(57)【要約】【課題】振動による不具合を減少させることのできるセルスタック装置を提供する。【解決手段】セルスタック装置１００は、複数の燃料電池セル１と、マニホールド２と、第１連結部材３とを備えている。各燃料電池セル１は、複数のガス流路を有する。マニホールド２は、各燃料電池セル１の基端部を支持する。第１連結部材３は、各燃料電池セル１の先端面上において各燃料電池セル１の幅方向の第１端部に配置されている。また、第１連結部材３は、各燃料電池セル１を連結する。【選択図】図１
2019050125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が複数のガス流路を有する複数の燃料電池セルと、
前記各燃料電池セルの基端部を支持するマニホールドと、
前記各燃料電池セルの先端面上において前記各燃料電池セルの幅方向の第１端部に配置され、前記各燃料電池セルを連結する第１連結部材と、
を備える、セルスタック装置。
【請求項２】
前記各燃料電池セルの先端面上において前記各燃料電池セルの幅方向の第２端部に配置され、前記各燃料電池セルを連結する第２連結部材をさらに備える、
請求項１に記載のセルスタック装置。
【請求項３】
前記第１連結部材と前記第２連結部材とを連結する少なくとも１つの中間部材をさらに備える、
請求項２に記載のセルスタック装置。
【請求項４】
前記中間部材は、隣接する燃料電池セルの主面に沿って延びる、
請求項３に記載のセルスタック装置。
【請求項５】
一対の前記燃料電池セルの間において、前記第１連結部材と前記第２連結部材とを連結する仕切部材をさらに備え、
前記仕切部材は、貫通孔を有する、
請求項２に記載のセルスタック装置。
【請求項６】
前記第１連結部材は、複数の係合凹部を有し、
前記各燃料電池セルの先端部は、前記係合凹部に係合する、
請求項１から５のいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項７】
前記各燃料電池セルの先端部は、配列方向において、前記係合凹部よりも小さい寸法を有する、
請求項６に記載のセルスタック装置。
【請求項８】
前記第１連結部材は、
前記複数の燃料電池セルの配列方向に沿って延びる連結本体部と、
前記連結本体部から下方に突出し、前記配列方向において互いに間隔をあけて配置される複数の弾性部と、
を有し、
前記各燃料電池セルの先端部は、隣り合う一対の前記弾性部の間に挿入される、
請求項１から５のいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項９】
前記マニホールド及び前記複数の燃料電池セルを収容する筐体をさらに備え、
前記第１連結部材は、前記筐体に向かって延びる、
請求項１から８のいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項１０】
前記マニホールド及び前記複数の燃料電池セルを収容する筐体と、
前記筐体と前記第１連結部材との間に配置され、前記筐体に支持される充填部材と、
をさらに備える、
請求項１から８のいずれかに記載のセルスタック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セルスタック装置は、マニホールドと、複数の燃料電池セルとを備えている（特許文献１）。各燃料電池セルは、基端部がマニホールドに支持されている。詳細には、マニホールドの天板に形成された貫通孔内に燃料電池セルの基端部が挿入されており、燃料電池セルの基端部と天板部とが接合材によって接合されている。このように、各燃料電池セルは、マニホールドから上方に延びており、各燃料電池セルの先端は自由端となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような構成のセルスタック装置が振動を受けると、燃料電池セルとマニホールドとの接合部に不具合が生じるおそれがある。そこで、本発明は、振動による不具合を減少させることのできるセルスタック装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある側面に係るセルスタック装置は、複数の燃料電池セルと、マニホールドと、第１連結部材とを備えている。各燃料電池セルは、複数のガス流路を有する。マニホールドは、各燃料電池セルの基端部を支持する。第１連結部材は、各燃料電池セルの先端面上において各燃料電池セルの幅方向の第１端部に配置されている。また、第１連結部材は、各燃料電池セルを連結する。
【０００６】
この構成によれば、各燃料電池セルの先端部が第１連結部材によって互い連結されているため、各燃料電池セルの振動を低減することができる。この結果、セルスタック装置に対する振動による不具合を減少させることができる。
【０００７】
好ましくは、セルスタック装置は、第２連結部材をさらに備えている。第２連結部材は、各燃料電池セルの先端面上において各燃料電池セルの幅方向の第２端部に配置されている。また、第２連結部材は、各燃料電池セルを連結する。この構成によれば、第１連結部材で各燃料電池セルの幅方向の第１端部同士を連結し、第２連結部材で各燃料電池セルの幅方向の第２端部同士を連結する。このため、各燃料電池セルの振動をより低減することができる。
【０００８】
好ましくは、セルスタック装置は、第１連結部材と第２連結部材とを連結する少なくとも１つの中間部材をさらに備える。
【０００９】
好ましくは、中間部材は、隣接する燃料電池セルの主面に沿って延びる。この構成によれば、中間部材によって、各燃料電池セルの振動をより低減させることができる。
【００１０】
好ましくは、第１連結部材は、複数の係合凹部を有する。各燃料電池セルの先端部は、係合凹部に係合する。
【００１１】
好ましくは、各燃料電池セルの先端部は、配列方向において、前記係合凹部よりも小さい寸法を有する。この構成によれば、燃料電池セルの先端部の位置が設計値と多少異なっていても、各燃料電池セルの先端部を係合凹部に挿入することができる。
