特許 6976873 燃料電池セルスタック装置

(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】6976873

(24)【登録日】2021年11月12日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】燃料電池セルスタック装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2484 20160101AFI20211125BHJP

   H01M 8/2465 20160101ALI20211125BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20211125BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/2484

   H01M8/2465

   !H01M8/12 101

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-8579(P2018-8579)

(22)【出願日】2018年1月23日

(65)【公開番号】特開2019-129020(P2019-129020A)

(43)【公開日】2019年8月1日

【審査請求日】2020年11月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】519322392

【氏名又は名称】森村ＳＯＦＣテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100170634

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 航介

(72)【発明者】

【氏名】坪井 文雄

(72)【発明者】

【氏名】松尾 卓哉

(72)【発明者】

【氏名】星子 琢也

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−０９２９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８０１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２７１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２５８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０３８７８２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池セルスタック装置であって、
内部に長手方向に延びるガス流路を有し、前記長手方向に直交する方向に並べられた柱状の複数の第１の燃料電池セル、及び、前記複数の第１の燃料電池セルの間に設けられ、前記複数の第１の燃料電池セルを直列に電気接続する第１の集電部材を含む第１のセルスタックと、
内部に長手方向に延びるガス流路を有し、前記長手方向に直交する方向に並べられた柱状の複数の第２の燃料電池セル、及び、前記複数の第２の燃料電池セルの間に設けられ、前記複数の第２の燃料電池セルを直列に電気接続する第２の集電部材を含む第２のセルスタックと、
前記第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セルの上部に接続され、前記第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セルのガス流路に燃料ガスを供給するための第１のマニホールドと、
前記第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セル、及び、前記第２のセルスタックの複数の第２の燃料電池セルの上部に接続され、前記第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セルのガス流路から排出された燃料ガスを回収するとともに、回収した燃料ガスを、前記第２のセルスタックの複数の第２の燃料電池セルのガス流路に供給するための第２のマニホールドと、
前記第１のセルスタックの下方及び前記第２のセルスタックの下方に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、を備え、
前記第１の集電部材は隣接する第１の燃料電池セルにそれぞれ対向する第１の主面及び第２の主面を有する板状であるとともに、前記第１の主面と第２の主面との間に、隣接する前記第１のセルスタックの間を前記酸化剤ガスが通過できる酸化剤ガス通路を有し、
前記第２の集電部材は隣接する第２の燃料電池セルにそれぞれ対向する第１の主面及び第２の主面を有する板状であるとともに、前記第１の主面と第２の主面との間に、隣接する前記第２のセルスタックの間を前記酸化剤ガスが通過できる酸化剤ガス通路を有し、
前記第１のマニホールドの直下において、前記酸化剤ガス通路から前記第１のマニホールドの側方への流通を促進する酸化剤ガス流通促進手段が設けられている、ことを特徴とする燃料電池セルスタック装置。

【請求項2】

前記酸化剤ガス流通促進手段は、
前記第１の集電部材が前記第１のマニホールドの下面から離間して配置されて構成されている、請求項１に記載の燃料電池セルスタック装置。

【請求項3】

前記第１の集電部材の上端は、前記第２の集電部材の上端よりも低い、請求項２に記載の燃料電池セルスタック装置。

【請求項4】

前記酸化剤ガス供給流路は、前記第１のセルスタックと前記第２のセルスタックの間に垂下している、請求項３に記載の燃料電池セルスタック装置。

【請求項5】

前記第１のセルスタックに対して前記酸化剤ガス供給流路の反対側には、前記第１のセルスタックに沿って壁状の第１の断熱材が配置され、
前記第１のセルスタックと前記酸化剤ガス供給流路との隙間、及び、前記第１のセルスタックと前記第１の断熱材との隙間は、前記酸化剤ガスが流通する第１の酸化剤ガス排出流路として形成されている、請求項４に記載の燃料電池セルスタック装置。

【請求項6】

前記第２のセルスタックに対して前記酸化剤ガス供給流路の反対側には、前記第２のセルスタックに沿って壁状の第２の断熱材が配置され、
前記第２のセルスタックと前記酸化剤ガス供給流路との隙間、及び、前記第２のセルスタックと前記第２の断熱材との隙間は、前記酸化剤ガスが流通する第２の酸化剤ガス排出流路として形成されており、
前記第１の酸化剤ガス排出流路及び前記第２の酸化剤ガス排出流路には、前記酸化剤ガスを前記第１の燃料電池セル及び前記第２の燃料電池セルに誘導する酸化剤ガス誘導手段が設けられている、請求項５に記載の燃料電池セルスタック装置。

【請求項7】

前記第１の酸化剤ガス排出流路において、前記酸化剤ガス誘導手段は、前記第１の集電部材の上端よりも低い位置に設けられている、請求項６に記載の燃料電池セルスタック装置。

【請求項8】

前記第１の集電部材及び前記第２の集電部材は、それぞれが有する前記酸化剤ガス通路から酸化剤ガスが内外へ流動することのできる複数の隙間を有し、
前記第１の集電部材は、前記第１のマニホールドの直下において、前記隙間の開口面積が他の部分よりも広い、請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池セルスタック装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池セルスタック装置に関する。特に、原料ガスを改質して得られた燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する固体酸化物形燃料電池装置の燃料電池セルスタック装置に関する。

【背景技術】

【0002】

固体酸化物形燃料電池装置（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下「ＳＯＦＣ」とも言う）は、電解質として酸化物イオン導電性固体電解質を用い、その両側に電極を取り付けた燃料電池セルを複数モジュール容器内に配設し、その燃料電池セルの一方の電極（燃料極）に燃料ガスを供給し、他方の電極（空気極）に酸化剤ガス（空気、酸素等）を供給することで発電反応により発電する電力を取り出す装置であり、高分子電解質形燃料電池装置等の他の燃料電池装置に対して、例えば７００〜１０００℃程度の比較的高温で動作する。

【0003】

このような固体酸化物形燃料電池装置に用いる燃料電池セルとして、特許文献１に記載の円筒型単セルや、特許文献２に記載の円筒横縞型、扁平円筒型などの燃料ガスマニホールドに複数が立設固定される筒状（柱状）の燃料電池セルが知られている。

【0004】

ところで、このような固体酸化物形燃料電池装置として、供給する燃料ガスの燃料電池セルにおける高い燃料利用率（Ｕｆ）と、高い発電効率が求められている。そこで燃料利用率及び発電効率の向上のため、特許文献３や特許文献４に記載のような燃料電池セル配列を２つのセル群に分割して燃料ガスのカスケード利用を促進した、二段構成のカスケード型燃料電池が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許５２３４５５４号公報

