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JP4598508B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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JP4598508B2 JP2004370773A JP2004370773A JP4598508B2 JP 4598508 B2 JP4598508 B2 JP 4598508B2 JP 2004370773 A JP2004370773 A JP 2004370773A JP 2004370773 A JP2004370773 A JP 2004370773A JP 4598508 B2 JP4598508 B2 JP 4598508B2
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Description

本発明は、燃料電池スタック、熱交換器、改質器及び荷重付与機構が筐体に収容される燃料電池システムに関する。
通常、固体電解質型燃料電池(SOFC)は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体(単セル)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、通常、単セルとセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。
上記の燃料電池において、カソード電極に酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されると、前記カソード電極と電解質との界面でこの酸化剤ガス中の酸素がイオン化され、酸化物イオン(O2-)が電解質を通ってアノード電極側に移動する。アノード電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)やCOが供給されているために、このアノード電極において、酸化物イオン及び水素(又はCO)が反応して水(又はCO2)が生成される。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
この種の燃料電池として、例えば、特許文献1には、電池の高性能化及び長寿命化を図るため、電池締め付け面圧を均等に適切な値に設定可能な燃料電池が提案されている。この特許文献1の燃料電池は、図13に示すように、複数個、例えば、3個に分割された小スタック1を備えており、前記小スタック1が電池容器2内に収容されている。
各小スタック1は、積層電池1aの両側に電池締め付け板1bが配設されるとともに、上下2枚の前記電池締め付け板1bには、4本の締め付けボルト1cが挿入されている。各締め付けボルト1cには、締め付けばね1dを介装して締め付けナット1eが螺合しており、これによって、小スタック1が形成されている。さらに、各小スタック1は、3枚の小スタック支持板3により支持されるとともに、前記小スタック支持板3には、4本の支持ボルト4が挿入されており、前記支持ボルト4の両端には、支持ナット5が螺合している。
特公平6−24137号公報(図1)
しかしながら、上記の特許文献1では、各小スタック1を構成する積層電池1aの側部外方に4本の電池締め付けボルト1cが配設されており、前記小スタック1が積層方向に交差する幅方向に大型化してしまう。
しかも、3個の小スタック1を支持するために、小スタック支持板3及び4本の支持ボルト4が設けられている。従って、燃料電池スタック全体の占有スペースが相当に増大するとともに、この燃料電池スタックを収容する電池容器2も大型化してしまう。これにより、燃料電池スタックのスペース効率が低下するとともに、熱容量が増加するという問題がある。
本発明はこの種の問題を解決するものであり、システム全体のコンパクト化及び簡素化を図るとともに、熱容量を良好に低減することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
本発明の燃料電池システムは、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの一方の側に配置され、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、前記燃料電池スタックの一方の側に配置され、燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記燃料電池スタックの他方の側に配置され、前記燃料電池スタックに積層方向に締め付け荷重を付与する荷重付与機構と、前記燃料電池スタック、前記熱交換器、前記改質器及び前記荷重付与機構を収容する筐体とを備えている。
