特許 5971517 固体酸化物型燃料電池装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5971517

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】固体酸化物型燃料電池装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/24 20160101AFI20160804BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20160804BHJP

   H01M 8/2485 20160101ALI20160804BHJP

   H01M 8/0271 20160101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 Z

   H01M8/12

   H01M8/24 S

   H01M8/02 S

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-74494(P2012-74494)

(22)【出願日】2012年3月28日

(65)【公開番号】特開2013-206712(P2013-206712A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年3月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010087

【氏名又は名称】ＴＯＴＯ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100140486

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 徹

(72)【発明者】

【氏名】西願 修一郎

(72)【発明者】

【氏名】太田 真登

(72)【発明者】

【氏名】小林 千尋

(72)【発明者】

【氏名】川上 晃

【審査官】 佐藤 知絵

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５１１９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１６２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５０６６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−４７６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５１９１１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／０２７１

Ｈ０１Ｍ ８／１２

Ｈ０１Ｍ ８／２４８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガス又は酸化剤ガスの一方のガスを燃料電池セルの内側電極に供給し、燃料ガス又は酸化剤ガスの他方のガスを燃料電池セルの外側電極に供給して、内側電極、外側電極、及び内側電極と外側電極との間に配置した電解質層を利用して発電反応を生じさせる固体酸化物型燃料電池装置であって、
前記燃料電池セルを内部に収容するケーシングと、
上板に設けられた開口を介して、前記一方のガスを前記燃料電池セルの内側に設けられたセル内ガス流路に供給するガスマニホールドと、
前記燃料電池セルを前記上板に固定する固定部材と、を備え、
前記燃料電池セルの下端には、前記内側電極又は前記外側電極と電気的に接続し、且つ、前記セル内ガス流路と連通する端子内ガス流路を有する電極端子が設けられ、
前記固定部材の上面と前記電極端子は、前記一方のガスが前記セル内ガス流路及び前記端子内ガス流路の外部に漏れないようにシールする、ホウ酸を含有するガラスが用いられたシール材を介して接着され、
前記固定部材は、前記シール材から蒸発するホウ素又はホウ素含有物質を吸着可能な材料からなり、
前記電極端子の下端は前記シール材よりも下方に位置するように前記シール材を貫通するように設けられるとともに、前記固定部材の下端は前記開口を貫通して前記ガスマニホールドの上板よりも下方に位置することを特徴とする固体酸化物型燃料電池装置。

【請求項2】

前記シール材から前記固定部材に向かう前記他方のガスの気流を生成する気流生成部を、さらに備えることを特徴とする請求項１記載の固体酸化物型燃料電池装置。

【請求項3】

前記気流生成部は、前記シール材を基準にして、前記燃料電池セル側から前記固定部材側に向かう気流を生成する、ことを特徴とする請求項２記載の固体酸化物型燃料電池装置。

【請求項4】

前記気流生成部は、前記シール材を挟んで前記固定部材の反対側にエアカーテンを形成するように気流を生成する、ことを特徴とする請求項２記載の固体酸化物型燃料電池装置

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う固体酸化物型燃料電池装置に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス、酸化剤ガス）とを用いて電力を得ることができる複数の単セルをケーシング内に収容し、それら複数の単セルに燃料ガスと空気とを供給して発電する燃料電池装置が種々提案されている。このような燃料電池装置のうち、固体酸化物型燃料電池装置は、作動時の温度が７００度から１０００度近くにまで上昇するため、部品をシールする部材としてガラスシール材が用いられる。下記特許文献１には、燃料電池セルとマニホールドとの間を、ガラスシール材でシールする固体酸化物型燃料電池装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２３８４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ガラスシール材のシール性を高めるために、ガラスシール材にガラスを軟化させるホウ酸を含有させることがある。しかしながら、ガラスシール材にホウ酸を含有すると、固体酸化物型燃料電池装置の運転により装置内の温度が上昇したときに、ガラスシール材からホウ素又はホウ素含有物質が蒸発するおそれがある。ホウ素又はホウ素含有物質が蒸発すると、酸化剤ガスとともにホウ素又はホウ素含有物質がセル外側の電極と電解質層との境界である三相界面に付着する。また、蒸発したホウ素又はホウ素含有物質が排ガス中に混入し、排ガスから回収される水に溶け込むことになる。排ガスから回収された水は改質反応に使用されるため、その水に溶け込んだホウ素又はホウ素含有物質は水蒸気として燃料電池セル内に流入し、燃料電池セル内側の電極と電解質層との境界である三相界面に付着してしまう。三相界面にホウ素が付着すると、三相界面でのイオン化反応が妨げられるため、発電性能が低下するおそれがある。

