JP6290676B2 - Fuel cell - Google Patents
Fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP6290676B2 JP6290676B2 JP2014062588A JP2014062588A JP6290676B2 JP 6290676 B2 JP6290676 B2 JP 6290676B2 JP 2014062588 A JP2014062588 A JP 2014062588A JP 2014062588 A JP2014062588 A JP 2014062588A JP 6290676 B2 JP6290676 B2 JP 6290676B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- current collector
- electrode
- collector plate
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 292
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 92
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 92
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 34
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 9
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 20
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 20
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 8
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、固体酸化物形の燃料電池に関する。 The present invention relates to a solid oxide fuel cell.
固体酸化物形の燃料電池としては、積層された固体酸化物形の複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックと、複数の燃料電池セルにおける積層方向の端部に設けられた電極に重ね合わされた集電板とを有するものがある(例えば、特許文献1参照)。このような燃料電池において出力電圧を高めるためには、上記電極と集電板との密着度を高め、この電極と集電板との間での電力伝達損失を低減することが求められる。 As a solid oxide fuel cell, a fuel cell stack having a plurality of stacked solid oxide fuel cells and an electrode provided at an end portion in the stacking direction of the plurality of fuel cells were overlapped Some have a current collector (see, for example, Patent Document 1). In order to increase the output voltage in such a fuel cell, it is required to increase the degree of adhesion between the electrode and the current collector plate and reduce the power transmission loss between the electrode and the current collector plate.
また、このような燃料電池における部材間の密着度を高める技術としては、例えば、特許文献2に記載されている加圧機構がある。この加圧機構は、燃料電池スタック上に押え板を介して設けられた圧縮バネと、圧縮バネ上に設けられたプレートと、燃料電池スタックの下方に設けられた断熱プレート及び押え板と、上側のプレートと下側の断熱プレート及び押え板とを連結する連結ロッドとを有している。 Further, as a technique for increasing the degree of adhesion between members in such a fuel cell, for example, there is a pressurizing mechanism described in Patent Document 2. The pressurizing mechanism includes a compression spring provided on the fuel cell stack via a pressing plate, a plate provided on the compression spring, a heat insulating plate and a pressing plate provided below the fuel cell stack, and an upper side. And a connecting rod for connecting the lower heat insulating plate and the presser plate.
しかしながら、特許文献2に記載の加圧機構では、圧縮バネが用いられている。しかも、圧縮バネの耐熱及び耐食性を確保するために、この圧縮バネには、一般に高価とされる窒化ケイ素を主成分とするセラミックス製のものが用いられている。このため、圧縮バネを用いた分、コストアップになると共に、大型化する。 However, in the pressurizing mechanism described in Patent Document 2, a compression spring is used. Moreover, in order to ensure the heat resistance and corrosion resistance of the compression spring, a ceramic made mainly of silicon nitride, which is generally expensive, is used for the compression spring. For this reason, the cost increases and the size is increased by using the compression spring.
そこで、本発明は、コストアップを抑えつつ、小型化を図ることができる燃料電池を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can be reduced in size while suppressing an increase in cost.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の燃料電池は、積層された固体酸化物形の複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池セルにおける積層方向の端部に設けられた電極に対して前記積層方向の延長方向に離間して設けられたベース部と、前記ベース部から前記燃料電池スタック側に延出され、先端部が前記燃料電池スタックにおいて前記電極を保持する電極保持部に固定された延出部と、前記電極に重ね合わされた金属製の集電板によって構成されるか、又は、前記集電板と、絶縁材と、前記集電板に前記絶縁材を介して重ね合わされた金属板とによって構成されて、前記電極と前記ベース部との間に介在され、かつ、前記燃料電池スタックの発電発熱時に、前記集電板の熱膨張、又は、前記集電板及び前記金属板の熱膨張に伴って前記集電板が前記電極に押し付けられる介在部とを備える。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to claim 1 includes a fuel cell stack having a plurality of stacked solid oxide fuel cells, and end portions in the stacking direction of the plurality of fuel cells. A base portion that is spaced apart from the electrode provided in the stacking direction and extending from the base portion toward the fuel cell stack, and a tip portion that connects the electrode in the fuel cell stack. It is comprised by the extension part fixed to the electrode holding | maintenance part to hold | maintain, and the metal current collecting plate superimposed on the said electrode , or the said current collecting plate, an insulating material, and the said current collecting plate are said A metal plate overlapped with an insulating material interposed between the electrode and the base portion, and during the heat generation of the fuel cell stack, thermal expansion of the current collector plate, or The current collector and The collector plate in accordance with the thermal expansion of the serial metal plate and a intermediate portion which is pressed against the electrode.
この燃料電池によれば、ベース部から燃料電池スタック側に延出された延出部の先端部は、複数の燃料電池セルにおける積層方向の端部に設けられた電極を保持する電極保持部に固定されており、この延出部により、電極保持部がベース部に対して拘束される。また、この電極とベース部との間には、介在部が介在されており、この介在部は、電極に重ね合わされた金属製の集電板によって構成されるか、又は、集電板と、絶縁材と、集電板に絶縁材を介して重ね合わされた金属板とによって構成される。この介在部は、燃料電池スタックの発電発熱時に、集電板の熱膨張、又は、集電板及び金属板の熱膨張に伴って集電板が電極に押し付けられる構成である。 According to this fuel cell, the tip of the extending portion that extends from the base portion toward the fuel cell stack is an electrode holding portion that holds the electrodes provided at the ends in the stacking direction of the plurality of fuel cells. The electrode holding part is restrained with respect to the base part by this extending part. Further, an interposition part is interposed between the electrode and the base part, and the interposition part is constituted by a metal current collecting plate superimposed on the electrode, or a current collecting plate, It is comprised with an insulating material and the metal plate piled up on the current collection board via the insulating material. The interposed portion is configured such that the current collector plate is pressed against the electrode along with the thermal expansion of the current collector plate or the thermal expansion of the current collector plate and the metal plate when the fuel cell stack generates heat.
従って、燃料電池スタックの発電発熱時には、電極保持部がベース部に対して拘束された状態で、集電板が電極に押し付けられる。これにより、電極と集電板との密着度を高めることができるので、電極と集電板との間での電力伝達損失を低減することができる。 Therefore, when the power generation heat generation of the fuel cell stack, in a state where the electrode holding portion is constrained to the base unit, the current collector plate is pressed against the electrode. Thereby, since the adhesion degree of an electrode and a current collecting plate can be raised, the power transmission loss between an electrode and a current collecting plate can be reduced.
また、上述のように、圧縮バネを用いずに集電板を電極に密着させることができるので、圧縮バネを不要とする分、コストアップを抑えつつ、小型化を図ることができる。 In addition, as described above, the current collector plate can be brought into close contact with the electrode without using a compression spring. Therefore, it is possible to reduce the size while suppressing an increase in cost because the compression spring is unnecessary.
請求項2に記載の燃料電池は、請求項1に記載の燃料電池において、前記複数の燃料電池セルに燃料ガス及び空気ガスを供給するマニホールドをさらに備え、前記マニホールドが前記ベース部及び前記延出部を有する構成とされている。 The fuel cell according to claim 2, further comprising a manifold that supplies fuel gas and air gas to the plurality of fuel cells, wherein the manifold includes the base portion and the extension. It is set as the structure which has a part.
この燃料電池によれば、ベース部及び延出部は、マニホールドに設けられているので、マニホールドとは別にベース部及び延出部が設けられる場合に比して、構造を簡素化することができる。 According to this fuel cell, since the base portion and the extension portion are provided in the manifold, the structure can be simplified as compared with the case where the base portion and the extension portion are provided separately from the manifold. .
請求項3に記載の燃料電池は、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池において、前記介在部が前記集電板と、前記絶縁材と、前記集電板に前記絶縁材を介して重ね合わされた前記金属板とによって構成されたものである。 The fuel cell according to claim 3 is the fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the interposition portion is provided with the current collector plate, the insulating material, and the current collector plate via the insulating material. It is comprised by the said metal plate piled up .