そして、荷重付与機構は、燃料電池スタックの所定のシール部位に対し積層方向に荷重を付与する第1締め付け部と、電解質・電極接合体に対し、前記積層方向に前記第1締め付け部の荷重よりも小さな荷重を付与する第2締め付け部とを設けている。
また、荷重付与機構は、燃料電池スタックの一方の側から伝熱されることを阻止するための遮熱部を設けることが好ましく、さらに、前記遮熱部は、前記燃料電池スタックの他方の側と前記荷重付与機構との間に配置されるとともに、筐体に保持される板状体を備えることが好ましい。
さらにまた、第1締め付け部は、燃料電池スタックの一方の側に配置されるエンドプレートを介して積層方向の荷重を保持することが好ましい。また、燃料電池スタックは、積層方向に延在してアノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部を設け、第1締め付け部は、前記燃料ガス供給部のシール部位に前記積層方向に締め付け荷重を付与することが好ましい。
さらに、第1締め付け部は、燃料電池スタックの一方の側に配置されるエンドプレートに螺合する第1ボルトと、前記第1ボルトに係合して燃料電池スタックの所定のシール部位に対し積層方向に荷重を付与する第1プレート部材とを備える一方、第2締め付け部は、前記エンドプレートに螺合する第2ボルトと、前記第2ボルトに係合する第2プレート部材と、前記第2プレート部材と前記燃料電池スタックとの間に介装され、電解質・電極接合体に対し前記積層方向に荷重を付与するばね部材とを備えることが好ましい。
本発明によれば、燃料電池スタックの一方の側に、熱交換器及び改質器が配設されるとともに、前記燃料電池スタックの他方の側に、荷重付与機構が配設されるため、前記荷重付与機構が高温の排ガスや空気に曝されることを阻止することができる。これにより、簡単な構成で、荷重付与機構の耐久性を良好に向上させることが可能になる。
しかも、それぞれ異なる荷重を付与することができる第1及び第2締め付け部をセパレータの中央部に設けることにより、荷重付与機構全体の小型化が図られ、システム全体を容易にコンパクト化することが可能になる。さらに、燃料電池スタック、熱交換器及び改質器を狭小なスペースに収容することができ、熱容量を良好に低減することが可能になり、熱損失が削減される。
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10の一部断面説明図であり、図2は、前記燃料電池システム10を構成する燃料電池11が矢印A方向に複数積層された燃料電池スタック12の概略斜視説明図である。
燃料電池システム10は、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池システム10は、図1に示すように、燃料電池スタック12と、酸化剤ガスを前記燃料電池スタック12に供給する前に加熱する熱交換器14と、燃料を改質して燃料ガスを生成する改質器16と、前記燃料電池スタック12、前記熱交換器14及び前記改質器16を収容する筐体18とを備える。
筐体18内では、燃料電池スタック12の一方の側に、少なくとも熱交換器14及び改質器16を含む流体部19が配置されるとともに、前記燃料電池スタック12の他方の側に、燃料電池11の積層方向(矢印A方向)に締め付け荷重を付与する荷重付与機構21が配設される。流体部19及び荷重付与機構21は、燃料電池スタック12の中心軸に対して軸対称に配設される。
燃料電池11は、固体電解質型燃料電池であり、この燃料電池11は、図3及び図4に示すように、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質(電解質板)20の両面に、カソード電極22及びアノード電極24が設けられた電解質・電極接合体26を備える。電解質・電極接合体26は、円板状に形成されるとともに、内側周端部には、酸化剤ガスの進入を阻止するためにバリアー層(図示せず)が設けられている。
燃料電池11は、一対のセパレータ28間に複数、例えば、8個の電解質・電極接合体26を挟んで構成される。セパレータ28間には、このセパレータ28の中心部である燃料ガス供給連通孔30と同心円上に8個の電解質・電極接合体26が配列される。
