の第１の反応ガス流路１３に燃料ガスを供給し、第２の反応ガス流路に酸素含有ガスを供給する例を示したが、反応ガス流路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、内側電極層を空気極層１０とし、外側電極層を燃料極層８とする構成の燃料電池セル３とすればよい。
【００７９】
また、集電部材における集電部は、集電部材内に第２の反応ガス流路を有するものであればその形状は限定されない。同様に、偏流部材は、第２の反応ガスを燃焼部に向けて流すように集電部材に設ければよく、その形状は限定されない。例えば、燃焼部に向けた管を集電部材の上端部に接合してもよく、着脱可能な蓋部材を集電部材の上端部に設けてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１，４７，６１：燃料電池セルスタック装置
２，４４，６２：燃料電池セルスタック
３，４２，６３：燃料電池セル
４，２０，２５，３０，６４，８０，８５：集電部材
７，４３，６７：マニホールド
１９，２１，２６，３１：偏流部材
３１ａ：延伸部
４０：燃料電池モジュール
５０：燃料電池装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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