この燃料電池によれば、介在部は、集電板に加えて金属板を有している。従って、燃料電池スタックの発電発熱時には、集電板に加えて金属板が加熱されて熱膨張することにより、集電板を電極に押し付けることができる。従って、金属板を有する分、一般にメッキ処理されるなど高価とされる集電板を薄型化することができるので、コストダウンすることができる。 According to this fuel cell, the interposition part has a metal plate in addition to the current collector plate. Therefore, when the fuel cell stack generates heat, the metal plate is heated and thermally expanded in addition to the current collector plate, so that the current collector plate can be pressed against the electrode. Therefore, since the current collector plate, which is generally expensive such as being plated, can be reduced in thickness by having the metal plate, the cost can be reduced.
請求項4に記載の燃料電池は、請求項3に記載の燃料電池において、前記集電板及び前記金属板の少なくとも一方が前記延出部よりも熱膨張率の高い材料で形成された構成とされている。 The fuel cell according to claim 4 is the fuel cell according to claim 3, wherein at least one of the current collector plate and the metal plate is formed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the extension portion. Has been.
この燃料電池によれば、集電板及び金属板の少なくとも一方は、延出部よりも熱膨張率の高い材料で形成されている。従って、燃料電池スタックの発電発熱時には、集電板及び金属板の熱膨張量が延出部の熱膨張量よりも大きくなるので、集電板をより確実に電極に押し付けることができる。 According to this fuel cell, at least one of the current collector plate and the metal plate is formed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the extending portion. Accordingly, when the fuel cell stack generates heat, the amount of thermal expansion of the current collector plate and the metal plate is larger than the amount of thermal expansion of the extension portion, so that the current collector plate can be pressed more reliably against the electrode.
請求項5に記載の燃料電池は、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記延出部が前記集電板の側方に設けられた構成とされている。 The fuel cell according to claim 5 is the fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the extending portion is provided on a side of the current collector plate. .
この燃料電池によれば、延出部は、集電板の側方に設けられているので、集電板に延出部を避けるための切欠きや穴などを設ける必要性を無くすことができる。これにより、集電板の大きさを確保することができるので、電極と集電板との接続面積を確保することができる。 According to this fuel cell, since the extension portion is provided on the side of the current collector plate, it is possible to eliminate the need to provide a cutout or a hole in the current collector plate to avoid the extension portion. . Thereby, since the magnitude | size of a current collector plate can be ensured, the connection area of an electrode and a current collector plate can be ensured.
請求項6に記載の燃料電池は、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記延出部が前記集電板の両側の側方に設けられた構成とされている。 A fuel cell according to a sixth aspect is the fuel cell according to any one of the first to fifth aspects, wherein the extending portion is provided on both sides of the current collector plate. ing.
この燃料電池によれば、延出部は、集電板の両側の側方に設けられているので、この一対の延出部により、集電板に対する両側の側方において電極保持部をベース部に対して拘束することができる。従って、燃料電池スタックの発電発熱時には、この延出部により、集電板に対する両側の側方において電極保持部をベース部に対して拘束した状態で、この延出部の間に位置する集電板を電極に押し付けることができる。これにより、例えば、片側の延出部のみで電極保持部を拘束する場合に比して、電極と集電板との密着度をより一層高めることができる。 According to this fuel cell, since the extending portion is provided on both sides of the current collector plate, the electrode holding portion is placed on the base portion on both sides of the current collector plate by the pair of extending portions. Can be restrained against. Therefore, during power generation heat generation of the fuel cell stack, the electrode holding part is restrained with respect to the base part on both sides of the current collector plate by the extension part, and the current collector positioned between the extension parts is The plate can be pressed against the electrode. Thereby, compared with the case where an electrode holding part is restrained only by the extension part of one side, the contact degree of an electrode and a current collecting plate can be raised further, for example.
請求項7に記載の燃料電池は、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記延出部が前記集電板の周縁に沿って形成された構成とされている。 The fuel cell according to claim 7 is the fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the extension portion is formed along a peripheral edge of the current collector plate. Yes.
この燃料電池によれば、延出部は、集電板の周縁に沿って形成されているので、この延出部により、集電板の周縁に沿った電極保持部の拘束長さを長く確保することができる。これにより、集電板の周方向に亘って集電板を電極に押し付けることができるので、電極と集電板との密着度をより一層高めることができる。 According to this fuel cell, since the extension portion is formed along the periphery of the current collector plate, the extension portion ensures a long restraint length of the electrode holding portion along the periphery of the current collector plate. can do. Thereby, since a current collecting plate can be pressed on an electrode over the circumferential direction of a current collecting plate, the adhesion degree of an electrode and a current collecting plate can be improved further.
請求項8に記載の燃料電池は、請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記電極と前記集電板との接続面積が前記延出部と前記電極保持部との接続面積よりも大きい構成とされている。 The fuel cell according to claim 8 is the fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein a connection area between the electrode and the current collector plate is the extension portion and the electrode holding portion. It is set as the structure larger than the connection area.
この燃料電池によれば、電極と集電板との接続面積は、延出部と電極保持部との接続面積よりも大きいので、燃料電池スタックの発電発熱時には、燃料電池スタックから延出部に伝達される熱よりも多くの熱を電極から集電板に伝達することができる。これにより、集電板をより効率的に熱膨張させることができるので、集電板を電極により一層高い荷重で押し付けることができる。 According to this fuel cell, since the connection area between the electrode and the current collector plate is larger than the connection area between the extension part and the electrode holding part, when the fuel cell stack generates power, the fuel cell stack extends from the fuel cell stack to the extension part. More heat can be transferred from the electrodes to the current collector than is transferred. Thereby, since a current collecting plate can be thermally expanded more efficiently, a current collecting plate can be pressed by an electrode with a still higher load.
請求項9に記載の燃料電池は、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記ベース部、前記延出部、及び、前記介在部が前記燃料電池スタックの片側にのみ設けられた構成とされている。 The fuel cell according to claim 9 is the fuel cell according to any one of claims 1 to 8, wherein the base portion, the extension portion, and the interposition portion are provided on one side of the fuel cell stack. It is set as the structure provided only in.
この燃料電池によれば、ベース部、延出部、及び、介在部は、燃料電池スタックの片側にのみ設けられているので、燃料電池スタックにおける片側の電極と集電板との密着度を高めつつ、構造を簡素化することができる。 According to this fuel cell, since the base portion, the extension portion, and the interposition portion are provided only on one side of the fuel cell stack, the degree of adhesion between the electrode on one side and the current collector plate in the fuel cell stack is increased. However, the structure can be simplified.
請求項10に記載の燃料電池は、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の燃料電池において、前記ベース部、前記延出部、及び、前記介在部が前記燃料電池スタックの両側にそれぞれ設けられた構成とされている。
The fuel cell according to
この燃料電池によれば、ベース部、延出部、及び、介在部は、燃料電池スタックの両側にそれぞれ設けられているので、燃料電池スタックにおける両側の電極と集電板との密着度をそれぞれ高めることができる。 According to this fuel cell, since the base portion, the extension portion, and the interposition portion are provided on both sides of the fuel cell stack, the degree of adhesion between the electrodes on both sides of the fuel cell stack and the current collector plate is set respectively. Can be increased.