セパレータ28は、図3に示すように、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される1枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。セパレータ28は、中央部に燃料ガス供給連通孔30を形成する第1小径端部32を有する。この第1小径端部32から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する複数の第1橋架部34を介して比較的大径な円板部36が一体的に設けられる。円板部36は、電解質・電極接合体26と略同一寸法に設定されている。図3、図5及び図6に示すように、隣り合う円板部36は、スリット38を介して互いに分離される。
各円板部36のアノード電極24に接触する面36aには、前記アノード電極24の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路46を形成する第1突起部48が設けられる(図5参照)。各円板部36のカソード電極22に接触する面36bには、前記カソード電極22の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路50を形成する第2突起部52が設けられる(図6参照)。図7に示すように、第1突起部48と第2突起部52は、互いに相反する方向に延在するように突出している。
第1突起部48は、リング状突起を構成するとともに、第2突起部52は、山状突起を構成する。山状突起である第2突起部52は、リング状突起である第1突起部48に囲繞されるように配置されている。第2突起部52が突出した面には、第1突起部48が突出することに対応して陥没した凹部53が形成されており、前記第2突起部52は、前記凹部53内に配置されている。
図8及び図9に示すように、第1及び第2突起部48、52は、複数形成されており、前記第1突起部48の高さH1と、前記第2突起部52の高さH2とは、H1<H2の関係に設定される。酸化剤ガス通路50の容積を燃料ガス通路46の容積よりも大きくするためである。
なお、第1突起部48を山状突起で構成する一方、第2突起部52をリング状突起で構成してもよい。その際、リング状突起の高さを山状突起の高さよりも大きく設定することが好ましい。
図3〜図6に示すように、円板部36には、燃料ガス通路46に燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口54が形成される。燃料ガス導入口54の位置は、燃料ガスが均一に分布するように決められ、例えば、円板部36の略中心に対応して設定される。
セパレータ28のカソード電極22に対向する面には、通路部材56が、例えば、ろう付けやレーザ溶接等により固着される。通路部材56は、図3及び図10に示すように、中央部に燃料ガス供給連通孔30を形成する第2小径端部58を備える。この第2小径端部58から放射状に8本の第2橋架部60が延在するとともに、各第2橋架部60は、セパレータ28の第1橋架部34から円板部36の燃料ガス導入口54まで固着される。
通路部材56の接合面において、第2小径端部58には、燃料ガス供給連通孔30に連通して複数のスリット62が放射状に形成される。このスリット62には、第2小径端部58を周回してろう材の流れを防止し、且つ、燃料ガスの流れを均一にするための凹部64が連通する。第1及び第2橋架部34、60間には、燃料ガス供給連通孔30からスリット62及び凹部64を介して燃料ガス通路46に連通する燃料ガス供給通路66が形成される。
図8及び図9に示すように、酸化剤ガス通路50は、電解質・電極接合体26の内側周端部と円板部36の内側周端部との間から矢印A方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部67に連通する。この酸化剤ガス供給部67は、各円板部36の内方と第1橋架部34との間に位置して積層方向に延在している。
各セパレータ28間には、図8に示すように、燃料ガス供給連通孔30をシールするための絶縁シール69が設けられる。絶縁シール69は、例えば、マイカ材やセラミック材で形成されている。燃料電池11には、円板部36の外方に位置して排ガス通路68が形成される。
図1及び図2に示すように、燃料電池スタック12は、複数の燃料電池11の積層方向両端にエンドプレート70a、70bを配置する。エンドプレート70aは、略円板状を有しており、外周部に軸線方向に突出してリング状部72が設けられる。このリング状部72の外周部には、周回溝部74が形成される。リング状部72の中心部に対応して、円柱状凸部76がこのリング状部72と同一方向に膨出形成され、前記凸部76の中央部に孔部78が形成される。
