JP2012186041A - 固体酸化物形燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低く抑えながら、全ての燃料電池セルにおいて高い発電効率が得られる固体酸化物形燃料電池を提供する。
【解決手段】単セルユニット８を複数個積層して形成されたセルスタック２を備える。各燃料電池セル６に燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス供給部３，４と、セルスタック２およびガス供給部３，４を収容する断熱容器５とを備える。ガス供給部３，４は、断熱容器５の外からガスが供給される主ガス通路１１，１３と、この主ガス通路１１，１３から各燃料電池セル６にガスをそれぞれ導く分配用通路１２，１４とから構成される。主ガス通路１１，１３における分配用通路１２，１４との接続部分、あるいはその上流側には、断熱容器５の内部の熱を通路内のガスに伝える伝熱部１５が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ燃料電池セルに分配するガス供給部を備えた固体酸化物形燃料電池に関するものである。

従来の固体酸化物形燃料電池としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。この特許文献１に開示された固体酸化物形燃料電池は、燃料電池セルとセパレータとからなる単セルユニットを複数個積層して形成されたセルスタックを備えている。
この固体酸化物形燃料電池において、各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するガス供給部は、筒状の燃料ガス用マニホールドおよび酸化剤ガス用マニホールドと、これらのマニホールドと前記各セパレータとを接続する複数の（燃料電池セル毎の）パイプと、前記各セパレータに形成された燃料ガス用ガス通路および酸化剤ガス用ガス通路などによって構成されている。

前記マニホールドは、前記セルスタックを支持する断熱プレートに、前記単セルユニットの積層方向（上方）へ延びる状態で立設されている。前記断熱プレートは、セルスタックやガス供給部などを収納する断熱容器の底を構成するものである。この断熱容器は、従来の一般的な固体酸化物形燃料電池においては、容器内の温度を所定の発電可能温度に保持するように構成されている。
前記パイプは、前記マニホールドから前記積層方向とは直交する方向（水平方向）に延びている。すなわち、複数のパイプは、上下方向に所定の間隔を並ぶ状態で前記マニホールドに接続されている。

特許文献１に示す固体酸化物形燃料電池において、燃料ガスや酸化剤ガスは、前記マニホールドの下端部に断熱容器の外から供給され、前記マニホールドから前記各パイプに分配される。
従来の固体酸化物形燃料電池において、前記断熱容器の内部の温度は、燃料電池セルの発熱や、断熱容器内に設けられている加熱装置の熱などによって約８００℃〜１０００℃に保たれている。一方、燃料ガスや酸化剤ガスは、前記マニホールド内に供給される以前にプレヒータなどによって約５００℃〜６００℃に昇温させられている。このため、マニホールド内に断熱容器の外から供給された燃料ガスや酸化剤ガスの温度は、マニホールド内を下端部から上端部に流れることによって、断熱容器内の温度まで上昇することになる。

特開２００６−３３９０３５号公報

特許文献１に示す固体酸化物形燃料電池では、セルスタックの下部と上部とで発電効率が異なるために、発電効率を高くするにも限界があった。発電効率が前記上部と下部とで異なる理由は、前記マニホールド内の燃料ガスや酸化剤ガスの温度がマニホールドの下端部で低くなり上端部で高くなるからであると考えられる。