また、上記目的を達成するために、請求項11に記載の燃料電池は、積層された固体酸化物形の複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタックと、前記複数の燃料電池セルにおける積層方向一方側の端部に設けられた第一電極に対して前記積層方向の延長方向に離間して設けられた第一ベース部と、前記複数の燃料電池セルにおける積層方向他方側の端部に設けられた第二電極に対して前記積層方向の延長方向に離間して設けられた第二ベース部と、前記第一ベース部から前記燃料電池スタック側に延出され、先端部が前記燃料電池スタックにおいて前記第一電極を保持する電極保持部に固定された第一延出部と、前記第二ベース部から前記燃料電池スタック側に延出され、先端部が前記第一ベース部及び前記第一延出部の少なくとも一方に固定された第二延出部と、前記第一電極に重ね合わされた金属製の第一集電板によって構成されるか、又は、前記第一集電板と、第一絶縁材と、前記第一集電板に前記第一絶縁材を介して重ね合わされた第一金属板とによって構成されて、前記第一電極と前記第一ベース部との間に介在され、かつ、前記燃料電池スタックの発電発熱時に、前記第一集電板の熱膨張、又は、前記第一集電板及び前記第一金属板の熱膨張に伴って前記第一集電板が前記第一電極に押し付けられる第一介在部と、前記第二電極に重ね合わされた金属製の第二集電板によって構成されるか、又は、前記第二集電板と、第二絶縁材と、前記第二集電板に前記第二絶縁材を介して重ね合わされた第二金属板とによって構成されて、前記第二電極と前記第二ベース部との間に介在され、かつ、前記燃料電池スタックの発電発熱時に、前記第二集電板の熱膨張、又は、前記第二集電板及び前記第二金属板の熱膨張に伴って前記第二集電板が前記第二電極に押し付けられる第二介在部とを備える。 In order to achieve the above object, a fuel cell according to claim 11 includes a fuel cell stack having a plurality of stacked solid oxide fuel cells and one of the stacking directions of the plurality of fuel cells. A first base portion provided apart from the first electrode provided at the end portion in the stacking direction and an end portion on the other side in the stacking direction of the plurality of fuel cells. A second base portion provided apart from the second electrode in the extending direction of the stacking direction, and extending from the first base portion to the fuel cell stack side, with a tip portion in the fuel cell stack A first extension portion fixed to an electrode holding portion for holding the first electrode; and a second portion extending from the second base portion toward the fuel cell stack, and a tip portion of the first base portion and the first extension portion. At least one of the exit A second extending portion which is constant, or is constituted by the first current collector plate made of metal that is superimposed on the first electrode, or, with the first collector plate, and the first insulating material, said first And a first metal plate superimposed on the current collector through the first insulating material , interposed between the first electrode and the first base portion , and of the fuel cell stack The first current collector plate is pressed against the first electrode along with the thermal expansion of the first current collector plate or the thermal expansion of the first current collector plate and the first metal plate during power generation heat generation . It is comprised by the metal current collector plate overlapped with the interposition part and the second electrode , or the second current collector plate, the second insulating material, and the second current collector plate It is constituted by a second metal plate superimposed over the second insulating material, between the second base portion and the second electrode Is interposed, and, when the power generation heat generation of the fuel cell stack, the thermal expansion of the second collector plate, or the second collector plate in accordance with the thermal expansion of the second collector plate and the second metal plate Comprises a second interposition part pressed against the second electrode .
この燃料電池によれば、第一ベース部から燃料電池スタック側に延出された第一延出部の先端部は、複数の燃料電池セルにおける積層方向一方側の端部に設けられた第一電極を保持する電極保持部に固定されており、この第一延出部により、電極保持部が第一ベース部に対して拘束される。また、第一電極と第一ベース部との間には、第一介在部が介在されており、この第一介在部は、第一電極に重ね合わされた金属製の第一集電板によって構成されるか、又は、第一集電板と、第一絶縁材と、第一集電板に第一絶縁材を介して重ね合わされた第一金属板とによって構成される。この第一介在部は、燃料電池スタックの発電発熱時に、第一集電板の熱膨張、又は、第一集電板及び第一金属板の熱膨張に伴って第一集電板が第一電極に押し付けられる構成である。 According to this fuel cell, the tip of the first extending portion that extends from the first base portion to the fuel cell stack side is the first provided at the end on one side in the stacking direction of the plurality of fuel cells. The electrode holding portion is fixed to the electrode holding portion that holds the electrode, and the electrode holding portion is restrained with respect to the first base portion by the first extending portion. Further, a first interposition part is interposed between the first electrode and the first base part, and the first interposition part is constituted by a metal first current collecting plate superimposed on the first electrode. Or it is comprised by the 1st current collecting plate, the 1st insulating material, and the 1st metal plate piled up on the 1st current collecting plate via the 1st insulating material. The first interposer is configured so that the first current collector plate is first in association with the thermal expansion of the first current collector plate or the first current collector plate and the first metal plate during the heat generation of the fuel cell stack. It is the structure pressed against an electrode.
従って、燃料電池スタックの発電発熱時には、電極保持部が第一ベース部に対して拘束された状態で、第一集電板が第一電極に押し付けられる。これにより、第一電極と第一集電板との密着度を高めることができるので、第一電極と第一集電板との間での電力伝達損失を低減することができる。 Therefore, when the power generation heat generation of the fuel cell stack, in a state where the electrode holding portion is constrained to the first base portion, the first collector plate is pressed against the first electrode. Thereby, since the close_contact | adherence degree of a 1st electrode and a 1st current collecting plate can be raised, the electric power transmission loss between a 1st electrode and a 1st current collecting plate can be reduced.
さらに、第二ベース部から燃料電池スタック側に延出された第二延出部の先端部は、第一ベース部及び第一延出部の少なくとも一方に固定されており、この第二延出部により、第二ベース部が第一ベース部及び第一延出部の少なくとも一方に対して拘束される。また、第二電極と第二ベース部との間には、第二介在部が介在されており、この第二介在部は、第二電極に重ね合わされた金属製の第二集電板によって構成されるか、又は、第二集電板と、第二絶縁材と、第二集電板に第二絶縁材を介して重ね合わされた第二金属板とによって構成される。この第二介在部は、燃料電池スタックの発電発熱時に、第二集電板の熱膨張、又は、第二集電板及び第二金属板の熱膨張に伴って第二集電板が第二電極に押し付けられる構成である。 Furthermore, the tip of the second extending portion that extends from the second base portion to the fuel cell stack side is fixed to at least one of the first base portion and the first extending portion, and this second extending portion The second base portion is restrained by at least one of the first base portion and the first extension portion by the portion. Further, a second interposition part is interposed between the second electrode and the second base part, and the second interposition part is constituted by a metal second current collecting plate superimposed on the second electrode. Or it is comprised by the 2nd current collecting plate, the 2nd insulating material, and the 2nd metal plate piled up on the 2nd current collecting plate via the 2nd insulating material. The second intermediate portion is configured such that the second current collector plate is secondly expanded in accordance with the thermal expansion of the second current collector plate or the second current collector plate and the second metal plate during the heat generation of the fuel cell stack. It is the structure pressed against an electrode.
従って、燃料電池スタックの発電発熱時には、第二ベース部が第一ベース部及び第一延出部の少なくとも一方に対して拘束された状態で、複数の燃料電池セルにおける電極同士が押し付けられると共に、第二集電板が第二電極に押し付けられる。これにより、複数の燃料電池セルにおける電極同士の密着度を高めることができると共に、第二電極と第二集電板との密着度を高めることができる。この結果、複数の燃料電池セルにおける電極間の電力伝達損失、及び、第一電極と第一集電板との間での電力伝達損失をそれぞれ低減することができる。 Therefore, during power generation heat generation of the fuel cell stack , the electrodes in the plurality of fuel cells are pressed against each other with the second base portion being restrained against at least one of the first base portion and the first extension portion. At the same time, the second current collector plate is pressed against the second electrode. Thereby, while being able to raise the close_contact | adherence degree of the electrodes in a some fuel cell, the close contact degree of a 2nd electrode and a 2nd collector plate can be improved. As a result, it is possible to reduce the power transmission loss between the electrodes in the plurality of fuel cells and the power transmission loss between the first electrode and the first current collector plate.
また、上述のように、圧縮バネを用いずに各部材を密着させることができるので、圧縮バネを不要とする分、コストアップを抑えつつ、小型化を図ることができる。 In addition, as described above, since each member can be brought into close contact without using a compression spring, it is possible to reduce the size while suppressing an increase in cost because the compression spring is unnecessary.