エンドプレート70aには、凸部76を中心にして同一仮想円周上に孔部80とねじ孔82とが、交互に且つ所定の角度間隔ずつ離間して設けられる。図11に示すように、孔部80及びねじ孔82は、第1及び第2橋架部34、60同士の間に形成される各酸化剤ガス供給部67に対応して設けられる。図1に示すように、エンドプレート70bは、エンドプレート70aよりも大径に構成されるとともに、導電性の薄板で形成される。
筐体18は、荷重付与機構21を収容する第1筐体部86aと、燃料電池スタック12を収容する第2筐体部86bとを備える。第1及び第2筐体部86a、86b間は、エンドプレート70b及び前記エンドプレート70bの第2筐体部86b側に絶縁材を介装してねじ88及びナット90により締め付けられる。エンドプレート70bは、流体部19から荷重付与機構21に高温な排ガスや空気が流入することを阻止する遮熱部を構成する。
第2筐体部86bには、リング状壁板92の一端部が接合されるとともに、前記壁板92の他端部には、ヘッド板94が固着される。流体部19は、燃料電池スタック12の中心軸に対して軸対称に配設される。具体的には、略リング状の熱交換器14の内側に、略円筒状の改質器16が同軸的に配設される。熱交換器14及び改質器16が固定される壁板96は、エンドプレート70aの周回溝部74に固定され、前記エンドプレート70aと前記壁板96との間にチャンバ98が形成される。
改質器16には、燃料ガス供給管100と改質ガス供給管102とが設けられる。燃料ガス供給管100は、ヘッド板94を介して外部に延在する一方、改質ガス供給管102は、エンドプレート70aの孔部78に嵌挿されて燃料ガス供給連通孔30に連通する。
ヘッド板94には、空気供給管104と排ガス管106とが接続される。筐体18内には、空気供給管104から熱交換器14を介してチャンバ98に至る通路108と、燃料電池スタック12の排ガス通路68から熱交換器14を介して排ガス管106に至る通路110とが設けられる。
荷重付与機構21は、燃料ガス供給連通孔30の近傍に対して第1締め付け荷重T1を付与する第1締め付け部112aと、電解質・電極接合体26に対して前記第1締め付け荷重T1よりも小さな第2締め付け荷重T2を付与する第2締め付け部112bとを備える(T1>T2)。
第1締め付け部112aは、図1、図2及び図12に示すように、エンドプレート70aの一方の対角位置に設けられるねじ孔82、82に螺合する短尺な第1締め付けボルト(第1ボルト)114a、114aを備える。第1締め付けボルト114a、114aは、燃料電池11の積層方向に延在するとともに、第1押圧プレート(第1プレート部材)116aに係合する。第1締め付けボルト114aは、セパレータ28の内部に設けた酸化剤ガス供給部67内に設けられる。第1押圧プレート116aは、幅狭な板状を有しており、燃料ガス供給連通孔30の絶縁シール69(所定のシール部位)を覆ってセパレータ28の中央部に係合する。
第2締め付け部112bは、長尺な第2締め付けボルト(第2ボルト)114b、114bを備え、前記第2締め付けボルト114b、114bは、エンドプレート70aの他方の対角位置に設けられるねじ孔82、82に螺合する。第2締め付けボルト114b、114bの端部は、外周湾曲形状の第2押圧プレート(第2プレート部材)116bを貫通し、この端部にナット117が螺合する。第2締め付けボルト114bは、セパレータ28の内部に設けた酸化剤ガス供給部67内に設けられる。第2押圧プレート116bは、第1押圧プレート116aより積層方向の厚さが薄く設定される。第2押圧プレート116bの各円弧状部には、燃料電池11の円板部36に配置される各電解質・電極接合体26に対応してスプリング(ばね部材)118及び台座119が配設される。スプリング118は、例えば、セラミックススプリングにより構成される。
このように構成される燃料電池システム10の動作について、以下に説明する。
燃料電池システム10を組み付ける際には、先ず、図3に示すように、セパレータ28のカソード電極22に向かう面に通路部材56が接合される。このため、セパレータ28と通路部材56との間には、燃料ガス供給連通孔30に連通する燃料ガス供給通路66が形成されるとともに、前記燃料ガス供給通路66が燃料ガス導入口54から燃料ガス通路46に連通する(図8参照)。セパレータ28には、燃料ガス供給連通孔30を周回してリング状の絶縁シール69が設けられる。