【0005】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う固体酸化物型燃料電池装置であって、発電性能の低下を抑制することができる固体酸化物型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】

【0006】

上記課題を解決するために本発明に係る固体酸化物型燃料電池装置は、燃料ガス又は酸化剤ガスの一方のガスを燃料電池セルの内側電極に供給し、燃料ガス又は酸化剤ガスの他方のガスを燃料電池セルの外側電極に供給して、内側電極、外側電極、及び内側電極と外側電極との間に配置した電解質層を利用して発電反応を生じさせる固体酸化物型燃料電池装置であって、前記燃料電池セルを内部に収容するケーシングと、上板に設けられた開口を介して、前記一方のガスを前記燃料電池セルの内側に供給するガスマニホールドと、前記燃料電池セルを前記上板に固定する固定部材と、を備え、前記一方のガスが、前記ガスマニホールドの内部から前記燃料電池セルの内側へと流れるガス流路が形成されており、前記燃料電池セルの下端には、前記内側電極又は前記外側電極と電気的に接続し、且つ、前記燃料電池セルの内側のガス流路と連通するガス流路を中心部に有する電極端子が設けられ、前記固定部材の上面と前記電極端子とは、前記燃料電池セルの内側に供給される前記一方のガスが前記ガス流路の外部に漏れないようにシールする、ホウ酸を含有するガラスが用いられたシール材により接着され、前記固定部材は、前記シール材から蒸発するホウ素又はホウ素含有物質を吸着可能な材料からなり、前記電極端子の下端は前記シール材よりも下方に位置するとともに、前記固定部材の下端は前記開口を介して前記ガスマニホールドの上板よりも下方に位置する。

【0007】

本発明では、ガラスシール材を利用する燃料電池セルユニットと、ホウ素又はホウ素含有物質を捕獲する固定部材とを備えることで、燃料電池セルユニットにおけるシール性を高めることができるとともに、固体酸化物型燃料電池装置の運転により装置内の温度が上昇して、ガラスシール材からホウ素又はホウ素含有物質が蒸発したとしても、ホウ素又はホウ素含有物質を捕獲することができ、燃料電池セル内外の三相界面にホウ素又はホウ素含有物質が付着することを防止することができる。これにより、三相界面におけるイオン化反応の低下を抑制することが可能となる。すなわち、本発明の構成を用いることによって、発電性能の低下を抑制することが可能となる。

【0008】

また本発明に係る固体酸化物型燃料電池装置において、前記シール材から前記固定部材に向かう気流を生成する気流生成部を、さらに備えることも好ましい。

【0009】

この好ましい態様では、ガラスシール材から固定部材に向かう気流を生成する気流生成部を備えることで、固定部材に向かうホウ素又はホウ素含有物質を増やすことができるため、三相界面へのホウ素又はホウ素含有物質の付着防止効果を増大させることができる。

【0010】

また本発明に係る固体酸化物型燃料電池装置において、前記気流生成部は、前記シール材を基準にして、前記燃料電池セル側から前記固定部材側に向かう気流を生成する、ことも好ましい。

【0011】

この好ましい態様では、ガラスシール材を基準にして燃料電池セル側から固定部材側に向かう気流を生成させることで、固定部材に向かうホウ素又はホウ素含有物質をさらに増やすことが可能となる。

【0012】

また本発明に係る固体酸化物型燃料電池装置において、前記気流生成部は、前記シール材を挟んで前記固定部材の反対側にエアカーテンを形成するように気流を生成する、ことも好ましい。

【0013】

この好ましい態様では、ガラスシール材を挟んで固定部材の反対側にエアカーテンを形成することで、ガラスシール材から燃料電池セルに向かうホウ素又はホウ素含有物質を遮断することができ、三相界面へのホウ素又はホウ素含有物質の付着防止効果をさらに増大させることが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、燃料ガスと酸化剤ガスにより発電を行う固体酸化物型燃料電池装置であって、発電性能の低下を抑制することができる固体酸化物型燃料電池装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態における燃料電池モジュールの外観を示す斜視図である。