以上詳述したように、本発明の燃料電池によれば、コストアップを抑えつつ、小型化を図ることができる。 As described in detail above, according to the fuel cell of the present invention, it is possible to reduce the size while suppressing an increase in cost.
[第一実施形態]
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.
図1に示されるように、本発明の第一実施形態に係る燃料電池10は、燃料電池スタック12と、マニホールド14と、第一集電板16と、第二集電板18と、絶縁材20と、金属板22とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池スタック12は、積層された固体酸化物形の複数の燃料電池セル24を有している。本実施形態では、一例として、燃料電池スタック12が三層の燃料電池セル24を有しているが、燃料電池セル24の層数は任意に選択可能である。
The
各燃料電池セル24は、平板形固体酸化物により形成された電解質層26と、この電解質層26の表裏面にそれぞれ積層された燃料極28及び空気極30と、これら電解質層26、燃料極28、及び、空気極30を保持する平板形のセパレータ32とを有している。互いに重ね合わされた一方の燃料電池セル24の燃料極28と他方の燃料電池セル24の空気極30とは、図示しない伝導材を介して接続されている。
Each
セパレータ32には、燃料極28及び空気極30の側方においてセパレータ32の厚み方向に延びる燃料搬送路34及び空気搬送路36と、燃料搬送路34から燃料極28に沿って延びる燃料搬送溝38と、空気搬送路36から空気極30に沿って延びる空気搬送溝40とが形成されている。
In the
マニホールド14は、燃料電池スタック12の片側(一例として、燃料極28側)にのみ設けられている。このマニホールド14は、平板形のベース部42と、壁状の延出部44とを有している。複数の燃料電池セル24の積層方向Hにおける一方側の端部に設けられた燃料極28は、本発明における「複数の燃料電池セルにおける積層方向の端部に設けられた電極」の一例であり、ベース部42は、この燃料極28に対して積層方向Hの延長方向に離間して設けられている。
The manifold 14 is provided only on one side (for example, the
延出部44は、ベース部42から燃料電池スタック12側に延出されている。この延出部44の先端部44Aは、例えばセラミックガラス等の接続部材46を介して、上述の積層方向Hにおける一方側に設けられたセパレータ32に固定されている。このセパレータ32は、本発明における「電極保持部」の一例である。
The extending
図2に示されるように、延出部44は、より具体的には、第一集電板16の両側の側方にそれぞれ設けられた一対の第一壁部48と、第一集電板16の側方に設けられて一対の第一壁部48を繋ぐ第二壁部50とを有している。この一対の第一壁部48及び第二壁部50は、矩形平板状に形成された第一集電板16の周縁16Aに沿って延びており、この第一集電板16を囲うコ字状を成している。
As shown in FIG. 2, more specifically, the
図1に示されるように、マニホールド14には、燃料供給路54及び空気供給路56が形成されている。燃料供給路54は、上述の燃料搬送路34と連通し、空気供給路56は、上述の空気搬送路36と連通している。
As shown in FIG. 1, a
燃料供給路54には、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスが外部から供給され、燃料供給路54に供給された燃料ガスは、燃料搬送路34及び燃料搬送溝38を通じて燃料極28に供給される。一方、空気供給路56には、酸素を含む空気ガスが外部から供給され、空気供給路56に供給された空気ガスは、空気搬送路36及び空気搬送溝40を通じて空気極30に供給される。
A fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide is supplied to the
空気極30では、下記式(1)で示されるように、空気ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層26を通って燃料極28に到達する。
In the
(空気極反応)
1/2O2+2e−→O2− ・・・(1)
(Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (1)
一方、燃料極28では、下記式(2)及び式(3)で示されるように、電解質を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)及び二酸化炭素と、電子が生成される。燃料極28で生成された電子は、外部回路を通って空気極30に到達する。そして、このようにして電子が燃料極28から空気極30に移動することにより、各燃料電池セル24において発電される。また、各燃料電池セル24は、発電時に上記反応に伴って発熱する。
On the other hand, in the
(燃料極反応)
H2 +O2−→H2O+2e− ・・・(2)
CO+O2− →CO2+2e− ・・・(3)
(Fuel electrode reaction)
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (3)
第一集電板16及び第二集電板18は、金属製とされている。第一集電板16は、本発明における「集電板」の一例であり、積層方向Hにおける一方側に設けられた燃料極28に重ね合わされている。一方、第二集電板18は、積層方向Hにおける他方側(第一集電板16側と反対側)に設けられた空気極30に重ね合わされている。
The first
なお、本実施形態における以降の説明において、単に燃料極28及びセパレータ32と記載する場合、この燃料極28及びセパレータ32は、積層方向Hにおける一方側(第一集電板16側)に設けられた燃料極28及びセパレータ32を指し示す。同様に、単に空気極30と記載する場合、この空気極30は、積層方向Hにおける他方側(第一集電板16側と反対側)に設けられた空気極30を指し示す。
In the following description of the present embodiment, when the
この燃料極28及び第一集電板16との間、及び、空気極30と第二集電板18との間には、それぞれ図示しない伝導板が設けられても良い。この第一集電板16及び第二集電板18には、図2に示されるように、コ字状に形成された延出部44の開口から突出する電気取出部58がそれぞれ設けられている。
Conductive plates (not shown) may be provided between the
また、本実施形態では、図1に示される燃料極28と第一集電板16との接続面積が、延出部44とセパレータ32との接続面積よりも大きくなるように各部が構成されている。
Further, in this embodiment, each part is configured such that the connection area between the
燃料極28及び第一集電板16が伝導板を介して重ね合わされる場合、燃料極28と第一集電板16との接続面積とは、燃料極28と第一集電板16との間に配置された伝導板の平面積に相当する。一方、燃料極28及び第一集電板16が直接重ね合わされる場合、燃料極28と第一集電板16との接続面積とは、燃料極28と第一集電板16との接触面積に相当する。また、延出部44とセパレータ32とが接続部材46を介して接続される場合、延出部44とセパレータ32との接続面積とは、この接続部材46の平面積に相当する。
When the
マニホールド14に設けられたベース部42と燃料極28との間には、上述の第一集電板16の他に、絶縁材20及び金属板22が設けられている。金属板22は、第一集電板16にベース部42側から絶縁材20を介して重ね合わされている。この第一集電板16及び金属板22は、延出部44を含むマニホールド14の全体よりも熱膨張率の高い材料で形成されている。この第一集電板16、絶縁材20、及び、金属板22は、上述の燃料極28とベース部42との間に介在された介在部60を構成している。
In addition to the first
そして、この第一実施形態に係る燃料電池10では、燃料電池スタック12の発電発熱時に、第一集電板16及び金属板22が加熱される。このとき、延出部44によってセパレータ32がベース部42に対して拘束された状態で、第一集電板16及び金属板22が熱膨張する。そして、この熱膨張に伴って第一集電板16が燃料極28に押し付けられ、燃料極28と第一集電板16との密着度が高まる。
In the
なお、上述の第一集電板16及び金属板22の少なくとも一方は、燃料電池スタック12の発電発熱時に延出部44よりも積層方向Hへの熱膨張量が多くなるように、その材料及び体積の少なくとも一方が設定されている。この材料の一例として、第一集電板16は、例えば、SUS310で形成され、金属板22は、例えば、SUS316で形成され、延出部44を含むマニホールド14は、例えば、ZMG232L(日立金属製:Fe-22Cr合金にZr,La添加)で形成される。
It should be noted that at least one of the first
次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the first embodiment of the present invention will be described.