これにより、セパレータ28が構成され、前記セパレータ28間には、8個の電解質・電極接合体26が挟持されて燃料電池11が得られる。図3及び図4に示すように、各セパレータ28には、互いに対向する面36a、36b間に電解質・電極接合体26が配置され、各アノード電極24の略中央部に燃料ガス導入口54が配置される。
上記の燃料電池11が矢印A方向に複数積層され、積層方向両端にエンドプレート70a、70bが配置される。図1及び図12に示すように、エンドプレート70b側には、第1締め付け部112aを構成する第1押圧プレート116aが燃料電池11の中央部側に対応して配置される。第1押圧プレート116aは、積層方向の荷重を受けるために必要な最小限の大きさでよい。
この状態で、短尺な各第1締め付けボルト114aは、第1押圧プレート116aを貫通してエンドプレート70b側からエンドプレート70a側に挿入される。第1締め付けボルト114aの先端は、エンドプレート70aの一方の対角位置にあるねじ孔82に螺合する。第1締め付けボルト114aの端部には、第1押圧プレート116aが係合しており、前記第1締め付けボルト114aがねじ孔82に螺回されることによって、前記第1押圧プレート116aの面圧が調整される。これにより、燃料電池スタック12には、燃料ガス供給連通孔30の近傍(シール部位)に対して第1締め付け荷重T1が付与される。
次いで、各円板部36に対応して配置される電解質・電極接合体26には、それぞれ軸方向にスプリング118及び台座119が配列されるとともに、一方の台座119には、第2締め付け部112bを構成する第2押圧プレート116bが係合する。
そこで、長尺な各第2締め付けボルト114bが、第2押圧プレート116bを貫通してエンドプレート70b側からエンドプレート70a側に挿入される。第2締め付けボルト114bの先端は、エンドプレート70aの他方の対角位置にあるねじ孔82に螺合するとともに、前記第2締め付けボルト114bの端部にナット117が螺合する。このため、ナット117の螺回状態を調整することにより、各電解質・電極接合体26には、各スプリング118の弾性力を介して第2締め付け荷重T2が付与される。
燃料電池スタック12は、エンドプレート70bが筐体18を構成する第1及び第2筐体部86a、86b間に挟持され、前記エンドプレート70bの第2筐体部86b側に絶縁材が介装された状態で、前記第1及び第2筐体部86a、86bがねじ88及びナット90により固定される。第2筐体部86bには、流体部19が接合されており、この流体部19を構成する壁板96がエンドプレート70aの周回溝部74に装着される。これにより、エンドプレート70aと壁板96との間には、チャンバ98が形成される。
次に、燃料電池システム10では、図1に示すように、燃料ガス供給管100から燃料(メタン、エタン又はプロパン等)及び必要に応じて水が供給されるとともに、空気供給管104から酸化剤ガスである酸素含有ガス(以下、空気ともいう)が供給される。
燃料が改質器16を通って改質されることにより燃料ガス(水素含有ガス)が得られ、この燃料ガスは、燃料電池スタック12の燃料ガス供給連通孔30に供給される。この燃料ガスは、積層方向(矢印A方向)に移動しながら各燃料電池11を構成するセパレータ28内のスリット62を介して燃料ガス供給通路66に導入される(図8参照)。
燃料ガスは、第1及び第2橋架部34、60間を燃料ガス供給通路66に沿って移動し、円板部36に形成された燃料ガス導入口54から燃料ガス通路46に導入される。燃料ガス導入口54は、各電解質・電極接合体26のアノード電極24の略中心位置に設定されている。このため、燃料ガスは、燃料ガス導入口54からアノード電極24の略中心に供給され、燃料ガス通路46に沿って該アノード電極24の外周部に向かって移動する(図9参照)。
一方、空気は、図1に示すように、空気供給管104から熱交換器14の通路108を通って一旦チャンバ98に導入される。この空気は、チャンバ98に連通する孔部80を通って各燃料電池11の略中央側に設けられている酸化剤ガス供給部67に供給される。その際、熱交換器14では、後述するように、排ガス通路68に排気される排ガスが通路110を通るため、使用前の空気と熱交換が行われ、この空気が予め所望の燃料電池運転温度に加温されている。
酸化剤ガス供給部67に供給された空気は、電解質・電極接合体26の内側周端部と円板部36の内側周端部との間から矢印B方向に流入し、酸化剤ガス通路50に送られる。図9に示すように、酸化剤ガス通路50では、電解質・電極接合体26のカソード電極22の内側周端部(セパレータ28の中央部)側から外側周端部(セパレータ28の外側周端部側)に向かって空気が流動する。