【図2】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＡ方向から見た断面を示す断面図である。

【図3】図１の中央近傍における断面図であって、図１のＢ方向から見た断面を示す断面図である。

【図4】図１のケーシングから一部の外板を取り除いた状態を示す斜視図である。

【図5】本実施形態に用いられる燃料電池セルユニットを示す部分断面図である。

【図6】本実施形態における燃料電池セルスタックの構成を示す斜視図である。

【図7】本実施形態における捕獲部周辺を示す部分断面図である。

【図8】図２に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。

【図9】図３に相当する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

【0017】

本発明の実施形態である燃料電池モジュール（固体酸化物型燃料電池装置）について、図１を参照しながら説明する。図１に示す燃料電池モジュール２は、固体電解質形燃料電池装置の一部を構成するものである。固体電解質形燃料電池装置は、燃料電池モジュール２と、補機ユニット（図示せず）とを備える。

【0018】

図１においては、燃料電池モジュール２の高さ方向をｙ軸方向としている。このｙ軸に直交する平面に沿ってｘ軸及びｚ軸を定義し、燃料電池モジュール２の短手方向に沿った方向をｘ軸方向とし、燃料電池モジュール２の長手方向に沿った方向をｚ軸方向としている。図２以降において図中に記載しているｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、図１におけるｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸を基準としている。また、ｚ軸の負方向に沿った方向をＡ方向とし、ｘ軸の正方向に沿った方向をＢ方向としている。

【0019】

燃料電池モジュール２は、燃料電池セル（詳細は後述する）を収容するケーシング５６と、ケーシング５６の上部に設けられている熱交換器２２とを備える。ケーシング５６の内部は密封空間となっている。ケーシング５６には、被改質ガス供給管６０と、水供給管６２とが繋げられている。一方、熱交換器２２には、発電用空気導入管７４と、燃焼ガス排出管８２とが繋げられている。

【0020】

被改質ガス供給管６０は、ケーシング５６の内部に都市ガスといった改質用の被改質ガスを供給する管路である。水供給管６２は、被改質ガスを水蒸気改質する際に用いられる水を供給する管路である。発電用空気導入管７４は、改質後の燃料ガスと発電反応を起こさせるための発電用空気（酸化剤ガス）を供給する管路である。燃焼ガス排出管８２は、発電反応後の燃料ガスを燃焼した結果生じる燃焼ガスを排出する管路である。

【0021】

続いて、図２〜図４を参照しながら、燃料電池モジュール２の内部について説明する。図２は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＡ方向から見た断面図である。図３は、燃料電池モジュール２をその中央近傍において図１のＢ方向から見た断面図である。図４は、図１に示す燃料電池モジュール２から燃料電池セル集合体を覆うケーシング５６の一部を取り外した状態を示す斜視図である。

【0022】

図２〜図４に示すように、燃料電池モジュール２の燃料電池セル集合体１２は、ケーシング５６により、全体が覆われている。図４に示すように、燃料電池セル集合体１２は、全体としてＢ方向よりＡ方向の方が長いほぼ直方体形状であり、改質器２０側の上面、燃料ガスタンク６８（ガスマニホールド）側の下面、図４のＡ方向に沿って延びる長辺側面と、図４のＢ方向に沿って延びる短辺側面と、を備えている。

【0023】

本実施形態の場合、水供給管６２から供給される水を蒸発させるための蒸発混合器（図に明示しない）は、改質器２０の内部に設けられている。蒸発混合器は、燃焼ガスにより加熱され、水を水蒸気にすると共に、この水蒸気と、被改質ガスである燃料ガス（都市ガス）と空気とを混合するためのものである。

【0024】

被改質ガス供給管６０及び水供給管６２は、ケーシング５６の内部に導かれた後、共に改質器２０に繋がれている。より具体的には、図３に示すように、改質器２０の上流端である図中右側の端部に繋がれている。

【0025】

改質器２０は、燃料電池セル集合体１２の上方に形成された燃焼室１８の更に上方に配置されている。したがって、改質器２０は、発電反応後の残余の燃料ガス及び空気による燃焼熱によって熱せられ、蒸発混合器としての役割と、改質反応を起こす改質器としての役割とを果たすように構成されている。

【0026】

改質器２０の下流端（図３の左端）には、燃料供給管６６の上端が接続されている。この燃料供給管６６の下端側６６ａは、燃料ガスタンク６８内に入り込むように配置されている。