以上詳述したように、第一実施形態に係る燃料電池10によれば、ベース部42から燃料電池スタック12側に延出された延出部44の先端部44Aは、セパレータ32に固定されており、この延出部44より、セパレータ32がベース部42に対して拘束される。また、燃料極28とベース部42との間には、介在部60が介在されており、この介在部60は、金属製の第一集電板16及び金属板22によって構成されている。
As described above in detail, according to the
従って、燃料電池スタック12の発電発熱時に第一集電板16及び金属板22が加熱された場合には、セパレータ32がベース部42に対して拘束された状態で、第一集電板16及び金属板22が熱膨張する。そして、この熱膨張に伴って第一集電板16が燃料極28に押し付けられる。これにより、燃料極28と第一集電板16との密着度を高めることができるので、燃料極28と第一集電板16との間での電力伝達損失を低減することができる。
Therefore, when the first
また、上述のように、圧縮バネを用いずに第一集電板16を燃料極28に密着させることができるので、圧縮バネを不要とする分、コストアップを抑えつつ、小型化を図ることができる。
In addition, as described above, the first
しかも、この燃料電池10によれば、ベース部42及び延出部44は、マニホールド14に設けられているので、マニホールド14とは別にベース部42及び延出部44が設けられる場合に比して、構造を簡素化することができる。
In addition, according to the
また、介在部60は、第一集電板16に加えて金属板22を有している。従って、燃料電池スタック12の発電発熱時には、第一集電板16に加えて金属板22が加熱されて熱膨張することにより、第一集電板16を燃料極28に押し付けることができる。従って、金属板22を有する分、一般にメッキ処理されるなど高価とされる第一集電板16を薄型化することができるので、コストダウンすることができる。
In addition, the
また、第一集電板16及び金属板22は、いずれも延出部44を有するマニホールド14の全体よりも熱膨張率の高い材料で形成されている。従って、燃料電池スタック12の発電発熱時には、第一集電板16及び金属板22の熱膨張量が延出部44の熱膨張量よりも大きくなるので、第一集電板16をより確実に燃料極28に押し付けることができる。
Further, both the first
また、延出部44を構成する一対の第一壁部48及び第二壁部50は、いずれも第一集電板16の側方に設けられているので、第一集電板16に延出部44を避けるための切欠きや穴などを設ける必要性を無くすことができる。これにより、第一集電板16の大きさを確保することができるので、燃料極28と第一集電板16との接続面積を確保することができる。
Further, since the pair of the
また、延出部44のうち一対の第一壁部48は、第一集電板16の両側の側方にそれぞれ設けられているので、この一対の第一壁部48により、第一集電板16に対する両側の側方においてセパレータ32をベース部42に対して拘束することができる。従って、燃料電池スタック12の発電発熱時には、この一対の第一壁部48により、第一集電板16に対する両側の側方においてセパレータ32をベース部42に対して拘束した状態で、この一対の第一壁部48の間に位置する第一集電板16を燃料極28に押し付けることができる。これにより、例えば、片側の第一壁部48のみでセパレータ32を拘束する場合に比して、燃料極28と第一集電板16との密着度をより一層高めることができる。
In addition, the pair of
また、一対の第一壁部48及び第二壁部50を有する延出部44の全体は、第一集電板16の周縁16Aに沿って形成されている(図2参照)。従って、この延出部44により、第一集電板16の周縁16Aに沿ったセパレータ32の拘束長さを長く確保することができる。これにより、第一集電板16の周方向に亘って第一集電板16を燃料極28に押し付けることができるので、燃料極28と第一集電板16との密着度をより一層高めることができる。
Moreover, the
また、燃料極28と第一集電板16との接続面積は、延出部44とセパレータ32との接続面積よりも大きいので、燃料電池スタック12の発電発熱時には、燃料電池スタック12から延出部44に伝達される熱よりも多くの熱を燃料極28から第一集電板16に伝達することができる。これにより、第一集電板16をより効率的に熱膨張させることができるので、第一集電板16を燃料極28により一層高い荷重で押し付けることができる。
Further, since the connection area between the
また、ベース部42及び延出部44を有するマニホールド14と、第一集電板16及び金属板22を含む介在部60は、燃料電池スタック12の片側にのみ設けられているので、燃料極28と第一集電板16との密着度を高めつつ、構造を簡素化することができる。
Further, since the manifold 14 having the
次に、本発明の第一実施形態について行った検証実験を説明する。 Next, a verification experiment performed on the first embodiment of the present invention will be described.
本検証実験には、図5に示されるように、比較例に係る燃料電池310が用いられる。この比較例に係る燃料電池310は、上述の第一実施形態に係る燃料電池10に対し、絶縁材20及び金属板22(図1参照)が省かれる代わりに、金属棒312、圧縮バネ314、及び、支持部材316を備えている。
In this verification experiment, as shown in FIG. 5, a
ベース部42の中央部には、孔318が形成されており、金属棒312は、この孔318に挿入されている。金属棒312の一端は、第一集電板16に当接されており、金属棒312の他端には、圧縮バネ314が当接されている。支持部材316は、ベース部42における孔318の両側部分に固定されており、この支持部材316と金属棒312との間には、圧縮バネ314が圧縮状態で介在されている。
A
この比較例に係る燃料電池310において、上記以外の構成は、上述の第一実施形態に係る燃料電池10と同様である。比較例において、上述の第一実施形態と同様の構成については、同一符号を用いてある。
In the
図6には、本発明の第一実施形態について行った検証実験の結果として、上述の第一実施形態に係る燃料電池10(図1参照)と、比較例に係る燃料電池310(図5)について発電時の測定結果が示されている。横軸は、電流密度[A/cm2]を示し、第一縦軸及び第二縦軸は、それぞれ電圧[V]及び抵抗[Ω]を示している。
FIG. 6 shows, as a result of the verification experiment performed on the first embodiment of the present invention, the
グラフG1は、第一実施形態に係る燃料電池10における第一集電板16及び第二集電板18間の電圧を示し、グラフG2は、第一実施形態に係る燃料電池10における第一集電板16及び第二集電板18間の抵抗を示す。一方、グラフG3は、比較例に係る燃料電池310における第一集電板16及び第二集電板18間の電圧を示し、グラフG4は、比較例に係る燃料電池310における第一集電板16及び第二集電板18間の抵抗を示す。
The graph G1 shows the voltage between the first
図6に示されるように、グラフG1は、グラフG3とほぼ重なっており、グラフG2は、グラフG4とほぼ重なっている。以上より、第一実施形態に係る燃料電池10は、圧縮バネ314を用いた比較例に係る燃料電池310と同等の出力性能を有していると言える。
As shown in FIG. 6, the graph G1 substantially overlaps the graph G3, and the graph G2 substantially overlaps the graph G4. From the above, it can be said that the
次に、本発明の第一実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of the first embodiment of the present invention will be described.