すなわち、燃料電池セルに供給される燃料ガスや酸化剤ガスの温度が燃料電池セルの上下方向の位置に依存して変わるから、上述したように発電効率を高くすることができない。なお、燃料ガスや酸化剤ガスをマニホールドに供給する以前に断熱容器内と同等の温度まで昇温できれば、上述した不具合はある程度は解消できる。しかし、これを実現するためには、前記ガスを予熱する加熱装置としてさらに出力が高いものを使用しなければならないから、製造コストが高くなってしまう。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、製造コストを低く抑えながら、全ての燃料電池セルにおいて高い発電効率が得られる固体酸化物形燃料電池を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る固体酸化物形燃料電池は、固体酸化物形燃料電池セルとセパレータとからなる単セルユニットを複数個積層して形成されたセルスタックと、前記各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス供給部と、前記セルスタックおよびガス供給部を収容しかつ所定の温度に保つ断熱容器とを備え、前記ガス供給部は、前記断熱容器の外から前記ガスが供給される主ガス通路と、この主ガス通路から各燃料電池セルにガスをそれぞれ導く分配用通路とから構成され、前記主ガス通路における前記分配用通路との接続部分、あるいはその上流側には、前記断熱容器の内部の熱を通路内のガスに伝える伝熱部が設けられているものである。

本発明は、前記発明において、前記主ガス通路における前記分配用通路が接続される部分は、筒状の壁で囲まれたガス室によって形成され、前記ガス室は、その長手方向の一端部から他端部にガスを導く上流側通路と、この上流側通路の下流端に接続されて前記他端部から前記一端部にガスを導く下流側通路とによって構成され、前記分配用通路は、前記下流側通路に接続され、前記伝熱部は、前記上流側通路を形成するガス室の壁部分によって構成されているものである。

本発明は、前記発明において、前記ガス室は、前記セルスタックと隣接する位置に設けられた筒体と、この筒体の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、前記分配用通路は、前記セパレータに燃料電池セル毎に形成されたガス通路と、このガス通路に前記筒体内の下流側通路を接続するパイプとによって形成されているものである。

本発明は、前記発明において、前記ガス室は、積層された前記セパレータに積層方向へ延びるように穿設された穴と、この穴の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、前記分配用通路は、前記セパレータに前記穴から燃料電池セルまで延びるように形成されたガス通路によって形成されているものである。

本発明によれば、前記主ガス通路に供給された燃料ガスや酸化剤ガスは、前記伝熱部を通過するときに断熱容器内の熱で加熱される。このため、断熱容器内の温度に上昇した燃料ガスや酸化剤ガスが前記主ガス通路から前記分配用通路を通って全ての燃料電池セルに供給される。このように燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器内の温度に昇温させるに当たっては、断熱容器内の熱を用いているから、前記ガスの温度をガス用加熱装置によって断熱容器内の温度まで上昇させる場合に較べて、製造コストを低く抑えることができる。
したがって、本発明によれば、発電効率が高い固体酸化物形燃料電池を低いコストで提供することができる。

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の構成を示すブロック図である。 セルスタックとガス供給部の正面図で、同図においては、セルスタックの一部を破断した状態で描いてある。 マニホールドを拡大して示す断面図である。 マニホールドの他の実施の形態を示す断面図である。 マニホールドの他の実施の形態を示す断面図である。 単セルユニットの構成を示す断面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の一実施の形態を図１によって詳細に説明する。
図１に示す固体酸化物形燃料電池１は、セルスタック２と、このセルスタック２の側方近傍に位置する燃料ガス供給部３および酸化剤ガス供給部４と、これらのセルスタック２とガス供給部３，４とを収容する断熱容器５とを備えている。この断熱容器５は、内部の温度を所定の発電可能温度に保つように構成されている。この実施の形態による固体酸化物形燃料電池１の発電可能温度は６００℃から９００℃である。

前記セルスタック２は、固体酸化物形燃料電池セル（以下、単に燃料電池セルという）６とセパレータ７とからなる単セルユニット８を上下方向に複数個積層して形成されている。燃料電池セル６は、従来からよく知られているように、平板形の燃料極と、この燃料極の上に積層された平板形固体酸化物からなる電解質層および空気極とを有する燃料極支持形のものである。なお、燃料電池セル６は、燃料極支持型のものに限定されることはなく、空気極支持型のものや電解質支持型のものでもよい。