【0027】

図２〜図４に示すように、燃料ガスタンク６８は、燃料電池セル集合体１２の真下に設けられている。燃料ガスタンク６８内に挿入された燃料供給管６６の下端側６６ａの外周には、長手方向（Ａ方向）に沿って複数の小穴（図示せず）が形成されている。改質器２０で改質された燃料ガスは、これら複数の小穴（図示せず）によって燃料ガスタンク６８内に長手方向に均一に供給されるようになっている。燃料ガスタンク６８に供給された燃料ガスは、燃料電池セル集合体１２を構成する各燃料電池セルユニット１６の内側にある燃料ガス流路（詳細は後述する）内に供給され、燃料電池セルユニット１６内を上昇して、燃焼室１８に至るようになっている。

【0028】

続いて、図５を参照しながら燃料電池セルユニット１６について説明する。図５は、本実施形態の燃料電池セルユニット１６を示す部分断面図である。

【0029】

図５に示すように、燃料電池セルユニット１６は、燃料電池セル８４と、この燃料電池セル８４の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子８６とを備えている。

【0030】

燃料電池セル８４は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路８８を形成する円筒形の内側電極層９０と、円筒形の外側電極層９２と、内側電極層９０と外側電極層９２との間にある電解質層９４とを備えている。この内側電極層９０は、燃料ガスが通過する燃料極であり、（−）極となり、一方、外側電極層９２は、空気と接触する空気極であり、（＋）極となっている。三相界面は、イオン化反応（水素のイオン化反応及び酸素のイオン化反応）が行われる場所である。三相界面は、燃料電池セル８４内に形成され、内側電極層９０と電極触媒と電解質層９４とが互いに接している界面、及び外側電極層９２と電極触媒と電解質層９４とが互いに接している界面に形成される。

【0031】

燃料電池セルユニット１６の上端側と下端側に取り付けられた内側電極端子８６は、同一構造であるため、ここでは、下端側に取り付けられた内側電極端子８６について具体的に説明する。内側電極層９０の下部９０ａは、電解質層９４と外側電極層９２に対して露出された外周面９０ｂと下端面９０ｃとを備えている。内側電極端子８６は、導電性のシール材９６を介して内側電極層９０の外周面９０ｂと接続され、さらに、内側電極層９０の下端面９０ｃと直接接触することで内側電極層９０と電気的に接続されている。内側電極端子８６の中心部には、内側電極層９０の燃料ガス流路８８と連通する燃料ガス流路９８が形成されている。

【0032】

内側電極層９０は、例えば、Ｎｉと、ＣａやＹ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Ｎｉと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Ｎｉと、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレードとの混合体、の少なくとも一種から形成される。

【0033】

電解質層９４は、例えば、Ｙ、Ｓｃ等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Ｓｒ、Ｍｇから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレート、の少なくとも一種から形成される。

【0034】

外側電極層９２は、例えば、Ｓｒ、Ｃａから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Ｓｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれた少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀、などの少なくとも一種から形成される。

【0035】

続いて、図６を参照しながら燃料電池セルスタック１４について説明する。図６は、本発実施形態の燃料電池セルスタック１４を示す斜視図である。

【0036】

図６に示すように、燃料電池セルスタック１４は、１６本の燃料電池セルユニット１６を備え、これらの燃料電池セルユニット１６の下端側及び上端側が、それぞれ、セラミック製の燃料ガスタンク上板６８ａ及び上支持板１００により支持されている。上支持板１００は、素材として、例えばＭｇｏ（マグネシア）を用いる。これらの燃料ガスタンク上板６８ａ及び上支持板１００には、内側電極端子８６が貫通可能な貫通穴がそれぞれ形成されている。

【0037】

さらに、燃料電池セルユニット１６には、集電体１０２が取り付けられている。この集電体１０２は、燃料極である内側電極層９０に取り付けられた内側電極端子８６と、隣接する燃料電池セルユニット１６の空気極である外側電極層９２の外周面と、を電気的に接続するものである。

【0038】

さらに、燃料電池セルスタック１４の端に位置する２個の燃料電池セルユニット１６の上側端及び下側端の内側電極端子８６には、それぞれ外部端子１０４が接続されている。これらの外部端子１０４は、隣接する燃料電池セルスタック１４の端にある燃料電池セルユニット１６の外部端子１０４に接続され、１６０本の燃料電池セルユニット１６の全てが直列接続されるようになっている。

