特許 6203627 燃料電池の酸化剤供給ヘッダ、燃料電池及び燃料電池への酸化剤供給方法

(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】6203627

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】燃料電池の酸化剤供給ヘッダ、燃料電池及び燃料電池への酸化剤供給方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2484 20160101AFI20170914BHJP

   H01M 8/24 20160101ALI20170914BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20170914BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 M

   H01M8/24 R

   !H01M8/12

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-261607(P2013-261607)

(22)【出願日】2013年12月18日

(65)【公開番号】特開2015-118807(P2015-118807A)

(43)【公開日】2015年6月25日

【審査請求日】2016年11月18日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「固体酸化物形燃料電池を用いた事業用発電システム要素技術開発」共同研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】宮本 晃志

(72)【発明者】

【氏名】水原 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】眞竹 徳久

(72)【発明者】

【氏名】松尾 毅

(72)【発明者】

【氏名】安永 正樹

(72)【発明者】

【氏名】惣田 智紀

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１７１６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３５３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１００６３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フレーム構造の酸化剤ダクトと、
前記酸化剤ダクトの外側面に接続され、前記酸化剤ダクトに酸化剤を供給する酸化剤供給管と、
前記酸化剤ダクトに形成され、前記酸化剤ダクトの内側面によって囲まれる空間に連通する複数の連通孔と、
前記連通孔が形成された前記酸化剤ダクトの面と対向して設置された仕切り面と、
を備えることを特徴とする燃料電池の酸化剤供給ヘッダ。

【請求項2】

前記連通孔は、矩形状とされた前記酸化剤ダクトの４つの角部において密となり、長辺方向における中央部に向かって疎となるようにして設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の酸化剤供給ヘッダ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の燃料電池の酸化剤供給ヘッダを具備していることを特徴とする燃料電池。

【請求項4】

前記酸化剤供給ヘッダと、該酸化剤供給ヘッダの下方に位置する燃料排出ヘッダとの間に、断熱材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。

【請求項5】

フレーム構造の酸化剤ダクトと、前記酸化剤ダクトの外側面に接続され、前記酸化剤ダクトに酸化剤を供給する酸化剤供給管と、前記酸化剤ダクトに形成され、前記酸化剤ダクトの内側面によって囲まれる空間に連通する複数の連通孔と、前記連通孔が形成された前記酸化剤ダクトの面と対向して設置された仕切り面とを備える燃料電池への酸化剤供給方法であって、
前記連通孔から吹き出された酸化剤が、前記仕切り面に衝突した後、前記酸化剤ダクトの内側面によって囲まれる空間に向かって進むことを特徴とする燃料電池への酸化剤供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池の酸化剤供給ヘッダ、燃料電池及び燃料電池への酸化剤供給方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池は、電気化学反応による発電方式を利用した発電装置であり、優れた発電効率及び環境対応等の特性を有している。このため、２１世紀を担う都市型のエネルギー供給システムとして、実用化に向けた研究開発が進んでいる。
このような燃料電池は、燃料側の電極である燃料極と、空気（酸化剤）側の電極である空気極と、これらの間にありイオンのみを通す電解質とにより構成されており、電解質の種類によって様々な形式が開発されている。

【0003】

このうち、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell：以下「ＳＯＦＣ」という。）は、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、天然ガス、石油、メタノール、石炭ガス化ガスなどを燃料として運転される燃料電池である。このＳＯＦＣは、イオン伝導率を高めるために作動温度が約９００〜１０００℃程度と高く、用途の広い高効率な高温型燃料電池として知られている。
このような燃料電池に適用される燃料電池への空気供給方法としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１７１６７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

図１０に示すように、上記特許文献１に開示された燃料電池（燃料電池モジュール）１０は、断熱材のケーシング（容器）１１と、略円筒状に形成された複数のセルチューブ（燃料電池セルスタック）１２と、セルチューブ１２の両端を支持する上下の管板１３，１４と、これら上下の管板１３，１４の間に配置された上下の断熱体１５，１６と、ケーシング１１の下部に設けられ、燃料排出ヘッダ（第一空間）２０を収納して空気流路（後述する空気供給流路４０および空気流通孔４１）を形成する二重容器構造の支持架台３０と、を備えている。
また、上断熱体１５は、後述する空気排出ヘッダ２３を形成するため、第１上断熱体１５Ａと第２上断熱体１５Ｂとに二分割されている。すなわち、空気排出ヘッダ２３は、第１上断熱体１５Ａと第２上断熱体１５Ｂとの間に形成されている。