前記燃料ガス供給部３は、前記各燃料電池セル６に燃料ガスをそれぞれ供給するためのものである。前記酸化剤ガス供給部４は、前記各燃料電池セル６に酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのものである。なお、図示してはいないが、この実施の形態による固体酸化物形燃料電池１は、燃料電池セル６から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出部を備えている。また、この固体酸化物形燃料電池１は、燃料電池セル６から排出される酸化剤ガスを燃料電池セル６から大気中に放散させる構成が構成されている。

前記燃料ガス供給部３は、前記断熱容器５の外から燃料ガスが供給される主ガス通路１１と、この主ガス通路１１から各燃料電池セル６に燃料ガスをそれぞれ導く分配用通路１２とから構成されている。前記酸化剤ガス供給部４は、前記断熱容器５の外から酸化剤ガスが供給される主ガス通路１３と、この主ガス通路１３から各燃料電池セル６に酸化剤ガスをそれぞれ導く分配用通路１４とから構成されている。

前記分配用通路１２，１４は、燃料電池セル６毎に設けられており、主ガス通路１１，１３の下流側端部と各燃料電池セル６とを接続している。この主ガス通路１１，１３における前記分配用通路１２，１４との接続部分より上流側には伝熱部１５が設けられている。この伝熱部１５は、断熱容器５の内部の熱を主ガス通路１１，１３内のガスに伝えるためのものである。

この伝熱部１５としては、この実施の形態では詳細には図示してはいないが、主ガス通路１１，１３を構成する管体によって形成する他に、表面積を増大させるためのフィンを有するガス通路形成用部材などによって形成することができる。伝熱部１５を管体によって形成する場合は、図１に示すように上下方向に延びるように配設する他に、断熱容器５内の所定の高さにおいて水平方向に延びるように配設することができる。

図１に示す固体酸化物形燃料電池１によれば、前記主ガス通路１１，１３に供給された燃料ガスや酸化剤ガスは、前記伝熱部１５を通過するときに断熱容器５内の熱で加熱される。すなわち、断熱容器５に入る以前に例えば５００℃〜６００℃であった燃料ガスや酸化剤ガスは、伝熱部１５を通過することによって約８００℃程度に昇温させられる。

このため、この固体酸化物形燃料電池１においては、断熱容器５内の温度に上昇した燃料ガスや酸化剤ガスが前記主ガス通路１１，１３の下流側端部から前記分配用通路１２，１４を通って全ての燃料電池セル６に供給される。このように断熱容器５内の温度の燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル６に供給されることにより、全ての燃料電池セル６においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われるようになる。

この実施の形態においては、燃料ガスと酸化剤ガスとを断熱容器５内の温度に昇温させるに当たって断熱容器５内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置（図示せず）によって断熱容器５内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。
したがって、この実施の形態によれば、発電効率が高い固体酸化物形燃料電池を低いコストで提供することができる。

（第２の実施の形態）
燃料ガス供給部と酸化剤ガス供給部とは、図２および図３に示すように構成することができる。これらの図において、前記図１によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図２に示す固体酸化物形燃料電池１のセルスタック２は、プレート２１の上にベースプレート２２を介して載せられている。プレート２１は、セルスタック２や後述する配管等を含むシステム全体のベースプレートとして機能するもので、断熱容器５の底部に設置されている。
また、この実施の形態による固体酸化物形燃料電池１は、前記セルスタック２を前記ベースプレート２２と協働して上下方向から挟む構造の荷重機構２３を備えている。この荷重機構２３は、セルスタック２を囲む四箇所に立設された連結ロッド２４と、これらの連結ロッド２４の上端部に取付けられたトッププレート２５と、このトッププレート２５とセルスタック２の上端部の押さえ板２６との間に設けられた圧縮コイルばね２７とから構成されている。