第一実施形態において、図1に示されるベース部42及び延出部44は、マニホールド14に形成されていたが、マニホールド14以外の部材に形成されていても良い。また、ベース部42及び延出部44は、別体とされた上で一体に組み付けられても良い。
In the first embodiment, the
また、第一実施形態では、本発明における「電極保持部」の一例として、セパレータ32が用いられていたが、セパレータ32以外の電極保持部材が用いられても良い。
In the first embodiment, the
また、複数の燃料電池セル24の積層方向Hにおける一方側の端部には、本発明における「複数の燃料電池セルにおける積層方向の端部に設けられた電極」の一例として、燃料極28が設けられ、第一集電板16は、この燃料極28に重ね合わされていた。しかしながら、複数の燃料電池セル24の積層方向Hにおける一方側の端部に空気極30が設けられ、第一集電板16は、この空気極30に重ね合わされても良い。
Further, at one end in the stacking direction H of the plurality of
また、介在部60は、金属板22を有していたが、金属板22を有しなくても良い。また、介在部60は、第一集電板16のみを有していても良い。また、介在部60が第一集電板16のみを有する場合(介在部60が第一集電板16によって構成される場合)、マニホールド14のうち少なくともベース部42は、絶縁材料で形成されても良い。
Moreover, although the
また、第一集電板16及び金属板22は、いずれも延出部44を有するマニホールド14の全体よりも熱膨張率の高い材料で形成されていた。しかしながら、上述の如く燃料電池スタック12の発電発熱時に第一集電板16を燃料極28に押し付けることができるのであれば、第一集電板16及び金属板22のいずれかは、マニホールド14のうちの少なくとも延出部44と同じ材料か又は延出部44よりも熱膨張率の低い材料で形成されても良い。つまり、例えば、金属板22はSUS310で形成され、第一集電板16及びマニホールド14はZMG232Lで形成されても良い。
Further, the first
また、第一集電板16及び金属板22は、マニホールド14のうちの少なくとも延出部44と同じ材料で形成されても良い。この場合、燃料電池スタック12の発電発熱時には第一集電板16に最も熱が伝わるので、延出部44よりも第一集電板16を熱膨張させることができる。これにより、この熱膨張に伴って第一集電板16を燃料極28に押し付けることができるので、燃料極28と第一集電板16との密着度を高めることができる。
Further, the first current collecting
また、一対の第一壁部48及び第二壁部50は、第一集電板16の側方に設けられていたが(図2参照)、第一集電板16の側方以外の場所に設けられていても良い。また、延出部44からは、一対の第一壁部48のうちのいずれかが省かれても良く、また、図2に示される第二壁部50が省かれても良い。また、図2に示されるように、一対の第一壁部48及び第二壁部50は、第一集電板16の周縁16Aに沿って延びる壁状に形成されていたが、例えば、柱状に形成されるなど、壁状以外の形状で形成されても良い。
Moreover, although a pair of
また、図1に示されるように、燃料極28と第一集電板16との接続面積は、延出部44とセパレータ32との接続面積よりも大きくなっていた。しかしながら、上述の如く燃料電池スタック12の発電発熱時に第一集電板16を燃料極28に押し付けることができるのであれば、燃料極28と第一集電板16との接続面積は、延出部44とセパレータ32との接続面積と同じか、又は、延出部44とセパレータ32との接続面積よりも小さくても良い。
Further, as shown in FIG. 1, the connection area between the
また、第一実施形態では、燃料電池スタック12の発電発熱時に、第一集電板16及び金属板22が熱膨張し、この熱膨張に伴って第一集電板16が燃料極28に押し付けられるようになっていた。しかしながら、例えば、延出部44の方が介在部60よりも高さ方向の寸法が短く形成されることで各部が弾性変形され、これにより、第一集電板16が燃料極28に予め押し付けられるように(第一集電板16が燃料電池スタック12の発電発熱前から燃料極28に押し付けられるように)構成されていても良い。
In the first embodiment, when the
また、第一実施形態では、燃料搬送路34及び空気搬送路36等を内部に有する内部マニホールド型の燃料電池スタック12が用いられていたが、燃料電池10は、燃料搬送路34及び空気搬送路36等を有するセパレータが燃料電池スタック12の外部に設けられた構成とされていても良い。
In the first embodiment, the internal manifold type
また、第一実施形態における上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜組み合わされて実施されても良い。 Moreover, the modification which can be combined among the said several modification in 1st embodiment may be implemented combining suitably.
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図3に示される本発明の第二実施形態に係る燃料電池110は、上述の本発明の第一実施形態に係る燃料電池10(図1参照)に対し、次のように構成が変更されている。本発明の第二実施形態において、上述の第一実施形態と同様の構成については、同一符号を用いる。
The
この第二実施形態に係る燃料電池110には、拘束部材114が追加されている。拘束部材114は、上述のマニホールド14から燃料供給路54及び空気供給路56が省かれた構成とされている。この拘束部材114は、燃料供給路54及び空気供給路56が省かれた以外は、マニホールド14と同様の構成であり、平板形のベース部142と、壁状の延出部144とを有している。このベース部142及び延出部144は、上述のマニホールド14に設けられたベース部42及び延出部44と同様の構成である。
A restraining
ベース部142は、積層方向Hにおける他方側に設けられた空気極30に対して、積層方向Hの延長方向に離間して設けられている。また、延出部144は、ベース部142から燃料電池スタック12側に延出されている。この延出部144の先端部144Aは、例えばセラミックガラス等の接続部材146を介して、積層方向Hにおける他方側に設けられたセパレータ32に固定されている。
The
積層方向Hにおける他方側に設けられた空気極30と、拘束部材114に設けられたベース部142との間には、上述の第二集電板18の他に、絶縁材120及び金属板122が設けられている。金属板122は、第二集電板18にベース部142側から絶縁材120を介して重ね合わされている。
In addition to the second
この第二集電板18及び金属板122は、一例として、上述の第一集電板16及び金属板22と同様の材料で形成されており、延出部144を含む拘束部材114の全体よりも熱膨張率の高い材料で形成されている。この第二集電板18、絶縁材120、及び、金属板122は、上述の空気極30とベース部142との間に介在された介在部160を構成している。
As an example, the second current collecting
そして、この第二実施形態に係る燃料電池110では、燃料電池スタック12の発電発熱時に、第一集電板16、第二集電板18、及び、金属板22,122が加熱される。このとき、積層方向Hにおける一方側に設けられたセパレータ32が延出部44によってベース部42に対して拘束されると共に、積層方向Hにおける他方側に設けられたセパレータ32が延出部144によってベース部142に対して拘束される。また、このように各セパレータ32が拘束された状態で、第一集電板16、第二集電板18、及び、金属板22,122が熱膨張する。
In the
そして、第一集電板16及び金属板22の熱膨張に伴って第一集電板16が燃料極28に押し付けられ、燃料極28と第一集電板16との密着度が高まる。同様に、第二集電板18及び金属板122の熱膨張に伴って第二集電板18が空気極30に押し付けられ、空気極30と第二集電板18との密着度が高まる。
As the first
なお、上述の第二集電板18及び金属板122の少なくとも一方は、燃料電池スタック12の発電発熱時に拘束部材114の延出部144よりも積層方向Hへの熱膨張量が多くなるように、その材料及び体積の少なくとも一方が設定されている。
Note that at least one of the second current collecting
このように、第二実施形態によれば、燃料電池スタック12の両側に、ベース部42,142、延出部44,144、及び、介在部60,160がそれぞれ設けられているので、燃料極28と第一集電板16との密着度、及び、空気極30と第二集電板18との密着度をそれぞれ高めることができる。これにより、燃料極28と第一集電板16との間での電力伝達損失、及び、空気極30と第二集電板18との間での電力伝達損失を低減することができる。
Thus, according to the second embodiment, the
また、上述のように、圧縮バネを用いずに、第一集電板16を燃料極28に密着させることができると共に、第二集電板18を空気極30に密着させることができる。これにより、圧縮バネを不要とする分、コストアップを抑えつつ、小型化を図ることができる。
Further, as described above, the first
なお、この第二実施形態において、上述の第一実施形態と同様の構成については、第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。 In addition, in this 2nd embodiment, about the structure similar to the above-mentioned 1st embodiment, there can exist an effect similar to 1st embodiment.
また、この第二実施形態において、拘束部材114に設けられたベース部142及び延出部144は、別体とされた上で一体に組み付けられても良い。
In the second embodiment, the
また、介在部160は、金属板122を有していたが、金属板122を有しなくても良い。また、介在部160は、第二集電板18のみを有していても良い。また、介在部160が第二集電板18のみを有する場合(介在部160が第二集電板18によって構成される場合)、拘束部材114のうち少なくともベース部142は、絶縁材料で形成されても良い。
Moreover, although the
また、第二集電板18及び金属板122は、いずれも延出部144を有する拘束部材114の全体よりも熱膨張率の高い材料で形成されていた。しかしながら、上述の如く燃料電池スタック12の発電発熱時に第二集電板18を空気極30に押し付けることができるのであれば、第二集電板18及び金属板122のいずれかは、拘束部材114のうちの少なくとも延出部144と同じ材料か又は延出部144よりも熱膨張率の低い材料で形成されても良い。
Further, the second
また、本実施形態では、燃料電池スタック12の発電発熱時に、第二集電板18及び金属板122が熱膨張し、この熱膨張に伴って第二集電板18が空気極30に押し付けられるようになっていた。しかしながら、例えば、延出部144の方が介在部160よりも高さ方向の寸法が短く形成されることで各部が弾性変形され、これにより、第二集電板18が空気極30に予め押し付けられるように(第二集電板18が燃料電池スタック12の発電発熱前から空気極30に押し付けられるように)構成されていても良い。
Further, in the present embodiment, the second
また、この第二実施形態において、上述の第一実施形態と同様の構成については、第一実施形態と同様の変形例が採用されても良い。 In the second embodiment, the same modification as in the first embodiment may be adopted for the same configuration as in the first embodiment described above.