【００１２】
好ましくは、第１連結部材は、連結本体部と、複数の弾性部とを有している。連結本体部は、複数の燃料電池セルの配列方向に沿って延びる。各弾性部は、連結本体部から下方に突出している。また、各弾性部は、配列方向において互いに間隔をあけて配置される。各燃料電池セルの先端部は、隣り合う一対の弾性部の間に挿入される。
【００１３】
この構成によれば、燃料電池セルの先端部の位置が設計値と多少異なっていても、弾性部が変形するため、各燃料電池セルの先端部を一対の弾性部の間に容易に挿入することができる。
【００１４】
好ましくは、セルスタック装置は、マニホールド及び複数の燃料電池セルを収容する筐体をさらに備える。第１連結部材は、筐体に向かって延びる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、振動による不具合を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】セルスタック装置の斜視図。
【図２】セルスタック装置の断面図。
【図３】燃料電池セルの斜視図。
【図４】燃料電池セルの断面図。
【図５】セルスタック装置の拡大断面図。
【図６】第１及び第２連結部材と燃料電池セルとの位置関係を示す平面図。
【図７】第１連結部材の斜視図。
【図８】変形例に係るセルスタック装置の斜視図。
【図９】変形例に係る第１及び第２連結部材と燃料電池セルとの位置関係を示す平面図。
【図１０】変形例に係る第１及び第２連結部材と燃料電池セルとの位置関係を示す平面図。
【図１１】変形例に係る第１及び第２連結部材の側面図。
【図１２】変形例に係る第１及び第２連結部材と燃料電池セルと筐体との位置関係を示す平面図。
【図１３】変形例に係るセルスタック装置の斜視図。
【図１４】変形例に係るセルスタック装置の仕切部材を示す平面図。
【図１５】変形例に係るセルスタック装置の仕切部材を示す平面図。
【図１６】変形例に係るセルスタック装置の充填部材を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［セルスタック装置］
以下、本発明に係るセルスタック装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１及び図２に示すように、セルスタック装置１００は、複数の燃料電池セル１と、マニホールド２と、第１連結部材３、第２連結部材４、及び筐体５を備えている。
【００１８】
［マニホールド］
マニホールド２は、各燃料電池セル１にガスを分配するように構成されている。マニホールド２は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド２の内部空間には、導入管２０１を介して燃料ガスなどのガスが供給される。マニホールド２は、この内部空間と外部とを連通する複数の貫通孔２７を有している。
【００１９】
マニホールド２は、各燃料電池セル１を支持している。詳細には、マニホールド２は、各燃料電池セル１の基端部を支持している。マニホールド２は、底板２１、側板２２、及び天板２３を有している。また、マニホールド２は、フランジ部２４をさらに有している。
【００２０】
底板２１は、略矩形状である。側板２２は、底板２１の外周縁部から上方に延びている。底板２１と側板２２とは、１つの部材によって形成されている。この底板２１及び側板２２は、マニホールド本体２０を構成している。フランジ部２４は、側板２２の上端部から外方に延びている。このフランジ部２４は、底板２１及び側板２２と１つの部材によって形成されている。
【００２１】
天板２３は、マニホールド本体２０の開口上面を塞ぐように配置されている。詳細には、天板２３は、フランジ部２４に接合されている。天板２３とフランジ部２４とは、例えば、溶接又は接合材などによって互いに接合される。導入管２０１は、側板２２又は天板２３に取り付けられている。
【００２２】
天板２３は、各燃料電池セル１が取り付けられるように構成されている。詳細には、天板２３は、複数の貫通孔２７を有している。各貫通孔２７は、マニホールド２の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各貫通孔２７は、マニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。
【００２３】
例えば、マニホールド２は、耐熱性を有するような金属あるいは絶縁性セラミックスによって形成される。より具体的には、マニホールド２は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、Ｎｉ基合金、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）、及び２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。
【００２４】
［燃料電池セル］
各燃料電池セル１は、マニホールド２から上方に延びている。詳細には、各燃料電池セル１は、マニホールド２の天板２３から上方に延びている。燃料電池セル１の基端部は、貫通孔２７内に挿入されている。なお、本実施形態では、燃料電池セル１の基端部は、下端部と同義である。また、燃料電池セル１の先端部は、上端部と同義である。燃料電池セル１の基端部は、天板２３から下方に突出していてもよい。燃料電池セルの長手方向（ｘ軸方向）の長さは、例えば、１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。
【００２５】
各燃料電池セル１の基端部は、第１接合材１０１によって、マニホールド２に固定されている。第１接合材１０１は、燃料電池セル１の基端部とマニホールド２の天板２３とを接合している。詳細には、第１接合材１０１は、燃料電池セル１の下端部と天板２３との隙間を塞ぐように配置されている。