セルスタック２の各セパレータ７には、燃料ガスを燃料電池セル６の燃料極に導くための燃料ガス供給用ガス通路３１と、燃料電池セル６の燃料極から燃料ガスを排出するための燃料ガス排出用ガス通路（図示せず）と、酸化剤ガスを燃料電池セル６の空気極に導くための酸化剤ガス供給用ガス通路３２とが形成されている。これらのガス通路３１，３２におけるセパレータ７の外側面に開口する端部は、パイプ３３が接続されており、このパイプ３３を介して後述するマニホールド３４，３５に接続されている。

燃料ガス供給用ガス通路３１は、パイプ３３を介して燃料ガス供給用マニホールド３４に接続されている。燃料ガス排出用ガス通路は、図示してはいないが、パイプを介して燃料ガス排出用マニホールドに接続されている。燃料ガス排出用マニホールドに排出された燃料ガスは、図示していない燃料ガス排出用通路によってマニホールドから断熱容器５の外のガス循環装置などに導かれる。
前記酸化剤ガス供給用ガス通路３２は、パイプ３３を介して酸化剤ガス供給用マニホールド３５に接続されている。この実施の形態においては、前記燃料ガス供給用ガス通路３１と、酸化剤ガス供給用ガス通路３２と、前記パイプ３３とによって、本発明でいう「分配用通路」が構成されている。

この実施の形態において、本発明でいう「主ガス通路」は、図２に示すように、後述するマニホールド３４，３５と、このマニホールド３４，３５に断熱容器５の外からガスを供給するためのガス供給用パイプ３６とによって構成されている。すなわち、主ガス通路における前記分配用通路が接続される部分は、図３に示すように、マニホールド３４，３５内の筒状の壁３７で囲まれたガス室３８によって形成されている。

この実施の形態による燃料ガス供給用マニホールド３４と酸化剤ガス供給用マニホールド３５とは、プレート２１の上に設けられたベースプレート３９と、このベースプレート３９に載せられて前記セルスタック２と隣接する位置に位置付けられた筒体４０と、この筒体４０の内部を水平方向に二分する仕切板４１とによって構成されている。この実施の形態においては、前記仕切板４１によって本発明でいう「隔壁」が構成されている。なお、燃料ガス排出用マニホールドは、仕切板は備えておらず、筒体４０のみによって形成されている。

前記ベースプレート３９は、上方に向けて開口する有底円筒状に形成されており、前記ガス供給用パイプ３６が接続されている。
前記筒体４０は、円筒状のマニホールド部材４２と、円筒状のマニホールドコネクタ４３とを交互に複数個積み重ねることによって形成されている。筒体４０の最下部に位置するマニホールド部材４２の中空部は、前記ベースプレート３９の内部空間に接続されている。筒体４０の最上部に位置するマニホールド部材４２は、中空部の上端開口を閉塞する上壁４２ａを備えた有底円筒状に形成されている。

前記マニホールド４２部材は、金属によって形成され、前記マニホールドコネクタ４３は、絶縁材によって形成されている。また、前記セパレータ７に一端部が接続された前記パイプ３３の他端部は、前記一端部と同じ高さに位置しているマニホールド部材４２に接続されている。
前記仕切板４１は、上下方向に延びる細長い板からなり、幅方向の両端部が前記マニホールド部材４２およびマニホールドコネクタ４３の内周面に密着させられている。仕切板４１の上端部と、筒体４０の最上部に位置するマニホールド部材４２の上壁４２ａとの間には、ガスを通すことができるように隙間が形成されている。仕切板４１は、マニホールド３４，３５内のガス室３８をセルスタック２とは反対側に位置する上流側通路４４と、セルスタック２に近接して位置する下流側通路４５とに分けている。

マニホールド３４，３５内にガスを供給するための前記ガス供給用パイプ３６は、ベースプレート３９におけるセルスタック２とは反対側の側部に接続されており、前記ガス室３８におけるセルスタック２とは反対側に位置する上流側通路４４にガスを供給する。また、マニホールド３４，３５と前記セパレータ７とを接続するためのパイプ３３は、マニホールド部材４２におけるセルスタック２に近接する側部に接続されており、前記ガス室３８におけるセルスタック２に近接して位置する下流側通路４５からガスが流入する。