【特許文献2】特開平７−１３０３８５号公報

【特許文献3】特開２０１６−１００１３６号公報

【特許文献4】特開２０１６−１００１３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

燃料電池装置では、発電に使用されなかったオフガスを燃焼させて改質器を加熱し、改質器において原料ガスを、水素を含む燃料ガスに改質している。このような構成を二段構成の燃料電池に適用しようとする場合には、複数の一次側の燃料電池セルと複数の二次側の燃料電池セルとを並置し、一次側の燃料電池セルの上部に第１のマニホールドを接続し、一次側の燃料電池セル及び二次側の燃料電池セルの下部に第２のマニホールドを接続する構成が考えられる。このような構成を採用する場合には、発電用空気は第１及び第２の燃料電池セルの下方に供給することになる。そして供給された発電用空気は、上昇しながらそれぞれの燃料電池セルの外側表面に形成された空気極に供給される。

【0007】

ところで、複数の燃料電池セルを電気的に接続して燃料電池セルスタックを構成する場合、複数の燃料電池セル同士を、集電部材を用いて接続することが一般的である。ここで燃料電池セルへの発電用空気の供給の観点では、燃料電池セルの間に発電用空気を流通させるために燃料電池セルの間隔をできるだけ広げて配置することが理想である。しかしセル間隔が広がると集電部材を移動する電子の伝導経路が延びるため電気抵抗の増大につながるとともに、部材コストの増大や装置の大型化を招いてしまう。よって発電用空気の供給が実施できる条件で、できるだけ燃料電池セルの間隔を狭く配置することが集電の点で求められる。

【0008】

このようなカスケード型燃料電池の構成において、二次側の燃料電池セルの上方は開放されているため、下方から供給された発電用空気が二次側の燃料電池セル間を流通してセル上方に排出されることが可能である。しかしながら、上述したように燃料電池セル同士の間隔が十分に広く配置されていない場合、一次側の燃料電池セルの上部に第１のマニホールドを接続してしまうと、これにより一次側の燃料電池セルの上方で燃料電池セルの間の発電用空気の流通が妨げられてしまう。このため、一次側の燃料電池セルで発電にムラが生じてしまう。

【0009】

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、一次側の燃料電池セルの上部に第１のマニホールドを接続した場合であっても、第１のマニホールドの直下における一次側の燃料電池セル間における発電用空気の下方から上方へかけての流通、及び発電用空気の一次側の燃料電池セルの上方への排出が可能な燃料電池セルスタック装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の燃料電池セルスタック装置は、燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池セルスタック装置であって、内部に長手方向に延びるガス流路を有し、長手方向に直交する方向に並べられた柱状の複数の第１の燃料電池セル、及び、複数の第１の燃料電池セルの間に設けられ、複数の第１の燃料電池セルを直列に電気接続する第１の集電部材を含む第１のセルスタックと、内部に長手方向に延びるガス流路を有し、長手方向に直交する方向に並べられた柱状の複数の第２の燃料電池セル、及び、複数の第２の燃料電池セルの間に設けられ、複数の第２の燃料電池セルを直列に電気接続する第２の集電部材を含む第２のセルスタックと、第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セルの上部に接続され、第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セルのガス流路に燃料ガスを供給するための第１のマニホールドと、第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セル、及び、第２のセルスタックの複数の第２の燃料電池セルの上部に接続され、第１のセルスタックの複数の第１の燃料電池セルのガス流路から排出された燃料ガスを回収するとともに、回収した燃料ガスを、第２のセルスタックの複数の第２の燃料電池セルのガス流路に供給するための第２のマニホールドと、第１のセルスタックの下方及び第２のセルスタックの下方に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路と、を備え、第１の集電部材は隣接する第１の燃料電池セルにそれぞれ対向する第１の主面及び第２の主面を有する板状であるとともに、第１の主面と第２の主面との間に、隣接する第１のセルスタックの両側の間を酸化剤ガスが通過できる酸化剤ガス通路を有し、第２の集電部材は隣接する第２の燃料電池セルにそれぞれ対向する第１の主面及び第２の主面を有する板状であるとともに、第１の主面と第２の主面との間に、隣接する第２のセルスタックの両側の間を酸化剤ガスが通過できる酸化剤ガス通路を有し、第１のマニホールドの直下において、酸化剤ガス通路から前記第１のマニホールドの側方への流通を促進する酸化剤ガス流通促進手段が設けられている、ことを特徴とする。

【0011】

上記構成の本発明によれば、酸化剤ガス流通促進手段により、酸化剤ガスの第１のマニホールドの直下における第１のセルスタックの両側の間の流通が促進される。これにより、第１のセルスタックにおける発電ムラを抑えることができる。

【0012】

本発明において、好ましくは、酸化剤ガス流通促進手段は、第１の集電部材が第１のマニホールドの下面から離間して配置されて構成されている。
上記構成の本発明によれば、第１のマニホールドの直下に第１の集電部材が配置されていない領域が形成される。これにより、第１のマニホールドの直下における第１のセルスタックの両側の間の流通を促進できる。

【0013】

本発明において、好ましくは、第１の集電部材の上端は、第２の集電部材の上端よりも低い。
上記構成の本発明によれば、第１のセルスタックにおける発電ムラを抑えることができるとともに、第２のセルスタックにおける集電効率を向上することができる。

【0014】

本発明において、好ましくは、酸化剤ガス供給流路は、第１のセルスタックと第２のセルスタックの間に垂下している。
上述の通り、本発明によれば、第１のマニホールドの直下においても、酸化剤ガスの第１のセルスタックの両側の間の流通が促進されている。このため、第１のセルスタックが設けられる空間と、第２のセルスタックが設けられる空間との間に酸化剤ガス供給流路を設けて、これら空間を分離したとしても、第１のセルスタックの設けられた空間内において酸化剤ガスが十分に流通する。そして、酸化剤ガス供給流路を第１のセルスタックと第２のセルスタックとの間に設けることにより、一の供給流路により酸化剤ガスを第１及び第２のセルスタックの両方に供給することができる。

【0015】

本発明において、好ましくは、第１のセルスタックに対して酸化剤ガス供給流路の反対側には、第１のセルスタックに沿って壁状の第１の断熱材が配置され、第１のセルスタックと酸化剤ガス供給流路との隙間、及び、第１のセルスタックと第１の断熱材との隙間は、酸化剤ガスが流通する第１の酸化剤ガス排出流路として形成されている。