【００２６】
第１接合材１０１は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、第３接合材１０３の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第３接合材１０３は、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
【００２７】
各燃料電池セル１は、配列方向（ｚ軸方向）に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。なお、各燃料電池セル１は、配列方向に沿って、等間隔に配置されていることが好ましいが、等間隔に配置されていなくてもよい。
【００２８】
図３に示すように、各燃料電池セル１は、複数のガス流路１２１を有している。ガス流路１２１は、燃料電池セル１の長手方向（ｘ軸方向）に沿って延びている。具体的には、ガス流路１２１は、上下方向に延びている。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１の基端面及び先端面において開口している。すなわち、各ガス流路１２１は、燃料電池セル１の基端面から先端面まで延びている。
【００２９】
燃料電池セル１は、複数の発電素子部１１と、支持基板１２とを備えている。
【００３０】
［支持基板］
支持基板１２は、マニホールド２から上方に延びている。すなわち、支持基板１２は、上下方向に延びている。支持基板１２は、上述した複数のガス流路１２１を内部に有している。支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル１の長手方向と同じ方向である。
【００３１】
図４に示すように、支持基板１２は、複数の第１凹部１２３を有している。各第１凹部１２３は、支持基板１２の両面に形成されている。各第１凹部１２３は支持基板１２の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。
【００３２】
支持基板１２は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板１２は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板１２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ２Ｏ４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板１２の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００３３】
［発電素子部］
各発電素子部１１は、支持基板１２の両面に支持されている。なお、各発電素子部１１は、支持基板１２の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部１１は、燃料電池セル１の長手方向（ｘ軸方向）において、配列されている。すなわち、各発電素子部１１は、上下方向に配列されている。本実施形態に係る燃料電池セル１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。
【００３４】
各発電素子部１１は、発電素子本体部１１０と、電気的接続部１１１と、を有している。発電素子本体部１１０は、燃料極１３、電解質１４、及び空気極１５を有している。また、各発電素子部１１は、反応防止膜１６をさらに有している。燃料極１３は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。燃料極１３は、燃料極集電部１３１と燃料極活性部１３２とを有する。
【００３５】
燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に配置されている。詳細には、燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に充填されており、第１凹部１２３と同様の外形を有する。各燃料極集電部１３１は、第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂを有している。燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に充填されている。
【００３６】
燃料極集電部１３１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部１３１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ２Ｏ３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部１３１の厚さ、並びに第１凹部１２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。
【００３７】
燃料極活性部１３２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部１３２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部１３２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００３８】
電解質１４は、燃料極１３上を覆うように配置されている。詳細には、電解質１４は、隣り合うインターコネクタ１１２間を長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル１の長手方向において、電解質１４とインターコネクタ１１２とが交互に配置されている。