【0006】

ケーシング１１と上下の断熱体１５，１６との間には、具体的には第１断熱体１５Ａと下断熱体１６との間には、発電室１７が形成されている。ケーシング１１と上管板１３との間には、燃料供給ヘッダ（燃料供給室）１８が形成され、上面に燃料供給管１９が接続されている。下管板１４の下側には、燃料排出ヘッダ２０の空間が形成されている。
そして、下管板１４と下断熱体１６との間には、空気供給ヘッダ２２が形成され、上管板１３と上断熱体１５との間には、空気排出ヘッダ２３が形成されている。なお、図中の符号２４は、空気排出ヘッダ２３に接続された空気排出管である。

【0007】

上管板１３は、略長方形の水平断面形状を有する角柱状のケーシング１１において、長手方向の上側（図１０の上方）に配置された板状の部材であり、燃料供給ヘッダ１８の下面部材でとなる。
また、下管板１４は、同じく長手方向の下側（図１０の下方）に配置された板状の部材であり、燃料排出ヘッダ２０の上面部材とともに空気供給ヘッダ２２の下面部材となる。また、下管板１４は、後述する空気供給流路４０の上端部を封止し、外周部が鍔部２０ａとして機能する部材である。
下管板１４には、セルチューブ１２の一方の端部が気密に固定支持されている。燃料ガスはセルチューブ１２の内面を流れることで、発電室を経由して燃料供給ヘッダ１８から燃料排出ヘッダ２０に流通している。
なお、この場合の長手方向については、略角柱形状となるケーシング１１の上下方向と読み替えることも可能である。

【0008】

セルチューブ１２は、多孔質セラミックスから形成された略円筒状の管であり、長手方向における中央部には発電を行う燃料電池セル（図示せず）が設けられている。
セルチューブ１２は、一方の開口端が燃料供給ヘッダ１８に開口するとともに、他方の開口端が燃料排出ヘッダ２０内に開口するように、上下の管板１３，１４に穿設した貫通孔よって支持されている。また、セルチューブ１２は、燃料電池セルが発電室１７内にのみ位置するように配置されている。

【0009】

上断熱体１５は、ケーシング１１の長手方向の上側（図１０の上方）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材である。下断熱材１６は、ケーシング１１の長手方向の下側（図１０の下方）に配置され、断熱材料を用いてブランケット状あるいはボード状などに形成された部材であり、空気供給ヘッダ２２の上面部材ともなる。
上断熱体１５および下断熱体１６には、セルチューブ１２を挿通させる孔１５ａ，１６ａが形成され、孔１５ａ，１６ａの直径は、空気の流通を可能にするためセルチューブ１２の直径よりも大きく形成されている。
このような構成にすることで、セルチューブ１２と孔１５ａ，１６ａとの間を通って発電室１７に流入する空気に下断熱体１６の熱が伝達されやすくなるので、発電室１７の温度を高温に保ちやすくなる。

【0010】

ケーシング１１の下端部側（下部構造）は、支持架台３０の内部に燃料排出ヘッダ２０を収納して空気流路を形成する金属部材による二重箱（二重壁）構造となっている。
燃料排出ヘッダ２０は、上面に下管板１４を備えた中空箱形（略直方体形状）の部材であり、略同形状にして上面を開口させた支持架台３０の内部空間（略直方体形状）に収納設置されている。

【0011】

すなわち、燃料排出ヘッダ２０は、支持架台３０より若干小さい略同形状の中空部材であり、下管板１４がその上面開口を塞ぐようにして、上端部等の適所に固定して取り付けられている。
この場合、下管板１４の平面形状を燃料排出ヘッダ２０より大きくすることで、外周部が全周にわたって水平方向外向きに突出することとなり、この突出部が燃料排出ヘッダ２０の鍔部２０ａを形成している。なお、図１０中の符号２１は、燃料排出ヘッダ２０の底面に接続された燃料排出管である。