【0016】

上記の構成の本発明によれば、第１のマニホールドの直下における酸化剤ガスの第１のセルスタックの両側の間の流通が促進されているため、酸化剤ガス供給流路の取り付け誤差や、断熱材の寸法誤差の影響で酸化剤ガス排出流路が狭くなったとしても、第１のセルスタックに十分に酸化剤ガスを供給することができる。

【0017】

本発明において、好ましくは、第２のセルスタックに対して酸化剤ガス供給流路の反対側には、第２のセルスタックに沿って壁状の第２の断熱材が配置され、第２のセルスタックと酸化剤ガス供給流路との隙間、及び、第２のセルスタックと第２の断熱材との隙間は、酸化剤ガスが流通する第２の酸化剤ガス排出流路として形成されており、第１の酸化剤ガス排出流路及び第２の酸化剤ガス排出流路には、酸化剤ガスを第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルに誘導する酸化剤ガス誘導手段が設けられている。

【0018】

上記構成の本発明によれば、酸化剤ガス誘導手段により酸化剤ガスが第１の燃料電池セル及び第２の燃料電池セルに誘導されるため、酸化剤ガスを効果的に発電に利用することができ、発電効率を向上することができる。

【0019】

本発明において、好ましくは、第１の酸化剤ガス排出流路において、酸化剤ガス誘導手段は、第１の集電部材の上端よりも低い位置に設けられている。
酸化剤ガス誘導手段を第１の集電部材の上端よりも上方に設けてしまうと、酸化剤ガス流通促進手段による酸化剤ガスの流通促進効果が減ってしまうが、上記構成の本発明によれば、酸化剤ガス誘導手段が第１の集電部材の上端よりも低い位置に設けられているため、確実に酸化剤ガスの流通を促進することができる。

【0020】

本発明において、好ましくは、第１の集電部材及び第２の集電部材は、それぞれが有する酸化剤ガス通路から酸化剤ガスが内外へ流動することのできる複数の隙間を有し、第１の集電部材は、第１のマニホールドの直下において、隙間の開口面積が他の部分よりも広い。
上記構成の本発明によれば、第１のマニホールドの直下において、第１の集電部材の隙間の開口面積が他の部分よりも広いため、酸化剤ガスの第１のマニホールドの直下における第１のセルスタックの両側の間の流通が促進される。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、一次側の燃料電池セルの上部に第１のマニホールドを接続した場合であっても、第１のマニホールドの直下における一次側の燃料電池セルの両側の空間の間の発電用空気の流通が可能な燃料電池セルスタック装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第１のセルスタック側から見た斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第２のセルスタック側から見た斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第１のセルスタック側から見た側面図である。

【図4】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第２のセルスタック側から見た側面図である。

【図5】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の上面図である。

【図6】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を構成する第１のセルスタックの部分水平断面図である。

【図7】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を構成する第１のセルスタックに用いられる集電部材を示す斜視図である。

【図8】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の鉛直断面図である。

【図9】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１及び第２のセルスタックの上端部の拡大断面図である。

【図10】本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１及び第２のセルスタックの下端部の拡大断面図である。

【図11】接合部材の塑性変形量を測定するための装置を示す構成図である。

【図12】本発明の第２実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１及び第２のセルスタックの上端部を示す鉛直断面図である。

【図13】本発明の第２実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１のセルスタックの集電部材の構成を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下では、本明細書に開示する発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の説明から、当業者にとって、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、以下の説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更することができる。

【0024】

以下、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第１のセルスタック側から見た斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第２のセルスタック側から見た斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第１のセルスタック側から見た側面図である。図４は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を示す第２のセルスタック側から見た側面図である。図５は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の上面図である。図６は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を構成する第１のセルスタックの部分水平断面図である。図７は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置を構成する第１のセルスタックに用いられる集電部材を示す斜視図である。図８は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の鉛直断面図である。図９は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１及び第２のセルスタックの上端部の拡大断面図である。図１０は、本発明の第１実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１及び第２のセルスタックの下端部の拡大断面図である。なお、図２〜図５、図９では仕切り板を省略している。

【0025】

図１〜図９に示すように、燃料電池セルスタック装置１００は、第１のセルスタック１０ａと、複数の柱状（筒状）の燃料電池セル１により構成された第２のセルスタック１０ｂと、第１のセルスタック１０ａの上方に設けられた第１のマニホールド２ａと、第１のセルスタック１０ａ及び第２のセルスタック１０ｂの下方に設けられたマニホールド２ｂと、第２のセルスタック１０ｂの上方に設けられ、改質触媒が充填された改質部１２Ｂを有する改質器１２と、から構成される。改質器１２と第１のマニホールド２ａとは接続部１４を介して流体接続されている。また、第１のセルスタック１０ａと、第２のセルスタック１０ｂとの間には、仕切り板６０が垂下するように設けられている。

【0026】

また、図８に示すように、燃料電池セルスタック装置１００は断熱材９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃにより包囲されている。第１のセルスタック１０ａに対して仕切り板６０の反対側には第１のセルスタック１０ａに沿うように第１の断熱材９０Ａが設けられている。第２のセルスタック１０ｂに対して仕切り板６０の反対側には第２のセルスタック１０ｂに沿うように第２の断熱材９０Ｂが設けられている。第２のマニホールド２ｂの下方には第３の断熱材９０Ｃが設けられている。

【0027】

第１の断熱材９０Ａと第１のセルスタック１０ａとの間には、第１の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａが形成されており、第１のセルスタック１０ａと仕切り板６０との間には第１の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａが形成されている。これら第１の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａ及び第１の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａを通り酸化剤ガス（空気）が流通する。また、第１の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａ及び第１の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａの第１のセルスタック１０ａの燃料電池セル１ａの上端よりも低い位置には、上下方向に交互にこれら流路を横方向（紙面に垂直な方向）に閉塞する酸化剤ガス誘導部材８２Ａが設けられている。

【0028】

第２の断熱材９０Ｂと第２のセルスタック１０ｂとの間には、第２の外側酸化剤ガス排出流路８０Ｂが形成されており、第２のセルスタック１０ｂと仕切り板６０との間には第２の内側酸化剤ガス排出流路８１Ｂが形成されている。これら第２の外側酸化剤ガス排出流路８０Ｂ及び第２の内側酸化剤ガス排出流路８１Ｂを通り酸化剤ガス（空気）が流通する。また、第２の外側酸化剤ガス排出流路８０Ｂ及び第２の内側酸化剤ガス排出流路８１Ｂの第２のセルスタック１０ｂの燃料電池セル１ｂの上端よりも低い位置には、上下方向に交互にこれら流路を横方向（紙面に垂直な方向）に閉塞する酸化剤ガス誘導部材８２Ｂが設けられている。