マニホールド３４，３５内に形成されている前記上流側通路４４は、ガス室３８の長手方向（上下方向）の一端部（下端部）から他端部（上端部）に燃料ガスまたは酸化剤ガスを導く。前記下流側通路４５は、前記上流側通路４４の下流端（上端）に接続されてガス室３８の前記他端部（上端部）から前記一端部（下端部）に前記ガスを導く。

この実施の形態よれば、燃料ガスと酸化剤ガスとは、前記ガス供給用パイプ３６によって断熱容器５の外から燃料ガス供給用マニホールド３４と酸化剤ガス供給用マニホールド３５に供給される。これらのマニホールド３４，３５は、燃料電池の運転時にはセルスタック２と同等の温度に昇温させられている。

これらのマニホールド３４，３５に供給された燃料ガスや酸化剤ガスは、マニホールド３４，３５内の上流側通路４４内をマニホールド３４，３５の下端部から上端部まで流れるときにマニホールド３４，３５の熱（断熱容器５内の熱）で加熱される。このとき、断熱容器５に入る以前に例えば５００℃〜６００℃であった燃料ガスや酸化剤ガスは、前記上流側通路４４内を流れることによって約８００℃程度に昇温させられる。すなわち、この実施の形態においては、マニホールド３４，３５における前記上流側通路４４を形成する部分によって、本発明でいう「伝熱部」が構成されている。

前記上流側通路４４内を下流端まで上昇した前記ガスは、下流側通路４５に流入して下流側通路４５内を下降し、燃料電池セル６毎のパイプ３３に流入する。したがって、この実施の形態においても、断熱容器５内の温度に昇温させられた燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル６に供給されることになり、全ての燃料電池セル６においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われる。しかも、燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器５内の温度に昇温させるに当たって断熱容器５内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置（図示せず）によって断熱容器５内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。

この実施の形態においては、前記マニホールド３４，３５内の筒状の壁３７で囲まれたガス室３８の中で燃料ガスおよび酸化剤ガスを昇温させて分配用通路に供給することができる。したがって、この実施の形態によれば、伝熱部１５を備えているにもかかわらず、ガス供給部３，４をコンパクトに形成することができる。
また、この実施の形態による前記ガス室３８は、前記セルスタック２と隣接する位置に設けられた筒体４０と、この筒体４０の内部を前記上流側通路４４と前記下流側通路４５とに分ける仕切板４１とによって形成されている。この実施の形態による前記分配用通路は、前記セパレータ７に燃料電池セル６毎に形成されたガス通路３１，３２と、このガス通路３１，３２に前記筒体４０内の下流側通路４５を接続するパイプ３３とによって形成されている。

このため、この実施の形態によれば、前記筒体４０からなるマニホールド３４，３５の一部を使用して前記伝熱部１５を構成することができる。したがって、この実施の形態によれば、伝熱部１５を有するガス供給部３，４を簡単に実現できるから、製造コストをより一層低く抑えることが可能な固体酸化物形燃料電池を提供することができる。

マニホールドに伝熱部を形成するに当たっては、図４に示す構成を採ることができる。図４において、前記図１〜図３によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。
図４に示すマニホールド３４，３５の隔壁は、パイプ５１によって構成されている。このパイプ５１は、筒体４０からなるマニホールド３４，３５の中心部分に位置付けられている。

このパイプ５１の上端と、筒体４０の最上部に位置するマニホールド部材４２の上壁４２ａとの間には、燃料ガスや酸化剤ガスを通すことができるように隙間が形成されている。また、このパイプ５１は、プレート２１を上下方向に貫通してプレート２１の下方に突出している。このパイプ５１の下端部は、燃料ガスや酸化剤ガスを供給ためのガス供給装置（図示せず）に接続されている。

この実施の形態によるマニホールド３４，３５のベースプレート３９には、ガス供給用パイプは接続されてはいない。マニホールド３４，３５内に設けられている前記パイプ５１は、発電時にマニホールド３４，３５の筒体４０から熱が伝達され、この筒体４０と同等の温度（断熱容器５内の温度）に昇温させられる。このパイプ５１に燃料ガスや酸化剤ガスを通すことによって、燃料ガスや酸化剤ガスを昇温させることができる。すなわち、この実施の形態においては、マニホールド３４，３５内の前記パイプ５１によって、本発明でいう「伝熱部」が構成されている。

したがって、この実施の形態においても、断熱容器５内の温度に昇温させられた燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル６に供給されることになり、全ての燃料電池セル６においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われる。しかも、燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器５内の温度に昇温させるに当たって断熱容器５内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置（図示せず）によって断熱容器５内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。

（第３の実施の形態）
本発明は、いわゆる内部マニホールド式の固体酸化物形燃料電池にも適用することができる。この実施の形態を図５および図６によって詳細に説明する。図５および図６において、前記図１〜図４によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。

図５に示す単セルユニット８は、いわゆる内部マニホールド式の固体酸化物形燃料電池に用いるもので、第１〜第４のセパレータ本体７Ａ〜７Ｄとセルホルダー５２とによって燃料電池セル６を保持する構造のものである。燃料電池セル６は、燃料極６ａの上に電解質層６ｂと空気極６ｃとを積層させた燃料極支持形のものである。この実施の形態においては、第１〜第４のセパレータ本体７Ａ〜７Ｄとセルホルダー５２とによって、本発明でいう「セパレータ」が構成されている。

第１〜第４のセパレータ本体７Ａ〜７Ｄは、それぞれ金属製の板によって平面視において四角形状に形成されている。これらの第１〜第４のセパレータ本体７Ａ〜７Ｄの四隅となる角部分には、マニホールド３４，３５を構成する円形の穴５３が穿設されている。前記セルホルダー５２は、燃料電池セル６が嵌合する円環状に形成されたセルホルダー本体５２ａと、このセルホルダー本体５２ａの外周部分に設けられたマニホールド形成用の４個のリング５２ｂとによって構成されている。

この実施の形態による単セルユニット８は、前記第１のセパレータ本体７Ａと第２のセパレータ本体７Ｂとを重ねた組立体の上にセルホルダー５２と燃料電池セル６とを重ね、さらに、これらの部材の上に、第３のセパレータ本体７Ｃと第４のセパレータ本体７Ｄとを重ねることによって組立てられている。この単セルユニット８を用いてセルスタックを構成するためには、プレート２１（図示せず）の上で複数の単セルユニット８を積層させることによって行う。

この実施の形態による前記単セルユニット８には、前記組立状態において、第１〜第４のセパレータ本体７Ａ〜７Ｄに形成されている前記穴５３と、セルホルダー５２の４個のリング５２ｂとによって、四箇所にマニホールドが形成されている。これらのマニホールドとは、燃料ガス供給用マニホールド３４と、酸化剤ガス供給用マニホールド３５と、二つの燃料ガス排出用マニホールド５４である。

燃料ガス供給用マニホールド３４の内部には、本発明でいう隔壁を構成する金属製の仕切板４１が挿通されている。燃料ガス供給用マニホールド３４内のガス室３８は、前記仕切板４１によって、燃料電池セル６とは反対側に位置する上流側通路４４と、燃料電池セル６に近接して位置する下流側通路４５とに分けられている。一方、酸化剤ガス供給用マニホールド３５には、本発明でいう隔壁を構成するパイプ５１が挿通されている。酸化剤ガス供給用マニホールド３５内のガス室３８は、このパイプ５１の内部の上流側通路４４と、パイプ５１の外の下流側通路４５とに分けられている。