また、第二実施形態における上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜組み合わされて実施されても良い。 Moreover, the modification which can be combined among the said several modification in 2nd embodiment may be implemented combining suitably.
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図4に示される本発明の第三実施形態に係る燃料電池210は、上述の本発明の第二実施形態に係る燃料電池110(図3参照)に対し、次のように構成が変更されている。本発明の第三実施形態において、上述の第二実施形態と同様の構成については、同一符号を用いる。
The
この第三実施形態に係る燃料電池210において、拘束部材114に設けられた延出部144の先端部144Aは、マニホールド14に設けられた延出部44の先端部44Aに接続部材46を介して固定されている。また、この延出部144は、燃料電池スタック12に対して離間されている。
In the
この第三実施形態に係る燃料電池210において、複数の燃料電池セル24の積層方向Hにおける一方側の端部に設けられた燃料極28は、本発明における「複数の燃料電池セルにおける積層方向一方側の端部に設けられた第一電極」の一例であり、積層方向Hにおける他方側に設けられた空気極30は、本発明における「複数の燃料電池セルにおける積層方向他方側の端部に設けられた第二電極」の一例である。
In the
また、マニホールド14に設けられたベース部42及び延出部44は、本発明における「第一ベース部」及び「第一延出部」の一例であり、拘束部材114に設けられたベース部142及び延出部144は、本発明における「第二ベース部」及び「第二延出部」の一例である。また、燃料電池スタック12の一方側に設けられた介在部60は、本発明における「第一介在部」の一例であり、燃料電池スタック12の他方側に設けられた介在部160は、本発明における「第二介在部」の一例である。
The
この第三実施形態に係る燃料電池210によれば、一方のベース部42から燃料電池スタック12側に延出された延出部44の先端部44Aは、積層方向Hにおける一方側に設けられた燃料極28を保持するセパレータ32に固定されており、この延出部44により、セパレータ32がベース部42に対して拘束される。また、燃料極28とベース部42との間には、介在部60が介在されており、この介在部60は、金属製の第一集電板16及び金属板22によって構成されている。
According to the
従って、燃料電池スタック12の発電発熱時に第一集電板16及び金属板22が加熱された場合には、セパレータ32がベース部42に対して拘束された状態で、介在部60を構成する第一集電板16及び金属板22が熱膨張する。そして、この熱膨張に伴って第一集電板16が燃料極28に押し付けられる。これにより、燃料極28と第一集電板16との密着度を高めることができるので、燃料極28と第一集電板16との間での電力伝達損失を低減することができる。
Accordingly, when the first current collecting
さらに、他方のベース部142から燃料電池スタック12側に延出された延出部144の先端部144Aは、一方の延出部44に固定されており、この他方の延出部144により、他方のベース部142が一方の延出部44に対して拘束される。また、空気極30とベース部142との間には、介在部160が介在されており、この介在部160は、金属製の第二集電板18及び金属板122によって構成されている。
Furthermore, the
従って、燃料電池スタック12の発電発熱時に第二集電板18及び金属板122が加熱された場合には、他方のベース部142が一方の延出部44に対して拘束された状態で、介在部160を構成する第二集電板18及び金属板122が熱膨張する。そして、この熱膨張に伴って複数の燃料電池セル24において重なり合う燃料極28及び空気極30同士が押し付けられると共に、第二集電板18が空気極30に押し付けられる。
Therefore, when the second current collecting
これにより、重なり合う燃料極28及び空気極30同士の密着度を高めることができると共に、空気極30と第二集電板18との密着度を高めることができる。この結果、重なり合う燃料極28及び空気極30間の電力伝達損失、及び、空気極30と第二集電板18との間での電力伝達損失をそれぞれ低減することができる。
As a result, the degree of adhesion between the overlapping
このように、第三実施形態によれば、第一集電板16を燃料極28に密着させることができると共に、第二集電板18を空気極30に密着させることができるだけでなく、複数の燃料電池セル24において重なり合う燃料極28及び空気極30同士も密着させることができる。
As described above, according to the third embodiment, not only can the first current collecting
また、上述のように、圧縮バネを用いずに各部材を密着させることができるので、圧縮バネを不要とする分、コストアップを抑えつつ、小型化を図ることができる。 In addition, as described above, since each member can be brought into close contact without using a compression spring, it is possible to reduce the size while suppressing an increase in cost because the compression spring is unnecessary.
なお、この第三実施形態において、上述の第一及び第二実施形態と同様の構成については、第一及び第二実施形態と同様の作用効果を奏することができる。 In addition, in this 3rd embodiment, there can exist an effect similar to 1st and 2nd embodiment about the structure similar to the above-mentioned 1st and 2nd embodiment.
また、この第三実施形態において、拘束部材114に設けられた延出部144の先端部144Aは、延出部44ではなく、ベース部42に固定されても良く、また、ベース部42及び延出部44の両方に固定されても良い。
In the third embodiment, the
また、この第三実施形態において、上述の第一及び第二実施形態と同様の構成については、第一及び第二実施形態と同様の変形例が採用されても良い。 In the third embodiment, the same modification as in the first and second embodiments may be adopted for the same configuration as in the first and second embodiments described above.
以上、本発明の一態様について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. is there.
10…燃料電池、12…燃料電池スタック、14…マニホールド、16…第一集電板(集電板の一例)、16A…周縁、18…第二集電板、20…絶縁材、22…金属板、24…燃料電池セル、26…電解質層、28…燃料極(複数の燃料電池セルにおける積層方向の端部に設けられた電極、及び、第一電極の一例)、30…空気極(第二電極の一例)、32…セパレータ(電極保持部の一例)、34…燃料搬送路、36…空気搬送路、38…燃料搬送溝、40…空気搬送溝、42…ベース部(第一ベース部の一例)、44…延出部(第一延出部の一例)、44A…先端部、46…接続部材、48…第一壁部、50…第二壁部、54…燃料供給路、56…空気供給路、58…電気取出部、60…介在部(第一介在部の一例)、110…燃料電池、114…拘束部材、120…絶縁材、122…金属板、142…ベース部(第二ベース部の一例)、144…延出部(第二延出部の一例)、144A…先端部、146…接続部材、160…介在部(第二介在部の一例)、210…燃料電池
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記複数の燃料電池セルにおける積層方向の端部に設けられた電極に対して前記積層方向の延長方向に離間して設けられたベース部と、
前記ベース部から前記燃料電池スタック側に延出され、先端部が前記燃料電池スタックにおいて前記電極を保持する電極保持部に固定された延出部と、
前記電極に重ね合わされた金属製の集電板によって構成されるか、又は、前記集電板と、絶縁材と、前記集電板に前記絶縁材を介して重ね合わされた金属板とによって構成されて、前記電極と前記ベース部との間に介在され、かつ、前記燃料電池スタックの発電発熱時に、前記集電板の熱膨張、又は、前記集電板及び前記金属板の熱膨張に伴って前記集電板が前記電極に押し付けられる介在部と、
を備えた燃料電池。 A fuel cell stack having a plurality of stacked fuel cells in solid oxide form;
A base portion provided apart from an electrode provided at an end portion in the stacking direction of the plurality of fuel cells in the extending direction of the stacking direction;
An extension part extending from the base part to the fuel cell stack side, and a tip part fixed to an electrode holding part for holding the electrode in the fuel cell stack;
It is constituted by a metal current collecting plate superimposed on the electrode , or is constituted by the current collecting plate, an insulating material, and a metal plate superimposed on the current collecting plate via the insulating material. And the thermal expansion of the current collector plate or the thermal expansion of the current collector plate and the metal plate during the heat generation of the fuel cell stack interposed between the electrode and the base portion An interposition part where the current collector plate is pressed against the electrode ;
A fuel cell.