【0029】

断熱材９０Ａ、９０Ｂ、９０Ｃの外周には内側ハウジング９２が設けられており、さらに、内側ハウジング９２の外周には外側ハウジング９４が取り付けらえている。内側ハウジング９２と断熱材９０との間には排ガス流路９６が形成されている。また、内側ハウジング９２と外側ハウジング９４との間には空気流路９８が形成されている。仕切り板６０の上端は内側ハウジング９２に接続されている。内側ハウジング９２の下面に排ガス流路９６と連通し、外側ハウジング９４の外部まで延びる排ガス排出孔９２ａが形成されている。また、外側ハウジング９４の下面には、空気流路９８と連通し、外側ハウジング９４の外部まで延びる空気流入孔（図示せず）が形成されている。

【0030】

第１のセルスタック１０ａは、内部に軸方向に延びるガス流路が形成された複数の柱状の燃料電池セル１ａが水平方向（横方向）に一列に配列されてなる。また、第２のセルスタック１０ｂも、第１のセルスタック１０ａと同様に、内部に軸方向に延びるガス流路が形成された複数の柱状の燃料電池セル１ｂが水平方向（横方向）に一列に配列されてなる。

【0031】

第１のセルスタック１０ａを構成するそれぞれの燃料電池セル１ａの上端は、第１のマニホールド２ａに流体接続されている。また、第１のセルスタック１０ａを構成するそれぞれの燃料電池セル１ａの下端は、第２のマニホールド２ｂの短辺方向一側に流体接続されている。第２のセルスタック１０ｂを構成するそれぞれの燃料電池セル１ｂの下端は、第２のマニホールド２ｂの短辺方向他側に流体接続されている。第２のセルスタック１０ｂを構成するそれぞれの燃料電池セル１ｂの上端は開放されており、第２のセルスタック１０の上端と、改質器１２との間には、第２のセルスタック１０ｂから放出されたガスが燃焼される燃焼部１８が形成されている。

【0032】

改質器１２には、原料ガス及び水（又は水蒸気）が供給される。改質器１２は、燃焼部１８の熱により供給された燃料ガスを、水素を含む燃料ガスに改質する。改質器１２により改質された燃料ガスは、接続部１４を介して第１のマニホールド２ｂに供給される。第１のマニホールド２ｂに供給された燃料ガスは、第１のセルスタック１０ａを構成する燃料電池セル１ａに送られ、燃料電池セル１ａの内部流路に下方に向かって流れる。この際、第１のセルスタック１０ａの燃料電池セル１ａにより発電がおこなわれる。

【0033】

第１のセルスタック１０ａの燃料電池セル１ａから排出された燃料ガスは、第２のマニホールド２ｂにより回収される。第２のマニホールド２ｂにより回収された燃料ガスは、第２のセルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂの内部流路に供給され、内部流路を上方に向かって流れる。この際、第２のセルスタック１０ｂの燃料電池セル１ｂにより発電がおこなわれる。

【0034】

第２のセルスタック１０ｂの燃料電池セル１ｂを通過した燃料ガスは、第２のセルスタック１０ｂの上方の燃焼部１８に排出される。そして、燃焼部１８に排出された発電に使用されなかった燃料ガスは着火され燃焼される。なお、本実施形態では、セル群は１つの第１のセルスタック１０ａと、１つの第２のセルスタック１０ｂのみを含んで構成されている。しかしながら、第１のセルスタックを２つ以上設けてもよく、第２のセルスタックを２つ以上設けてもよく、第２のセルスタックの下流に第３のセルスタックを設けてもよい。

【0035】

図６に示すように、第１のセルスタック１０ａは、複数の燃料電池セル１ａが一列に間隔をあけて並置されており、隣接する燃料電池セル１ａの間に集電部材３０が配置されて構成されている。これにより、複数の燃料電池セル１ａは直列に電気的に接続されている。第２のセルスタック１０ｂは、複数の燃料電池セル１ｂが一列に間隔をあけて並置されており、隣接する燃料電池セル１ｂの間に集電部材３１が配置されて構成されている。これにより、複数の燃料電池セル１ａは直列に電気的に接続されている。また、第１のセルスタック１０ａの最も外側に位置する燃料電池セル１ａに端部集電部材３１ａが接着されている。また、これと同様に、第２のセルスタック１０ｂの最も外側に位置する燃料電池セル１ｂに端部集電部材３１ｂが接着されている。燃料電池セルスタック装置１００の一方の側において、第１のセルスタック１０ａの端部集電部材３１ａは、第２のセルスタック１０ｂの端部集電部材３１ｂと連結集電部材３２を介して接続されている。これにより、第１のセルスタック１０ａを構成する燃料電池セル１ａと、第２のセルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂとは直列接続される。そして、燃料電池セルスタック装置１００の他方の側の第１のセルスタック１０ａの端部集電部材３１ａと、第２のセルスタック１０ｂの端部集電部材３１ｂとから発電された電流が取り出される。なお、本実施形態では、第１のセルスタック１０ａを構成する燃料電池セル１ａと、第２のセルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂとは直列接続されているが、並列接続とすることも可能である。柱状の燃料電池セル１ａの積層構造について、その一例を以下に説明する。

【0036】

各燃料電池セル１ａの内部には、一端から他端へ貫通するガス流路３４Ａが形成されている。図示するようにガス流路３４Ａは複数でもよく、単数であってもよい。
燃料電池セル１ａは、一対の対向する平坦面を有する柱状の導電性支持基板３４と、支持基板３４の一方の平坦面上に形成された燃料側電極層３６と、燃料側電極層３６の外面に形成された固体電解質層３８と、固体電解質層３８の外面に形成された空気側電極層４０と、からなる。また、燃料電池セル１ａの他方の平坦面上にはインターコネクタ４２が設けられている。

【0037】

支持基板３４の内部には、軸方向に燃料ガスを流すためのガス流路３４Ａが両端部の間にわたって形成されている。インターコネクタ４２の外面にはＰ型半導体層４４が設けられている。インターコネクタ４２は、Ｐ型半導体層４４を介して、集電部材３０に接続させている。

【0038】

燃料側電極層３６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。

【0039】

固体電解質層３８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。

【0040】

空気側電極層４０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。

【0041】

支持基板３４としては、燃料ガスが燃料側電極層３６まで透過するようにガス透過性を有するように、気孔率の高い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。
なお、支持基板３４の形状は柱状であれば良く、円筒状であってもよい。