【００３９】
電解質１４は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料から構成される焼成体である。電解質１４は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質１４は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質１４の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００４０】
反応防止膜１６は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜１６は、電解質１４と空気極１５との間に配置されている。反応防止膜１６は、電解質１４内のＹＳＺと空気極１５内のＳｒとが反応して電解質１４と空気極１５との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。
【００４１】
反応防止膜１６は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜１６は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１６の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。
【００４２】
空気極１５は、空気極活性部１５１と、空気極集電部１５２とを有している。空気極活性部１５１は、反応防止膜１６上に配置されている。空気極活性部１５１は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。空気極活性部１５１は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極活性部１５１は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極活性部１５１は、ＬＳＣＦから構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極活性部１５１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４３】
空気極集電部１５２は、空気極活性部１５１上に配置されている。空気極集電部１５２は、空気極活性部１５１上から隣の発電素子部１１に向かって延びている。詳細には、空気極集電部１５２は、隣の発電素子部１１の電気的接続部１１１であるインターコネクタ１１２まで延びている。空気極集電部１５２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。
【００４４】
空気極集電部１５２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電部１５２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電部１５２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部１５２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００４５】
各発電素子部１１のうち、最も下方に配置される下側発電素子部１１ａを除いた残りの発電素子部１１は、電気的接続部１１１としてインターコネクタ１１２を有している。インターコネクタ１１２は、隣り合う発電素子本体部１１０同士を互いに電気的に接続するように構成されている。
【００４６】
インターコネクタ１１２は、第３凹部１３１ｂ内に配置されている。詳細には、インターコネクタ１１２は、第３凹部１３１ｂ内に埋設（充填）されている。インターコネクタ１１２は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ１１２は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ１１２は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ１１２の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００４７】
図５に示すように、各発電素子部１１のうち、最も下方に配置される下側発電素子部１１ａは、発電素子本体部１１０と、電気的接続部１１１とを有している。なお、支持基板１２の両面に発電素子部１１が配置されている場合、支持基板１２の両面のそれぞれに下側発電素子部１１ａが配置されている。電気的接続部１１１は、発電素子本体部１１０と電気的に接続している。また、電気的接続部１１１は、発電素子本体部１１０から下方に延びている。この下側発電素子部１１ａの電気的接続部１１１は、第１接続部１１３と、第２接続部１１４とを有している。
【００４８】
第１接続部１１３は、上述したインターコネクタ１１２と同様の構成を有している。すなわち、第１接続部１１３は、燃料極集電部１３１の第３凹部１３１ｂ内に配置されている。第１接続部１１３は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される。第１接続部１１３は、上述したインターコネクタ１１２の材料のいずれかで形成することができる。
【００４９】
第２接続部１１４は、上述した空気極集電部１５２の材料のいずれかで形成することができる。第２接続部１１４は、第１接続部１１３と電気的に接続されている。また、第２接続部１１４は、第１接続部１１３から下方に延びている。
【００５０】
燃料電池セル１の基端部は、緻密膜１８によって覆われている。詳細には、緻密膜１８は、支持基板１２を覆っている。緻密膜１８は、第２接続部１１４と支持基板１２との間から下方に延びている。