従って、電解質・電極接合体26では、アノード電極24の電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極22の電極面の一方向(矢印B方向)に向かって空気が供給される(図9参照)。その際、酸化物イオンが電解質20を通ってアノード電極24に移動し、化学反応により発電が行われる。
なお、各電解質・電極接合体26の外周部に排出される排ガスは、排ガス通路68を介して積層方向に移動し、熱交換器14の通路110を通って空気との間で熱交換を行った後、排ガス管106から排出される(図1参照)。
この場合、本実施形態では、燃料電池スタック12の一方の側に、熱交換器14及び改質器16を含む流体部19が配設されるとともに、前記燃料電池スタック12の他方の側に、荷重付与機構21が配設されている。このため、荷重付与機構21は、流体部19を流れる高温の排ガスや空気に曝されることを阻止することができ、簡単な構成で、前記荷重付与機構21の耐久性を良好に向上させることが可能になるという効果が得られる。
その際、燃料電池スタック12を構成するエンドプレート70bは、筐体18を構成する第1及び第2筐体部86a、86b間に介装されており、このエンドプレート70bは、遮熱部を構成している。従って、流体部19から荷重付与機構21に高温の排ガスや空気が流入することを一層確実に阻止することができ、前記荷重付与機構21は、温度変化がなく、荷重に対する信頼性が向上するという利点がある。
さらに、荷重付与機構21は、それぞれ異なる荷重を付与することができる第1及び第2締め付け部112a、112bを設けている。そして、第1締め付け部112aは、燃料電池スタック12に対し積層方向に荷重を付与することにより、確実なシール性能が最も要求される燃料ガス供給連通孔30の近傍に第1締め付け荷重T1が付与されている。このため、燃料ガス供給連通孔30の近傍のシール性が良好に向上し、高精度なシール性能を確保することが可能になり、燃料電池11の発電効率の向上が容易に図られる。
一方、第2締め付け部112bは、第1締め付け荷重T1よりも小さな第2締め付け荷重T2を各電解質・電極接合体26に対して付与している。これにより、電解質・電極接合体26には、必要以上の荷重が付与されることがなく、前記電解質・電極接合体26の損傷等を確実に阻止することができる。
さらにまた、本実施形態では、第1締め付け部112aを構成する第1締め付けボルト114aが燃料電池スタック12を構成するエンドプレート70aのねじ孔82に螺合している。従って、第1締め付け部112aによる積層方向の第1締め付け荷重T1は、エンドプレート70aの中央側と第1押圧プレート116aとにより受けることができ、前記第1締め付け部112aによる荷重がエンドプレート70aの外周側及び筐体18に作用することがなく、前記エンドプレート70aの外周側及び前記筐体18の薄肉化を図ることが可能になる。
同様に、第2締め付け部112bを構成する第2締め付けボルト114bは、エンドプレート70aに設けられるねじ孔82に螺合している。このため、第2締め付け部112bによる第2締め付け荷重T2は、エンドプレート70aにより受けることができ、筐体18には、前記第2締め付け部112bによる荷重が作用することがない。さらに、第2締め付け部112bは、第1締め付け部112aより積層方向の厚さが薄く設定されるため、荷重付与機構21における熱容量を小さくすることができる。
これにより、この筐体18を相当に薄肉化して燃料電池システム10全体の熱容量を有効に低下させることが可能になり、特に、始動時における迅速暖機が容易に遂行可能になる。
しかも、第1及び第2締め付け部112a、112bは、セパレータ28の内部に設けられた酸化剤ガス供給部67に配置するため、前記第1及び第2締め付け部112a、112bが前記セパレータ28の外側に配置されることがない。従って、荷重付与機構21全体の小型化が図られ、燃料電池システム10全体を容易にコンパクト化することが可能になる。
また、第2締め付け部112bは、各電解質・電極接合体26に対応して配置されるスプリング118を備えている。このため、各スプリング118を介してそれぞれの電解質・電極接合体26に所望の第2締め付け荷重T2を確実に付与することができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの一部断面説明図である。 前記燃料電池システムを構成する燃料電池スタックの概略斜視説明図である。 前記燃料電池スタックを構成する燃料電池の分解斜視説明図である。 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。 前記セパレータの一方の面の説明図である。 前記セパレータの他方の面の説明図である。 前記セパレータに形成される第1及び第2突起部の斜視説明図である。 前記燃料電池スタックの断面図である。 前記燃料電池の動作を説明する概略断面説明図である。 前記セパレータに固着される通路部材の説明図である。 前記燃料電池スタックを構成するエンドプレートの正面図である。 前記燃料電池システムを構成する荷重付与機構の一部分解斜視説明図である。 特許文献1の燃料電池の概略構成説明図である。
