DE102022121234A1

DE102022121234A1 - Elektrochemischer Reaktionszellenstapel

Info

Publication number: DE102022121234A1
Application number: DE102022121234.3A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Morikawa
Original assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Current assignee: Morimura SOFC Technology Co Ltd
Priority date: 2021-09-10
Filing date: 2022-08-23
Publication date: 2023-03-16
Also published as: JP7194242B1; JP2023040582A; CN115799574A

Abstract

[Aufgabe]Die Aufgabe besteht darin, zu verhindern, dass der Gasfluss in einer Brennstoffkammer behindert wird, während gleichzeitig verhindert wird, dass sich die Leistungsfähigkeit eines elektrochemischen Reaktionszellenstapels durch eine Verformung eines Separators verschlechtert.[Lösungsmittel]Ein elektrochemischer Reaktionszellenstapel ist mit mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten versehen, die eine Einzelzelle, ein mit der Einzelzelle verbundenes, bestimmtes leitfähiges Element und einen mit der Einzelzelle elektrisch verbundenen, bestimmten leitfähigen Interkonnektor umfassen. Die elektrochemische Reaktionseinheit weist ein leitfähiges Gasdurchströmungselement auf, das im ersten Gaskanal positioniert ist, der von der ersten Richtung aus gesehen außerhalb der Einzelzelle durch das bestimmte leitfähige Element und einen leitfähigen Interkonnektorabschnitt abgegrenzt ist. Im Gasdurchströmungselement ist der zweite Gaskanal ausgebildet, der ein Teil des ersten Gaskanals ist. Die elektrochemische Reaktionseinheit umfasst ein Gasdurchströmungselement und ein Isolierelement, das zwischen dem Gasdurchströmungselement und mindestens einem bestimmten leitfähigen Element oder einem leitfähigen Interkonnektorabschnitt positioniert ist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die durch die vorliegende Beschreibung offenbarte Technik bezieht sich auf einen elektrochemischen Reaktionszellenstapel.
[Technischer Hintergrund]
Festoxidbrennstoffzellen (nachstehend als „SOFCs“ bezeichnet) sind als eine Art der Brennstoffzelle bekannt, die unter Nutzung der elektrochemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff Strom erzeugt. SOFCs werden im Allgemeinen in Form eines Brennstoffzellenstapels eingesetzt, wobei mehrere Konstruktionselemente (nachstehend als „Stromerzeugungseinheiten“ bezeichnet) in einer vorgegebenen Richtung (nachstehend als „erste Richtung“ bezeichnet) nebeneinander angeordnet sind. Jede Stromerzeugungseinheit weist eine Einzelzelle einer Brennstoffzelle (nachstehend einfach als „Einzelzelle“ bezeichnet), einen mit einer Einzelzelle verbundenen Separator für eine Einzelzelle und einen Interkonnektor auf. Jede Einzelzelle ist mit einer Elektrolytschicht, die festes Oxid enthält, sowie einer Kathode und einer Anode versehen, die sich in einer ersten Richtung entlang der Elektrolytschicht gegenüberliegen. Der Separator für eine Einzelzelle ist ein leitfähiges Element, das zwischen der Kathode (dem Raum an der Kathode) und der Anode (dem Raum an der Anode) abgrenzt. Der Interkonnektor ist ein leitfähiges Element, das elektrisch mit der Einzelzelle verbunden wird. Der Interkonnektor umfasst einen leitfähigen Abschnitt (nachstehend als „leitfähiger Interkonnektorabschnitt“ bezeichnet), der dem Separator für eine Einzelzelle in der ersten Richtung gegenüber liegt. Mindestens ein Teil (nachstehend als „erster Gaskanal“ bezeichnet) der Brennstoffkammer oder der Luftkammer (nachstehend als „bestimmte Gaskammer“ bezeichnet) ist von der ersten Richtung aus gesehen außerhalb der Einzelzelle durch den Separator für eine Einzelzelle und den leitfähigen Interkonnektorabschnitt abgegrenzt (siehe z. B. Patentdokument 1).
[Dokument zum Stand der Technik]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1]
JP 2016-062655 A
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Zu lösende Aufgabe der Erfindung]
Bei der Konstruktion des herkömmlichen Brennstoffzellenstapels entsteht während des Stromerzeugungsbetriebs eine Differenz zwischen dem Gasdruck in der Brennstoffkammer und dem Gasdruck in der Luftkammer. Zum Beispiel ist der Gasdruck in der Luftkammer höher als der Gasdruck in der Brennstoffkammer. Bei der Konstruktion des herkömmlichen Brennstoffzellenstapels besteht daher die Gefahr, dass am Separator für eine Einzelzelle eine mechanische Spannung aufgrund der Gasdruckdifferenz zwischen der Brennstoffkammer und der Luftkammer entsteht, und ein Abschnitt des Separators für eine Einzelzelle, der nicht von der Einzelzelle oder anderen Bauelementen abgestützt ist (d.h. ein Abschnitt, der sich relativ leicht verformen kann), verformt wird. Wenn eine solche Verformung an einer Stelle des Separators für eine Einzelzelle auftritt, besteht die Gefahr, dass der Gasfluss im ersten Gaskanal behindert wird und sich die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels verschlechtert.
Dieses Problem tritt auch bei einer Konstruktion auf, bei der der Separator für eine Einzelzelle durch ein anderes leitfähiges Element ersetzt wird, das mit der Einzelzelle verbunden ist. Dasselbe Problem tritt auch bei Elektrolysezellenstapeln mit mehreren Elektrolysezelleneinheiten auf, bei denen es sich um Konstruktionselemente einer Festoxidelektrolysezelle (nachstehend als „SOECs“ bezeichnet) handelt, die unter Nutzung der Elektrolysereaktion von Wasser Wasserstoff erzeugt. In der vorliegenden Beschreibung werden die Einzelzelle einer Brennstoffzelle und die elektrolytische Einzelzelle zusammenfassend als elektrochemische Reaktionseinzelzelle bezeichnet, die Stromerzeugungseinheit einer Brennstoffzelle und die Elektrolysezelleneinheit werden zusammenfassend als elektrochemische Reaktionseinheit bezeichnet, und der Brennstoffzellenstapel und der Elektrolysezellenstapel werden zusammenfassend als elektrochemischer Reaktionszellenstapel bezeichnet. Dieses Problem tritt nicht nur SOFCs und SOECs auf, sondern auch bei anderen Typen von elektrochemischen Reaktionszellenstapeln.
Die vorliegende Beschreibung offenbart eine Technik, die die oben erwähnte Aufgabe lösen kann.
[Mittel zum Lösen der Aufgabe]
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik kann z. B. in den folgenden Formen ausgeführt werden.
(1) Der in der vorliegenden Beschreibung offenbarte elektrochemische Reaktionszellenstapel ist mit mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten versehen, die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils umfassen:

- eine Einzelzelle mit
- einer Elektrolytschicht sowie
- einer Anode und einer Kathode, die sich entlang der Elektrolytschicht in der ersten Richtung gegenüberliegen; sowie
- ein bestimmtes leitfähiges Element, das mit der Einzelzelle verbunden wird, und
- einen leitfähigen Interkonnektor, der mit der Einzelzelle elektronisch verbunden wird und einen leitfähigen Interkonnektorabschnitt aufweist, der dem bestimmten leitfähigen Element in der ersten Richtung gegenüberliegt:
- wobei in jeder elektrochemischen Reaktionseinheit eine der Anode zugewandte Brennstoffkammer und eine der Kathode zugewandte Luftkammer ausgebildet sind,
- wobei ein erster Gaskanal, bei dem es sich um mindestens einen Teil einer bestimmten Gaskammer handelt, die aus der Brennstoffkammer oder aus der Luftkammer besteht, von der ersten Richtung aus gesehen außerhalb der Einzelzelle durch das bestimmte leitfähige Element und den leitfähigen Interkonnektorabschnitt abgegrenzt ist,
- wobei bei dem elektrochemischen Reaktionszellenstapel eine bestimmte elektrochemische Reaktionseinheit, die mindestens eine der elektrochemischen Reaktionseinheiten ist, ein Gasdurchströmungselement umfasst, bei dem es sich um ein leitfähiges Gasdurchströmungselement handelt, das im ersten Gaskanal positioniert ist, und in dem ein zweiter Gaskanal ausgebildet ist, der einen Teil des ersten Gaskanal bildet: und dadurch gekennzeichnet,
- dass die bestimmte elektrochemische Reaktionseinheit ein Isolierelement aufweist, das zwischen dem Gasdurchströmungselement und dem bestimmten leitfähigen Element oder dem leitfähigen Interkonnektorabschnitt positioniert ist.

Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann mittels des Gasdurchströmungselements verhindert werden, dass das bestimmte leitfähige Element und der leitfähige Interkonnektorabschnitt verformt werden, und dass das bestimmte leitfähige Element und der leitfähige Interkonnektorabschnitt dadurch miteinander kontaktieren. Daher ist es gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel möglich, die Behinderung des Gasflusses aufgrund des Kontakts zwischen dem bestimmten leitfähigen Element und dem leitfähigem Interkonnektorabschnitt zu verhindern.
Weiterhin kann gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel verhindert werden, dass das bestimmte leitfähige Element und der leitfähige Interkonnektorabschnitt über das leitfähige Gasdurchströmungselement kurzgeschlossen werden, indem ein Isolierelement vorgesehen ist, das zwischen dem leitfähigen Gasdurchströmungselement und dem bestimmten leitfähigen Element oder dem leitfähigen Interkonnektorabschnitt positioniert ist.
(2) Beim oben erwähnten elektrochemischen Reaktionszellenstapel besteht das Gasdurchströmungselement aus Metall. Im Gasdurchströmungselement sind mehrere Nuten ausgebildet, die den zweiten Gaskanal konstruieren. Von der ersten Richtung aus gesehen sind die mehreren Nuten in einer zweiten Richtung entlang der Seite der Einzelzelle nebeneinander angeordnet, die dem Gasdurchströmungselement am nächsten liegt. Jede der Nuten kann auch so konstruiert sein, dass sie sich in einer Richtung erstreckt, die die zweite Richtung schneidet.
Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel wird durch die Ausgestaltung der mehreren Nuten in der oben beschriebenen Konstruktion erleichtert, das Gas von der ersten Richtung aus gesehen in die Richtung diffundieren zu lassen, die die zweite Richtung schneidet. Dadurch kann die Leistung der Stromerzeugung des oben beschriebenen elektrochemischen Reaktionszellenstapels erhöht werden. Da das Gasdurchströmungselement aus Metall besteht, können die oben erwähnten mehreren Nuten im Vergleich zu solchen aus anderen Materialien (beispielsweise Keramik) leichter geformt werden (beispielsweise mittels einer Pressmaschine).
(3) Beim oben erwähnten elektrochemischen Reaktionszellenstapel ist auch eine Konstruktion möglich, in der eine Aufnahmenut zum Aufnehmen des Gasdurchströmungselements entlang der ersten Richtung und in mindestens einem Querschnitt, der eine einzelne Zelle umfasst, an dem bestimmten leitfähigen Element oder dem leitfähigen Interkonnektorabschnitt, die den ersten Gaskanal abgrenzen, ausgebildet ist, während das Isolierelement, das zwischen dem anderen bestimmten leitfähigen Element oder dem leitfähigen Interkonnektorabschnitt und dem Gasdurchströmungselement positioniert ist, vom ersteren bestimmten leitfähigen Element oder vom ersteren Interkonnektorabschnitt isoliert ist.
Falls der erste Gaskanal und das Gasdurchströmungselement (insbesondere die Nut) die oben beschriebene Konstruktion aufweisen, und das Isolierelement so eine Konstruktion (nachstehend als „Vergleichskonstruktion“ bezeichnet) bildet, in der es mit dem bestimmten leitfähigen Element oder dem leitfähigen Interkonnektorabschnitt kontaktiert, wird der Gasfluss behindert, indem das Vorhandensein des Isolierelements den Gaskanal versperrt. Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel im oben beschriebenen Querschnitt (mindestens einem Querschnitt, der sich entlang der ersten Richtung erstreckt und eine Einzelzelle umfasst) hingegen wird der Gasfluss anders als bei der obigen Vergleichskonstruktion nicht behindert, und es kann eine gute Gasfließfähigkeit sichergestellt werden, weil das Isolierelement vom bestimmten leitfähigen Element oder vom leitfähigen Interkonnektorabschnitt isoliert ist.
(4) Beim oben erwähnten elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann die bestimmte elektrochemische Reaktionseinheit weiterhin so konstruiert werden, dass sie einen Positionierungsmechanismus aufweist, der in Bezug auf das Gasdurchströmungselement und das Isolierelement relative Positionen in der Ebenenrichtung orthogonal zur ersten Richtung bestimmt.
Bei der konventionellen Konstruktion ohne Positioniermechanismus können sich die relativen Positionen in Bezug auf das Gasdurchströmungselement und das Isolierelement in der Ebenenrichtung orthogonal zur ersten Richtung leicht verschieben. Dadurch kann ein solches Problem auftreten, dass die Fläche des Abschnitts von der ersten Richtung aus gesehen vergrößert wird, in dem das Isolierelement das Gasdurchströmungselement nicht überlappt, und infolge dessen die Gasfließfähigkeit behindert wird. Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel hingegen wird das oben beschriebene Problem dadurch verhindert, dass er einen Positioniermechanismus aufweist, der die relativen Positionen in Bezug auf das Gasdurchströmungselement und das Isolierelement in der Ebenenrichtung orthogonal zur ersten Richtung bestimmt.
(5) Beim oben erwähnten elektrochemischen Reaktionszellenstapel kann das gesamte Gasdurchströmungselement von der ersten Richtung aus gesehen auch so konstruiert werden, dass es das Isolierelement überlappt. Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel entsteht ein Abschnitt seltener, in dem das Gasdurchströmungselement von der oben erwähnten ersten Richtung aus gesehen das Isolierelement nicht überlappt. Darüber hinaus kann gemäß dem vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel effektiver verhindert werden, dass das bestimmte leitfähige Element und der leitfähige Interkonnektorabschnitt einen Kurzschuss haben.