前記上流側通路４４と下流側通路４５とは、セルスタック２を構成する全ての単セルユニット８を貫通するように形成されている。上流側通路４４の下端部（上流側端部）は、燃料ガスや酸化剤ガスを断熱容器５の外からマニホールド３４，３５内に供給するためのガス通路（図示せず）に接続されている。

燃料ガス供給用マニホールド３４内の下流側通路４５は、図６に示すように、第１のセパレータ本体７Ａの上面に形成された溝６１と、第２のセパレータ本体７Ｂに形成された穴６２とからなる燃料ガス供給用ガス通路３１によって燃料電池セル６の燃料極６ａに接続されている。前記溝６１は、第１のセパレータ本体７Ａの上に第２のセパレータ本体７Ｂを重ねて溝６１の上部開口が閉塞されることによって、ガス通路３１の一部を構成するようになる。

酸化剤ガス供給用マニホールド３５の前記下流側通路４５は、第４のセパレータ本体７Ｄの下面に形成された溝６３（図６参照）と、第３のセパレータ本体７Ｃに形成された穴６４（図６参照）とからなる酸化剤ガス供給用ガス通路３２によって燃料電池セル６の空気極６ｃに接続されている。前記溝６３は、第３のセパレータ本体７Ｃの上に第４のセパレータ本体７Ｄを重ねて溝６３の下部開口が閉塞されることによって、ガス通路３２の一部を構成するようになる。この実施の形態においては、前記溝６１，６３と穴６２，６４とからなるガス通路３１，３２によって、本発明でいう「分配用通路」が構成されている。

燃料ガス排出用マニホールド５４は、第１のセパレータ本体７Ａに形成された溝６５（図５参照）と、第２のセパレータ本体７Ｂに形成された穴（図示せず）とからなるガス通路によって燃料電池セル６の燃料極６ａに接続されている。前記溝６５は、第１のセパレータ本体７Ａの上に第２のセパレータ本体７Ｂを重ねて溝６５の上部開口が閉塞されることによって、ガス通路の一部を構成するようになる。燃料ガス排出用マニホールド５４内のガス室は、下端部において、プレート２１を貫通するガス排出用通路（図示せず）に接続されている。

このように構成された単セルユニット８を有する内部マニホールド式の固体酸化物形燃料電池において、燃料ガス供給用マニホールド３４と酸化剤ガス供給用マニホールド３５の内部のガス室３８は、積層されたセパレータ７（第１〜第４のセパレータ本体７Ａ〜７Ｄとセルホルダー５２）に積層方向へ延びるように穿設された穴（穴５３およびリング５２ｂ）と、この穴の内部を前記上流側通路４４と下流側通路４５とに分ける隔壁（仕切板４１、パイプ５１）とによって形成されている。

また、この実施の形態による分配用通路は、前記セパレータ７に前記穴（穴５３およびリング５２ｂの内部の上流側通路４４）から燃料電池セル６まで延びるように形成されたガス通路３１，３２によって形成されている。前記第１〜第４のセパレータ本体７Ａ〜７Ｄとセルホルダー５２の温度は、発電時には燃料電池セル６と同等の温度になる。この実施の形態において、燃料ガスや酸化剤ガスは、発電時に前記上流側通路４４を流れるときに燃料電池セル６と同等の温度に昇温させられる。すなわち、この実施の形態によれば、前記セパレータ７に形成されたいわゆる内部マニホールド３４，３５の一部を使用して「伝熱部」を構成することができる。