【0012】

つづいて、図１０の発電室１７の下部に配置される空気供給ヘッダ２２、空気供給流路（第二空間）４０、燃料排出ヘッダ２０について、図１１から図１３を用いてさらに詳細に説明する。
支持架台３０は、上面が開放されている箱型の部材であって、側面３１および底面３２により構成されている。側面３１の上端部には、側壁鍔部３１ａが形成されている。側壁鍔部３１ａには外周側より低い段差部３３が全周にわたって設けられている。この段差部３３は、支持架台３０の内部に燃料排出ヘッダ２０を収納する際、燃料排出ヘッダ２０の上端外周部に設けた鍔部２０ａを設置して係止するための部分である。

【0013】

また、支持架台３０の底面３２には空気供給口３４が設けられ、下方へ向けた空気供給ノズル３５が接続されている。空気供給ノズル３５の側面には、空気供給管３６が接続されている。さらに、上述した燃料排出ヘッダ２０の燃料排出管２１は、空気供給口３４および空気供給ノズル３５の内部を通り、空気供給ノズル３５の底部３５ａを下方へ貫通して図示しない外部機器に接続されている。

【0014】

空気供給口３４および空気供給ノズル３５は、燃料排出管２１より大径とされる。このため、燃料排出管２１の外周面と空気供給ノズル３５の内周面との間には、空気供給管３６から供給された空気を空気供給ヘッダ２２へ導く断面形状がリング状である空気導入空間部３７が形成されている。この空気導入空間部３７は、支持架台３０の内周面と燃料排出ヘッダ２０の外周面との間に形成された空気供給流路４０の間隙部と空気供給口３４を介して連通している。従って、空気供給管３６から供給された空気は、空気導入空間部３７から、燃料排出ヘッダ２０の外周（底面および側面）に形成された空気供給流路４０へ流入する。

【0015】

また、空気供給流路４０は、支持架台３０における側壁３１の上端部に設けられる側壁鍔部３１ａにおいて、段差部３３の上面に上述した鍔部２０ａが設置されることから、空気供給流路４０から空気供給ヘッダ２２へ、すなわち、空気供給ヘッダ２２に空気を供給するため、側壁鍔部３１ａの段差部３３に設けた複数の空気流通孔（酸化剤流通流路）４１を備えている。この空気流通孔４１は、図１３に示すように、平面視が略長方形の支持架台３０において、空気供給室２２の周囲に開口するように配置して設けられている。空気供給流路４０は、空気流通孔４１を介して発電室１７と連通しており、酸化剤が空気供給ヘッダ２２を経由して発電室１７に供給される。
空気流通孔４１は、段差部３３に設けた凹溝状のスリット４１ａと、鍔部２０ａの壁面とにより形成されている。

【0016】

なお、燃料電池１０は、セルチューブ１２の内側に燃料供給ヘッダ１８から燃料ガスを導入して燃料排出ヘッダ２０へ排出するとともに、空気供給ヘッダ２２から発電室１７内に空気を導入してセルチューブ１２の外側を空気排出ヘッダ２３へ向けて下方から上方へ流し、燃料ガスと酸化剤の空気とを電気化学的に反応させて発電する。

【0017】

さて、図１４に示すように、下管板１４の鍔部２０ａの外周端と、支持架台３０の側壁鍔部３１ａの内周端とは、周方向の全体（スリット４１ａが形成されている部分を除く）にわたって溶接により接合されている。そのため、下管板１４の鍔部２０ａおよび支持架台３０の側壁鍔部３１ａが、溶接時の熱で変形する。また、鍔部２０ａは面接触で段差部３３に乗っている状態であり、前工程の溶接作業時の熱で下管板１４の鍔部２０ａが変形し、反りが出てしまい、面接触部に不均一な接触箇所が発生してしまう。なお、図１４中の符号４２は、溶接部を示している。
その結果、各スリット４１ａの断面積に差が生じたり、不均一な接触箇所における隙間が生じたりして、通過する空気の流量に偏りが発生する。その結果、発電室１７の温度や発電性能に影響を与えるおそれがあった。

【0018】

また、二重構造となっている場合、発電室１７の下部を組み立てる際、集電棒や燃料排出管２１は、燃料排出ヘッダ２０と支持架台３２の両者を貫通させ溶接する必要があった。しかし、溶接作業性が悪く、溶接不良が生じて気密性を保てないおそれがあった。

【0019】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発電室内に供給される空気を、周方向において均一化することができる燃料電池の酸化剤供給ヘッダ、燃料電池及び燃料電池への酸化剤供給方法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】