【００５１】
緻密膜１８は、緻密膜１８の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜１８の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。このガスシール機能を発揮するため、この緻密膜１８の気孔率は、例えば、１０％以下である。また、緻密膜１８は、絶縁性セラミックスで構成されている。
【００５２】
具体的には、緻密膜１８は、上述した電解質１４と反応防止膜１６とによって構成することができる。緻密膜１８を構成する電解質１４は、支持基板１２を覆っており、第１接続部１１３から支持基板１２の下端近傍まで延びている。また、緻密膜１８を構成する反応防止膜１６は、電解質１４と第２接続部１１４との間に配置されている。なお、緻密膜１８は、電解質１４のみで構成されていてもよいし、電解質１４及び反応防止膜１６以外の材料によって構成されていてもよい。
【００５３】
［集電部材］
図２に示すように、各燃料電池セル１は、集電部材６を介して互いに電気的に接続されている。集電部材６は、各燃料電池セル１の間に配置されており、隣り合う各燃料電池セル１を電気的に接続している。集電部材６は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、集電部材６は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。なお、集電部材６は、第２接合材１０２によって各燃料電池セル１に接合されている。第２接合材１０２は、例えば、例えば、（Ｍｎ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｌａ，Ｓｒ）ＭｎＯ３、及び（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３などから選ばれる少なくとも１種である。
【００５４】
［表裏接続部材］
各燃料電池セル１において、支持基板１２の一方面に形成された発電素子部１１と、支持基板１２の他方面に形成された発電素子部１１とは、表裏接続部材７によって電気的に接続されている。詳細には、表裏接続部材７は、支持基板１２の一方面及び他方面のそれぞれにおいて最も上方に配置される各発電素子部１１同士を電気的に接続している。
【００５５】
［第１及び第２連結部材］
図６に示すように、第１連結部材３は、燃料電池セル１の配列方向（ｚ軸方向）に延びている。第１連結部材３は、各燃料電池セル１の先端面上に配置されている。また、第１連結部材３は、各燃料電池セル１の幅方向の第１端部に配置されている。具体的には、第１連結部材３は、ガス流路１２１の開口面と重ならないように配置されている。
【００５６】
図７に示すように、第１連結部材３は、各燃料電池セル１の先端部を互いに連結するように構成されている。詳細には、第１連結部材３は、連結本体部３１と、複数の弾性部３２とを有している。
【００５７】
連結本体部３１は、板状である。連結本体部３１は、各燃料電池セル１の配列方向（ｚ軸方向）に沿って延びている。連結本体部３１は、各燃料電池セル１の先端面上に配置されている。
【００５８】
各弾性部３２は、連結本体部３１から下方に突出している。各弾性部３２は、連結本体部３１の長手方向に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。なお、各弾性部３２の間隔は、燃料電池セル１の厚さと同じ程度である。各弾性部３２は、連結本体部３１の長手方向において、弾性を有している。各弾性部３２は、例えば、Ｕ字状に折り曲げられた金属板、又は、無機材料によって形成されている。より具体的には、各弾性部３２は、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金等の金属材料又はマイカ、バーミキュライト等の無機材料などによって形成される。
【００５９】
図１に示すように、隣り合う一対の弾性部３２の間に、各燃料電池セル１の先端部が挿入される。このように、第１連結部材３が各燃料電池セル１の先端部を挟むことで、各燃料電池セル１は互いに連結される。
【００６０】
図６に示すように、第２連結部材４は、燃料電池セル１の配列方向（ｚ軸方向）に延びている。第２連結部材４は、各燃料電池セル１の先端面上に配置されている。また、第２連結部材４は、各燃料電池セル１の幅方向の第２端部に配置されている。具体的には、第２連結部材４は、ガス流路１２１の開口面と重ならないように配置されている。第２連結部材４は、第１連結部材３と基本的に同じ構成であるため、詳細な説明を省略する。
【００６１】
［筐体］
筐体５は、複数の燃料電池セル１、マニホールド２、第１連結部材３、及び第２連結部材４などを収容している。筐体５は、例えば、金属材料から構成されている。より具体的には、筐体５は、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、又はＮｉ基合金などによって構成されている。
【００６２】
［発電方法］
以上のように構成されたセルスタック装置１００は、次のようにして発電する。マニホールド２を介して各燃料電池セル１のガス流路１２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板１２の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質１４の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。このセルスタック装置１００を外部の負荷に接続すると、空気極１５において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極１３において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００６３】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６４】