(6) Beim oben erwähnten elektrochemischen Reaktionszellenstapel ist auch eine solche Konstruktion möglich, in der die Länge des Gasdurchströmungselements in der ersten Richtung länger als die Länge des Isolierelements in der ersten Richtung ist. Beim vorliegenden elektrochemischen Reaktionszellenstapel können die Fließfähigkeit des durch den zweiten Gaskanal strömenden Gases und die Leistung der Stromerzeugung des oben beschriebenen elektrochemischen Reaktionszellenstapels effektiv erhöht werden, indem die Länge des Gasdurchströmungselements in der ersten Richtung länger ist, im Vergleich zu der Konstruktion, in der die Länge des Gasdurchströmungselements in der ersten Richtung kürzer als die Länge des Isolierelements in der ersten Richtung ist.
Außerdem kann die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik in verschiedenen Formen ausgeführt werden, z. B. in Form eines elektrochemischen Reaktionszellstapels (Brennstoffzellenstapel oder Elektrolysezellenstapel), eines Verfahrens zu deren Herstellung u. a.
Figurenliste
Es zeigen:

[1] eine perspektivische Darstellung, die die äußere Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 100 in einer vorliegenden Ausführungsform zeigt;
[2] ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position II-II in 1 zeigt;
[3] ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position III-III in 1 zeigt;
[4] ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position IV-IV in 1 zeigt;
[5] ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion von zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 2 zeigt;
[6] ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 3 zeigt;
[7] ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 4 zeigt;
[8] ein Schaubild, das eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position VIII-VIII in 5 bis 7 zeigt;
[9] ein Schaubild, das eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position IX-IX in 5 bis 7 zeigt;
[10] ein Schaubild, das die XY-Querschnittskonstruktion einer Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position X-X in 5 bis 7 zeigt;
[11] ein Schaubild, das schematisch die äußere Ansicht des Gasdurchströmungselements 50 zeigt;
[12] ein Schaubild, das die XY-Querschnittskonstruktion (XII-XII-Querschnitt in 9 und 10) eines Teils der Stromerzeugungseinheit 102 (Xp-Teil von 6) vergrößert zeigt;
[13] ein Schaubild, das die XY-Querschnittskonstruktion (XIII-XIII-Querschnitt von 10) eines Teils einer Stromerzeugungseinheit 102 vergrößert zeigt.

[Ausführungsform der Erfindung]
A. Ausführungsform:
A-1. Konstruktion:
(Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 100)
1 ist eine perspektivische Darstellung, die die äußere Ansicht eines Brennstoffzellenstapels 100 in einer vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position II-II in 1 (sowie 8 und 9, die später erläutert werden) zeigt. 3 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position III-III in 1 zeigt. 4 ist ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 an einer Position IV-IV in 1 zeigt. Jede Figur zeigt zueinander orthogonale XYZ-Achsen zur Identifizierung der Richtungen. Zum einfachen Verständnis wird in der vorliegenden Beschreibung die positive Z-Achsenrichtung als „Aufwärtsrichtung“ und die negative Z-Achsenrichtung als „Abwärtsrichtung“ bezeichnet. Der Brennstoffzellenstapel 100 kann jedoch in der Praxis neben dieser Ausrichtung auch in einer anderen Ausrichtung installiert werden. Entsprechendes gilt für 5 ff.
Der Brennstoffzellenstapel 100 ist mit mehreren (in der vorliegenden Ausführungsform sieben) Stromerzeugungseinheiten 102 der Brennstoffzelle (nachstehend einfach als „Stromerzeugungseinheiten“ bezeichnet), einem Separator 189 für ein unteres Ende und einem Paar Endplatten 104, 106 versehen. Die sieben Stromerzeugungseinheiten 102 sind in einer vorgegebenen Ausrichtung (in Auf- und Abwärtsrichtung in der vorliegenden Ausführungsform) nebeneinander angeordnet. Eine der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 (nachstehend als „obere Endplatte 104“ bezeichnet) ist auf der Oberseite einer Baugruppe, die aus den sieben Stromerzeugungseinheiten 102 und einem Separator 189 für ein unteres Ende besteht (nachstehend als „Stromerzeugungsblock 103“ bezeichnet), angeordnet. Die andere der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 (nachstehend als „untere Endplatte 106“ bezeichnet) ist auf der Unterseite des Stromerzeugungsblocks 103 angeordnet. Die beiden Endplatten 104, 106 sind derart angeordnet, dass sie eine Baugruppe, die aus den sieben Stromerzeugungseinheiten 102 und dem Separator 189 für ein unteres Ende besteht (nachstehend als „Stromerzeugungsblock 103“ bezeichnet), von oben und unten einklemmen. Die oben erwähnte Ausrichtung (Z-Achsenrichtung, Auf- und Abwärtsrichtung) entspricht der ersten Richtung in den Patentansprüchen.
Wie in 1 und 4 gezeigt, sind in der Nähe von vier Kanten am Außenumfang der jeweiligen Schichten, die den Brennstoffzellenstapel 100 bilden (obere Endplatte 104; jede Stromerzeugungseinheit 102; Separator 189 für ein unteres Ende), um die Z-Achsenrichtung Bohrungen gebildet, die jede Schicht in Auf- und Abwärtsrichtung durchdringen. Auf der oberen Fläche in der Nähe von vier Kanten am Außenumfang der unteren Endplatte 106 um die Z-Achsenrichtung sind Bohrungen (Gewindebohrungen) gebildet. Die Bohrungen, die in den jeweiligen Schichten gebildet sind und einander entsprechen, sind in Auf- und Abwärtsrichtung miteinander verbunden, um eine Bolzenbohrung 109 auszubilden, die sich in Auf- und Abwärtsrichtung erstreckt. In der folgenden Erläuterung werden auch die Bohrungen, die zum Ausbilden der Bolzenbohrung 109 an den jeweiligen Schichten des Brennstoffzellenstapels 100 gebildet sind, ggf. als Bolzenbohrung 109 bezeichnet.
In jede Bolzenbohrung 109 wird ein Bolzen 22 eingeführt. Das untere Ende jedes Bolzens 22 wird in die Gewindebohrung geschraubt, die an der unteren Endplatte 106 gebildet ist. Am oberen Ende jedes Bolzens 22 greift eine Mutter 24 ein. Die untere Fläche der Mutter 24 steht entlang einer Isolierfolie 26 in Kontakt mit der oberen Fläche der Endplatte 104. Mit den so ausgebildeten Bolzen 22 und den Muttern 24 werden die jeweiligen Schichten des Brennstoffzellenstapels 100 einteilig miteinander verschraubt. Außerdem ist die Isolierfolie 26 z. B. aus einer Glimmerfolie, einer Keramikfaserfolie, einer keramischen Presspulverfolie, einer Glasfolie, einem GlasKeramik-Verbundmittel u. a. ausgebildet.
Des Weiteren sind, wie in 1 bis 3 gezeigt, im Randbereich der jeweiligen Schichten, die den Brennstoffzellenstapel 100 bilden (jede Stromerzeugungseinheit 102; Separator 189 für ein unteres Ende; untere Endplatte 106), um die Z-Achsenrichtung vier Bohrungen ausgebildet, die die jeweiligen Schichten in Auf- und Abwärtsrichtung durchdringen. Die Bohrungen, die an den jeweiligen Schichten gebildet sind und einander entsprechen, sind in Auf- und Abwärtsrichtung miteinander verbunden, um eine Verbindungsbohrung 108 auszubilden, die sich in Auf- und Abwärtsrichtung von der obersten Stromerzeugungseinheit 102 zur unteren Endplatte 106 hin erstreckt. In der folgenden Erläuterung werden auch die Bohrungen, die zum Ausbilden der Verbindungsbohrung 108 an den jeweiligen Schichten des Brennstoffzellenstapels 100 gebildet sind, ggf. als Verbindungsbohrung 108 bezeichnet.
Wie in 1 und 2 gezeigt, fungiert eine Verbindungsbohrung 108, die sich in der Nähe einer Seite (Seite auf der positiven X-Achsenrichtungsseite von zwei parallel zur Y-Achse verlaufenden Seiten), die ein Bestandteil des Außenumfangs des Brennstoffzellenstapels 100 um die Z-Achsenrichtung ist, befindet, als Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Oxidationsgas OG von außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 leitet, um dieses Oxidationsgas OG in eine später erwähnte Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 einzuleiten. Eine Verbindungsbohrung 108, die sich in der Nähe einer der besagten Seite entgegengesetzten Seite (Seite auf der negativen X-Achsenrichtungsseite von zwei parallel zur Y-Achse verlaufenden Seiten) befindet, fungiert als Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Oxidationsabgas OOG, das von der Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgeleitet wurde, zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin ableitet. Als Oxidationsgas OG wird z. B. Luft verwendet.
Wie in 1 und 3 gezeigt, fungiert ferner eine andere Verbindungsbohrung 108, die sich von den Seiten, die den Außenumfang des Brennstoffzellenstapels 100 um die Z-Achsenrichtung bilden, in der Nähe einer Seite, die der oben erwähnten, als Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas fungierenden Verbindungsbohrung 108 am nächsten liegt, befindet, als Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Brenngas FG von außerhalb des Brennstoffzellenstapels 100 leitet, um dieses Brenngas FG in eine später erwähnte Brennstoffkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 einzuleiten. Eine andere Verbindungsbohrung 108, die sich in der Nähe einer Seite, die der oben erwähnten, als Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas fungierenden Verbindungsbohrung 108 am nächsten liegt, befindet, fungiert als Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas, bei dem es sich um einen Gasströmungskanal handelt, der ein Brennabgas FOG, das von der Brennstoffkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 abgeleitet wurde, zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin ableitet. Als Brenngas FG wird z. B. ein aus Stadtgas reformiertes wasserstoffreiches Gas verwendet.
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist der Brennstoffzellenstapel 100 mit vier Gasdurchgangselementen 27 versehen. Jedes Gasdurchgangselement 27 weist einen hohlrohrförmigen Hauptkörper 28 und einen hohlrohrförmigen Zweigabschnitt 29 auf, der von einer Seitenfläche des Hauptkörpers 28 abzweigt. Die Bohrung des Zweigabschnitts 29 ist mit der Bohrung des Hauptkörpers 28 verbunden. Eine Gasleitung (nicht dargestellt) wird mit dem Zweigabschnitt 29 jedes Gasdurchgangselements 27 verbunden. Wie in 2 gezeigt, ist die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas angeordnet ist, mit dem Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas verbunden. Die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas angeordnet ist, ist mit dem Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas verbunden. Wie in 3 gezeigt, ist ferner die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas angeordnet ist, mit dem Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas verbunden. Die Bohrung des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27, das am Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas angeordnet ist, ist mit dem Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas verbunden. Außerdem befindet sich eine Isolierfolie 26 zwischen jedem Gasdurchgangselement 27 und der Oberfläche der unteren Endplatte 106.
(Konstruktion der Endplatten 104, 106)
Die paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 sind plattenförmige Bauelemente, deren Außenform von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. rostfreiem Stahl. In den Mittelbereichen der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 sind jeweils in Z-Achsenrichtung durchgehende Bohrungen 32, 34 gebildet. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen umschließen die inneren Umfangslinien der Bohrungen 32, 34, die die jeweiligen Endplatten 104, 106 aufweisen, die jeweiligen, später erwähnten Einzelzellen 110. Daher wirkt die Presskraft in Z-Achsenrichtung, die durch die Verschraubung mit den jeweiligen Bolzen 22 und Muttern 24 erzeugt wird, hauptsächlich auf den Randbereich jeder Stromerzeugungseinheit 102 (Abschnitt auf der Außenumfangsseite von jeder später erwähnten Einzelzelle 110). In der vorliegenden Ausführungsform fungiert ferner die obere Endplatte 104 als positiver Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels 100, und die untere Endplatte 106 fungiert als negativer Ausgangsanschluss des Brennstoffzellenstapels 100.
(Konstruktion des Separators 189 für ein unteres Ende)
Der Separator 189 für ein unteres Ende ist ein plattenförmiges Bauelement, dessen Außenform von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und besteht z. B. aus Metall. Der Randbereich des Separators 189 für ein unteres Ende liegt zwischen der untersten Schicht der Stromerzeugungseinheit 102 und der unteren Endplatte 106 und ist z. B. durch Schweißen elektrisch mit der unteren Endplatte 106 verbunden.
(Konstruktion der Stromerzeugungseinheit 102)
5 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion von zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 2 zeigt. 6 ist ein Schaubild, das eine XZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 3 zeigt. 7 ist ein Schaubild, das eine YZ-Querschnittskonstruktion der zwei nebeneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 an der gleichen Position wie der im Querschnitt in 4 zeigt. Des Weiteren ist 8 ein Schaubild, das eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position VIII-VIII in 5 bis 7 zeigt. 9 ist ein Schaubild, das eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position IX-IX in 5 bis 7 zeigt.
Wie in 5 bis 7 gezeigt, ist jede Stromerzeugungseinheit 102 mit einer Einzelzelle 110 der Brennstoffzelle (nachstehend als „Einzelzelle“ bezeichnet), einem Separator 120 für eine Einzelzelle, einem kathodenseitigen Rahmen 130, einem anodenseitigen Rahmen 140, anodenseitigen Stromkollektoren 144, einem Paar Interkonnektoren 190, die die oberste und die unterste Schicht der Stromerzeugungseinheit 102 bilden, und einem Paar Separatoren 180 für ICs versehen. In den Randbereichen des Separators 120 für eine Einzelzelle, des kathodenseitigen Rahmens 130, des anodenseitigen Rahmens 140 und der Separatoren 180 für ICs sind um die Z-Achsenrichtung Bohrungen, die die jeweiligen Verbindungsbohrungen 108 bilden, die als die jeweiligen Manifolds 161, 162, 171, 172 fungieren, und Bohrungen ausgebildet, die die jeweiligen Bolzenbohrungen 109 bilden. Der Separator 120 für eine Einzelzelle stellt ein Beispiel für das bestimmte leitfähige Element in den Patentansprüchen dar.