【0020】

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る燃料電池の酸化剤供給ヘッダは、フレーム構造の酸化剤ダクトと、前記酸化剤ダクトの外側面に接続され、前記酸化剤ダクトに酸化剤を供給する酸化剤供給管と、前記酸化剤ダクトに形成され、前記酸化剤ダクトの内側面によって囲まれる空間に連通する複数の連通孔と、前記連通孔が形成された前記酸化剤ダクトの面と対向して設置された仕切り面とを備えることを特徴とする。

【0021】

この構成によれば、酸化剤ダクトがフレーム構造で設けられて、酸化剤ダクトの外側面にて酸化剤供給管が接続されており、酸化剤ダクトの内方に形成される空間と酸化剤ダクトとが、複数個の連通孔を介して連通されている。
酸化剤ダクトに形成された連通孔の形状（径）によって、酸化剤の圧力損失が決まるため、酸化剤ダクトの内側面によって囲まれる空間に均一に空気を供給できる。
また、空気孔から吹き出された空気は、仕切り面に衝突した後、空気ダクトの内方に形成される空間に向かって進む、すなわち、仕切り面に衝突して四方八方に拡散した後、空気ダクトの内方に形成される空間に向かって進むことになる。これにより、複数個の連通孔を介して発電室内に供給される空気を、周方向においてさらに均一化することができる。
さらに、酸化剤供給管が酸化剤ダクトの外側面に接続されることから、従来と異なって二重構造とならないため、集電棒や燃料排出管の貫通構造がなくなり、溶接作業が不要となる。

【0022】

上記発明において、前記連通孔は、矩形状とされた前記酸化剤ダクトの４つの角部において密となり、長辺方向における中央部に向かって疎となるようにして設けられてもよい。

【0023】

この構成によれば、複数個の連通孔を介して発電室内に供給される空気の、周方向における均一化を最適化することができる。

【0024】

本発明に係る燃料電池は、上記いずれかの燃料電池の酸化剤供給ヘッダを具備していることを特徴とする。

【0025】

この構成によれば、複数個の空気孔を介して発電室内に供給される空気を、周方向において均一化することができる燃料電池の酸化剤供給ヘッダを具備しているので、燃料電池の発電性能および信頼性を向上させることができる。

【0026】

上記発明において、前記酸化剤供給ヘッダと、該酸化剤供給ヘッダの下方に位置する燃料排出ヘッダとの間に、断熱材が設けられてもよい。

【0027】

この構成によれば、発電室の保温性を向上させることができ、燃料電池の発電性能および信頼性をさらに向上させることができる。

【0028】

本発明に係る燃料電池への酸化剤供給方法は、フレーム構造の酸化剤ダクトと、前記酸化剤ダクトの外側面に接続され、前記酸化剤ダクトに酸化剤を供給する酸化剤供給管と、前記酸化剤ダクトに形成され、前記酸化剤ダクトの内側面によって囲まれる空間に連通する複数の連通孔と、前記連通孔が形成された前記酸化剤ダクトの面と対向して設置された仕切り面とを備える燃料電池への酸化剤供給方法であって、前記連通孔から吹き出された酸化剤が、前記仕切り面に衝突した後、前記酸化剤ダクトの内側面によって囲まれる空間に向かって進むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、発電室内に供給される空気を、周方向において均一化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る燃料電池の空気供給ヘッダの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視線断面図である。

【図2】図１（ｂ）に二点鎖線で示す円Ａを拡大して示す図である。

【図3】図１（ｃ）に二点鎖線で示す円Ｂを拡大して示す図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の空気供給ヘッダを具備している燃料電池の要部を拡大して示す断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る燃料電池の空気供給ヘッダの一部を拡大して示す斜視図である。

【図6】図５に示す燃料電池の空気排出ヘッダおよび図１０を用いて説明した燃料電池の空気排出ヘッダの平面図である。

【図7】図６のＣ−Ｃ矢視線断面図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係る燃料電池の空気供給ヘッダの断面図であって、図３に対応した図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係る燃料電池の空気供給ヘッダの断面図であって、図３に対応した図である。