変形例１
上記実施形態では、燃料極集電部１３１が第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂを有しているが、燃料極集電部１３１の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部１３１は第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂなどの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部１３２は、燃料極集電部１３１上に形成されており、燃料極集電部１３１に埋設されていない。また、インターコネクタ１１２及び第１接続部１１３は、燃料極集電部１３１上に形成されており、燃料極集電部１３１に埋設されていない。
【００６５】
変形例２
図８及び図９に示すように、第１連結部材３と第２連結部材４は、複数の中間部材８によって互いに連結されていてもよい。一対の中間部材８は、燃料電池セル１の幅方向に延びている。一方の中間部材８は、第１連結部材３及び第２連結部材４の一方の端部同士を連結している。他方の中間部材８は、第１連結部材３及び第２連結部材４の他方の端部同士を連結している。第１連結部材３、第２連結部材４、及び各中間部材８は、それぞれ別の部材によって形成されていてもよいし、一つの部材によって形成されていてもよい。
【００６６】
また、図１０に示すように、各中間部材８は、各燃料電池セル１の主面毎に配置されていてもよい。すなわち、各中間部材８は、各燃料電池セル１の表面と裏面とのそれぞれに沿って延びている。各中間部材８は、板状である。各中間部材８は、各燃料電池セル１の主面と対向するように配置されている。
【００６７】
各中間部材８は、金属製である。中間部材８を構成する金属の熱伝導率は、支持基板１２を構成する材料の熱伝導率よりも高い。中間部材８は、例えば、耐熱性のＦｅ基合金（ステンレス鋼）、Ｆｅ−Ｎｉ基合金、Ｎｉ基合金、又はＣｏ基合金等で構成される。燃焼により高温に長時間曝されることから、中間部材８を構成する材料は、酸化被膜として酸化クロムを主成分とする膜や酸化アルミニウムを主成分とする膜を形成する金属材料が好ましく、さらに好ましくは高い耐酸化性を有する酸化アルミニウムを主成分とする膜を形成する金属材料が好ましい。なお、主成分とは、全体の５０質量％以上であることを意味する。
【００６８】
変形例３
上記実施形態では、第１連結部材３は、一対の弾性部３２によって燃料電池セル１を挟んでいたが、第１連結部材３の構成はこれに限定されない。例えば、図１１に示すように、第１連結部材３は、複数の係合凹部３３を有していてもよい。各係合凹部３３は、各燃料電池セル１の配列方向（ｚ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。各燃料電池セル１の先端部は、各係合凹部３３に挿入される。なお、配列方向（ｚ軸方向）において、各燃料電池セル１の先端部は、係合凹部３３よりも小さい寸法を有している。このため、各燃料電池セル１の先端部と、係合凹部３３の内壁面との間に隙間が形成されている。なお、第２連結部材４も同様に上記構成に限定されない。
【００６９】
変形例４
図１２に示すように、第１連結部材３及び第２連結部材４は、筐体５に向かって延びていてもよい。具体的には、第１連結部材３及び第２連結部材４は、配列方向（ｚ軸方向）において、両端に配置された各燃料電池セル１を越えて筐体５まで延びている。そして、第１連結部材３及び第２連結部材４の各両端は、筐体５と接触している。なお、第１連結部材３及び第２連結部材４の各両端は、筐体５と間隔をあけていてもよい。
【００７０】
変形例５
上記実施形態では、１つの第１連結部材３と１つの第２連結部材４とによって、複数の燃料電池セル１を連結していたが、セルスタック装置１００の構成はこれに限定されない。例えば、図１３に示すように、セルスタック装置１００は複数の第１連結部材３を備えていてもよい。そして、複数の第１連結部材３のそれぞれが、複数の燃料電池セル１を連結していてもよい。なお、各第１連結部材３の連結する燃料電池セル１の数は、互いに異なっていてもよい。なお、第２連結部材４も同様である。
【００７１】
変形例６
図１４に示すように、セルスタック装置１００は、仕切部材９をさらに備えていてもよい。仕切部材９は、第１連結部材３と第２連結部材４との間を延びている。仕切部材９は、一対の燃料電池セル１の間において、第１連結部材３と第２連結部材４とを連結している。仕切部材９は、貫通孔９１を有している。貫通孔９１は、例えば、平面視が矩形状である。この貫通孔９１を介して、燃料電池セル１の間を流れる空気が上方に排出される。なお、仕切部材９は、例えば、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、ニッケル基合金等の金属材料、又はマイカ、バーミキュライト等の無機材料などによって形成することができる。
【００７２】
この構成によれば、仕切部材９が各燃料電池セル１の先端部と発電素子部１１とを隔てている。このため、各燃料電池セル１の先端部から外部に排出された燃料ガスが燃焼した場合であっても、その燃焼熱によって発電素子部１１にクラックが生じることを抑制することができる。なお、仕切部材９の上面又は下面に断熱層が配置されていてもよい。断熱層は、仕切部材９よりも熱伝導率が低い。例えば、断熱層は、アルミナファイバ、アルミナシリカ系ファイバ、アルカリ土類金属含有セラミックファイバ、または非晶質セラミックファイバ等の無機材料によって形成することができる。