【0039】

燃料電池セルユニット１６は、燃料ガスタンク上板６８ａ上に配置する際に、内側電極端子８６と燃料ガスタンク上板６８ａとの間に、捕獲部３０を設ける。この捕獲部３０は、燃料電池セルユニット１６の内側電極端子８６を燃料ガスタンク上板６８ａの貫通穴に挿入して固定する際に用いる部材である。つまり、捕獲部３０は、燃料電池セルユニット１６をガスマニホールドに固定する部材として用いられる。

【0040】

図７を参照して捕獲部３０について説明する。図７は、本発実施形態の捕獲部３０及びその周辺を示す部分断面図である。

【0041】

図７に示すように、捕獲部３０は、燃料電池セル８４の下端部にある内側電極端子８６と、燃料ガスタンク上板６８ａとの間に配置される。捕獲部３０の上面は、ガラスシール部３６を介して内側電極端子８６と接続されている。ガラスシール部３６は、ホウ酸を含有するガラスをシール材とし、燃料電池セル８４の内側に供給される燃料ガスが漏れないようにシールする。

【0042】

燃料電池セル８４の下端部の外周面と内側電極端子８６との間のシール材９６は、２層に形成されており、その上層側がガラスシール部９６ａで構成され、下層側が銀ロウ部９６ｂで構成される。

【0043】

つまり、捕獲部３０は、ガラスシール部３６、９６ａを挟んで燃料電池セル８４の反対側に位置するように配置される。

【0044】

捕獲部３０は、ホウ素及びホウ素含有物質を吸着可能な材料で形成され、例えば、Ｍｇｏ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯを素材とすることができる。捕獲部３０を、ガラスシール部３６、９６ａの直近に設けることで、燃料電池運転中等の高温時にガラスシール部３６、９６ａから蒸発するホウ素又はホウ素含有物質を捕獲部３０に吸着させて、捕獲することが可能となる。

【0045】

続いて、発電用空気を燃料電池モジュール２の内部へ供給するための構造を、図２〜図４及び図８、図９を参照しながら説明する。図８は、図２に対応する模式図であって、発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。図９は、図３に対応する模式図であって、同様に発電用空気及び燃焼ガスの流れを示す図である。これらの図に示すように、改質器２０の上方に、熱交換器２２が設けられている。熱交換器２２には、複数の燃焼ガス配管７０と、この燃焼ガス配管７０の周囲に形成された発電用空気流路７２とが設けられている。

【0046】

熱交換器２２の上面における一端側（図３及び図９における右端）には、発電用空気導入管７４が取り付けられている。この発電用空気導入管７４により、発電用空気流量調整ユニット（図示しない）から、発電用空気が、熱交換器２２内に導入されるようになっている。

【0047】

熱交換器２２の上側の他端側（図３及び図９における左端）には、図２に示すように、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａが一対形成されている。この出口ポート７６ａは、一対の連絡流路７６につながっている。さらに、燃料電池モジュール２のケーシング５６の幅方向（Ｂ方向：短辺側面方向）の両側の外側には、発電用空気供給路７７が形成されている。

【0048】

したがって、発電用空気供給路７７には、発電用空気流路７２の出口ポート７６ａ及び連絡流路７６から、発電用空気が供給されるようになっている。この発電用空気供給路７７は、燃料電池セル集合体１２の長手方向に沿って形成されている。さらに、その下方側であり且つ燃料電池セル集合体１２の下方側に対応する位置に、発電室１０内の燃料電池セル集合体１２の各燃料電池セルユニット１６に向けて発電用空気を吹き出すための複数の吹出口７８ａ，７８ｂが形成されている。これらの吹出口７８ａ，７８ｂから吹き出された発電用空気は、各燃料電池セルユニット１６の外側に沿って、上方側に流れるとともに、一部は下方側にも流れる。つまり、これらの吹出口７８ａ，７８ｂが、ガラスシール部３６、９６ａから捕獲部３０に向かう気流を生成する気流生成部として機能する。この気流生成部は、ガラスシール部３６、９６ａを基準にして、燃料電池セル８４側から捕獲部３０側に向かう気流を生成することになる。

【0049】

さらに、気流生成部は、図８に示すように、燃料電池セル８４の下端部にある内側電極端子８６よりも上方側にエアカーテンを形成するように気流を生成する。つまり、気流生成部は、ガラスシール部３６、９６ａを挟んで捕獲部３０とは反対側にエアカーテンを形成するように気流を生成する。