【図10】従来の燃料電池の概略を示す縦断面図である。

【図11】図１０に示す燃料電池の下部構造拡大図であり、酸化剤の供給流路となる間隙部がある部分の断面図である。

【図12】図１０に示す燃料電池の下部構造拡大図であり、酸化剤の供給流路となる間隙部がない部分の断面図である。

【図13】図１０に示す燃料電池の下部構造について、要部の拡大断面を示す斜視図である。

【図14】図１２に示す燃料電池の下部構造を示す部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る燃料電池の空気供給ヘッダ５０および燃料電池への空気供給方法について、図１から図５を参照しながら説明する。なお、以下では、燃料電池に供給される酸化剤の一例として空気の場合について説明するが、本発明は他の酸化剤でもよい。
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池の空気供給ヘッダ５０（以下、「空気供給ヘッダ５０」という。）には、矩形管によって額縁形状を形成する空気ダクト５２が設けられる。空気供給管５１は、空気ダクト５２の外側面５４に連結するように設けられ、空気が空気供給管５１を介して、空気ダクト５２に供給される。空気ダクト５２は、矩形管により例えば四角形のフレーム形状を形成することで額縁形状とされている。

【0032】

空気供給ヘッダ５０は、空気ダクト５２と、空気ダクト５２を構成する矩形管の外側面５４が少なくとも下面５７よりも下側に伸びた延長部５９を有している。外側面５４における延長部５９の端部は、下面５７と平行して設けられる仕切り面５３と接続されている。仕切り面５３は４枚の長尺板材が組み合わされた額縁形状を有しており、各長尺板材の幅は下面５７の外側面５４から内側に伸びる長さとほぼ同等の長さを有している。
本実施形態において、空気供給管５１は、空気供給ヘッダ５０の短辺側に位置する一対の外側面５４にそれぞれ２つずつ接続されている。

【0033】

空気ダクト５２は、矩形管によって形成される内部が空洞の空間であり、外側面５４と、上面５５と、内側面５６と、下面５７と、により形成（区画）されている。
なお、下面５７の外端（外周端）は、外側面５４の高さ方向における中間点よりも下方で、かつ、下面５７と仕切り面５３との間に一定（所定）の隙間が形成されるようにして外側面５４に接続されている。

【0034】

図１（ａ）に示すように、下面５７には、板厚方向に貫通する連通孔５８が、空気供給ヘッダ５０の４つの角部（隅部）において密となり、空気供給ヘッダ５０の長手方向における中央部に向かって疎となるようにして設けられている。
そして、図４または図５に示すように、空気供給管５１から空気ダクト５２に流入した空気は、連通孔５８から下方、すなわち、仕切り面５３に向かって吹き出され、仕切り面５３に衝突した後、空気供給ヘッダ５０の内側（内方）、すなわち空気ダクト５２の内側面５６で囲まれる空間に向かって進み、セルチューブ１２と孔１６ａ（図１０参照）との間を通って発電室１７に流入する。
なお、図４中の符号６１は燃料排出ヘッダ、符号６２は断熱材を示している。

【0035】

ここで、本実施形態に係る（燃料電池の）空気排出ヘッダ２３および図１０を用いて説明した（燃料電池の）空気排出ヘッダ２３について、図６および図７を参照しながら説明する。
図６に示すように、空気排出ヘッダ２３は、空気供給ヘッダ５０と同様、直方体形状を呈する部材であり、周縁部には、４つの空気排出管２４と連通する空気ダクト７２が１本、周方向全体にわたって連続するようにして設けられている。
空気排出ヘッダ２３は、平面視矩形状を呈する１枚の仕切り面７３と、仕切り面７３の４つの辺（周縁）に立設された側板７４と、を備えている。

【0036】

図７に示すように、空気ダクト７２は、断面視矩形状を呈する空間で、側板７４の上端から仕切り面７３と平行になるようにして内側（内方）に延びる天板７５と、天板７５の内端（内周端）から側板７４と平行になるようにして下側（下方）に延びて、下端が仕切り面７３に接続される側板７６と、により形成（区画）されている。

【0037】

図６に示すように、側板７６には、板厚方向に貫通する連通孔７８が、対向する一対の長辺側に一定（所定）のピッチで多数設けられている。
そして、空気排出ヘッダ２３から連通孔７８を介して空気ダクト７２に流入した空気は、最寄りの空気排出管２４に向かって進み、最寄りの空気排出管２４から排出される。

【0038】

本実施形態によれば、仕切り面５３の周縁部に、周方向全体にわたって連続するようにして設けられて、側板５４に接続された空気供給管５１と連通する１本の空気ダクト５２が設けられており、空気ダクト５２の内方に形成される空間と空気ダクト５２とが、複数個の連通孔５８を介して連通されている。
空気ダクト５２に形成された連通孔５８の形状（径）によって、空気の圧力損失が決まるため、空気ダクト５２の内側面によって囲まれる空間に均一に空気を供給できる。