Die Einzelzelle 110 ist mit einer Elektrolytschicht 112 sowie einer Kathode 114 und einer Anode 116, die sich entlang der Elektrolytschicht 112 in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegen, und einer Reaktionsschutzschicht 118 versehen, die zwischen der Elektrolytschicht 112 und der Kathode 114 angeordnet ist. Außerdem handelt es sich bei der Einzelzelle 110 gemäß der vorliegenden Ausführungsform um eine anodengestützte Einzelzelle, bei der die Anodel 16 die weiteren Schichten, die die Einzelzelle 110 bilden (Elektrolytschicht 112; Kathode 114; Reaktionsschutzschicht 118), stützt.
Die Elektrolytschicht 112 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist, und derart konstruiert, dass sie ein festes Oxid (z. B.: YSZ (Yttriumoxidstabilisiertes Zirkoniumoxid) enthält. D.h., die Einzelzelle 110gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), die ein festes Oxid als Elektrolyt verwendet. Die Kathode 114 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist und kleiner ist als die Elektrolytschicht 112. Sie ist derart ausgebildet, dass sie z. B. ein Oxid des Perowskit-Typs (z. B.: LSCF (Lanthan-Strontium-Kobalt-Eisenoxid)) enthält. Die Anode 116 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist und im Wesentlichen genauso groß ist wie die Elektrolytschicht 112. Sie besteht z. B. aus Ni (Nickel), einem Cermet aus Ni und Keramikpartikeln, oder einer Legierung auf Ni-Basis o. Ä. Die Reaktionsschutzschicht 118 ist ein plattenförmiges Bauelement, das von der Z-Achsenrichtung aus gesehen im Wesentlichen rechteckig ist und im Wesentlichen genauso groß ist wie die Kathode 114. Sie ist derart ausgebildet, dass sie z. B. GDC (Gadolinium-dotiertes Ceroxid) und YSZ enthält. Die Reaktionsschutzschicht 118 hat die Funktion, zu verhindern, dass ein Element (z. B.: Sr), das aus der Kathode 114 diffundiert, mit einem Element (z. B.: Zr), das in der Elektrolytschicht 112 enthalten ist, reagiert und eine hochohmige Substanz (z. B.: SrZrO₃) erzeugt wird.
Der Separator 120 für eine Einzelzelle ist ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Durchgangsbohrung 121 aufweist, und besteht z. B. aus Metall. Die Dicke des Separators 120 für eine Einzelzelle ist relativ klein, z. B. etwa zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Ein Bereich des Separators 120 für eine Einzelzelle, der die Durchgangsbohrung 121umgibt (nachstehend als „Umfangsbereich der Durchgangsbohrung“ bezeichnet), liegt der oberen Fläche des Randbereichs der Einzelzelle 110(Elektrolytschicht 112) gegenüber. Der Separator 120 für eine Einzelzelle ist mit der Einzelzelle 110 (Elektrolytschicht 112) entlang eines Verbindungsteils 124 aus einem Lötmaterial (z. B.: Ag-Lot) verbunden, das am gegenüberliegenden Abschnitt angeordnet ist. Darüber hinaus kann man sagen, dass der Separator 120 für eine Einzelzelle über das Verbindungsteil 124 elektrisch mit der Einzelzelle 110 verbunden ist. Der Separator 120 für eine Einzelzelle trennt die Luftkammer 166, die der Kathode 114zugewandt ist, und die Brennstoffkammer 176, die der Anode 116 zugewandt ist, voneinander ab, um zu verhindern, dass Gas von einer Elektrodenseite zur anderen im Randbereich der Einzelzelle 110 austritt (cross leak).
Der Separator 120 für eine Einzelzelle ist mit einem inneren Abschnitt 126, der den Umfangsbereich der Durchgangsbohrung (Abschnitt, der die Durchgangsbohrung 121 umgibt) des Separators 120 für eine Einzelzelle einschließt, einem äußeren Abschnitt 127, der sich auf der Außenumfangsseite des inneren Abschnitts 126 befindet, und einem Verbindungsabschnitt 128 versehen, der den inneren Abschnitt 126 mit dem äußeren Abschnitt 127 verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen der innere Abschnitt 126 und der äußere Abschnitt 127 eine Form einer im Wesentlichen flachen Platte auf, die sich im Wesentlichen orthogonal zu der Z-Achsenrichtung erstreckt. Des Weiteren ist der Verbindungsabschnitt 128 so gekrümmt, dass er sowohl in Bezug auf den inneren Abschnitt 126 als auch auf den äußeren Abschnitt 127 nach unten ragt. Die Unterseite des Verbindungsabschnitts 128 (Seite, die der Brennstoffkammer 176 zugewandt ist) ist konvex und die Oberseite des Verbindungsabschnitts 128 (Seite, die der Luftkammer 166 zugewandt ist) konkav ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 128 weist also einen Abschnitt auf, dessen Position in Z-Achsenrichtung sich von dem inneren Abschnitt 126 und dem äußeren Abschnitt 127unterscheidet.
Im Bereich der Durchgangsbohrung 121 des Separators 120 für eine Einzelzelle ist eine Glasdichtung 125 angeordnet, die Glas enthält. Die Glasdichtung 125 befindet sich auf der der Luftkammer 166 zugewandten Seite in Bezug auf das Verbindungsteil 124 und ist derart ausgebildet, dass sie sowohl mit der Oberfläche des Umfangsbereichs der Durchgangsbohrung des Separators 120 für eine Einzelzelle als auch mit der Oberfläche der Einzelzelle 110 (Elektrolytschicht 112 in der vorliegenden Ausführungsform) in Kontakt steht. Durch die Glasdichtung 125 wird effektiv verhindert, dass Gas von einer Elektrodenseite zur anderen im Randbereich der Einzelzelle 110 austritt (cross leak).
Jeder Interkonnektor 190 ist ein elektrisch leitfähiges Bauelement mit einem Plattenteil 150 in Form einer im Wesentlichen rechteckigen flachen Platte und mehreren im Wesentlichen säulenförmigen kathodenseitigen Stromkollektoren 134, die vom Plattenteil 150 zur Seite der Kathode 114 hin herausragen, und besteht aus Metall (z. B. rostfreiem Stahl auf Ferritbasis). In der vorliegenden Ausführungsform ist auf einer Oberfläche des Interkonnektors 190 (Oberfläche, die der Luftkammer 166 zugewandt ist) eine elektrisch leitfähige Überzugsschicht 194 ausgebildet, die z. B. aus einem Oxid mit Spinellstruktur besteht. Nachstehend wird der durch die Überzugsschicht 194 abgedeckte Interkonnektor 190 einfach als Interkonnektor 190 bezeichnet. Bei jeder Stromerzeugungseinheit 102 ist der obere Interkonnektor 190 (Plattenteil 150 des Interkonnektors 190) oberhalb der Einzelzelle 110 entlang der Luftkammer 166 angeordnet. Der obere Interkonnektor 190 (jeder kathodenseitige Stromkollektor 134 des oberen Interkonnektors 190) ist entlang eines elektrisch leitfähigen Verbindungsmaterials 196, das z. B. aus einem Oxid mit Spinellstruktur besteht, mit der Kathode 114 der Einzelzelle 110 verbunden und dadurch elektrisch mit der Kathode 114 der Einzelzelle 110 verbunden. Bei jeder Stromerzeugungseinheit 102 ist der untere Interkonnektor 190 unterhalb der Einzelzelle 110 entlang der Brennstoffkammer 176 angeordnet und entlang der später erwähnten anodenseitigen Stromkollektoren 144 elektrisch mit der Anode 116 der Einzelzelle 110 verbunden. Der Interkonnektor 190 gewährleistet die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102 und verhindert, dass sich die Reaktionsgase zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102 vermischen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Interkonnektor 190 durch zwei voneinander angeordneten Stromerzeugungseinheiten 102 gemeinsam genutzt, wenn die zwei Stromerzeugungseinheiten 102 nebeneinander angeordnet sind. D.h., beim oberen Interkonnektor 190 für eine Stromerzeugungseinheit 102 handelt es sich um dasselbe Bauelement wie beim unteren Interkonnektor 190 für eine an die Oberseite dieser Stromerzeugungseinheit 102 angrenzende andere Stromerzeugungseinheit 102. Da der Brennstoffzellenstapel 100 mit dem Separator 189 für ein unteres Ende versehen ist, weist ferner die unterste Stromerzeugungseinheit 102 des Brennstoffzellenstapels 100 keinen unteren Interkonnektor 190 auf (vgl. 2 bis 4) .
Jeder Separator 180 für ICs ist ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Auf- und Abwärtsrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Durchgangsbohrung 181 aufweist, und besteht z. B. aus Metall. Die Dicke des Separators 180 für ICs ist relativ klein, z. B. etwa zwischen 0,05 mm und 0,2 mm. Der Separator 180 für ICs liegt in der Z-Achsenrichtung dem Separator 120 für eine Einzelzelle gegenüber. Ein Abschnitt des Separators 180 für ICs, der die Durchgangsbohrung 181 umgibt (nachstehend als „Umfangsbereich der Durchgangsbohrung“ bezeichnet), ist z. B. durch Schweißen mit der oberen Fläche des Randbereichs des Plattenteils 150 des Interkonnektors 190 verbunden. Von den paarweise angeordneten Separatoren 180 für ICs, die in einer Stromerzeugungseinheit 102 enthalten sind, trennt der obere Separator 180 für ICs die Luftkammer 166 der Stromerzeugungseinheit 102 und die Brennstoffkammer 176 einer an die Oberseite der Stromerzeugungseinheit 102 angrenzenden anderen Stromerzeugungseinheit 102 voneinander ab. Von den paarweise angeordneten Separatoren 180 für ICs, die in einer Stromerzeugungseinheit 102 enthalten sind, trennt ferner der untere Separator 180 für ICs die Brennstoffkammer 176 der Stromerzeugungseinheit 102 und die Luftkammer 166 einer an die Unterseite der Stromerzeugungseinheit 102 angrenzenden anderen Stromerzeugungseinheit 102 voneinander ab. Auf diese Weise wird durch die Separatoren 180 für ICs der Austritt von Gas zwischen den Stromerzeugungseinheiten 102 im Randbereich der Stromerzeugungseinheiten 102 verhindert. Der Separator 180 für ICs, der mit dem oberen Interkonnektor 190 der obersten Stromerzeugungseinheit 102 im Brennstoffzellenstapel 100 verbunden ist, ist elektrisch mit der oberen Endplatte 104 verbunden.
Die Separatoren 180 für ICs sind jeweils mit einem inneren Abschnitt 186, der den Umfangsbereich der Durchgangsbohrung (Abschnitt, der die Durchgangsbohrung 181 umgibt) des Separators 180 für ICs einschließt, einem äußeren Abschnitt 187, der sich auf der Außenumfangsseite des inneren Abschnitts 186 befindet, und einem Verbindungsabschnitt 188 versehen, der den inneren Abschnitt 186 mit dem äußeren Abschnitt 187verbindet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen der innere Abschnitt 186 und der äußere Abschnitt 187 eine Form einer im Wesentlichen flachen Platte auf, die sich im Wesentlichen orthogonal zu der Z-Achsenrichtung erstreckt. Des Weiteren ist der Verbindungsabschnitt 188 so gekrümmt, dass er sowohl in Bezug auf den inneren Abschnitt 186 als auch auf den äußeren Abschnitt 187 nach unten ragt. Die Unterseite (Seite, die der Luftkammer 166 zugewandt ist) des Verbindungsabschnitts 188 ist konvex und die Oberseite (Seite, die der Brennstoffkammer 176 zugewandt ist) des Verbindungsabschnitts 188 konkav (die später erwähnte Aufnahmenut 129) ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 188 weist also einen Abschnitt auf, dessen Position in Z-Achsenrichtung sich von dem inneren Abschnitt 186 und dem äußeren Abschnitt 187 unterscheidet.
Nachfolgend wird der Komplex aus dem Interkonnektor 190 und dem Separator 180 für ICs einfach als „Interkonnektor 190“ bezeichnet. Der Interkonnektor 190 einschließlich des Separators 180 für ICs stellt ein Beispiel für einen Interkonnektor in den Patentansprüchen dar. Der Separator 180 für ICs stellt ein Beispiel für einen leitfähigen Interkonnektorabschnitt in den Patentansprüchen dar.
Wie in 5 bis 8 gezeigt, ist der kathodenseitige Rahmen 130 ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Z-Achsenrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Bohrung 131 aufweist, und besteht z. B. aus einem Isolator, wie z. B. Glimmer o. Ä. Die Bohrung 131 des kathodenseitigen Rahmens 130 bildet die Luftkammer 166, die der Kathode 114 zugewandt ist. Der kathodenseitige Rahmen 130 steht mit der oberen Fläche des Randbereichs des Separators 120 für eine Einzelzelle und der unteren Fläche des Randbereichs des oberen Separators 180 für ICs in Kontakt und fungiert als Dichtungselement, um die Gasabdichtungsfähigkeit zwischen den beiden Separatoren (d.h. die Gasabdichtungsfähigkeit der Luftkammer 166) zu gewährleisten. Des Weiteren werden die in der Stromerzeugungseinheit 102 enthaltenen, paarweise angeordneten Separatoren 180 für ICs (d.h. zwischen den paarweise angeordneten Interkonnektoren 190) durch den kathodenseitigen Rahmen 130 elektrisch voneinander isoliert. Am kathodenseitigen Rahmen 130 sind ferner ein Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas und ein Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas ausgebildet, wobei der erstere den Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas mit der Luftkammer 166 verbindet und der letztere die Luftkammer 166 mit dem Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas verbindet.
Wie in 5 bis 7 und 9 gezeigt, ist der anodenseitige Rahmen 140 ein rahmenförmiges Bauelement, das im Mittelbereich eine in Z-Achsenrichtung durchgehende, im Wesentlichen rechteckige Bohrung 141 aufweist, und besteht z. B. aus Metall. Die Bohrung 141 des anodenseitigen Rahmens 140 bildet die Brennstoffkammer 176, die der Anode 116 zugewandt ist. Der anodenseitige Rahmen 140 steht mit der unteren Fläche des Randbereichs des Separators 120 für eine Einzelzelle und mit der oberen Fläche des Randbereichs des unteren Separators 180 für ICs in Kontakt. Des Weiteren sind am anodenseitigen Rahmen 140 ein Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas und ein Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas ausgebildet, wobei der erstere den Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas mit der Brennstoffkammer 176 verbindet und der letztere die Brennstoffkammer 176 mit dem Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas verbindet.
Wie in 5 bis 7 gezeigt, sind die anodenseitigen Stromkollektoren 144 in der Brennstoffkammer 176 angeordnet. Jeder anodenseitige Stromkollektor 144 ist mit einem dem Interkonnektor zugewandten Abschnitt 146, einem der Elektrode zugewandten Abschnitt 145 und einem Verknüpfungsabschnitt 147, der den der Elektrode zugewandten Abschnitt 145 mit dem dem Interkonnektor zugewandten Abschnitt 146 verknüpft, versehen und besteht z. B. aus Nickel, einer Nickellegierung, rostfreiem Stahl o. Ä. Der der Elektrode zugewandte Abschnitt 145 steht in Kontakt mit der unteren Fläche der Anode 116, und der dem Interkonnektor zugewandte Abschnitt 146 steht in Kontakt mit der oberen Fläche des Interkonnektors 190 (Plattenteil 150 des Interkonnektors 190). Allerdings ist, wie oben erwähnten, die unterste Stromerzeugungseinheit 102 des Brennstoffzellenstapels 100 nicht mit dem unteren Interkonnektor 190 versehen, sodass der dem Interkonnektor zugewandte Abschnitt 146 des anodenseitigen Stromkollektors 144 dieser Stromerzeugungseinheit 102 in Kontakt mit dem Separator 189 für ein unteres Ende steht. Der anodenseitige Stromkollektor 144 ist so ausgebildet, dass er die Anode 116 elektrisch mit dem Interkonnektor 190 (oder dem Separator 189 für ein unteres Ende) verbindet. Außerdem ist ein Abstandshalter 149, der z. B. aus Glimmer besteht, zwischen dem der Elektrode zugewandten Abschnitt 145 und dem Interkonnektor zugewandten Abschnitt 146 des anodenseitigen Stromkollektors 144 angeordnet. Daher folgt der anodenseitige Stromkollektor 144 einer Verformung der Stromerzeugungseinheit 102, die aufgrund von Temperaturzyklen bzw. Schwankungen im Reaktionsgasdruck auftritt, wodurch die elektrische Verbindung zwischen der Anode 116 und dem Interkonnektor 190 (oder dem Separator 189 für ein unteres Ende) entlang des anodenseitigen Stromkollektors 144 effektiv aufrechterhalten wird.
A-2. Konstruktion des Gasdurchströmungselements 50 und des Isolierelements 56:
Der Brennstoffzellenstapel 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ferner mit den Gasdurchströmungselementen 50 und mit dem Isolierelements 56 versehen. Im Folgenden wird die Konstruktion jedes Gasdurchströmungselements 50 und jedes Isolierelements 56 erläutert. Wie oben erwähnt, ist 9 ein Schaubild, das eine XY-Querschnittskonstruktion der Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position IX-IX in 5 bis 7 zeigt. 10 ist ein Schaubild, das die XY-Querschnittskonstruktion einer Stromerzeugungseinheit 102 an einer Position X-X in 5 bis 7 zeigt. 11 ist ein Schaubild, das schematisch die äußere Ansicht des Gasdurchströmungselements 50 zeigt. 12 ist ein Schaubild, das die XY-Querschnittskonstruktion (XII-XII-Querschnitt in 9 und 10) eines Teils der Stromerzeugungseinheit 102 (Xp-Teil von 6) vergrößert zeigt. 13 ist ein Schaubild, das die XY-Querschnittskonstruktion (XIII-XIII-Querschnitt von 10) eines Teils einer Stromerzeugungseinheit 102 vergrößert zeigt. Außerdem kann man sagen, dass es sich bei dem in 12 und 13 gezeigten Querschnitt des Brennstoffzellenstapels 100 um einen Querschnitt des Brennstoffzellenstapels 100 entlang der Z-Achsenrichtung handelt, der eine Einzelzelle 110 umfasst.
Wie in 9 bis 13 gezeigt, umfasst die Brennstoffkammer 176 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen einen Abschnitt 177 der Brennstoffkammer 176, der die Einzelzelle 110 überlappt (nachfolgend als „Kanal mit Einzelzellenüberlappung“ bezeichnet), und einen Abschnitt 178, der die Einzelzelle 110 nicht überlappt (mit anderen Worten ein Abschnitt, der außerhalb der Einzelzelle 110 positioniert ist) (nachstehend als „Kanal ohne Einzelzellenüberlappung“ bezeichnet). Der Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung wird hauptsächlich durch einen Separator 120 für eine Einzelzelle und einen Interkonnektor 190 (genauer gesagt einen Separator 180 für ICs) abgegrenzt. Der Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung, der einen Teil der Brennstoffkammer 176 bildet, stellt ein Beispiel für den ersten Gaskanal in den Patentansprüchen dar.
(Über das Gasdurchströmungselement 50)
Wie in 9 und 11 gezeigt, ist das Gasdurchströmungselement 50 ein langes leitfähiges Element, das sich als Ganzes in einer vorgegebenen Richtung (Y-Achsenrichtung in der vorliegenden Ausführungsform) erstreckt, und besteht beispielsweise aus Metall. Das Gasdurchströmungselement 50 weist einen Mittelabschnitt 53, der im Wesentlichen den gesamten Abschnitt einnimmt, und die Enden 54 und 55 auf, die jeweils an den beiden Enden des Mittelabschnitts 53 in der Y-Achsenrichtung positioniert sind. Außerdem zeigt 11 einen Teil des Mittelabschnitts 53 des Gasdurchströmungselements 50, während auf eine Darstellung der beiden Enden des Mittelabschnitts 53 des Gasdurchströmungselements 50 in der Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) und der Enden 54 und 55 des Gasdurchströmungselements 50 verzichtet wird.
Der Mittelabschnitt 53 des Gasdurchströmungselements 50 wird hergestellt, indem ein Plattenmaterial derart gebogen wird, dass sein Querschnitt eine Wellenform aufweist, während die Enden 54 und 55 des Gasdurchströmungselements 50 flache plattenförmige Abschnitte bilden, die durch die Enden des Plattenmaterials konstruiert sind. D.h., der Mittelabschnitt 53 des Gasdurchströmungselements 50 ist derart ausgebildet, dass mehrere plattenförmige Abschnitte (nachstehend als „erste Abschnitte 51“ bezeichnet), die sich in einer Richtung (Richtung in der XZ-Ebene) orthogonal zur Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des gesamten Gasdurchströmungselements 50 erstrecken, und mehrere zweite plattenförmige Abschnitte 52, die jeweils die Enden von zwei der ersten Abschnitte 51, die nebeneinander angeordnet sind, verbinden, abwechselnd in Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des gesamten Gasdurchströmungselements 50 ausgerichtet sind. Da der Mittelabschnitt 53 des Gasdurchströmungselements 50 diese Konstruktion aufweist, kann man sagen, dass der Mittelabschnitt 53 des Gasdurchströmungselements 50 auf der Oberseite und der Unterseite mehrere Nuten 179 aufweist, die in einer Richtung (X-Achsenrichtung in der vorliegenden Ausführungsform) die Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des gesamten Gasdurchströmungselements 50 schneiden (in der vorliegenden Ausführungsform: orthogonal zur Erstreckungsrichtung des gesamten Gasdurchströmungselements 50 stehen). Die Erstreckungsrichtung (Richtung in der XZ-Ebene) der ersten Abschnitte 51 ist nicht parallel zu der Richtung orthogonal zur Z-Achsenrichtung (Richtung in der XY-Ebene). Mit anderen Worten schneidet die Erstreckungsrichtung der ersten Abschnitte 51 die Richtung (Richtung in der XY-Ebene) orthogonal zur Z-Achsenrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform weist ferner der jeweilige zweite Abschnitt 52 eine Form einer flachen Platte auf, die sich in der Richtung (Richtung in der XY-Ebene) orthogonal zur Auf- und Abwärtsrichtung (Z-Achsenrichtung) erstreckt.
Die Dicke t1 des Gasdurchströmungselements 50 beträgt etwa zwischen 0,05 mm und 0,2 mm, z. B. 0,1 mm. Die Höhe h1 (Größe in Z-Achsenrichtung) des Gasdurchströmungselements 50 beträgt etwa zwischen 0,4 mm und 1,0 mm, z. B. 0,7 mm. Die Tiefe d1 jeder im Gasdurchströmungselement 50 gebildeten Nut 179 entspricht einer Differenz (h1-t1) zwischen der Höhe h1 und der Plattendicke t1 des Gasdurchströmungselements 50. Die Breite W1 (Größe in X-Achsenrichtung) des Gasdurchströmungselements 50 beträgt etwa zwischen 1 mm und 7 mm, z. B. 4 mm. Der Abstand 11 zwischen zwei benachbarten ersten Abschnitten 51 des Gasdurchströmungselements 50 beträgt etwa zwischen 5 mm und 15 mm, z. B. 10 mm.
Wie in 9, 10, 12 und 13 gezeigt, sind die Gasdurchströmungselemente 50 innerhalb der Brennstoffkammer 176 der Stromerzeugungseinheit 102 (in konkreterer Hinsicht im Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung) angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Gasdurchströmungselemente 50 auf dem Separator 180 für ICs (genauer: Verbindungsabschnitt 188) aufgelegt. In der vorliegenden Ausführungsform sind jeweils zwei Gasdurchströmungselemente 50 (ein erstes Gasdurchströmungselement 50a und ein zweites Gasdurchströmungselement 50b) in der Brennstoffkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 im Brennstoffzellenstapel 100 angeordnet. Außerdem in 12 und 13 wird ein Querschnitt auf der Seite des ersten Gasdurchströmungselements 50a von den beiden Gasdurchströmungselementen gezeigt, während auf die Darstellung des Querschnitts auf der Seite des zweiten Gasdurchströmungselements 50b verzichtet wird. Die Querschnittskonstruktion auf der Seite des zweiten Gasdurchströmungselements 50b gleicht aber der Konstruktion des Querschnitts auf der Seite des ersten Gasdurchströmungselements 50a. Außerdem zeigt 13 die Seite 54 von den beiden Enden 54 und 55 des Gasdurchströmungselements 50. Die Querschnittskonstruktion der anderen Seite 55 von den beiden Enden 54 und 55 (Insbesondere die Konstruktion des Gasdurchströmungselement 50 und des Isolierelements 56, das später erläutert werden) gleicht aber der Querschnittskonstruktion der Seite 54 von den beiden Enden 54 und 55.
Wie in 9 gezeigt sind mehrere Nuten 179 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen in der Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet, die die Richtung entlang den Seiten (SI1, SI2) der Einzelzelle 110 bildet, die den Gasdurchströmungselementen 50 (50a, 50b) am nächsten liegt. In konkreterer Hinsicht sind die mehreren Nuten 179, die im ersten Gasdurchströmungselement 50a ausgebildet sind, in der Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet, die die Richtung entlang der Seite S11 der Einzelzelle 110 bildet, die dem ersten Gasdurchströmungselement 50a am nächsten liegt, während die mehreren Nuten 179, die in dem zweiten Gasdurchströmungselement 50b ausgebildet sind, in der Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet sind, die die Richtung entlang der Seite SI2 der Einzelzelle 110 bildet, die dem zweiten Gasdurchströmungselement 50b am nächsten liegt.
Wie in 5 und 6 gezeigt, sind bei jeder Stromerzeugungseinheit 102 die zwei Gasdurchströmungselemente 50 an Positionen angeordnet, an denen sie sich von der Z-Achsenrichtung aus gesehen mit dem Separator 120 für eine Einzelzelle und dem Separator 180 für ICs überlappen. Konkret bedeutet das, die beiden Gasdurchströmungselemente 50 sind an Positionen angeordnet, an denen sie sich von der Z-Achsenrichtung aus gesehen mit den jeweiligen Verbindungsabschnitten 128, 188 des Separators 120 für eine Einzelzelle und des Separators 180 für ICs überlappen.
Wie in 9 gezeigt, ist ferner das erste Gasdurchströmungselement 50a zwischen dem Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas und der Einzelzelle 110 bzw. dem Plattenteil 150 des Interkonnektors 190 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen angeordnet, und das zweite Gasdurchströmungselement 50b ist zwischen dem Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas und der Einzelzelle 110 bzw. dem Plattenteil 150 des Interkonnektors 190 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des gesamten ersten Gasdurchströmungselements 50a parallel zur ersten Seite SI1, die dem Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas in der Einzelzelle 110zugewandt ist. Die Länge L0 des ersten Gasdurchströmungselements 50a entlang der Richtung parallel zur ersten Seite SI1 (Y-Achsenrichtung) beträgt mindestens die Hälfte der Länge L1 der ersten Seite SI1. Konkret bedeutet das, die Länge L0 des ersten Gasdurchströmungselements 50a ist größer oder gleich der Länge L1 der ersten Seite SI1. Ebenfalls ist die Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des gesamten zweiten Gasdurchströmungselements 50b parallel zur zweiten Seite SI2, die dem Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas in der Einzelzelle 110zugewandt ist. Die Länge L0 des zweiten Gasdurchströmungselements 50b entlang der Richtung parallel zur zweiten Seite SI2 (Y-Achsenrichtung) beträgt mindestens die Hälfte der Länge L1 der zweiten Seite SI2. Konkret bedeutet das, die Länge L0 des zweiten Gasdurchströmungselements 50b ist größer oder gleich der Länge L1 der zweiten Seite SI2.
Wie oben erwähnt, weist jedes Gasdurchströmungselement 50 mehrere Nuten 179 auf, die sich in X-Achsenrichtung erstrecken. Die Erstreckungsrichtung (X-Achsenrichtung) jeder Nut 179 stimmt mit der Hauptströmungsrichtung des Brenngases FG in der Brennstoffkammer 176 überein. Mindestens ein Teil des Brenngases FG, das vom Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas durch den Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas hindurch in die Brennstoffkammer 176 eingeleitet wurde, gelangt durch jede Nut 179 des ersten Gasdurchströmungselements 50a hindurch zu einer der Einzelzelle 110 (Anode 116) zugewandten Position und gelangt von der der Einzelzelle 110 zugewandten Position durch jede Nut 179 des zweiten Gasdurchströmungselements 50b hindurch zu einer dem Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas zugewandten Position, und wird durch den Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas hindurch in den Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas abgeleitet. D.h., durch das Vorhandensein der Nuten 179 kann verhindert werden, dass der Fluss des Brenngases FG in der Brennstoffkammer 176 behindert wird, selbst wenn die Gasdurchströmungselemente 50 in der Brennstoffkammer 176 angeordnet werden. Außerdem bilden mehrere Nuten 179, die in jedem Gasdurchströmungselement 50 ausgebildet sind, einen Teil des Kanals 178 ohne Einzelzellenüberlappung, der ein Beispiel für einen zweiten Gaskanal in den Patentansprüchen darstellt.
Wie in 9 gezeigt, weist jede Stromerzeugungseinheit 102 im Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform des Weiteren vier Fixierungsabschnitte 60 zum Fixieren des Gasdurchströmungselements 50 am Separator 180 für ICs (in konkreter Hinsicht am Verbindungsabschnitt 188) auf. Jeweils ein Fixierungsabschnitt 60 ist auf den Seiten der beiden Enden 54 und 55 des ersten Gasdurchströmungselements 50a und auf den Seiten der beiden Enden 54 und 55 des zweiten Gasdurchströmungselements 50b angeordnet. Jeder Fixierungsabschnitt 60 ist ein Abschnitt, der durch ein vorgegebenes Verfahren (beispielsweise Löten, Schweißen usw.) ausgebildet und am (Verbindungsabschnitt 188 des) IC-Separator(s) 180 fixiert wird und beispielsweise aus Glas, Lötmaterial, Schweißspuren besteht. Ferner bildet jedes Ende 54, 55 des Gasdurchströmungselements 50 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen eine Form, die mindestens einen Teil um den Fixierungsabschnitt 60, der auf dem Separator 180 für ICs fixiert ist, umgibt (mit anderen Worten, greift). Dadurch wird die Verschiebung des Gasdurchströmungselements 50 in Bezug auf den Separator 180 für ICs in der Richtung der XY-Ebene (insbesondere der Y-Achsenrichtung und in der X-Achsenrichtung) verhindert.
Wie oben beschrieben, umfasst der Separator 180 für ICs des Brennstoffzellenstapels 100 der vorliegenden Ausführungsform einen inneren Abschnitt 186, einen äußeren Abschnitt 187 und einen Verbindungsabschnitt 188. Der Verbindungsabschnitt 188 weist eine gekrümmte Form auf, damit er sowohl in Bezug auf den inneren Abschnitt 186 als auch auf den äußeren Abschnitt 187 nach unten ragt. Genauer gesagt, und wie in 12 und 13 gezeigt, besteht der Verbindungsabschnitt 188 des Separators 180 für ICs aus einem ersten Abschnitt 1881, einem zweiten Abschnitt 1882 und einem dritten Abschnitt 1883. Der erste Abschnitt 1881 ist mit dem inneren Abschnitt 186 verbunden und erstreckt sich in einer bezüglich der X-Achse geneigten Richtung, damit er bei der Erstreckung in der positiven X-Achsenrichtung in der positiven Z-Achsenrichtung positioniert ist. Der zweite Abschnitt 1882 ist mit dem äußeren Abschnitt 187 verbunden und erstreckt sich in einer bezüglich der X-Achse geneigten Richtung, damit er bei der Erstreckung in der positiven X-Achsenrichtung in der negativen Z-Achsenrichtung positioniert ist. Der dritte Abschnitt 1883 verbindet den ersten Abschnitt 1881 und den zweiten Abschnitt 1882 miteinander und erstreckt sich in der X-Achsenrichtung. In der vorliegenden Ausführungsform besteht auch der Verbindungsabschnitt 128 des Separators 120 für eine Einzelzelle aus derselben Form mit einem ersten Abschnitt 1281, einem zweiten Abschnitt 1282 und einem dritten Abschnitt 1283.
Wie in 12 und 13 gezeigt, ist das Gasdurchströmungselement 50 in einer Nut (nachstehend als „Aufnahmenut“ bezeichnet) 129 aufgenommen, die durch einen Verbindungsabschnitt 188 des Separators 180 für ICs abgegrenzt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das ganze Gasdurchströmungselement 50 in der Aufnahmenut 129 aufgenommen. Daher ist die maximale Länge des Gasdurchströmungselements 50 in der X-Achsenrichtung kürzer als die maximale Länge der Aufnahmenut 129 in der X-Achsenrichtung, während die maximale Länge des Gasdurchströmungselements 50 in der Y-Achsenrichtung kürzer als die maximale Länge der Aufnahmenut 129 in der Y-Achsenrichtung ist.
(Über das Isolierelement 56)
Wie in 10, 12 und 13 gezeigt, ist das Isolierelement 56 ein langes plattenförmiges Isolierelement, das sich als ganzes in der Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Gasdurchströmungselements 50 erstreckt und beispielsweise aus Glimmer besteht.
Wie in 9 und 10 gezeigt, ist das Isolierelement 56 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen so positioniert, dass es das ganze Gasdurchströmungselement 50 überlappt. Mit anderen Worten überlappt das ganze Gasdurchströmungselement 50 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen das Isolierelement 56.
Wie in 10 gezeigt, liegt die Erstreckungsrichtung (Y-Achsen-Richtung) des ganzen Isolierelements 56 in der vorliegenden Ausführungsform parallel zur ersten Seite SI1, die dem Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas in der Einzelzelle 110 gegenüberliegt. Die Länge L10 des ersten Isolierelements 56a entlang der Richtung (Y-Achsenrichtung) parallel zur ersten Seite SI1 ist länger als die Hälfte der Länge L1 der ersten Seite SI1. In konkreterer Hinsicht ist die Länge L10 des ersten Isolierelements 56a länger als die Länge L1 der ersten Seite SI1. Analog liegt die Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des ganzen zweiten Isolierelements 56b parallel zur zweiten Seite SI2, die dem Verbindungskanal zum Ableiten von Brenngas 143 in der Einzelzelle 110 gegenüberliegt. Die Länge L10 des zweiten Isolierelements 56b entlang der Richtung (Y-Achsenrichtung) parallel zur zweiten Seite SI2 ist länger als die Hälfte der Länge L1 der zweiten Seite SI2. In konkreterer Hinsicht ist die Länge L10 des zweiten Isolierelements 56b länger als die Länge L1 der zweiten Seite SI2.
Wie in 12 und 13 gezeigt, ist das Isolierelement 56 zwischen dem Gasdurchströmungselement 50 und dem Separator 120 für eine Einzelzelle positioniert. Außerdem steht das Isolierelement 56 in der vorliegenden Ausführungsform mit dem Gasdurchströmungselement 50 und mit dem Separator 120 für eine Einzelzelle jeweils in Kontakt.
Wie in 10, 12 und 13 gezeigt, weist das Isolierelement 56 einen Mittelabschnitt 57, der im Wesentlichen dessen gesamten Abschnitt einnimmt, sowie die Enden 58 und 59 auf, die an den beiden Enden des Mittelabschnitts 57 in der Y-Achsenrichtung positioniert sind. Wie in 12 und 13 gezeigt, ist die Länge jedes Endes 58, 59 des Isolierelements 56 in der X-Achsenrichtung (mit anderen Worten, in der Richtung orthogonal zur gesamten Erstreckungsrichtung (Y-Achsenrichtung) des Isolierelements 56) länger als die Länge des Mittelabschnitts 57 in der X-Achsenrichtung. Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Länge des Mittelabschnitts 57 des Isolierelements 56 in der X-Achsenrichtung kürzer als die Länge der Bodenfläche der Aufnahmenut 129 (der Fläche, die durch den dritten Abschnitt 1883 des Verbindungsabschnitts 188 des Separators 180 für ICs abgegrenzt ist) in der X-Achsenrichtung. Ferner ist die Länge jedes Endes 58, 59 des Isolierelements 56 in X-Achsenrichtung länger als die Länge der Bodenfläche der Aufnahmenut 129 in der X-Achsenrichtung.
Wie in 12 gezeigt, ist der Mittelabschnitt 57 des Isolierelements 56, der eine relativ kurze Länge in der X-Achsenrichtung aufweist, vom Separator 180 für ICs getrennt. Daher gibt es eine Lücke zwischen dem Mittelabschnitt 57 des Isolierelements 56 und dem Separator 180 für ICs. Diese Lücke steht mit jeder Nut 179 in Verbindung, die im Gasdurchströmungselement 50 ausgebildet ist, und fungiert als Kanal, durch den das Brennstoffgas FG strömt. Die Erstreckungsrichtung der Bodenfläche der Aufnahmenut 129 (der durch den dritten Abschnitt 1883 des Verbindungsabschnitts 188 des Separators 180 für ICs abgegrenzten Oberfläche) stimmt mit der Hauptströmungsrichtung (X-Achsenrichtung) des Brennstoffgases FG in der Brennstoffkammer 176 überein. Die Erstreckungsrichtung der beiden Seitenflächen der Aufnahmenut 129 (den durch den ersten Abschnitt 1881 und den zweiten Abschnitt 1882 des Verbindungsabschnitts 188 des Separators 180 für ICs abgegrenzten Flächen) verläuft entlang der Hauptströmungsrichtung (der X-Achsenrichtung) des Brennstoffgases FG in der Brennstoffkammer 176. Mit anderen Worten stimmt die Erstreckungsrichtung der beiden Seitenflächen der Aufnahmenut 129 im XZ-Querschnitt des Brennstoffzellenstapels 100 nicht mit der Hauptströmungsrichtung (X-Achsenrichtung) des Brennstoffgases FG in der Kraftstoffkammer 176 überein, aber weicht von der Richtung ab, die sich zu dieser Richtung orthogonal erstreckt. Da die Erstreckungsrichtung der beiden Seitenflächen der Aufnahmenut 129 so ausgebildet ist, wird die Behinderung der Strömung des Brennstoffgases FG in der Aufnahmenut 129 bis zu einem gewissen Grad verhindert.
Wie in 13 gezeigt, sind die Enden 58 und 59 der Isolierelemente 56, die relativ lang in der X-Achsenrichtung sind, auf dem Separator 180 für ICs (in konkreterer Hinsicht auf dem ersten Teil 1881 und dem zweiten Teil 1882 des Verbindungsabschnitts 188 des Separators 180 für IC) aufgelegt. Wie oben beschrieben, erstreckt sich der erste Abschnitt 1881 des Verbindungsabschnitts 188 des Separators 180 für IC in einer bezüglich der X-Achse geneigten Richtung, damit er bei der Erstreckung in der positiven X-Achsenrichtung in der positiven Z-Achsenrichtung positioniert ist. Der zweite Abschnitt 1882 erstreckt sich in einer bezüglich der X-Achse geneigten Richtung, damit er bei der Erstreckung in der positiven X-Achsenrichtung in der negativen Z-Achsenrichtung positioniert ist. Da das Isolierelement 56 auf dem Verbindungsabschnitt 188 des Separators 180 für ICs in einer solchen Form aufgelegt ist, wird eine Verschiebung des Isolierelements 56 in Bezug auf den Separator 180 für ICs in der Richtung der XY-Ebene (insbesondere in der X-Achsenrichtung) verhindert.
Wie oben beschrieben, weisen die Enden 54 und 55 des Gasdurchströmungselements 50 eine Form auf, die zumindest einen Teil um den Fixierungsabschnitt 60 umgibt, der am Separator 180 für ICs fixiert ist. Dadurch wird die Verschiebung des Gasdurchströmungselements 50 in Bezug auf den Separator 180 für ICs in der Richtung der XY-Ebene unterdrückt. Da das Isolierelement 56 zudem auf dem Verbindungsabschnitt 188 des Separators 180 für ICs in der oben erwähnten Form aufgelegt ist, wird die Verschiebung des Isolierelements 56 in der Richtung der XY-Ebene verhindert. Dadurch wird die Verschiebung der relativen Positionen des Gasdurchströmungselements 50 und des Isolierelements 56 in der Richtung der XY-Ebene verhindert. Darüber hinaus kann gesagt werden, dass der Fixierungsabschnitt 60, die Enden 54, 55 des Gasdurchströmungselements 50 und die Enden 58, 59 des Isolierelements 56 in der vorliegenden Ausführungsform einen Positionierungsmechanismus zusammenstellen, der die relativen Positionen in Bezug auf das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 in Richtung der XY-Ebene (mit anderen Worten, in der Ebenenrichtung orthogonal zur Z-Achsenrichtung) bestimmt.
Wie in 12 und 13 gezeigt, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Länge GL des Gasdurchströmungselements 50 in der Z-Achsenrichtung länger als die Länge IL des Isolierelements 56 in der Z-Achsenrichtung.
A-3. Betrieb des Brennstoffzellenstapels 100:
Wird das Oxidationsgas OG, wie in 2 und 5 gezeigt, durch eine Gasleitung (nicht dargestellt), die mit dem Zweigabschnitt 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas verbunden ist, hindurch zugeführt, wird das Oxidationsgas OG durch die Bohrungen des Zweigabschnitts 29 und des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27 hindurch in den Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas eingeleitet und vom Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas durch den Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas jeder Stromerzeugungseinheit 102 hindurch in die Luftkammer 166 eingeleitet. Wird ferner das Brenngas FG, wie in 3 und 6 gezeigt, durch eine Gasleitung (nicht dargestellt), die mit dem Zweigabschnitt 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas verbunden ist, hindurch zugeführt, wird das Brenngas FG durch die Bohrungen des Zweigabschnitts 29 und des Hauptkörpers 28 des Gasdurchgangselements 27 hindurch in den Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas eingeleitet und vom Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas durch den Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas jeder Stromerzeugungseinheit 102 in die Brennstoffkammer 176 eingeleitet. In der Brennstoffkammer 176 strömt das Brennstoffgas FG in der Reihenfolge: auf der Seite des Verbindungskanals 142 zum Einleiten von Brenngas im Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung (mit anderen Worten: auf der Seite des ersten Gasdurchströmungselements 50a), im Kanal 177 mit Einzelzellenüberlappung und auf der Seite des Verbindungskanals 142 zum Einleiten von Brenngas 142 im Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung (mit anderen Worten: auf der Seite des zweiten Gasdurchströmungselements 50b). In diesem Prozess strömt das Brennstoffgas FG durch die Nut 179 des Gasdurchströmungselements 50 (Siehe 12 und 13).
Wenn das Oxidationsgas OG in die Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 und das Brenngas FG in die Brennstoffkammer 176 eingeleitet wird, erfolgt in der Einzelzelle 110 eine Stromerzeugung mittels der elektrochemischen Reaktion zwischen dem Oxidationsgas OG und dem Brenngas FG. Diese Stromerzeugungsreaktion ist eine exotherme Reaktion. Bei jeder Stromerzeugungseinheit 102 ist die Kathode 114 der Einzelzelle 110 elektrisch mit dem oberen Interkonnektor 190 verbunden, und die Anode 116 ist entlang der anodenseitigen Stromkollektoren 144 elektrisch mit dem unteren Interkonnektor 190 (oder dem Separator 189 für ein unteres Ende) verbunden. D.h., die im Brennstoffzellenstapel 100 enthaltenen Stromerzeugungseinheiten 102 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Der obere Interkonnektor 190 und der Separator 180 für ICs der obersten Stromerzeugungseinheit 102 sind elektrisch mit der oberen Endplatte 104 verbunden, und der Separator 189 für ein unteres Ende, der elektrisch mit den anodenseitigen Stromkollektoren 144 der untersten Stromerzeugungseinheit 102 verbunden ist, ist elektrisch mit der unteren Endplatte 106 verbunden. Daher wird die in jeder Stromerzeugungseinheit 102 erzeugte elektrische Energie aus den Endplatten 104, 106 entnommen, die als Ausgangsanschlüsse des Brennstoffzellenstapels 100 fungieren. Da die SOFC bei einer relativ hohen Temperatur (z.B.: 700°C bis 1000 °C) Strom erzeugt, kann außerdem der Brennstoffzellenstapel 100 nach dem Aktivieren erhitzt werden, indem ein Heizgerät (nicht dargestellt) verwendet wird, bis ein Zustand erreicht wird, bei dem die hohe Temperatur beibehalten werden kann, die durch die bei der Stromerzeugung erzeugte Wärme entsteht.
Wie in 2 und 5 gezeigt, wird das Oxidationsabgas OOG, das von der Luftkammer 166 jeder Stromerzeugungseinheit 102 durch den Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas hindurch in den Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas abgeleitet wurde, durch die Bohrungen des Hauptkörpers 28 und des Zweigabschnitts 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas und durch die mit dem Zweigabschnitt 29 verbundene Gasleitung (nicht dargestellt) hindurch zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin abgeleitet. Wie ferner in 3 und 6 gezeigt, wird das Brennabgas FOG, das von der Brennstoffkammer 176 jeder Stromerzeugungseinheit 102 durch den Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas hindurch in den Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas abgeleitet wurde, durch die Bohrungen des Hauptkörpers 28 und des Zweigabschnitts 29 des Gasdurchgangselements 27 am Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas und durch die mit dem Zweigabschnitt 29 verbundene Gasleitung (nicht dargestellt) hindurch zur Außenseite des Brennstoffzellenstapels 100 hin abgeleitet.
Beim Brennstoffzellenstapel 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 8 und 9 gezeigt, der Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas, der mit dem Manifold 161 zum Einleiten von Oxidationsgas verbunden ist, und der Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas, der mit dem Manifold 172 zum Ableiten von Brenngas verbunden ist, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen derart angeordnet, dass sie (in gleicher Richtung) einer Seite der Einzelzelle (zweite Seite SI2 in 8 und 9) zugewandt sind. Der Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas, der mit dem Manifold 162 zum Ableiten von Oxidationsgas verbunden ist, und der Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas, der mit dem Manifold 171 zum Einleiten von Brenngas verbunden ist, sind derart angeordnet, dass sie einer anderen Seite der Einzelzelle (erste Seite SI1 in 8 und 9) zugewandt sind, die entlang des Mittelpunkts der Einzelzelle 110 (in derselben Richtung) der zweiten Seite SI2 der Einzelzelle gegenüberliegt. D.h., bei der Stromerzeugungseinheit 102 (Brennstoffzellenstapel 100) gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich um eine SOFC des Counter-Flow-Typs, bei der die Hauptströmungsrichtung des Oxidationsgases OG in der Luftkammer 166 (von der positiven X-Achsenrichtung zur negativen X-Achsenrichtung) und die Hauptströmungsrichtung des Brenngases FG in der Brennstoffkammer 176 (von der negativen X-Achsenrichtung zur positiven X-Achsenrichtung) im Wesentlichen in entgegengesetzten Richtungen (gegenläufigen Richtungen) verlaufen.
A-4. Vorteile der vorliegenden Ausführungsform:
Wie oben erläutert, ist der Brennstoffzellenstapel 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit den Stromerzeugungseinheiten 102 versehen, die in Z-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet sind. Jede Stromerzeugungseinheit 102 weist die Einzelzelle 110, den Separator 120 für eine Einzelzelle und den Interkonnektor auf. Jede Einzelzelle 110 umfasst die Elektrolytschicht 112 sowie die Anode 116 und die Kathode 114, die sich entlang der Elektrolytschicht 112 in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegen. Der Separator 120 für eine Einzelzelle ist ein leitfähiges Element, das mit der Einzelzelle 110 verbunden ist. Der Interkonnektor 190 ist ein leitfähiges Element, das elektrisch mit der Einzelzelle 110 verbunden ist. Der Interkonnektor 190 umfasst einen Separator 180 für ICs, der ein leitfähiger Abschnitt ist, der dem Separator 120 für eine Einzelzelle in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegt. In jeder Stromerzeugungseinheit 102 sind eine Brennstoffkammer 176, die der Anode 116 zugewandt ist, und eine Luftkammer 166, die der Kathode 114 zugewandt ist, ausgebildet. Der Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung, der ein Teil der Brennstoffkammer 176 ist, wird durch den Separator 120 für eine Einzelzelle und den Separator 180 für ICs von der Z-Achsenrichtung aus gesehen außerhalb der Einzelzelle 110 abgrenzt. Jede Stromerzeugungseinheit 102 weist ein leitfähiges Gasdurchströmungselement 50 (50a, 50b) auf, das im Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung positioniert ist. Im Gasdurchströmungselement 50 sind mehrere Nuten 179 (Kanäle, durch die Gas (Brennstoffgas FG) strömt) ausgebildet, die ein Teil des Kanals 178 ohne Einzelzellenüberlappung bilden. Jede Stromerzeugungseinheit 102 umfasst ein Isolierelement 56, das zwischen dem Gasdurchströmungselement 50 und dem Separator 120 für eine Einzelzelle positioniert ist.
Im Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform kann durch das Vorhandensein des Gasdurchströmungselements 50 verhindert werden, dass der Separator 120 für eine Einzelzelle und der Separator 180 für ICs verformt werden, und der Separator 120 für eine Einzelzelle und der Separator 180 für ICs miteinander in Kontakt kommen. Daher kann es gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform verhindert werden, dass die Strömung des Gases (Brennstoffgases FG) aufgrund eines Kontakts zwischen dem Separator 120 für eine Einzelzelle und dem Separator 180 für ICs behindert wird.
Ferner kann gemäß dem Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform verhindert werden, dass der Separator 120 für eine Einzelzelle und der IC- Separator 180 über das leitfähige Gasdurchströmungselement 50 kurzgeschlossen wird, indem das Isolierelement 56 vorgesehen wird, das zwischen dem leitfähigen Gasdurchströmungselement 50 und dem Separator 120 für eine Einzelzelle positioniert ist.
Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform besteht das Gasdurchströmungselement 50 aus Metall. Im Gasdurchströmungselement 50 sind mehrere Nuten 179 ausgebildet, die einen Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung konstruieren, der einen Kanal für Gas (Brennstoffgas FG) bildet. Von der Z-Achsenrichtung aus gesehen sind die mehreren Nuten 179 in der Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet, die der Richtung entlang der Seite (SI 1, SI 2) der Einzelzelle 110 entspricht, die dem Gasdurchströmungselement 50 (50a, 50b) am nächsten liegt. Jede Nut 179 erstreckt sich in der X-Achsenrichtung, die eine Richtung ist, die die Y-Achsenrichtung schneidet. Dadurch, dass im Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform mehrere Nuten 179 in der oben beschriebenen Konstruktion ausgebildet sind, wird ermöglicht, dass das Gas (Brennstoffgas FG) in der X-Achsenrichtung (in der Richtung, die von der Z-Achsenrichtung aus gesehen die Y-Achsenrichtung schneidet) leichter diffundiert und damit die Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 zu erhöhen. Da das Gasdurchströmungselement aus Metall besteht, können die oben beschriebenen mehreren Nuten 179 im Vergleich zu solchen aus anderen Materialien (z. B. Keramik) leicht ausgebildet werden (z. B. unter Verwendung einer Pressmaschine).
Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform, in mindestens einem Querschnitt (z. B. im in den 12 und 13 gezeigten Querschnitt) entlang der Z-Achsenrichtung und einschließlich der Einzelzelle 110, ist eine Aufnahmenut 129, die das Gasdurchströmungselement 50 aufnimmt, im Separator 180 für ICs ausgebildet, der den Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung abgrenzt. Das Isolierelement 56, das zwischen dem Separator 120 für eine Einzelzelle und dem Gasdurchströmungselement 50 positioniert ist, ist vom Separator 180 für ICs getrennt. Falls der Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung und das Gasdurchströmungselement 50 (insbesondere die Nut 179) die oben erwähnte Konstruktion aufweisen, wobei das Isolierelement 56 so konstruiert ist, dass es in Kontakt mit dem Separator 180 für ICs steht (nachfolgend als „Vergleichskonstruktion“ bezeichnet), behindert das Vorhandensein des Isolierelements 56 den Fluss des Gases (Brennstoffgases FG), indem es den Kanal des Gases (Brennstoffgas FG) blockiert. Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform hingegen wird der Fluss des Gases (Brennstoffgases FG) anders als bei der obigen Vergleichskonstruktion nicht behindert, und es kann eine gute Fließfähigkeit des Gases (Brennstoffgas FG) sichergestellt werden, da im oben beschriebenen Querschnitt (zumindest im Querschnitt entlang der Z-Achsenrichtung und einschließlich der Einzelzelle 110) das Isolierelement 56 vom Separator 180 für ICs getrennt ist.
Bei dem Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform umfasst jede Stromerzeugungseinheit 102 des Weiteren einen Positionierungsmechanismus (Fixierungsabschnitt 60, Enden 54, 55 des Gasdurchströmungselements 50 und Enden 58, 59 des Isolierelements 56), der die relativen Positionen in Bezug auf das Gasströmungselement 50 und das Isolierelement 56 in der Richtung in der XY-Ebene bestimmt, die eine Ebenenrichtung orthogonal zur Z-Achsenrichtung bildet. In der konventionellen Konstruktion ohne Positioniermechanismus können sich die relativen Positionen in Bezug auf das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 in der Richtung der XY-Ebene (mit anderen Worten: Ebenenrichtung orthogonal zur Z-Achsenrichtung) leicht verschieben. Dadurch vergrößert sich die Fläche des Abschnitts, in dem das Isolierelement 56 das Gasdurchströmungselement 50 in der Z-Achsenrichtung nicht überlappt. Infolgedessen kann das Problem auftreten, dass die Fließfähigkeit des Gases (Brennstoffgases FG) behindert wird. Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform hingegen kann das Auftreten des obigen Problems dadurch verhindert werden, dass ein Positionierungsmechanismus bereitgestellt wird, der die relativen Positionen in Bezug auf das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 in der Richtung der XY-Ebene (mit anderen Worten: in der Ebenenrichtung orthogonal zur Z-Achsenrichtung) bestimmt.
Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen, überlappt das gesamte Gasdurchströmungselement 50 das Isolierelement 56. Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform ist es daher weniger wahrscheinlich, dass, wie oben beschrieben von der Z-Achsenrichtung aus gesehen, ein Abschnitt entsteht, in dem das Gasdurchströmungselement 50 das Isolierelement 56 nicht überlappt. Darüber hinaus kann beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform ein Kurzschluss zwischen dem Separator 120 für eine Einzelzelle und dem Separator 180 für ICs effektiver verhindert werden.
Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform ist die Länge GL des Gasdurchströmungselements 50 in der Z-Achsenrichtung länger als die Länge IL des Isolierelements 56 in der Z-Achsenrichtung. Beim Brennstoffzellenstapel 100 der vorliegenden Ausführungsform kann die Fließfähigkeit von Gas (Brennstoffgas FG), das durch mehrere Nuten 179 strömt, effektiv erhöht werden und die Stromerzeugungsleistung des Brennstoffzellenstapels 100 verbessert werden, dadurch, dass die Länge GL des Gasdurchströmungselements 50 in Z-Achsenrichtung länger ist, im Vergleich zur Konstruktion, in der die Länge GL des Isolierelements 56 in der Z-Achsenrichtung kürzer als die Länge IL des Isolierelements 56 in der Z-Achsenrichtung ist.
B. Alternative Beispiele:
Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist nicht auf die oben erwähnte Ausführungsform beschränkt, sondern kann in vielfacher Form modifiziert werden, solange nicht vom Rahmen des Grundgedankens der Erfindung abgewichen wird. Z. B. sind auch die folgenden Varianten möglich.
Die Konstruktionen des Brennstoffzellenstapels 100 und der jeweiligen Bestandteile des Brennstoffzellenstapels 100 in der oben erwähnten Ausführungsform dienen lediglich als Beispiele und können vielfältig modifiziert werden. In der oben erwähnten Ausführungsform sind z. B. das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 an den Positionen angeordnet, an denen sie sich von der Z-Achsenrichtung aus gesehen mit den jeweiligen Verbindungsabschnitten 128, 188 des Separators 120 für eine Einzelzelle und des Separators 180 für ICs überlappen. Die beiden Gasdurchströmungselemente 50 können jedoch auch an Positionen angeordnet sein, an denen sie sich von der Z-Achsenrichtung aus gesehen mit anderen Abschnitten als den jeweiligen Verbindungsabschnitten 128, 188 des Separators 120 für eine Einzelzelle und des Separators 180 für ICs überlappen. In der oben erwähnten Ausführungsform weisen ferner der Separator 120 für eine Einzelzelle und der Separator 180 für ICs die Verbindungsabschnitte 128, 188 auf. Der Separator 120 für eine Einzelzelle und der Separator 180 für ICs müssen jedoch nicht die Verbindungsabschnitte 128, 188 aufweisen.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist ferner ein Gasdurchströmungselement 50 (erstes Gasdurchströmungselement 50a) und ein Isolierelement 56 (erstes Isolierelement 56a) zwischen dem Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas und der Einzelzelle 110 in der Brennstoffkammer 176 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen angeordnet. Es können jedoch auch mehrere Gasdurchströmungselemente 50 und mehrere Isolierelemente 56 an dieser Position angeordnet sein. Ebenfalls ist in der oben erwähnten Ausführungsform ein Gasdurchströmungselement 50 (zweites Gasdurchströmungselement 50b) und ein Isolierelement 56 (zweites Isolierelement 56b) zwischen dem Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas und der Einzelzelle 110 in der Brennstoffkammer 176 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen angeordnet. Es können jedoch auch mehrere Gasdurchströmungselemente 50 und mehrere Isolierelemente 56 an dieser Position angeordnet sein. Außerdem können das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 in einem Bereich angeordnet sein, in dem sie von der Z-Achsenrichtung aus gesehen die Einzelzelle 110 überlappen.
Des Weiteren kann die Länge des Gasdurchströmungselements 50 auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise sind in der oben beschriebenen Ausführungsform die Länge L0 des ersten Gasdurchströmungselements 50a entlang der Richtung parallel zur ersten Seite SI1 (Y-Achsenrichtung) und die Länge L0 des zweiten Gasdurchströmungselements 50b entlang der Richtung parallel zur zweiten Seite SI2 (Y-Achsenrichtung) identisch. Die Länge jedes Gasdurchströmungselements 50 kann jedoch unterschiedlich sein. Ferner kann in der Z-Achsenrichtung die Länge L0 des ersten Gasdurchströmungselements 50a entlang der Richtung parallel zur ersten Seite SI1 (Y-Achsenrichtung) kurzer als die Länge L1 der ersten Seite SI1 oder kurzer als die Hälfte der Länge L1 der ersten Seite SI1 sein. Dasselbe gilt auch für die Länge L0 des zweiten Gasdurchströmungselements 50b. Ferner ist in der oben erwähnten Ausführungsform die Länge GL des Gasdurchströmungselements 50 in der Z-Achsenrichtung länger als die Länge IL des Isolierelements 56 in der Z-Achsenrichtung. Die Länge GL des Gasdurchströmungselements 50 in der Z-Achsenrichtung kann jedoch gleich oder kurzer als die Länge IL des Isolierelements 56 in der Z-Achsenrichtung sein.
Die Erstreckungsrichtung jedes Teils des Gasdurchströmungselements 50, die Erstreckungsrichtung jedes Teils des Isolierelements 56 und die Erstreckungsrichtung der Nut 179 können auf verschiedene Weise modifiziert werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform sind das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 in der Brennstoffkammer 176, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen, zwischen dem Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas oder dem Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas und der Einzelzelle 110 angeordnet. Das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 können jedoch in der Brennstoffkammer 176, von der Z-Achsenrichtung aus gesehen, zwischen dem Verbindungskanals 142 zum Einleiten von Brenngas oder dem Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas und der Einzelzelle 110 angeordnet werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist das Isolierelement 56 zwischen dem Gasdurchströmungselement 50 und dem Separator 120 für eine Einzelzelle angeordnet. Das Isolierelement 56 kann jedoch zwischen dem Gasdurchströmungselement 50 und dem Separator 180 für ICs positioniert sein. Auch bei dieser Konstruktion kann derselbe Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform steht das Isolierelement 56 mit dem Separator 120 für eine Einzelzelle und mit dem IC-Separator 180 in Kontakt. Das Isolierelement 56 muss jedoch nicht mit dem Separator 120 für eine Einzelzelle oder mit dem Separator 180 für ICs kontaktieren.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist das gesamte Gasdurchströmungselement 50 in der Aufnahmenut 129 aufgenommen. Nur ein Teil des Gasdurchströmungselements 50 kann jedoch in der Aufnahmenut 129 aufgenommen werden. Möglich ist jedoch auch eine Konstruktion, in der das Gasdurchströmungselement 50 nicht in der Aufnahmenut 129 aufgenommen wird.
In der oben erwähnten Ausführungsform weisen alle Stromerzeugungseinheiten 102, die im Brennstoffzellenstapel 100 enthalten sind, das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 auf. Nicht alle Stromerzeugungseinheiten 102, die im Brennstoffzellenstapel 100 enthalten sind, müssen jedoch unbedingt das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 aufweisen. Mindestens eine Stromerzeugungseinheit 102 kann ein Gasdurchströmungselement 50 und ein Isolierelement 56 aufweisen. Außerdem stellt die Stromerzeugungseinheit 102, die mit dem Gasdurchströmungselement 50 und dem Isolierelement 56 versehen ist, ein Beispiel einer bestimmten elektrochemischen Reaktionseinheit in den Patentansprüchen dar.
In der oben erwähnten Ausführungsform sind das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 zwischen dem Interkonnektor 190 und dem Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas bzw. dem Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas in der Brennstoffkammer 176 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen derart angeordnet, dass es den Separator 180 für ICs überlappt. Es muss jedoch nicht unbedingt auf diese Weise ausgebildet sein. Es ist ferner nicht notwendig, dass der Brennstoffzellenstapel 100 mit dem Separator 180 für ICs versehen ist. Der Interkonnektor 190 kann sich auch bis zum Randbereich des Brennstoffzellenstapels 100 (d.h. ein Abschnitt, der sich mit dem kathodenseitigen Rahmen 130 oder dem anodenseitigen Rahmen 140 von der Z-Achsenrichtung aus gesehen überlappt) erstrecken.
In der oben erwähnten Ausführungsform sind das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 in der Brennstoffkammer 176 angeordnet. Das Gasdurchströmungselement 50 und das Isolierelement 56 können auch in der Luftkammer 166 (beispielsweise ein Teil der Brennstoffkammer 176, der von der Z-Achsenrichtung aus gesehen die Einzelzelle 110 nicht überschneidet und durch die Kathode 114 und durch den Separator 120 für eine Einzelzelle abgegrenzt ist) angeordnet sein. Auch bei dieser Konstruktion kann derselbe Effekt wie bei der oben erwähnten Ausführungsform erzielt werden.
Des Weiteren kann die Konstruktion des Gasdurchströmungselements 50 auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise, in der oben erwähnten Ausführungsform, ist das Gasdurchströmungselement 50 bzw. der Mittelabschnitt 53 des Gasdurchströmungselements 50 ein Abschnitt, der hergestellt wird, indem ein Plattenmaterial derart gebogen wird, dass sein Querschnitt eine Wellenform aufweist, während die Enden 54, 55 des Gasdurchströmungselements 50 die flachen, plattenförmigen Abschnitte sind, die durch die Enden des Plattenmaterials ausgebildet werden. Diese können auch eine andere Konstruktion als eine solche bilden.
In der oben erwähnten Ausführungsform sind ferner im Gasdurchströmungselement 50 mehrere Nuten 179 ausgebildet, die einen Kanal 178 ohne Einzelzellenüberlappung bilden, der ein Kanal für Gas (Brennstoffgas FG) ist. Auch ein anderer Gaskanal als die Nuten (zum Beispiel ein Durchgangsloch) kann jedoch im Gasdurchströmungselement 50 ausgebildet werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist das Isolierelement 56, das zwischen dem Separator 120 für eine Einzelzelle und dem Gasdurchströmungselement 50 positioniert ist, vom Separator 180 für ICs getrennt. Möglich ist aber auch eine Konstruktion, in der das Isolierelement 56, das zwischen dem Separator 180 für ICs und dem Gasdurchströmungselement 50 positioniert ist, vom Separator 120 für eine Einzelzelle getrennt ist. Auch bei dieser Konstruktion kann derselbe Effekt wie bei der obigen Ausführungsform erzielt werden.
In der oben erwähnten Ausführungsform ist das Gasdurchströmungselement 50 derart ausgebildet, dass ein plattenförmiges Bauelement bearbeitet wird. Das Gasdurchströmungselement 50 kann jedoch auch ein maschenartiges Bauelement sein, an dem mehrere Bohrungen gebildet sind, durch die Gas strömt.
In der oben erwähnten Ausführungsform sind die Bohrungen 32, 34 an dem Paar Endplatten 104, 106 ausgebildet. Was mindestens eine der paarweise angeordneten Endplatten 104, 106 betrifft, ist es jedoch auch möglich, dass keine Bohrungen 32, 34 ausgebildet sind. In der oben erwähnten Ausführungsform fungieren das Paar Endplatten 104, 106 als Anschlussplatte. Es ist jedoch auch möglich, eine Anschlussplatte separat vom Paar Endplatten 104, 106 vorzusehen.
In der oben erwähnten Ausführungsform umfasst der Interkonnektor 190 die elektrisch leitende Überzugsschicht 194. Der Interkonnektor 190 muss jedoch nicht die Überzugsschicht 194 umfassen. In der oben erwähnten Ausführungsform weist ferner die Einzelzelle 110 die Reaktionsschutzschicht 118 auf. Die Einzelzelle 110 muss jedoch nicht die Reaktionsschutzschicht 118 aufweisen. Des Weiteren dient die Anzahl der Einzelzellen 110 (Anzahl der Stromerzeugungseinheiten 102) im Brennstoffzellenstapel 100 in der oben erwähnten Ausführungsform lediglich als Beispiel. Die Anzahl der Einzelzellen 110 kann je nach der für den Brennstoffzellenstapel 100 erforderlichen Ausgangsspannung u. a. festgelegt werden. Die Materialien für die jeweiligen Bauelemente in der oben erwähnten Ausführungsform dienen ebenfalls lediglich als Beispiele. Die jeweiligen Bauelemente können auch aus anderen Materialien bestehen.
In der oben erwähnten Ausführungsform bildet der Interkonnektor 190 eine Konstruktion, in der ein IC-Separator 180, der dem Separator 120 für eine Einzelzelle in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegt, mit einem Hauptkörperabschnitt verbunden ist, der aus einem flachen Plattenteil 150 oder dergleichen besteht. Möglich ist jedoch auch eine Konstruktion, in der ein Teil des Interkonnektors 190, der ein integrales Bauelement ist, dem Separator 120 für eine Einzelzelle in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegt. In dieser Konstruktion entspricht der Teil des Interkonnektors 190, der ein integrales Bauelement ist und dem Separator 120 für eine Einzelzelle in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegt, einem bestimmten leitfähigen Element in den Patentansprüchen.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auf eine Konstruktion angewendet werden, die eine Einzelzelle 110 vom Metallträgertyp enthält, wie es in JP 2018-195414 A beschrieben ist. Auch bei dieser Konstruktion kann derselbe Effekt wie bei der obigen Ausführungsform erzielt werden. In dieser Konstruktion entspricht der Metallträger dem spezifizierten leitfähigen Element in den Patentansprüchen, während der durch den Metallträger abgegrenzten Raum dem ersten Gaskanal in den Patentansprüchen entspricht.
Der Brennstoffzellenstapel 100 gemäß der oben erwähnten Ausführungsform ist eine SOFC des Counter-Flow-Typs. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist jedoch in gleicher Weise auf eine SOFC des Co-Flow-Typs anwendbar. Außerdem sind bei der SOFC des Co-Flow-Typs der Verbindungskanal 142 zum Einleiten von Brenngas und der Verbindungskanal 132 zum Einleiten von Oxidationsgas von der Z-Achsenrichtung aus gesehen derart angeordnet, dass sie einer Seite der Einzelzelle 110 zugewandt sind, während der Verbindungskanal 143 zum Ableiten von Brenngas und der Verbindungskanal 133 zum Ableiten von Oxidationsgas derart angeordnet sind, dass sie einer anderen Seite zugewandt sind, die der einen Seite der Einzelzelle 110 entlang des Mittelpunkts der Einzelzelle 110 gegenüberliegt. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist auch in gleicher Weise auf eine SOFC des Cross-Flow-Typs anwendbar.
Des Weiteren bezieht sich die oben erwähnte Ausführungsform auf einen Brennstoffzellenstapel 100, der mittels der elektrochemischen Reaktion zwischen dem im Brenngas enthaltenen Wasserstoff und dem im Oxidationsgas enthaltenen Sauerstoff Strom erzeugt. Die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik ist jedoch in gleicher Weise auf einen Elektrolysezellenstapel anwendbar, der mit mehreren elektrolytischen Einzelzellen versehen ist, bei denen es sich um Konstruktionselemente einer Festoxidelektrolysezelle (SOEC) handelt, die unter Nutzung der Elektrolysereaktion von Wasser Wasserstoff erzeugt. Der Grundaufbau des Elektrolysezellenstapels ist bereits bekannt, wie z. B. in JP 2016-081813 A gezeigt, und ist ungefähr wie folgt ausgebildet. Und zwar kann die Konstruktion des Elektrolysezellenstapels dadurch erhalten werden, dass
die „Erzeugungseinheit“ in der Konstruktion des Brennstoffzellenstapels 100 gemäß der oben erwähnten Ausführungsform als „Elektrolysezelleneinheit“ gelesen,
die „Einzelzelle“ als „elektrolytische Einzelzelle“ gelesen,
der „Manifold zum Einleiten von Oxidationsgas“ als „Manifold zum Ableiten von Luft“ gelesen,
der „Manifold zum Ableiten von Oxidationsgas“ als „Manifold zum Einleiten von Luft“ gelesen,
der „Manifold zum Einleiten von Brenngas“ als „Manifold zum Ableiten von Wasserstoff“ gelesen,
der „Manifold zum Ableiten von Brenngas“ als „Manifold zum Einleiten von Wasserdampf“ gelesen,
der „Verbindungskanal zum Einleiten von Oxidationsgas“ als „Verbindungskanal zum Ableiten von Luft“ gelesen,
der „Verbindungskanal zum Ableiten von Oxidationsgas“ als „Verbindungskanal zum Einleiten von Luft“ gelesen,
der „Verbindungskanal zum Einleiten von Brenngas“ als „Verbindungskanal zum Ableiten von Wasserstoff“ gelesen und der „Verbindungskanal zum Ableiten von Brenngas“ als „Verbindungskanal zum Einleiten von Wasserdampf“ gelesen wird.
Während des Betriebs des Elektrolysezellenstapels wird eine Spannung an den Elektrolysezellenstapel angelegt, so dass die Kathode 114 positiv (Anode) und die Anode (Wasserstoff-Elektrode) 116 negativ (Kathode) ist. Des Weiteren wird Wasserdampf als Rohgas durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch in den Manifold zum Einleiten von Wasserdampf geleitet. Im zugeführten Wasserdampf kann Wasserstoffgas enthalten sein. Der in den Manifold zum Einleiten von Wasserdampf eingeleitete Wasserdampf wird vom Manifold zum Einleiten von Wasserdampf durch den Verbindungskanal zum Einleiten von Wasserdampf jeder Elektrolysezelleneinheit hindurch in die Brennstoffkammer 176 eingeleitet und für die Elektrolysereaktion von Wasser in jeder elektrolytischen Einzelzelle zur Verfügung gestellt. Das in der Brennstoffkammer 176 durch die Elektrolysereaktion von Wasser in jeder elektrolytischen Einzelzelle erzeugte Wasserstoffgas wird zusammen mit dem überschüssigen Wasserdampf durch den Verbindungskanal zum Ableiten von Wasserstoff hindurch in den Manifold zum Ableiten von Wasserstoff abgeleitet und vom Manifold zum Ableiten von Wasserstoff durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch aus dem Elektrolysezellenstapel entnommen.
Während des Betriebs des Elektrolysezellenstapels wird das Innere des Elektrolysezellenstapels je nach Bedarf mit Luft versorgt, um die Temperatur des Elektrolysezellenstapels u. a. zu steuern. In diesem Fall wird die durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch in den Manifold zum Einleiten von Luft eingeleitete Luft vom Manifold zum Einleiten von Luft durch den Verbindungskanal zum Einleiten von Luft jeder Elektrolysezelleneinheit hindurch in die Luftkammer 166 eingeleitet. Die in die Luftkammer 166 eingeleitete Luft wird zusammen mit dem in der Kathode 114 erzeugten Sauerstoff durch den Verbindungskanal zum Ableiten von Luft hindurch in den Manifold zum Ableiten von Luft abgeleitet und vom Manifold zum Ableiten von Luft durch das Gasdurchgangselement 27 hindurch zur Außenseite des Elektrolysezellenstapels hin abgeleitet.
Der Elektrolysezellenstapel mit dieser Konstruktion weist auch die gleiche Wirkung wie der Brennstoffzellenstapel 100 in der oben erwähnten Ausführungsform auf, indem er die gleiche Konstruktion wie der Brennstoffzellenstapel 100 in der oben erwähnten Ausführungsform verwendet.
Obwohl die oben erwähnte Ausführungsform am Beispiel von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) erläutert wurde, ist die in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Technik auch auf andere Arten von Brennstoffzellen (oder Elektrolysezellen) anwendbar, wie z. B. Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (MCFCs).
Bezugszeichenliste

22: Bolzen
24: Mutter
26: Isolierfolie
27: Gasdurchgangselement
28: Hauptkörper
29: Zweigabschnitt
32, 34: Bohrungen
50: Gasdurchströmungselement
50a: erster Gasdurchströmungselement
50b: zweiter Gasdurchströmungselement
51: erster Abschnitt (des Mittelabschnitts des Gasdurchströmungselements)
52: zweiter Abschnitt (des Mittelabschnitts des Gasdurchströmungselements)
53: Mittelabschnitt (des Gasdurchströmungselements)
54, 55: Enden (des Gasdurchströmungselements)
56: Isolierelement
56a: erstes Isolierelement
56b: zweites Isolierelement
57: Mittelabschnitt des Isolierelements
58, 59: Enden (des Isolierelements)
60: Fixierungsabschnitt
100: Brennstoffzellenstapel
102: Stromerzeugungseinheit
103: Stromerzeugungsblock
104, 106: Endplatten
104: obere Endplatten
106: untere Endplatten
108: Verbindungsbohrung
109: Bolzenbohrung
110: Einzelzelle
112: Elektrolytschicht
114: Kathode
116: Anode
118: Reaktionsschutzschicht
120: Separator für eine Einzelzelle
121: Durchgangsbohrung
124: Verbindungsteil
125: Glasdichtung
126: innerer Abschnitt (des Separators für eine Einzelzelle)
127: äußerer Abschnitt (des Separators für eine Einzelzelle)
128: Verbindungsabschnitt (des Separators für eine Einzelzelle)
1281: erster Abschnitt (des Verbindungsabschnitts des Separators für eine Einzelzelle)
1282: zweiter Abschnitt (des Verbindungsabschnitts des Separators für eine Einzelzelle)
1283: dritter Abschnitt (des Verbindungsabschnitts des Separators für eine Einzelzelle)
129: Aufnahmenut
130: kathodenseitiger Rahmen
131: Bohrung
132: Verbindungskanal zum Einleiten von Oxidationsgas
133: Verbindungskanal zum Ableiten von Oxidationsgas
134: kathodenseitiger Stromkollektor
140: anodenseitiger Rahmen
141: Bohrung
142: Verbindungskanal zum Einleiten von Brenngas
143: Verbindungskanal zum Ableiten von Brenngas
144: anodenseitiger Stromkollektor
145: der Elektrode zugewandter Abschnitt (des Verbindungskanals zum Ableiten von Brenngas)
146: dem Interkonnektor zugewandter Abschnitt (des Verbindungskanals zum Ableiten von Brenngas)
147: Verknüpfungsabschnitt (des Verbindungskanals zum Ableiten von Brenngas)
149: Abstandshalter
150: Plattenteil
161,: 161 Manifold zum Einleiten von Oxidationsgas
162: Manifold zum Ableiten von Oxidationsgas
166: Luftkammer
171: Manifold zum Einleiten von Brenngas
172: Manifold zum Ableiten von Brenngas
176: Brennstoffkammer
177: Kanal ohne Einzelzellenüberlappung
178: Kanal mit Einzelzellenüberlappung
179: Nut
180: Separator für ICs
1881: erster Abschnitt des Separators für ICs
1882: zweiter Abschnitt des Separators für ICs
1883: dritter Abschnitt des Separators für ICs
181: Durchgangsbohrung
186: innerer Abschnitt des Separators für ICs
187: äußerer Abschnitt des Separators für ICs
188: Verbindungsabschnitt des Separators für ICs
189: Separator für ein unteres Ende
190: Interkonnektor
194: Überzugsschicht
196: elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial
FG: Brenngas
FOG: Brennabgas
OG: Oxidationsgas
OOG: Oxidationsabgas

[Aufgabe]
Die Aufgabe besteht darin, zu verhindern, dass der Gasfluss in einer Brennstoffkammer behindert wird, während gleichzeitig verhindert wird, dass sich die Leistungsfähigkeit eines elektrochemischen Reaktionszellenstapels durch eine Verformung eines Separators verschlechtert.
[Lösungsmittel]
Ein elektrochemischer Reaktionszellenstapel ist mit mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten versehen, die eine Einzelzelle, ein mit der Einzelzelle verbundenes, bestimmtes leitfähiges Element und einen mit der Einzelzelle elektrisch verbundenen, bestimmten leitfähigen Interkonnektor umfassen. Die elektrochemische Reaktionseinheit weist ein leitfähiges Gasdurchströmungselement auf, das im ersten Gaskanal positioniert ist, der von der ersten Richtung aus gesehen außerhalb der Einzelzelle durch das bestimmte leitfähige Element und einen leitfähigen Interkonnektorabschnitt abgegrenzt ist. Im Gasdurchströmungselement ist der zweite Gaskanal ausgebildet, der ein Teil des ersten Gaskanals ist. Die elektrochemische Reaktionseinheit umfasst ein Gasdurchströmungselement und ein Isolierelement, das zwischen dem Gasdurchströmungselement und mindestens einem bestimmten leitfähigen Element oder einem leitfähigen Interkonnektorabschnitt positioniert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016062655 A [0003]
JP 2018195414 A [0099]
JP 2016081813 A [0101]

Claims

Elektrochemischer Reaktionszellenstapel, der mit mehreren elektrochemischen Reaktionseinheiten versehen ist, die in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils umfassen: - eine Einzelzelle mit - einer Elektrolytschicht sowie - einer Anode und einer Kathode, die sich entlang der Elektrolytschicht in der ersten Richtung gegenüberliegen; sowie - ein bestimmtes leitfähiges Element, das mit der Einzelzelle verbunden wird, und - einen leitfähigen Interkonnektor, der mit der Einzelzelle elektronisch verbunden wird und einen leitfähigen Interkonnektorabschnitt aufweist, der dem bestimmten leitfähigen Element in der ersten Richtung gegenüberliegt: wobei in jeder elektrochemischen Reaktionseinheit eine der Anode zugewandte Brennstoffkammer und eine der Kathode zugewandte Luftkammer ausgebildet sind, wobei ein erster Gaskanal, bei dem es sich um mindestens einen Teil einer bestimmten Gaskammer handelt, die aus der Brennstoffkammer oder aus der Luftkammer besteht, von der ersten Richtung aus gesehen außerhalb der Einzelzelle durch das bestimmte leitfähige Element und den leitfähigen Interkonnektorabschnitt abgegrenzt ist, wobei bei dem elektrochemischen Reaktionszellenstapel eine bestimmte elektrochemische Reaktionseinheit, die mindestens eine der elektrochemischen Reaktionseinheiten ist, ein Gasdurchströmungselement umfasst, bei dem es sich um ein leitfähiges Gasdurchströmungselement handelt, das im ersten Gaskanal positioniert ist, und in dem ein zweiter Gaskanal ausgebildet ist, der einen Teil des ersten Gaskanal bildet: und dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte elektrochemische Reaktionseinheit ein Isolierelement aufweist, das zwischen dem Gasdurchströmungselement und dem bestimmten leitfähigen Element oder dem leitfähigen Interkonnektorabschnitt positioniert ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasdurchströmungselement aus Metall besteht, dass im Gasdurchströmungselement mehrere Nuten ausgebildet sind, die den zweiten Gaskanal ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Nuten von der ersten Richtung aus gesehen in einer zweiten Richtung entlang der Seite der Einzelzelle nebeneinander angeordnet sind, die dem Gasdurchströmungselement am nächsten liegt, und jede Nut sich in einer Richtung erstreckt, die die zweite Richtung schneidet.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der ersten Richtung in mindestens einem Querschnitt, der die Einzelzelle umfasst, im bestimmten leitfähigen Element oder im leitfähigen Interkonnenktorabschnitt, die den ersten Gaskanal abgrenzen, eine Aufnahmenut ausgebildet ist, die das Gasdurchströmungselement aufnimmt, und dass das Isolierelement, das zwischen einem anderen bestimmten leitfähigen Element oder einem anderen leitfähigen Interkonnenktorabschnitt und dem Gasdurchströmungselement positioniert ist, vom ersteren bestimmten leitfähigen Element oder vom ersteren leitfähigen Interkonnenktorabschnitt getrennt ist.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte elektrochemische Reaktionseinheit weiterhin einen Positionierungsmechanismus aufweist, der die relativen Positionen in Bezug auf das Gasdurchströmungselement und das Isolierelement in einer Ebenenrichtung bestimmt, die sich in der ersten Richtung orthogonal erstreckt.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von der ersten Richtung aus gesehen das gesamte Gasdurchströmungselement das Isolierelement überlappt.
Elektrochemischer Reaktionszellenstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Gasdurchströmungselements in der ersten Richtung länger als die Länge des Isolierelements in der ersten Richtung ist.