【００７３】
なお、仕切部材９の貫通孔９１の形状及び数などは特に限定されず、例えば、図１５に示すように、仕切部材９は、複数の貫通孔９１を有していてもよい。そして、各貫通孔９１は、平面視が円形状であってもよい。
【００７４】
変形例７
図１６に示すように、セルスタック装置１００は、充填部材３０をさらに備えていてもよい。充填部材３０は、筐体５と第１連結部材３との間に配置されている。また、別の充填部材３０が筐体５と第２連結部材４との間に配置されていてもよい。充填部材３０は、筐体５に支持されている。なお、第１連結部材３と第２連結部材４とは、上述した中間部材８によって連結されていることが好ましい。
【００７５】
充填部材３０は、弾性を有する材料によって形成されていることが好ましい。例えば、充填部材３０は、アルミナファイバ、アルミナシリカ系ファイバ、アルカリ土類金属含有セラミックファイバ、又は非晶質セラミックファイバなどによって形成することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１    燃料電池セル
１２１    ガス流路
２    マニホールド
３    第１連結部材
３１    連結本体部
３２    弾性部
４    第２連結部材
【図１】
2019050125.tif 000003
【図２】
2019050125.tif 000004
【図３】
2019050125.tif 000005
【図４】
2019050125.tif 000006
【図５】
2019050125.tif 000007
【図６】
2019050125.tif 000008
【図７】
2019050125.tif 000009
【図８】
2019050125.tif 000010
【図９】
2019050125.tif 000011
【図１０】
2019050125.tif 000012
【図１１】
2019050125.tif 000013
【図１２】
2019050125.tif 000014
【図１３】
2019050125.tif 000015
【図１４】
2019050125.tif 000016
【図１５】
2019050125.tif 000017
【図１６】
2019050125.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月19日(2018.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が複数のガス流路を有する複数の燃料電池セルと、
前記各燃料電池セルの基端部を支持するマニホールドと、
前記各燃料電池セルの先端面上において前記各燃料電池セルの幅方向の第１端部に配置され、前記各燃料電池セルを連結する第１連結部材と、
前記各燃料電池セルの先端面上において前記各燃料電池セルの幅方向の第２端部に配置され、前記各燃料電池セルを連結する第２連結部材と、
一対の前記燃料電池セルの間において、前記第１連結部材と前記第２連結部材とを連結する仕切部材と、
を備え、
前記仕切部材は、貫通孔を有する、
セルスタック装置。
【請求項２】
前記第１連結部材と前記第２連結部材とを連結する少なくとも１つの中間部材をさらに備える、
請求項１に記載のセルスタック装置。
【請求項３】
前記中間部材は、隣接する燃料電池セルの主面に沿って延びる、
請求項２に記載のセルスタック装置。
【請求項４】
前記第１連結部材は、複数の係合凹部を有し、
前記各燃料電池セルの先端部は、前記係合凹部に係合する、
請求項１から３のいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項５】
前記各燃料電池セルの先端部は、配列方向において、前記係合凹部よりも小さい寸法を有する、
請求項４に記載のセルスタック装置。
【請求項６】
前記第１連結部材は、
前記複数の燃料電池セルの配列方向に沿って延びる連結本体部と、
前記連結本体部から下方に突出し、前記配列方向において互いに間隔をあけて配置される複数の弾性部と、
を有し、
前記各燃料電池セルの先端部は、隣り合う一対の前記弾性部の間に挿入される、
請求項１から３のいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項７】
前記マニホールド及び前記複数の燃料電池セルを収容する筐体をさらに備え、
前記第１連結部材は、前記筐体に向かって延びる、
請求項１から６のいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項８】
前記マニホールド及び前記複数の燃料電池セルを収容する筐体と、
前記筐体と前記第１連結部材との間に配置され、前記筐体に支持される充填部材と、
をさらに備える、
請求項１から６のいずれかに記載のセルスタック装置。
【請求項９】
各々が複数のガス流路を有する複数の燃料電池セルと、
前記各燃料電池セルの基端部を支持するマニホールドと、
前記各燃料電池セルの先端面上において前記各燃料電池セルの幅方向の第１端部に配置され、前記各燃料電池セルを連結する第１連結部材と、
を備え、
前記第１連結部材は、
前記複数の燃料電池セルの配列方向に沿って延びる連結本体部と、
前記連結本体部から下方に突出し、前記配列方向において互いに間隔をあけて配置される複数の弾性部と、
を有し、
前記各燃料電池セルの先端部は、隣り合う一対の前記弾性部の間に挿入される、
セルスタック装置。
【請求項１０】
各々が複数のガス流路を有する複数の燃料電池セルと、
前記各燃料電池セルの基端部を支持するマニホールドと、
前記各燃料電池セルの先端面上において前記各燃料電池セルの幅方向の第１端部に配置され、前記各燃料電池セルを連結する第１連結部材と、
前記マニホールド及び前記複数の燃料電池セルを収容する筐体と、
を備え、
前記第１連結部材は、前記筐体に向かって延びる、
セルスタック装置。