したがって、この実施の形態を採る場合であっても、断熱容器５内の温度に昇温させられた燃料ガスおよび酸化剤ガスが全ての燃料電池セル６に供給されることになり、全ての燃料電池セル６においてそれぞれ高い発電効率で発電が行われる。しかも、燃料ガスと酸化剤ガスを断熱容器５内の温度に昇温させるに当たって断熱容器５内の熱を利用しているから、燃料ガスや酸化剤ガスの温度をガス用加熱装置（図示せず）によって断熱容器５内の温度まで上昇させる場合に較べると、製造コストを低く抑えることができる。
特に、この実施の形態によれば、前記伝熱部を内部マニホールド３４，３５によって簡単に実現できるから、製造コストをより一層低く抑えることが可能である。

第３の実施の形態においては、燃料ガス供給用マニホールド３４内に仕切板４１が設けられ、酸化剤ガス供給用マニホールド３５内にパイプ５１が設けられている。しかし、これらのマニホールド３４，３５内をそれぞれ二室に仕切るためには、仕切板４１を両マニホールド３４，３５内に設けたり、パイプ５１を両マニホールド３４，３５内に設けることによって行うことができる。

上述した第２の実施の形態と第３の実施の形態においては、マニホールド３４，３５内を上流側通路４４と下流側通路４５とに分けるための隔壁として仕切板４１とパイプ５１とを例示した。しかし、隔壁は、仕切板４１とパイプ５１とに限定されることはなく、ガス室３を上流側通路４４と下流側通路４５とに分けることができるものであれば、どのようなものでも使用することができる。

１…固体酸化物形燃料電池、２…セルスタック、３，４…ガス供給部、５…断熱容器、６…燃料電池セル、７…セパレータ、７Ａ〜７Ｄ…第１〜第４のセパレータ本体、８…単セルユニット、１１，１３…主ガス通路、１２，１４…分配用通路、１５…伝熱部、２１…プレート、３１，３２…ガス通路、３４…燃料ガス供給用マニホールド、３５…酸化剤ガス供給用マニホールド、３８…ガス室、４０…筒体、４１…仕切板、４４…上流側通路、４５…下流側通路、５１…パイプ、５２…セルホルダー、５２ｂ…リング、５３…穴。

Claims (4)

1. 固体酸化物形燃料電池セルとセパレータとからなる単セルユニットを複数個積層して形成されたセルスタックと、
   前記各燃料電池セルに燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ供給するガス供給部と、
   前記セルスタックおよびガス供給部を収容しかつ所定の温度に保つ断熱容器とを備え、
   前記ガス供給部は、前記断熱容器の外から前記ガスが供給される主ガス通路と、
   この主ガス通路から各燃料電池セルにガスをそれぞれ導く分配用通路とから構成され、
   前記主ガス通路における前記分配用通路との接続部分、あるいはその上流側には、前記断熱容器の内部の熱を主ガス通路内の前記ガスに伝える伝熱部が設けられていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
2. 請求項１記載の固体酸化物形燃料電池において、前記主ガス通路における前記分配用通路が接続される部分は、筒状の壁で囲まれたガス室によって形成され、
   前記ガス室は、その長手方向の一端部から他端部にガスを導く上流側通路と、この上流側通路の下流端に接続されて前記他端部から前記一端部にガスを導く下流側通路とによって構成され、
   前記分配用通路は、前記下流側通路に接続され、
   前記伝熱部は、前記上流側通路を形成するガス室の壁部分によって構成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
3. 請求項２記載の固体酸化物形燃料電池において、前記ガス室は、前記セルスタックと隣接する位置に設けられた筒体と、この筒体の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、
   前記分配用通路は、前記セパレータに燃料電池セル毎に形成されたガス通路と、このガス通路に前記筒体内の下流側通路を接続するパイプとによって形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。
4. 請求項２記載の固体酸化物形燃料電池において、前記ガス室は、積層された前記セパレータに積層方向へ延びるように穿設された穴と、この穴の内部を前記上流側通路と下流側通路とに分ける隔壁とによって形成され、
   前記分配用通路は、前記セパレータに前記穴から燃料電池セルまで延びるように形成されたガス通路によって形成されていることを特徴とする固体酸化物形燃料電池。

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