【0050】

続いて、図８、図９を参照して、燃料ガスと発電用空気とが燃焼して生成される燃焼ガスを排出するための構造を説明する。燃料電池セルユニット１６の上方で発生した燃焼ガスは、燃焼室１８内を上昇し、整流板２１に至る。整流板２１には、開口２１ａが設けられており、開口２１ａ内に燃焼ガスが導かれる。この開口２１ａを通った燃焼ガスは、熱交換器２２の他端側に至る。熱交換器２２内には、燃焼室１８で燃料ガスと発電用空気が燃焼して生成された燃焼ガスを排出するための複数の燃焼ガス配管７０が設けられている。これらの燃焼ガス配管７０の下流端側には、燃焼ガス排出管８２が接続され、燃焼ガスが外部に排出されるようになっている。

【0051】

上述したように実施形態における燃料電池モジュール２によれば、ガラスシール部３６、９６ａを有する燃料電池セルユニット１６と、ホウ素及びホウ素含有物質を捕獲する捕獲部３０とを備えることで、燃料電池セルユニット１６におけるシール性を高めることができるとともに、燃料電池モジュール２の運転により装置内の温度が上昇して、ガラスシール部３６、９６ａからホウ素又はホウ素含有物質が蒸発したとしても、ホウ素又はホウ素含有物質を捕獲することができ、燃料電池セル８４内外の三相界面にホウ素又はホウ素含有物質が付着することを防止することができる。これにより、三相界面におけるイオン化反応の低下を抑制することが可能となる。すなわち、本発明の構成を用いることによって、発電性能の低下を抑制することが可能となる。

【0052】

また、実施形態における燃料電池モジュール２によれば、ガラスシール部３６、９６ａから捕獲部３０に向かう気流を生成する気流生成部を備えることで、捕獲部３０に向かうホウ素又はホウ素含有物質を増やすことができるため、三相界面へのホウ素又はホウ素含有物質の付着防止効果を増大させることができる。

【0053】

また、実施形態における燃料電池モジュール２によれば、ガラスシール部３６、９６ａを挟んで燃料電池セル８４の反対側に捕獲部３０を配置し、ガラスシール部３６、９６ａを基準にして燃料電池セル８４側から捕獲部３０側に向かう気流を生成させることで、捕獲部３０に向かうホウ素又はホウ素含有物質をさらに増やすことが可能となる。

【0054】

また、実施形態における燃料電池モジュール２によれば、ガラスシール部３６、９６ａを挟んで捕獲部３０の反対側にエアカーテンを形成することで、ガラスシール部３６、９６ａから燃料電池セル８４に向かうホウ素又はホウ素含有物質を遮断することができ、三相界面へのホウ素又はホウ素含有物質の付着防止効果をさらに増大させることが可能となる。

【0055】

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【0056】

例えば、捕獲部３０は蒸発したホウ素又はホウ素含有物質を捕獲できるよう配置されていればよいため、蒸発したホウ素又はホウ素含有物質が到達し得る位置に配置された構成を捕獲部として利用することができる。より具体的には、燃料ガスタンク上板６８ａを捕獲部として利用する形態や、燃料ガスタンク６８の一部として捕獲部３０が構成されている形態も本発明の範囲に包含される。

【符号の説明】

【0057】

２：燃料電池モジュール（固体酸化物型燃料電池装置）
１０：発電室
１２：燃料電池セル集合体
１４：燃料電池セルスタック
１６：燃料電池セルユニット
１８：燃焼室
２０：改質器
２１：整流板
２１ａ：開口
２２：熱交換器
３０：捕獲部
３６：ガラスシール部
５６：ケーシング
５６ａ：ケーシング底板
６０：被改質ガス供給管
６２：水供給管
６６：燃料供給管
６６ａ：下端側
６８：燃料ガスタンク（ガスマニホールド）
６８ａ：燃料ガスタンク上板
６８ｂ：燃料ガスタンク側板
７０：燃焼ガス配管
７２：発電用空気流路
７４：発電用空気導入管
７６：連絡流路
７６ａ：出口ポート
７７：発電用空気供給路
７８ａ，７８ｂ：吹出口（気流生成部）
８２：燃焼ガス排出管
８４：燃料電池セル
８６：内側電極端子
８８：燃料ガス流路
９０：内側電極層
９０ａ：下部
９０ｂ：外周面
９０ｃ：下端面
９２：外側電極層
９４：電解質層
９６：シール材
９６ａ：ガラスシール部
９６ｂ：銀ロウ部
９８：燃料ガス流路
１００：上支持板
１０２：集電体
１０４：外部端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】