【0039】

また、連通孔５８から吹き出された空気は、仕切り面５３に衝突した後、空気ダクト５２の内方に形成される空間に向かって進む、すなわち、仕切り面５３に衝突して四方八方に拡散した後、空気ダクト５２の内方に形成される空間に向かって進むことになる。
これにより、複数個の連通孔５８を介して発電室１７内に供給される空気を、周方向においてさらに均一化することができる。その結果、発電室１７の温度や発電性能を安定化させることができる。
さらに、空気供給管５１が空気ダクト５２の外側面に接続されることから、従来と異なって二重構造とならない。そのため、集電棒や燃料排出管の貫通構造がなくなり、溶接作業が不要となる。その結果、溶接不良による気密性の悪化を回避できる。

【0040】

本実施形態によれば、連通孔５８が、４つの角部において密となり、長手方向における中央部に向かって疎となるようにして設けられているので、複数個の連通孔５８を介して発電室１７内に供給される空気の、周方向における均一化を最適化することができ、ヘッダ５０内の酸素分布を均一化することができる。なお、連通孔５８の配置および径については、例えば流動解析を実施し、運転時の空気供給ヘッダ５０内の空気分布が最も均一化できるように決定される。

【0041】

本実施形態に係る空気供給ヘッダ５０を具備した燃料電池によれば、複数個の連通孔５８を介して発電室１７内に供給される空気を、周方向において均一化することができる空気供給ヘッダ５０を具備しているので、燃料電池の発電性能および信頼性を向上させることができる。

【0042】

また、本実施形態に係る空気供給ヘッダ５０を具備した燃料電池によれば、発電室下部において、従来のような支持架台の内部に燃料排出ヘッダを収納する二重箱構造をとらないので、空気供給ヘッダ５０と、燃料排出ヘッダ６１との間に、断熱材６２を設けることが可能となる。従って、発電室１７の保温性を更に向上させることができ、燃料電池の発電性能および信頼性をさらに向上させることができる。

【0043】

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る空気供給ヘッダ８０および燃料電池への空気供給方法について、図８を参照しながら説明する。
本実施形態に係る空気供給ヘッダ８０には、上述した空気供給ヘッダ５０と同様、矩形管によって額縁形状を形成する空気ダクト８２が設けられる。空気供給管５１は、空気ダクト８２の外側面８４に連結するように設けられ、空気が空気供給管５１を介して、空気ダクト８２に供給される。空気ダクト８２は、矩形管により四角形のフレーム形状を形成することで額縁形状とされている。

【0044】

空気供給ヘッダ８０は、空気ダクト８２と、空気ダクト８２を構成する矩形管の外側面８４が少なくとも上面８７よりも上側に伸びた延長部９０を有している。外側面８４における延長部９０の端部は、上面８７と平行して設けられる仕切り面８５と接続されている。

【0045】

上面８７は、内側面８８の上端から仕切り面８５と平行になるようにして外側（外方）に延びている。上面８７の外端（外周端）は、外側面８４の高さ方向における中間点よりも上方で、かつ、上面８７と仕切り面８５との間に一定（所定）の隙間が形成されるようにして外側面８４に接続されている。
内側面８８は、上面８７の内端（内周端）から外側面８４と平行になるようにして下側（下方）に延びており、内側面８８の下端は、下面８３に接続されている。

【0046】

仕切り面８５の内端（内周端）は、側面８６と内側面８８との間に一定（所定）の隙間が形成されるように、上面８７の内端（内周端）よりも内側（内方）に位置し、上面８７は、仕切り面８５との間に一定（所定）の隙間が形成されるように、仕切り面８５よりも下側（下方）に位置しており、側面８６の下端は、下面８３との間に一定（所定）の隙間が形成されるように、下面８３よりも上側（上方）に位置している。

【0047】

空気ダクト８２は、矩形管によって形成される内部が空洞の空間であり、下面８３と、外側面８４と、上面８７と、内側面８８と、により形成（区画）されている。
また、仕切り面８５と上面８７との間に形成された隙間、側面８６と内側面８８との間に形成された隙間、側面８６の下端と下面８３との間に形成された隙間により、空気流路が形成されている。

【0048】

上面８７には、板厚方向に貫通する連通孔８９が、図１（ａ）と同様、空気供給ヘッダ８０の４つの角部（隅部）において密となり、空気供給ヘッダ８０の長手方向における中央部に向かって疎となるようにして設けられている。
そして、図８に示すように、空気供給管５１から空気ダクト８２に流入した空気は、連通孔８９から上方、すなわち、仕切り面８５に向かって吹き出され、仕切り面８５に衝突した後、空気供給ヘッダ８０の内側（内方）に向かって進む。空気供給ヘッダ８０の内側（内方）に向かって進んだ空気は、側面８６に衝突した後、空気供給ヘッダ８０の下側（下方）に向かって進む。空気供給ヘッダ８０の下側（下方）に向かって進んだ空気は、下面８３に衝突した後、空気供給ヘッダ８０の内側（内方）に向かって進み、セルチューブ１２と孔１６ａ（図１０参照）との間を通って発電室１７に流入する。

【0049】

本実施形態に係る空気供給ヘッダ８０および燃料電池への空気供給方法の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

【0050】

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態に係る空気供給ヘッダ１００および燃料電池への空気供給方法について、図９を参照しながら説明する。
本実施形態に係る空気供給ヘッダ１００には、上述した空気供給ヘッダ５０，８０と同様、矩形管によって額縁形状を形成する空気ダクト１０２が設けられる。空気供給管５１は、空気ダクト１０２の外側面５４に連結するように設けられ、空気が空気供給管５１を介して、空気ダクト５２に供給される。空気ダクト５２は、矩形管により四角形のフレーム形状を形成することで額縁形状とされている。

【0051】

空気供給ヘッダ１００は、空気ダクト１０２と、空気ダクト１０２を構成する矩形管の上面１０５が少なくとも内側面１０７よりも内側に伸びた延長部１０９を有している。上面１０５における延長部１０９の端部は、内側面１０７と平行して設けられる仕切り面１０６と接続されている。

【0052】

上面１０５の内端（内周端）は、仕切り面１０６と内側面１０７との間に一定（所定）の隙間が形成されるように、内側面１０７の内端（内周端）よりも内側（内方）に位置し、仕切り面１０６の下端は、下面１０３との間に一定（所定）の隙間が形成されるように、下面１０３よりも上側（上方）に位置している。
また、内側面１０７の上端は、上面１０５の幅方向における中間点よりも内側（内方）で、かつ、仕切り面１０６と内側面１０７との間に一定（所定）の隙間が形成されるようにして上面１０５に接続され、内側面１０７の下端は、下面１０３に接続されている。

【0053】

空気ダクト１０２は、矩形管によって形成される内部が空洞の空間であり、下面１０３と、外側面１０４と、上面１０５と、内側面１０７と、により形成（区画）されている。
また、仕切り面１０６と内側面１０７との間に形成された隙間、仕切り面１０６の下端と下面１０３との間に形成された隙間により、空気流路が形成されている。

【0054】

内側面１０７には、板厚方向に貫通する連通孔１０８が、図１（ａ）と同様、空気供給ヘッダ１００の４つの角部（隅部）において密となり、空気供給ヘッダ１００の長手方向における中央部に向かって疎となるようにして設けられている。
そして、図９に示すように、空気供給管５１から空気ダクト１０２に流入した空気は、連通孔１０８から内方、すなわち、仕切り面１０６に向かって吹き出され、仕切り面１０６に衝突した後、空気供給ヘッダ１００の下側（下方）に向かって進む。空気供給ヘッダ１００の下側（下方）に向かって進んだ空気は、下面１０３に衝突した後、空気供給ヘッダ１００の内側（内方）に向かって進み、セルチューブ１２と孔１６ａ（図１０参照）との間を通って発電室１７に流入する。

【0055】

本実施形態に係る空気供給ヘッダ１００および燃料電池への空気供給方法の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

【0056】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。

【符号の説明】

【0057】

５０，８０，１００ 空気供給ヘッダ（酸化剤供給ヘッダ）
５１ 空気供給管（酸化剤供給管）
５２，８２，１０２ 空気ダクト（酸化剤ダクト）
５３，８３，１０３ 仕切り面
５４，８４，１０４ 外側板
５８，８９，１０８ 連通孔
６１ 燃料排出ヘッダ
６２ 断熱材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】