符号の説明
10…燃料電池システム 11…燃料電池
12…燃料電池スタック 14…熱交換器
16…改質器 18…筐体
19…流体部 20…電解質
21…荷重付与機構 22…カソード電極
24…アノード電極 26…電解質・電極接合体
28…セパレータ 30…燃料ガス供給連通孔
34、60…橋架部 36…円板部
46…燃料ガス通路 48、52…突起部
50…酸化剤ガス通路 54…燃料ガス導入口
56…通路部材 66…燃料ガス供給通路
67…酸化剤ガス供給部 68…排ガス通路
69…絶縁シール 70a、70b…エンドプレート
86a、86b…筐体部 92、96…壁板
98…チャンバ 100…燃料ガス供給管
102…改質ガス供給管 104…空気供給管
106…排ガス管 108、110…通路
112a、112b…締め付け部 114a、114b…締め付けボルト
116a、116b…押圧プレート 117…ナット
118…スプリング 119…台座

Claims (5)

  1. 電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体とセパレータとが積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層されるとともに、積層方向に延在して前記アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部を設ける燃料電池スタックと、
    前記燃料電池スタックの一方の側に配置され、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器と、
    前記燃料電池スタックの一方の側に配置され、燃料を改質して前記燃料ガスを生成する改質器と、
    前記燃料電池スタックの他方の側に配置され、前記燃料電池スタックに前記積層方向に締め付け荷重を付与する荷重付与機構と、
    前記燃料電池スタック、前記熱交換器、前記改質器及び前記荷重付与機構を収容する筐体と、
    を備え、
    前記荷重付与機構は、前記燃料電池スタックの前記燃料ガス供給部のシール部位に対し積層方向に荷重を付与する第1締め付け部と、
    前記電解質・電極接合体に対し、前記積層方向に前記第1締め付け部の荷重よりも小さな荷重を付与する第2締め付け部と、
    を設けることを特徴とする燃料電池システム。
  2. 請求項1記載の燃料電池システムにおいて、前記荷重付与機構は、前記燃料電池スタックの一方の側から伝熱されることを阻止するための遮熱部を設けることを特徴とする燃料電池システム。
  3. 請求項2記載の燃料電池システムにおいて、前記遮熱部は、前記燃料電池スタックの他方の側と前記荷重付与機構との間に配置されるとともに、前記筐体に保持される板状体を備えることを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記第1締め付け部は、前記燃料電池スタックの一方の側に配置されるエンドプレートを介して前記積層方向の荷重を保持することを特徴とする燃料電池システム。
  5. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記第1締め付け部は、前記燃料電池スタックの一方の側に配置される前記エンドプレートに螺合する第1ボルトと、
    前記第1ボルトに係合して前記燃料電池スタックの所定のシール部位に対し前記積層方向に荷重を付与する第1プレート部材と、
    を備える一方、
    前記第2締め付け部は、前記エンドプレートに螺合する第2ボルトと、
    前記第2ボルトに係合する第2プレート部材と、
    前記第2プレート部材と前記燃料電池スタックとの間に介装され、前記電解質・電極接合体に対し前記積層方向に荷重を付与するばね部材と、
    を備えることを特徴とする燃料電池システム。
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