【0042】

Ｐ型半導体層４４としては、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。

【0043】

インターコネクタ４２は、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）、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＳｒＴｉＯ₃系酸化物）等を用いることができる。

【0044】

図６及び図７に示すように、集電部材３０は間隔をあけて配置された一対の側板３０ａと、一対の側板３０ａの間を延びる第１及び第２の突出部材３０ｂ１、３０ｂ２とを有する。第１の突出部材３０ｂ１は、一対の側板３０ａを結ぶ平面から一方に（図７の紙面奥側）平面視台形状に突出した部材である。複数の第１の突出部材３０ｂ１の一対の側板３０ａを結ぶ平面に平行な平坦面が、隣接する燃料電池セルと対向して接触する第１の主面を形成する。第２の突出部材３０ｂ２は、一対の側板３０ａを結ぶ平面から他方（図７の紙面手間側）に平面視台形状に突出した部材である。複数の第２の突出部材３０ｂ２の一対の側板３０ａを結ぶ平面に平行な平坦面が、隣接する燃料電池セルと対向して接触する第２の主面を形成する。

【0045】

集電部材３０において、上方から下方に向かって第１の突出部材３０ｂ１と、第２の突出部材３０ｂ２とが交互に配置されている。また、上方の第２の突出部材３０ｂ２と下方の第１の突出部材３０ｂ１との間には隙間３０ｃが設けられている。このような構造とすることで、第１の主面と第２の主面との間に酸化剤ガス通路３０ｄが形成され、隙間３０ｃから酸化剤ガス通路３０ｄに流れ込んだ酸化剤ガスが酸化剤通路３０ｄの内部を流動し、さらに隙間３０ｃを通じて燃料電池セル１a、１ｂのそれぞれの空気極に酸化剤ガスが供給される。また、集電部材３０は変形可能な弾性構造体となるため、セルスタックの形成による配列方向両端からの応力、あるいは燃料電池セルの膨張収縮に伴う応力を、吸収し緩和させることができる。なお、第２のセルスタック１０ｂ集電部材３１は、第１のセルスタック１０ａの集電部材３０と高さが異なるものの、基本構成は同じである。
なお、集電部材３０は、Ｆe−Ｃｒ系やＦe−Ｎｉ系等の合金材料を用いることができ、所定の弾性を確保するために、厚みを例えば０．２〜１．０ｍｍとすると良い。

【0046】

図１、図２、及び、図８に示すように、第１のセルスタック１０ａと、第２のセルスタック１０ｂとは、それぞれの燃料電池セル１ａ、１ｂの配列方向が平行になるように配置されている。

【0047】

第１のセルスタック１０ａの構成と、第２のセルスタック１０ｂの構成は、集電部材３０、３１の高さが異なるものの、その他の構成は同一である。第１のセルスタック１０ａの集電部材３０の長さは、第２のセルスタック１０ｂの集電部材３１の長さよりも短く、第１のセルスタック１０ａの集電部材３０の上端は、第２のセルスタック１０ｂの集電部材３１の上端よりも低い位置に位置している。そして、第１のセルスタック１０ａの集電部材３０の上端は、第１のマニホールド２ａの下面から離間している。後に詳述するが、このように第１のセルスタック１０ａの集電部材３０の上端は、第１のマニホールド２ａの下面から離間していることにより、第１の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａと第１の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａとの間での酸化剤ガスの流通が促進される。すなわち、この構成が、第１のセルスタックの両側の間の流通を促進する酸化剤ガス流通促進手段として機能する。

【0048】

第２のセルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂの上方は開放されており、第２のセルスタック１０ｂの上方には燃焼部１８が形成されている。燃焼部１８では、発電に使用されなかった燃料ガスが燃焼される。

【0049】

図１〜図５に示すように、改質器１２は、蒸発部１２Ａと、改質部１２Ｂとを備える。改質器１２へは、外部から原料ガスと水が供給管１３Ａ，１３Ｂを通じて供給される。蒸発部１２Ａは、燃焼部１８の燃焼熱により水を加熱して水蒸気を生じさせる。

【0050】

改質部１２Ｂには、混合ガスを改質するための改質触媒が充填されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したものや、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したものが適宜用いられる。改質部１２Ｂは、燃焼部１８の燃焼熱により供給された原料ガスを水蒸気を用いて、水素を含む燃料ガスに改質する。改質器１２は底面が水平になるように保持されている。改質器１２は、第１のマニホールド２ａよりも上方に位置している。

【0051】

図９に示すように、第１のマニホールド２ａは、中空の筐体２２を有し、筐体２２の下端面に第１セルスタック１０ａを構成する燃料電池セル１ａの断面形状と略同形状の複数の開口２２Ａが形成されている。第１セルスタック１０ａを構成する全ての燃料電池セル１ａの上端は、筐体２２に形成された開口２２Ａに接続されている。筐体２２の開口２２Ａの縁には内側に折り返された折り返し部２２Ｂが形成されている。第１のセルスタック１０ａを構成する燃料電池セル１ａの上端は、第１のマニホールド２ａの開口２２Ａ内に挿入されている。燃料電池セル１ａの上端と筐体２２の折り返し部２２Ｂとの間の隙間が第１の接合部材２４（上端側接合部材）により気密に固定されている。すなわち、第１の接合部材２４は、筐体２２内に位置しており、燃料電池セル１ａの上端は第１のマニホールド２ａ内で筐体２２に接続されている。第１の接合部材２４としては、例えば、ガラス組成物、セラミック、ポリマー等を用いることができる。なお、本実施形態では、燃料電池セル１ａとの接合部全体が第１のマニホールド２ｂ内に位置しているが、これに限らず、少なくとも一部が第１のマニホールド２ｂ内に位置していればよい。

【0052】

接続部１４は、改質器１２及び第１のマニホールド２ａと継ぎ目なく一体に構成されており、互いの内部流路が流体接続されている。また、接続部１４は改質器１２から第１のマニホールド２ａに向かって下方に向かって傾斜するような湾曲形状を有している。

【0053】

図１０に示すように、第２のマニホールド２ｂは、筐体５０を有する。筐体５０は、下方筐体５０ａと上方筐体５０ｂとが接続されてなり、内部に空間が形成されている。上方筐体５０ｂには、幅方向両側に長手方向に延びるように第１の開口５０ｃと、第２の開口５０ｄとが幅方向に並ぶように平行に形成されている。第１の開口５０ｃは、第１セルスタック１０ａを構成する燃料電池セル１ａの断面形状と略同形状に形成されている。上方筐体５０ｂの第１の開口５０ｃの縁には内側に折り返された折り返し部５０ｅが形成されている。第１のセルスタック１０ａを構成する燃料電池セル１ａの下端は、上方筐体５０ｂの第１の開口５０ｃ内に挿入されている。燃料電池セル１ａの下端と上方筐体５０ｂの折り返し部５０ｅとの間の隙間が第２の接合部材２５（下端側接合部材）により気密に固定されている。

【0054】

また、第２の開口５０ｄは、第２セルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂの断面形状と略同形状に形成されている。上方筐体５０ｂの第２の開口５０ｄの縁には内側に折り返された折り返し部５０ｆが形成されている。第２のセルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂの下端は、上方筐体５０ｂの第２の開口５０ｄ内に挿入されている。燃料電池セル１ｂの下端と上方筐体５０ｂの折り返し部５０ｆとの間の隙間は、燃料電池セル１ａの下端と開口５０ｃとの間の隙間を接続する接合部材と同じ、第２の接合部材２５により気密に接続されている。

【0055】

第１及び第２の接合部材２４、２５としては、例えば、ガラス組成物、セラミック、ポリマー等を用いることができる。好ましくは、第１及び第２の接合部材２４、２５は、第１及び第２のガラス組成物により構成されており、より好ましくは、第１のガラス組成物は非晶質ガラスにより構成されている。具体的には、非晶質のガラス組成物としては、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−ＰｂＯ、ＳｉＯ₂−ＰｂＯ、ＳｉＯ₂−ＺｎＯ−ＰｂＯ、ＳｉＯ₂−ＺｎＯ、ＳｉＯ₂−ＺｎＯ−ＲＯ（Ｒはアルカリ土類金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａの略号）、ＳｉＯ₂−ＺｒＯ₂−Ｒ₂Ｏ（Ｒはアルカリ金属、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋの略号）などを用いることができる。また、結晶化ガラスとしては、Ｌｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂，Ｌｉ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂，Ｌｉ₂Ｏ−ＲＯ（Ｒ；Ｍｇ，Ｚｎ）−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂，Ｎａ₂Ｏ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂、ＲＯ（Ｒ；Ｍｇ，Ｚｎ）−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂，ＲＯ（Ｒ；Ｍｇ，Ｚｎ）−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂，（ＢａＯ，ＰｂＯ）−ＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂，（ＰｂＯ，Ｎａ₂Ｏ）−Ｎｂ₂Ｏ₅−Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂等をもちいることができる。

【0056】

このような構成により、第１の接合部材２４（上端側接合部材）の２００〜８００℃の所定温度（例えば、５００℃）における所定荷重に対する塑性変形量が、第２の接合部材２５（下端側接合部材）の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量よりも大きくなっている。なお、この所定温度としては、燃料電池セルにより発電を行っている際の第１の接合部材２４及び第２の接合部材２５と等しく又は近い値となるように決定すればよい。上記の組成物の種類及び配合を変更することにより、所定温度における所定荷重に対する塑性変形量を調整することができる。

【0057】

なお、このような接合部材（ガラス組成物）の所定温度（例えば、５００℃）における所定荷重に対する塑性変形量は、以下のようにして比較することができる。
図１１は、接合部材の塑性変形量を測定するための装置を示す構成図である。接合部材の塑性変形量を測定する際には、熱機械分析装置を用いる。熱機械分析装置とは、試料の温度を一定のプログラムによって変化させながら、圧縮、引張り、曲げなどの非振動的荷重を加えてその物質の変形を温度又は時間の関数として測定する装置であり、市販の装置を用いることができる。

【0058】

図１１に示すように、熱機械分析装置は、試料皿２０１とプローブ２０２とを備える。接合部材の塑性変形量を測定するためには、まず、熱機械分析装置の試料皿２０１上に平板状の冶具２０３を設置し、この冶具２０３上に測定対象の試料（ガラス組成物）２００を配置する。そして、これら試料２００及び冶具２０３を覆うように、鉛直に延びる開口２０４Ａを有する冶具２０４を配置する。次に、この冶具２０４の開口２０４Ａ内に芯材２０５（例えば、２Ｈ、Φ０．５のシャープペンシルの芯）を配置する。このような状態で、熱機械分析装置により試料２００を所定温度まで加熱する。そして、プローブ２０２を下降させて芯材２０５を介して試料２００に所定の荷重（例えば、０．５Ｎ）を印加し、この際のプローブ２０２の変位を測定する。そして、接合部材ごとの測定された変位を比較することにより、所定荷重に対する塑性変形量を比較することができる。

【0059】

仕切り板６０は、例えば、ステンレス等の耐熱性を有する中空の板材からなり、内部に空気（酸化剤ガス）を供給するために酸化剤ガス供給流路６０ａが形成されている。仕切り板６０の下端部には下端噴出孔６０ｂが形成されている。仕切り板６０の上端は内側ハウジング９２の上面に接続されており、酸化剤ガス供給流路６０ａは空気流路９８と連通している。これにより、酸化剤ガス供給流路６０ａには、空気流路９８を介して上端から発電用空気が供給され、下端噴出孔６０ｂから放出される。仕切り板６０は、改質器１２よりも上方の高さ位置から下端が第１のセルスタック１０ａ及び第２のセルスタック１０ｂの下端部近傍まで上下方向に延びている。これにより、仕切り板６０は、第１のマニホールド２ａと第１のセルスタック１０ａとの接続部と、燃焼部１８との間を仕切り、熱影響を低減することができる。

【0060】

以下、本実施形態の燃料電池セルスタック装置１００における燃料ガス及び水（水蒸気）と、発電用空気の流れについて説明する。
原料ガス及び水（水蒸気）は、燃料電池セルスタック装置１００に供給管１３Ａ，１３Ｂを通じて外部から改質器１２に供給される。改質器１２に供給された水は改質器１２の蒸発部１２Ａにおいて燃焼部１８の熱により蒸発される。そして、原料ガス及び水蒸気は改質部１２Ｂへ送られる。原料ガス及び水蒸気は、改質部１２Ｂにおいて燃焼部１８の熱により、水素を含む燃料ガスに改質される。

【0061】

改質器１２において改質された燃料ガスは、接続部１４を介して第１のマニホールド２ａに供給される。第１のマニホールド２ａに供給された燃料ガスは、第１のセルスタック１０ａを構成するそれぞれの燃料電池セル１ａの内部流路に上端から送り込まれる。燃料ガスは、燃料電池セル１ａの上端から下端に向かって流通し、下端から第２のマニホールド２ｂ内に放出される。この際、それぞれの燃料電池セル１ａは発電を行う。

【0062】

第２のマニホールド２ｂに流れ込んだ燃料ガスは、第２のセルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂの内部流路に下端から送られる。燃料電池セル１ｂに送り込まれた燃料ガスは内部流路内を下端から上端に向かって流れる。この際、それぞれの燃料電池セル１ｂは発電を行う。

【0063】

第２のセルスタック１０ｂを構成する燃料電池セル１ｂを通過した、発電に使用されなかった燃料ガスは、燃料電池セル１ｂの上端から燃焼部１８に放出される。燃焼部１８に放出された燃料ガスは燃焼され、その際に発生する熱は改質器１２を加熱するのに用いられる。

【0064】

燃料ガスを燃焼部１８で燃焼して発生した排ガスは上方に向かって上昇する。そして、排ガスは、排ガス流路９６を下方に向かって流れる。この際、排ガス流路９６を流れる排ガスと、空気流路９８を流れる発電用空気との間で熱交換が行われ、発電用空気を加熱することができる。そして、排ガスは排ガス排出孔９２ａから外側ハウジング９４の外部に排出される。

【0065】

次に、発電用空気は、外部から空気流入孔を通じて空気流路９８に送り込まれる。空気流路９８内に送り込まれた空気は空気流路９８を上方に向かって流れる。この際、排ガス流路９６を流れる排ガスと熱交換が行われ、空気は加熱される。空気流路９８の上部まで到達した空気は、仕切り板６０の上端から酸化剤ガス供給流路６０ａに送られる。

【0066】

酸化剤ガス供給流路６０ａに送り込まれた発電用空気は、下端噴出孔６０ｂを通じて、第１及び第２の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａ、８１Ｂに排出される。そして、酸化剤ガスは、第１及び第２の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａ、８１Ｂと、第１及び第２の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａ、８０Ｂと、を通じて上方に移動する。この際、これら排出流路には酸化剤ガス誘導部材８２Ａ、８２Ｂが設けられているため、酸化剤ガスは、図８に矢印で示すように、第１及び第２のセルスタック１０ａ、１０ｂの集電部材３０、３１の酸化剤ガス通路３０ｄを通じて、隣接する燃料電池セル１ａ、１ｂの間を通り、第１及び第２の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａ、８１Ｂと第１及び第２の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａ、８０Ｂとの間で流通する。また、第１のセルスタック１０ａの上端部（図８のＡ部には、集電部材３０が設けられていない。このため、酸化剤ガスは第１のセルスタック１０ａの上端部で停滞することなく、排ガス流路９６へ流れこむ。

【0067】

本実施形態によれば、以下の作用効果が奏される。
発明が解決しようとする課題において説明したが、燃料電池セル同士の間隔が十分に広く配置されていない場合に、第１の燃料電池セル１ａの上部に第１のマニホールド２ａを接続してしまうと、第１の燃料電池セル１ａの上部（図８のＡ部）で燃料電池セル１ａの間の発電用空気の流通が妨げられてしまう。このため、発電用空気が第１の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａを通って上昇してしまい、第１の燃料電池セル１ａの上部で発電にムラが生じてしまうおそれがあった。本実施形態によれば、酸化剤ガス流通促進手段により、酸化剤ガスの第１のマニホールド２ａの直下における第１のセルスタック１０ａの両側の間の流通が促進される。これにより、第１のセルスタック１０ａにおける発電ムラを抑えることができる。

【0068】

また、本実施形態によれば、第１のセルスタック１０ａの集電部材３０が第１のマニホールド２ａの下面から離間して配置されて構成されている。このため、第１のマニホールド２ａの直下に集電部材３０が配置されていない領域が形成され、第１のマニホールド２ａの直下における第１のセルスタック１０ａの両側の間の流通を促進できる。

【0069】

また、本実施形態によれば、第１のセルスタック１０ａの集電部材３０の上端は、第２のセルスタック１０ｂの集電部材３１の上端よりも低い。これにより、第１のセルスタック１０ａにおける発電ムラを抑えることができるとともに、第２のセルスタック１０ｂにおける集電効率を向上することができる。

【0070】

また、本実施形態では、仕切り板６０は、第１のセルスタック１０ａと第２のセルスタック１０ｂの間に垂下している。上述の通り、本実施形態では、第１のマニホールド２ａの直下においても、酸化剤ガスの第１のセルスタック１０ａの両側の間の流通が促進されている。このため、第１のセルスタック１０ａが設けられる空間と、第２のセルスタック１０ｂが設けられる空間との間に仕切り板６０を設けて、これら空間を分離したとしても、第１のセルスタック１０ａの設けられた空間内において酸化剤ガスが十分に流通する。そして、仕切り板６０を第１のセルスタック１０ａと第２のセルスタック１０ｂとの間に設けることにより、一の供給流路により酸化剤ガスを第１及び第２のセルスタック１０ａ、１０ｂの両方に供給することができる。

【0071】

また、本実施形態では、第１のセルスタック１０ａに対して仕切り板６０の反対側には、第１のセルスタック１０ａに沿って壁状の第１の断熱材９０Ａが配置され、第１のセルスタック１０ａと仕切り板６０との隙間、及び、第１のセルスタック１０ａと第１の断熱材９０Ａとの隙間は、酸化剤ガスが流通する第１の酸化剤ガス排出流路８０Ａ，８０Ｂとして形成されている。上述の通り、第１のマニホールド２ａの直下における酸化剤ガスの第１のセルスタック１０ａの両側の間の流通が促進されているため、仕切り板６０の取り付け誤差や、断熱材の寸法誤差の影響で第１の酸化剤ガス排出流路８０Ａ，８０Ｂが狭くなったとしても、第１のセルスタック１０ａに十分に酸化剤ガスを供給することができる。

【0072】

また、本実施形態では、第２のセルスタック１０ｂに対して仕切り板６０の反対側には、第２のセルスタック１０ｂに沿って壁状の第２の断熱材９０Ｂが配置され、第２のセルスタック１０ｂと仕切り板６０との隙間、及び、第２のセルスタック１０ｂと第２の断熱材９０Ｂとの隙間は、酸化剤ガスが流通する第２の酸化剤ガス排出流路８１Ａ，８１Ｂとして形成されており、第１の酸化剤ガス排出流路８０Ａ，８０Ｂ及び第２の酸化剤ガス排出流路８１Ａ，８１Ｂには、酸化剤ガスを燃料電池セル１ａ、１ｂに誘導する酸化剤ガス誘導部材８２Ａ，８２Ｂが設けられている。このような本実施形態によれば、酸化剤ガス誘導部材８２Ａ，８２Ｂにより酸化剤ガスが燃料電池セル１ａ、１ｂに誘導されるため、酸化剤ガスを効果的に発電に利用することができ、発電効率を向上することができる。