前記マニホールドは、前記ベース部及び前記延出部を有する、
請求項1に記載の燃料電池。 A manifold for supplying fuel gas and air gas to the plurality of fuel cells;
The manifold includes the base portion and the extension portion.
The fuel cell according to claim 1.
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池。 The interposition part is configured by the current collector plate, the insulating material, and the metal plate superimposed on the current collector plate via the insulating material ,
The fuel cell according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の燃料電池。 At least one of the current collector plate and the metal plate is formed of a material having a higher coefficient of thermal expansion than the extending portion.
The fuel cell according to claim 3.
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の燃料電池。 The extending portion is provided on a side of the current collector plate,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池。 The extension part is provided on the side of both sides of the current collector plate,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の燃料電池。 The extension part is formed along the periphery of the current collector plate,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 6.
請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載の燃料電池。 The connection area between the electrode and the current collector plate is larger than the connection area between the extension part and the electrode holding part,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 7.
請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の燃料電池。 The base part, the extension part, and the interposition part are provided only on one side of the fuel cell stack,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 8.
請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の燃料電池。 The base part, the extension part, and the interposition part are provided on both sides of the fuel cell stack,
The fuel cell according to any one of claims 1 to 9.
前記複数の燃料電池セルにおける積層方向一方側の端部に設けられた第一電極に対して前記積層方向の延長方向に離間して設けられた第一ベース部と、
前記複数の燃料電池セルにおける積層方向他方側の端部に設けられた第二電極に対して前記積層方向の延長方向に離間して設けられた第二ベース部と、
前記第一ベース部から前記燃料電池スタック側に延出され、先端部が前記燃料電池スタックにおいて前記第一電極を保持する電極保持部に固定された第一延出部と、
前記第二ベース部から前記燃料電池スタック側に延出され、先端部が前記第一ベース部及び前記第一延出部の少なくとも一方に固定された第二延出部と、
前記第一電極に重ね合わされた金属製の第一集電板によって構成されるか、又は、前記第一集電板と、第一絶縁材と、前記第一集電板に前記第一絶縁材を介して重ね合わされた第一金属板とによって構成されて、前記第一電極と前記第一ベース部との間に介在され、かつ、前記燃料電池スタックの発電発熱時に、前記第一集電板の熱膨張、又は、前記第一集電板及び前記第一金属板の熱膨張に伴って前記第一集電板が前記第一電極に押し付けられる第一介在部と、
前記第二電極に重ね合わされた金属製の第二集電板によって構成されるか、又は、前記第二集電板と、第二絶縁材と、前記第二集電板に前記第二絶縁材を介して重ね合わされた第二金属板とによって構成されて、前記第二電極と前記第二ベース部との間に介在され、かつ、前記燃料電池スタックの発電発熱時に、前記第二集電板の熱膨張、又は、前記第二集電板及び前記第二金属板の熱膨張に伴って前記第二集電板が前記第二電極に押し付けられる第二介在部と、
を備えた燃料電池。 A fuel cell stack having a plurality of stacked fuel cells in solid oxide form;
A first base portion provided apart from the first electrode provided at one end in the stacking direction of the plurality of fuel cells in the extending direction of the stacking direction;
A second base portion provided apart from the second electrode provided at the end portion on the other side in the stacking direction of the plurality of fuel cells, in the extending direction of the stacking direction;
A first extension portion extending from the first base portion toward the fuel cell stack side, and a tip portion fixed to an electrode holding portion for holding the first electrode in the fuel cell stack;
A second extending portion extending from the second base portion toward the fuel cell stack, and having a tip portion fixed to at least one of the first base portion and the first extending portion;
It is constituted by a metal first current collecting plate superimposed on the first electrode , or the first current collecting plate, the first insulating material, and the first current collecting plate on the first insulating material And the first current collector plate is interposed between the first electrode and the first base portion , and when the fuel cell stack generates heat, the first current collector plate. Or a first interposition part in which the first current collector plate is pressed against the first electrode in accordance with the thermal expansion of the first current collector plate and the first metal plate ;
It is comprised by the metal 2nd current collector plate piled up by said 2nd electrode , or said 2nd current collector plate, a 2nd insulating material, and said 2nd current collector plate to said 2nd insulating material And the second current collector plate is interposed between the second electrode and the second base portion , and when generating heat from the fuel cell stack, the second current collector plate. Or a second interposition part in which the second current collector plate is pressed against the second electrode in accordance with the thermal expansion of the second current collector plate and the second metal plate ,
A fuel cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014062588A JP6290676B2 (en) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014062588A JP6290676B2 (en) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015185466A JP2015185466A (en) | 2015-10-22 |
JP6290676B2 true JP6290676B2 (en) | 2018-03-07 |
Family
ID=54351753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014062588A Active JP6290676B2 (en) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6290676B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111937207B (en) * | 2018-03-29 | 2021-10-08 | 日产自动车株式会社 | Solid oxide fuel cell |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3007823B2 (en) * | 1995-09-08 | 2000-02-07 | 大阪瓦斯株式会社 | Fuel cell |
US7001685B2 (en) * | 2002-06-24 | 2006-02-21 | Delphi Technologies, Inc. | Fuel cell stack assembly load frame with compression spring |
JP4461949B2 (en) * | 2004-08-04 | 2010-05-12 | 三菱マテリアル株式会社 | Solid oxide fuel cell |
JP2007053043A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Manifold structure of fuel cell and method of manufacturing same |
JP5203569B2 (en) * | 2006-02-03 | 2013-06-05 | 日本特殊陶業株式会社 | Solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell stack |
JP5242994B2 (en) * | 2007-11-07 | 2013-07-24 | 日本特殊陶業株式会社 | Solid oxide fuel cell |
JP5437222B2 (en) * | 2010-12-01 | 2014-03-12 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell stack |
-
2014
- 2014-03-25 JP JP2014062588A patent/JP6290676B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015185466A (en) | 2015-10-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11735758B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack | |
JP5065367B2 (en) | Fuel cell module | |
JP5088539B2 (en) | Solid oxide fuel cell | |
JP5542568B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device | |
JP5429748B2 (en) | Fuel cell module | |
JP2011129489A (en) | Fuel cell module | |
JP2015153672A (en) | fuel cell stack | |
JP5551495B2 (en) | Fuel cell module | |
JP5191303B2 (en) | Fuel cell | |
KR20150113128A (en) | Fuel cell and fuel cell stack | |
JP6290676B2 (en) | Fuel cell | |
JP2002260706A (en) | Fuel cell | |
JP5100036B2 (en) | Fuel cell stack device, fuel cell stack coupling device and fuel cell | |
JP5241430B2 (en) | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP4942854B2 (en) | Current collecting structure in fuel cell stack | |
JP5334731B2 (en) | Fuel cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP2007149618A (en) | Current collection structure in fuel battery cell stack | |
JPH1125999A (en) | Solid electrolyte fuel cell | |
JP5469050B2 (en) | Flat type solid oxide fuel cell stack | |
JP2011175854A (en) | Cell stack unit, fuel battery module, and fuel battery device | |
JP5110857B2 (en) | Cell stack and fuel cell | |
JP6117690B2 (en) | Cell stack device, fuel cell module and fuel cell device | |
JP6687463B2 (en) | Cell stack device, module and module storage device | |
JP6560883B2 (en) | Fuel cell unit and manufacturing method thereof | |
JP5681240B2 (en) | Flat fuel cell stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170123 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20171024 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20171025 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20171213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180208 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6290676 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |