JP5451808B2

JP5451808B2 - 燃料電池組立体

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Publication number: JP5451808B2
Application number: JP2012083899A
Authority: JP
Inventors: 義浩芦原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: JP2012134180A

Description

本発明は、ハウジング内に、複数の燃料電池セルを配列してなるセルスタックを収容した燃料電池組立体に関する。

次世代エネルギーとして、近年、固体高分子形、リン酸形、溶融炭酸塩形及び固体電解質形等の種々の形の燃料電池発電システムが提案されている。特に、固体電解質形燃料電池システムは、作動温度が高いが、発電効率が高い、排熱利用が可能である等の利点を有しており、研究開発が推し進められている。

固体電解質形燃料電池システムとして、従来、燃料電池セルの一端部を燃料ガスケースの天板に立設し、燃料ガスケース上に複数の燃料電池セルからなる１つのセルスタックを設け、このセルスタックの上方に改質器を設けた燃料電池組立体が知られている（特許文献１参照）。

この燃料電池組立体では、複数のセルスタックをそれぞれ複数の燃料ガスケースに立設し、複数のセルスタックの上方にそれぞれ改質器を設けている。一つのセルスタックは、複数の燃料電池セルを一列に配列させて形成されている。ハウジング内には、複数のセルスタックが複数の燃料ガスケース上にそれぞれ立設されている。複数のセルスタックの上方には、複数の改質器がそれぞれ配置されており、各改質器に供給された被改質燃料ガスが改質され、改質された改質燃料ガスが、各改質器から各燃料ガスケースへと移送さるように構成されている。

特開２００５−９３０８１号公報

しかしながら、従来の燃料電池組立体では、組立体製造工場から実際に運転する場所へ搬送する際の振動や傾斜などにより、セルスタック、改質器、燃料ガスケース等からなる発電ユニットが破損する危険性があった。

即ち、従来の燃料電池組立体では、ハウジング内に配設されかつ複数の燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタックを含む発電ユニットと、ハウジングとが十分に剛な状態で保持固定されていないために、燃料電池組立体の搬送時における振動や組立体の傾斜により、発電ユニットがハウジング内部で振動したり、配設位置がずれるなどして、発電ユニットが破損する危険性があった。

本発明は、搬送時における破損を防止することができる燃料電池組立体を提供することを目的とする。

本発明の燃料電池組立体は、ハウジング内に、一端部がガスケースに固定されて立設する固体電解質形の燃料電池セルを複数配列してなるセルスタックが複数並列して配置され、前記燃料電池セルに前記ガスケースを介して供給する燃料ガスを生成するための改質器を複数備え、前記ガスケースが第１の保持部材を介して前記ハウジングに固定されており、前記改質器と前記ガスケースとが、前記改質器により改質された燃料ガスを前記ガスケースに供給するための燃料ガス送給管にて接続されているとともに、前記改質器同士が第２の保持部材により保持固定されていることを特徴とする。

このような燃料電池組立体は、改質器同士が保持部材により保持固定されていることから、改質器の振動を防止でき、破損を防止できる。

また、本発明の燃料電池組立体は、前記改質器は、一端部側に該改質器に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管が接続されており、他端部側に、前記燃料ガス送給管が接続されており、前記被改質ガス供給管および前記燃料ガス送給管が、前記セルスタックと前記ハウジングとの間に配置されたセラミック製断熱材により保持固定されていることを特徴とする。このような燃料電池組立体では、改質器が、燃料ガス送給管および被改質ガス供給管により支持された構成であるため、燃料ガス送給管および被改質ガス供給管を保持部材により保持固定することにより、改質器の揺動を防止することができ、破損することを防止できる。

本発明の燃料電池組立体では、改質器同士が保持部材により保持固定されているため、搬送時における改質器の移動、振動等によるガス供給系の破損を防止できる。

本発明の燃料電池組立体を示す前方断面図。本発明の燃料電池組立体の平面図。図１の燃料電池組立体に使用されている発電ユニット集合体を示す斜面図。図１のａ−ａ線に沿った断面図。図１のｂ−ｂ線に沿った断面図。図１のｃ−ｃ線に沿った断面図。改質器同士を保持部材により連結した発電ユニット集合体を示す斜面図。

以下、本発明の燃料電池組立体の一例を、図を参照して更に詳述する。図１は燃料電池組立体の断面図、図２は燃料電池組立体を上方から見た平面図、図３は図１の燃料電池組立体に使用されている発電ユニット集合体を示す斜面図、図４、５、６は図１のａ−ａ線、ｂ−ｂ線、ｃ−ｃ線に沿った断面図である。

図１、２及び図３を参照して説明すると、図示の燃料電池組立体は合金製の略直方体形状のハウジング２を具備している。このハウジング２の６個の外壁面には適宜の断熱材料から形成された断熱壁、即ち上断熱壁４、下断熱壁６、右側断熱壁８、左側断熱壁９、前断熱壁１０及び後断熱壁１１が配設されている。ハウジング２内には発電・燃焼室１２が規定されている。

前断熱壁及び／又は後断熱壁は着脱自在或いは開閉自在に装着されており、前断熱壁１０及び／又は後断熱壁１１を離脱或いは開動せしめることによって発電・燃焼室１２内にアクセスすることができる。所望ならば、各断熱壁の外面に金属板製でよい外壁を配設することができる。

ハウジング２内の上端部には空気室（ガス室）１６が配設されている。空気室１６は上下方向寸法が比較的小さい直方体形状のケース１７内に規定されている。空気室１６には、発電・燃焼室に向かって空気（酸素含有ガス）を送り込むための空気導入管（ガス供給手段）２２が連通している。空気導入管２２は複数本あり、その形状は円筒や中空板構造などが考えられる。空気導入管２２は後述するセルスタック間に配置されており、セルの下端部において開口し、この開口部から空気が噴出する構造となっている。空気導入管２２はセラミックスなどの耐熱性の高い材料で作製するのが好適である。

空気室１６には、低温ガス供給管１８からなる低温ガス供給手段が設けられており、この低温ガス供給管１８は、上断熱壁４を貫通し、外部に延設されている。

この低温ガス供給管１８は、空気室１６内に供給されるガスと同一種、即ち、低温の空気を空気室１６内に供給するものであり、低温ガス供給管１８により供給される空気は、予熱された空気の温度よりも低温である必要がある。特には、室温程度が望ましい。

低温ガス供給管１８は、図２に示すように、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ、即ち、燃料電池セル集合体の中央部を冷却するような空気室１６の位置に接続されている。言い換えれば、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ間に配設された空気導入管２２のケース１７側板への開口部集合体中央に対して、対向するケース１７側板の位置に開口するように低温ガス供給管１８が設けられている。

ハウジング２の両側部、更に詳しくは右側断熱壁８の内側及び左側断熱壁９の内側には、全体として平板形状である熱交換器２４が配設されている。熱交換器２４の各々は実質上鉛直に延在する中空平板形態のケース２６から構成されている。

かかるケース２６内にはその横方向中間に位置する仕切板２８が配設されており、ケース２６内は内側に位置する排出路３０と外側に位置する流入路３２とに区画されている。排出路３０内には上下方向に間隔をおいて３枚の仕切壁３４及び３６が配置されている。
更に詳述すると、排出路３０内には、その前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３４と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁３６とが交互に配置されており、かくして燃焼ガス排出路３０はジグザグ形態にせしめられている。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。

同様に、流入路３２内にも上下方向に間隔をおいて３枚の仕切壁３８及び４０、即ちその前縁はケース２６の前壁（図示していない）から後方に離隔して位置するがその後縁はケース２６の後壁（図示していない）に接続されている形態の仕切壁３８と、その前縁はケース２６の前壁に接続されているがその後縁はケース２６の後壁から前方に離隔して位置せしめられている仕切壁４０とが交互に配置されており、かくして流入路３２もジグザグ形態にせしめられている。なお、所望ならばジグザグ形態の流路以外の形態でも良い。

ケース２６の内側壁の上端部には排出開口４２が形成されており、排出路３０は排出開口４２を介して発電・燃焼室１２と連通せしめられている。図示の実施形態においては、熱交換器２４の各々と発電・燃焼室１２との間には断熱部材４４が配設されているが、かかる断熱部材４４の上端は排出開口４２の下縁と実質上同高乃至これより幾分下方に位置せしめられており、排出開口４２は断熱部材４４の上方に残留せしめられている空間を通して発電・燃焼室１２に連通せしめられている。また、ハウジング２の内部底面にも断熱部材４５が配設されている。

ケース２６の上壁における外側部には流入開口４８が形成されており、流入路３２はかかる流入開口４８を介して空気室１６に連通せしめられている。熱交換器２４、流入開口４８は、加熱ガス供給手段を構成している。熱交換器２４の各々の後方には上下方向に細長く延びる二重筒体５０（図１にその上端部のみを図示している）が配設されており、かかる二重筒体５０は外側筒部材５２と内側筒部材５４とから構成されている。排出路３０の下端部は外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路の下端部に接続されており、流入路３２の下端部は内側筒部材５４内に規定されている流入路に接続されている。

上述した発電・燃焼室の下部には４個の発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄが配置されている。発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、夫々、上述した空気導入管２２間に位置せしめられている。言い換えれば、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ間に、空気導入管２２が配設されている。図１、２と共に、図３を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは前後方向（図１において紙面に垂直な方向）に細長く延びる直方体形状の燃料ガスケース５８ａを具備している。

燃料ガス室を規定している燃料ガスケース５８ａの上面上にはセルスタック６０ａが装着されている。セルスタック６０ａは上下方向に細長く延びる板状でかつ柱状の直立セル６２を燃料ガスケース５８ａの長手方向（即ち前後方向）に複数個縦列配置して構成されている。図５に明確に図示する如く、セル６２の各々は電極支持基板６４、内側電極層である燃料極層６６、固体電解質層６８、外側電極層である酸素極層７０、及びインターコネクタ７２から構成されている。

電極支持基板６４は上下方向に細長く延びる板状片であり、平坦な両面と半円形状の両側面を有する。電極支持基板６４にはこれを鉛直方向に貫通する複数個（図示の場合は６個）の燃料ガス通路７４が形成されている。電極支持基板６４の各々は燃料ガスケース５８ａの上壁上に、例えば耐熱性に優れたセラミック接着剤によって接合される。

燃料ガスケース５８ａの上壁には図１において紙面に垂直な方向に間隔をおいて左右方向に延びる複数個のスリット（図示していない）が形成されており、電極支持基板６４の各々に形成されている燃料ガス通路７４がスリットの各々に従って燃料ガス室に連通せしめられる。

インターコネクタ７２は電極支持基板６４の片面上に配設されている。燃料極層６６は電極支持基板６４の他面及び両側面に配設されており、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。固体電解質層６８は燃料極層６６の全体を覆うように配設され、その両端はインターコネクタ７２の両端に接合せしめられている。酸素極層７０は、固体電解質層６８の主部上、即ち電極支持基板６４の他面を覆う部分上に配置され、電極支持基板６４を挟んでインターコネクタ７２に対向して位置せしめられている。

セルスタック６０ａにおける隣接するセル６２間には集電部材７６が配設されており、一方のセル６２のインターコネクタ７２と他方のセル６２の酸素極層７０とを接続している。セルスタック６０ａの両端、即ち図５において上端及び下端に位置するセル６２の片面及び他面にも集電部材７６が配設されている。セルスタック６０ａの両端に位置する集電部材７６には導電部材が接続されており、かかる導電部材により、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄは相互に直列接続されている。

セル６２について更に詳述すると、電極支持基板６４は燃料ガスを燃料極層６６まで透過させるためにガス透過性であること、そしてまたインターコネクタ７２を介して集電するために導電性であることが要求され、かかる要求を満足する多孔質の導電性セラミック（若しくはサーメット）から形成することができる。

燃料極層６６及び／又は固体電解質層６８との同時焼成によりセル６２を製造するためには、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから電極支持基板６４を形成することが好ましい。所要ガス透過性を備えるために開気孔率が３０％以上、特に３５乃至５０％の範囲にあるのが好適であり、その導電率は３００Ｓ／ｃｍ以上、特に４４０Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましい。

燃料極層６６は多孔質の導電性セラミック、例えば希土類元素が固溶しているＺｒＯ_２（安定化ジルコニアを称されている）とＮｉ及び／又はＮｉＯとから形成することができる。

固体電解質層６８は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと空気とのリークを防止するためにガス遮断性を有するものであることが必要であり、通常、３〜１５モル％の希土類元素が固溶したＺｒＯ_２から形成されている。

酸素極層７０は所謂ＡＢＯ_３型のペロブスカイト型酸化物からなる導電セラミックから形成することができる。酸素極層７０はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が２０％以上、特に３０〜５０％の範囲にあることが好ましい。

インターコネクタ７２は導電性セラミックから形成することができるが、水素ガスでよい燃料ガス及び空気と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、このためにランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ_３系酸化物）が好適に使用される。インターコネクタ７２は電極支持基板６４に形成された燃料ガス通路７４を通る燃料ガス及び電極支持基板６４の外側を流動する空気のリークを防止するために緻密質でなければならず、９３％以上、特に９５％以上の相対密度を有していることが望まれる。

集電部材７６は弾性を有する金属又は合金から形成された適宜の形状の部材或いは金属繊維又は合金繊維から成るフェルトに所要表面処理を加えた部材から構成できる。

そして、本発明の燃料電池組立体では、図１、５、６に示すように、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄとハウジング内の断熱部材４４との間にブロック状の保持部材９０ａが配置され、およびセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ相互間の間隙部にブロック状の保持部材９０ｂが配置されている。保持部材９０ａは、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの周りを囲むように環状に形成されている。

セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄとハウジング内の断熱部材４４との間に、保持部材９０ａを配置することにより、即ち、図１に示すように、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの配列方向の両端と断熱部材４４との間、及び図５に示すように、セルの配列方向の両端と断熱部材４４との間に、保持部材９０ａを介装することにより、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄが、保持部材９０ａにより外側から内方に保持され、ハウジング内に保持固定され、セルスタックの振動等による破損を防止できる。

さらに、保持部材９０ａには、空気導入管２２が挿通する貫通孔が形成されており、また、後述する燃料ガス送給管及び被改質ガス供給管が挿通する貫通孔も形成されており、これらの保持部材９０ａの貫通孔を空気導入管２２、燃料ガス送給管及び被改質ガス供給管が挿通している。空気導入管２２、燃料ガス送給管及び被改質ガス供給管は、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに沿って配設されている。これにより、空気導入管２２、燃料ガス送給管及び被改質ガス供給管の振動を防止でき、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの破損を防止できる。

また、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ相互間の間隙部にブロック状の保持部材９０ｂを介装することにより、セルスタック相互間の振動等による破損を防止できる。この保持部材９０ｂにも、空気導入管２２が挿通する貫通孔が形成されており、この貫通孔を空気導入管２２が挿通している。これにより、空気導入管２２を保持固定することができ、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄの破損を防止することができる。

さらに、燃料ガスケース５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄが、ハウジング２の内部底面に配設された保持部材９０ｃの凹部に埋設固定されており、保持部材９０ｃはハウジングの底面に配置された断熱部材４５上に固定されている。これにより発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄは、ハウジング２に固定された状態となっている。

また、保持部材９０ａ、９０ｂと保持部材９０ｃとの間には空間が形成されており、図１で示すように、空気導入管２２の先端は、保持部材９０ａ、９０ｂから突出するように配置されている。これにより、空気導入管２２から供給された空気は、燃料電池セル間に強制的に供給され、発電性能を向上できる。尚、保持部材９０ａについては、図６に示すように、セル配列方向の両側部分は、上記空間部部分にも形成され、保持部材９０ｃまで延設されている。

保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃの材質は特に規定するものではないが、燃料電池セル６２の周囲に密接、或いは接触して配置されることから絶縁性であることが望ましい。また、断熱性が高い方が良い。断熱性が高いことで、燃料電池セル６２から熱が放散し、発電効率が低下することを防止できるからである。耐高温性を有し、かつ絶縁性、低熱伝導性という点から、保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、多孔質セラミックス、セラミック
ス繊維成形体等の無機材料であることが好ましく、軽量性、加工性等を考慮するとセラミック製断熱材が好適である。

保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃとして無機材料、特にセラミックス製断熱材から構成することにより、保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃと燃料電池セル６２とが接触した場合にも短絡を防止できる。特に、セラミックス製断熱材は加工が容易であるため、保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃの形状が複雑な場合にも容易に対応ができ、また、セラミック製断熱材は軽量であるので、燃料電池組立体の総重量を軽量化することもでき、燃料電池組立体の組立作業の容易化、架台等の構造部材の簡略化等によるコストダウンの効果がある。

セラミック製断熱材としては、一例をあげれば、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニア等の成分、あるいはこれらの混合成分を含むセラミックスの多孔質成形体や、これら材料の短繊維或いは長繊維材を成形した成形断熱材等があるが、保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃの形状や、耐熱温度等を考慮して、好適のものを選択すれば良い。また、保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃは全体で一体型である必要はなく、成形性、組立、解体の容易さなどを考慮して複数部材に分割しても良い。また、保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃの各部材のボルト締め、各部材の嵌合等により組立てても良い。これにより部材全体としての強度や剛性を確保することができる。

また、保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、複数のブロック状部材より構成されても良い。例えば、保持部材を上中下に分割し、保持部材９０ｃと、保持部材９０ａのセル配列方向の両側部分と、その他の保持部材９０ａ及び９０ｂとから構成することもできる。これにより、一体型の保持部材で形成する場合に比べ、容易に成形できかつ容易に組立ができるようになる。

さらに保持部材９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、ある程度の弾性的変形が可能となるよう、部材の一部または全体を柔軟性を有する材料で構成しても良い。これにより搬送時の衝撃やセルスタックなどの振動を吸収し、破損の危険性を低減させることができる。柔軟性を有する材料としては、例えばセラミック繊維成形体などが断熱性、絶縁性を備えており好適である。また芯材として無機多孔質成形体を用い、その表面にセラミック繊維成形体を貼付した構造とすることで、強度、剛性にも優れた保持部材を構成することができる。

図３を参照して説明を続けると、発電ユニット５６ａは、セルスタック６０ａの上方を前後方向に細長く延びる長方体形状（或いは円筒形状）であるのが好都合である改質器７８ａも具備している。改質器７８ａの前面には燃料ガス送給管８０ａ（ガス供給手段）の一端即ち上端が接続されている。

燃料ガス送給管８０ａは下方に延び、次いで湾曲して後方に延び、燃料ガス送給管８０ａの他端は上記燃料ガスケース５８ａの前面に接続されている。改質器７８ａの後面には被改質ガス供給管８２ａの一端が接続されている。被改質ガス供給管８２ａは改質器から下方に延び、ハウジング２の下を通ってハウジング２外に延出している。

被改質ガス供給管８２ａは都市ガス等の炭化水素ガスでよい被改質ガス供給源（図示していない）に接続されており、被改質ガス供給管８２ａを介して改質器７８ａに被改質ガスが供給される。改質器７８ａ内には燃料ガスを水素リッチな燃料ガスに改質するための適宜の改質触媒が収容されている。

図示の実施形態においては、改質器７８ａは燃料ガス送給管８０ａを介して燃料ガスケース５８ａに接続され、これによって所要位置に保持されているが、所要ならば、図３に
一点鎖線で図示する如く、例えば上記被改質ガス供給管８２ａの下面と燃料ガスケース５８ａの後端部下面或いは後面との間に適宜の支持部材８４ａを付設することもできる。

図３において説明すると、発電ユニット５６ｃは上述した発電ユニット５６ａと実質上同一であり、発電ユニット５６ｂ及び５６ｄは、発電ユニット５６ａ及び５６ｃに対して前後方向が逆に配置されていること、従って改質器７８ｂ及び７８ｄと燃料ガスケース５８ｂ及び５８ｄとを接続する燃料ガス送給管（図示していない）が後側に配置され、被改質ガス供給管８２ｂ及び８２ｄが改質器から下方に延び、ハウジング２の下を通ってハウジング２外に延出している。

改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄが、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄにより支持された構成であるため、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを保持部材９０aにより保持固定することにより、改質器７８ａ、７
８ｂ、７８ｃ、７８ｄの揺動を防止することができ、発電ユニット５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄの破損を防止することができる。

上述したとおりの燃料電池組立体においては、被改質ガスが被改質ガス供給管８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄを介して改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄに供給され、改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ内において水素リッチな燃料ガスに改質された後に、燃料ガス送給管８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを通して燃料ガスケース５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ内に規定されている燃料ガス室に供給され、次いでセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄに供給される。

セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの各々においては、酸素極において、
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２−（固体電解質）
の電極反応が生成され、燃料極において、
Ｏ^２−（固体電解質）＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
の電極反応が生成されて発電される。

発電に使用されることなくセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄから上方に流動した燃料ガス及び空気は、起動時に発電・燃焼室１２内に配設されている点火手段（図示していない）によって点火されて燃焼される。周知の如く、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄにおける発電に起因して、そしてまた燃料ガスと空気との燃焼に起因して発電・燃焼室１２内は例えば８００℃程度の高温になる。改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄは発電・燃焼室１２内に配設され、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの直ぐ上方に位置せしめられており、燃焼炎によって直接的にも加熱され、かくして発電・燃焼室１２内に生成される高温が被改質ガスの改質に効果的に利用される。

発電・燃焼室１２内に生成された燃焼ガスは熱交換器２４に形成されている排出開口４２から排出路３０に流入し、ジグザグ状に延在する排出路３０を流動した後に二重筒体５０の外側筒部材５２と内側筒部材５４との間に規定されている排出路を通して排出される。燃焼ガスが二重筒体５０における排出路を流動する際には、二重筒体５０における流入路を空気が流動し、燃焼ガスと空気との間で熱交換が行われる。

そしてまた、燃焼ガスが熱交換器２４の排出路３０をジグザグ状に流動せしめられる際には、空気が熱交換器２４の流入路３２をジグザグ状に流動せしめられる。かくして燃焼ガスと空気との間で効果的に熱交換されて空気が予熱される。

一方、空気は二重筒体５０の内側筒部材５４内に規定されている流入路を通して熱交換器２４の流入路３２に供給され、熱交換器２４を通過して予熱（加熱）された空気は、空気室１６に一旦貯留され、空気導入管２２を通って燃焼・発電室１２のセルスタック間に供給される。この際、空気導入管２２はセルスタック６０の燃料電池セル６２の上端の燃料ガス通路７４近傍で燃焼する燃焼ガス雰囲気中を通過する。従って、空気室１６の予熱空気はセルスタック６０上部の燃焼領域でさらに加熱され、高温に暖められた空気がセルに供給される。

通常運転時は前記熱交換器２４で予熱された空気が空気室１６に導入され、この空気室１６から空気導入管２２を用いて燃焼・発電室１２へ空気が導入されるが、発電室の温度が想定以上に上昇した場合は、前記熱交換器２４を通らない低温ガス供給管１８を通ってきた低温の空気が空気室１６に導入され、熱交換器２４を通過して予熱された空気と混合されて、空気室１６の空気温度がある程度低下する。この空気を発電室１２、即ち、セルスタック間に供給することにより、通常運転時より温度の低い空気がセルスタック間に導入されるので、発電室１２、即ち燃料電池セルの過度に上昇した温度が低下されるので、発電室内の温度を適宜にコントロールできる良好な燃料電池組立体が提供される。

尚、本発明では、複数の改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄを有しているため、改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ相互間を、例えば、図７に示すように、板状の保持部材９８により隣設する改質器同士を連結することにより、改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄを一体化することができ、改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄの振動を防止でき、破損を防止できる。

以上、添付図面を参照して本発明の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることは多言するまでもない。

例えば、セルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄの上方に特定の改質器７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄを備えた燃料電池組立体に関連せしめて本発明を説明したが、改質器がセルスタックの上方以外の場合でも、本発明を適用することが出来る。

また、上記形態では、空気供給管２２により、燃料電池セル６２の外面に空気を供給する場合について説明したが、本発明は、空気供給管により燃料電池セルの内部に空気を供給するようにしても良いことは勿論である。尚、この場合、燃料電池セルの内側には空気極が、外側には燃料極が形成されることは言うまでもない。

さらに、上記形態では、空気導入管２２により空気をセル６２間に供給したが、特に空気導入管を用いる必要はなく、燃料電池セル６２間に空気を供給できれば良い。その際保持部材９０ａ、９０ｂは、燃料電池セル６２間に空気を供給する妨げとならない形状であれば良い。

また、複数のセルスタック６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄをそれぞれガスケース５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄに立設した例について説明したが、本発明では、一つのガスケースに複数のセルスタックを設けても良い。また、複数のセルスタックの上方にそれぞれ改質器を配置した例について説明したが、本発明では、複数のセルスタックの上方に一つの改質器を設けた場合であっても良い。さらに、一つのガスケースに複数のセルスタックを設け、複数のセルスタックの上方に一つの改質器を設けた場合であっても良い。

２：ハウジング
１２：発電・燃焼室
２２：空気供給管（ガス供給手段）
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄ：発電ユニット
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ及び５８ｄ：燃料ガスケース
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ及び６０ｄ：セルスタック
６２：燃料電池セル
７６：集電部材
７８ａ、７８ｂ、７８ｃ及び７８ｄ：改質器
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ：燃料ガス送給管（ガス供給手段）
８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ：被改質ガス供給管（ガス供給手段）
９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９８：保持部材

Claims

ハウジング内に、一端部がガスケースに固定されて立設する固体電解質形の燃料電池セルを複数配列してなるセルスタックが複数並列して配置され、前記燃料電池セルに前記ガスケースを介して供給する燃料ガスを生成するための改質器を複数備え、前記ガスケースが第１の保持部材を介して前記ハウジングに固定されており、前記改質器と前記ガスケースとが、前記改質器により改質された燃料ガスを前記ガスケースに供給するための燃料ガス送給管にて接続されているとともに、前記改質器同士が第２の保持部材により保持固定されていることを特徴とする燃料電池組立体。
前記改質器は、一端部側に該改質器に被改質ガスを供給する被改質ガス供給管が接続されており、他端部側に、前記燃料ガス送給管が接続されており、前記被改質ガス供給管および前記燃料ガス送給管が、前記セルスタックと前記ハウジングとの間に配置されたセラミック製断熱材により保持固定されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池組立体。