【0073】

また、本実施形態では、第１の酸化剤ガス排出流路８０Ａ，８０Ｂにおいて、酸化剤ガス誘導部材８２Ａは、集電部材３０の上端よりも低い位置に設けられている。酸化剤ガス誘導部材８２Ａを集電部材３０の上端よりも上方に設けてしまうと、酸化剤ガス流通促進手段による酸化剤ガスの流通促進効果が減ってしまうが、本実施形態によれば、酸化剤ガス誘導部材８２Ａが集電部材３０の上端よりも低い位置に設けられているため、確実に酸化剤ガスの流通を促進することができる。

【0074】

なお、本発明の燃料電池セルスタック装置の構成は上記の構成に限られない。図１２は、本発明の第２実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１及び第２のセルスタックの上端部を示す鉛直断面図である。また、図１３は、本発明の第２実施形態による燃料電池セルスタック装置の第１のセルスタックの集電部材の構成を示す斜視図である。第２実施形態の燃料電池セルスタック装置では、第１のセルスタックの構成が第１実施形態と異なっている。

【0075】

図１２に示すように、本実施形態においても、第１のセルスタック１１０ａを構成する燃料電池セル１０１ａの上端は、第１のマニホールド２ａの開口２２Ａ内に挿入されている。燃料電池セル１０１ａの上端と筐体２２の折り返し部２２Ｂとの間の隙間が第１の接合部材２４（上端側接合部材）により気密に固定されている。

【0076】

図１３に示すように、集電部材１３０は間隔をあけて配置された一対の側板１３０ａと、一対の側板１３０ａの間を延びる第１及び第２の突出部材１３０ｂ１、１３０ｂ２とを有する。第１の突出部材１３０ｂ１は、一対の側板１３０ａを結ぶ平面から一方に（図１３の紙面奥側）平面視台形状に突出した部材である。複数の第１の突出部材１３０ｂ１の一対の側板１３０ａを結ぶ平面に平行な平坦面が、隣接する燃料電池セルと対向して接触する第１の主面を形成する。第２の突出部材１３０ｂ２は、一対の側板１３０ａを結ぶ平面から他方（図１３の紙面手間側）に平面視台形状に突出した部材である。複数の第２の突出部材１３０ｂ２の一対の側板１３０ａを結ぶ平面に平行な平坦面が、隣接する燃料電池セルと対向して接触する第２の主面を形成する。

【0077】

集電部材１３０において、上方から下方に向かって第１の突出部材１３０ｂ１と、第２の突出部材１３０ｂ２とが交互に配置されている。また、上方の第２の突出部材１３０ｂ２と下方の第１の突出部材１３０ｂ１との間には隙間（開口）１３０ｃが設けられている。このように第１の主面と第２の主面との間には、ガス（酸化剤ガス）が流通可能な酸化剤ガス通路１３０ｄが形成されている。

【0078】

本実施形態では、集電部材１３０の上部において、隙間１３０ｃの高さ（すなわち、上方の第２の突出部材１３０ｂ２と下方の第１の突出部材１３０ｂ１との距離）が他の部分に比べて大きくなっている。言い換えると、集電部材１３０の開口面積が大きい。なお図１３においては、集電部材１３０のうち、第１のマニホールド２aの直下の隙間１３０ｃ３つが大きくその他は小さいものとして示しているが、第１のマニホールド２aの直下で酸化剤ガスの流通が十分確保することができるのであれば、その比較的大きな隙間１３０ｃの数や形状は任意に設計することができ、例えば上方ほど開孔面積が段階的に広がるように設計しても良い。

【0079】

このように、本実施形態において、第１のセルスタック１１０ａの集電部材１３０の上部において、隙間１３０ｃの高さが大きくなっていることにより、第１の外側酸化剤ガス排出流路８０Ａと第１の内側酸化剤ガス排出流路８１Ａとの間での酸化剤ガスの流通が促進される。すなわち、この構成が、第１のセルスタックの両側の間の流通を促進する酸化剤ガス流通促進手段として機能する。

【符号の説明】

【0080】

１ａ 第１の燃料電池セル
１ｂ 第２の燃料電池セル
２ａ 第１のマニホールド
２ｂ 第２のマニホールド
１０ａ 第１のセルスタック
１０ｂ 第２のセルスタック
１２Ａ 蒸発部
１２Ｂ 改質部
１３Ａ 供給管
１４ 接続部
１８ 燃焼部
２２ 筐体
２２Ａ 開口
２２Ｂ 折り返し部
２４ 第１の接合部材
２５ 第２の接合部材
３０ 集電部材
３０ａ 側板
３０ｂ１ 第１の突出部材
３０ｂ２ 第２の突出部材
３０ｃ 隙間
３０ｄ 酸化剤ガス通路
３１ 集電部材
３１ａ 端部集電部材
３１ｂ 端部集電部材
３２ 連結集電部材
３４ 支持基板
３４ 導電性支持基板
３４Ａ ガス流路
３６ 燃料側電極層
３８ 固体電解質層
４０ 空気側電極層
４２ インターコネクタ
４４ Ｐ型半導体層
５０ 筐体
５０ａ 下方筐体
５０ｂ 上方筐体
５０ｃ 第１の開口
５０ｄ 第２の開口
５０ｅ 凹部
５０ｆ 折り返し部
６０ 仕切り板
６０ａ 酸化剤ガス供給流路
６０ｂ 下端噴出孔
８０Ａ 第１の外側酸化剤ガス排出流路
８０Ｂ 第２の外側酸化剤ガス排出流路
８１Ａ 第１の内側酸化剤ガス排出流路
８１Ｂ 第２の内側酸化剤ガス排出流路
８２Ａ、８２Ｂ 酸化剤ガス誘導部材
０Ａ 第１の断熱材
９０Ｂ 第２の断熱材
９０Ｃ 第３の断熱材
９２ 内側ハウジング
９２ａ 排ガス排出孔
９４ 外側ハウジング
９６ 排ガス流路
９８ 空気流路
１００ 燃料電池セルスタック装置
１０１ａ 燃料電池セル
１１０ａ 第１のセルスタック
１３０ 集電部材
１３０ａ 側板
１３０ｂ１ 第１の突出部材
１３０ｂ２ 第２の突出部材
１３０ｃ 隙間
１３０ｄ 酸化剤ガス通路
２００ 試料
２０１ 試料皿
２０２ プローブ
２０３ 冶具
２０４ 冶具
２０４Ａ 開口
２０５ 芯材

【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】