CN114824401A - 单电池堆装置、单电池堆模块及单电池堆模块的容纳装置 - Google Patents

单电池堆装置、单电池堆模块及单电池堆模块的容纳装置 Download PDF

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CN114824401A CN202210447773.9A CN202210447773A CN114824401A CN 114824401 A CN114824401 A CN 114824401A CN 202210447773 A CN202210447773 A CN 202210447773A CN 114824401 A CN114824401 A CN 114824401A
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Abstract

本发明涉及单电池堆装置、单电池堆模块及单电池堆模块的容纳装置。具备：单电池堆(5)，在立设了多个柱状的单电池(3)的状态下将其进行排列并电连接而构成，该单电池在内部具有气体流路；歧管(4)，用于将单电池(3)的下端固定并且向单电池(3)的气体流路供给气体；和气体供给管(9)，用于向歧管(4)供给气体，该气体供给管(9)的一端与气体供给部(6)连接，并且另一端被插入到设置于歧管(4)的第1贯通孔(14)并且经由第1接合部(17)而与歧管(4)接合，在沿着气体供给管(9)的插入方向的任意的剖面，气体供给管(9)在第1接合部(17)所对应的位置，具有向气体供给管(9)的内侧突出的第1凸部(19)。

Description

单电池堆装置、单电池堆模块及单电池堆模块的容纳装置
本申请是申请号为201880025037.6、发明名称为“单电池堆装置、模块以及模块容纳装置”、申请日为2018年03月23日的PCT国际申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及单电池堆装置、模块以及模块容纳装置。
背景技术
近年来，作为下一代能量，例如，日本专利第5766132号公报(以下，称为专利文献1。)中，提出了一种单电池堆装置，该单电池堆装置是能够使用燃料气体(含氢气体)和含氧气体(空气)来得到电力的单电池的一种，即多个燃料电池单电池与歧管排列而成。
此外，例如，日本专利第5873949号公报(以下，称为专利文献2。)中，提出了如下装置：在歧管，设置用于向其内部空间导入气体的导入管，该导入管的一端部被插入到设置于歧管的贯通孔，导入管与歧管经由接合部而被接合。
发明内容
本公开的单电池堆装置具备：单电池堆，在立设了多个柱状的单电池的状态下将多个所述单电池进行排列并电连接而构成，所述单电池在内部具有气体流路；歧管，用于将所述单电池的下端固定并且向所述单电池的所述气体流路供给气体；和气体供给管，用于向所述歧管供给所述气体，该气体供给管的一端与气体供给部连接，并且另一端被插入到设置于所述歧管的第1贯通孔并且经由第1接合部而与所述歧管接合，在沿着所述气体供给管的插入方向的任意的剖面，所述气体供给管在所述第1接合部所对应的位置，具有向所述气体供给管的内侧突出的第1凸部。
本公开的模块在收纳容器内收纳上述单电池堆装置而成。
本公开的模块容纳装置将模块、和用于使该模块进行工作的辅助机器收纳于外壳内而成。
附图说明
图1是表示本实施方式的单电池堆装置的一个例子的侧视图以及局部剖视图。
图2的A是表示图1的A部的一个例子的放大的垂直方向的剖视图，图2的B是在图2的A的X-X线切断的水平方向的剖视图。
图3A是表示图2的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
图3B是表示图2的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
图3C是表示图2的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
图4是表示图1的A部的另一个例子的放大的垂直方向的剖视图。
图5是表示图1的A部的另一个例子的放大的垂直方向的剖视图。
图6A是表示本实施方式的单电池堆装置的另一个例子的外观立体图。
图6B是将图6A所示的单电池堆装置的一部分省略的俯视图。
图7是图6B的Y-Y剖视图中一部分的侧视图。
图8的A是表示图7的B部的一个例子的放大的垂直方向的剖面部，图8的B是在图8的A的Z-Z线切断的水平方向的剖视图。
图9A是表示图8的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
图9B是表示图8的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
图9C是表示图8的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
图10是表示图7的B部的另一个例子的放大的垂直方向的剖视图。
图11是表示图7的B部的另一个例子的放大的垂直方向的剖视图。
图12是表示本实施方式的模块的一个例子的外观立体图。
图13是将本实施方式的模块收纳装置的一个例子省略一部分来表示的立体图。
具体实施方式
使用图1～图13，对本公开的单电池堆装置、模块以及模块容纳装置的一个例子进行说明。
图1是表示本实施方式的单电池堆装置的一个例子的侧视图，为了容易理解一部分而设为局部剖视图。此外，图2的A是表示图1的A部的一个例子的放大的垂直方向的剖视图，图2的B是在图2的A的X-X线切断的水平方向的剖视图。另外，以下的附图中，针对同一部件赋予同一编号。
图1所示的单电池堆装置1在使具有气体从一端向另一端在内部流通的气体流路(未图示)的单电池3立设的状态下排列为一列并且相邻的单电池3之间经由导电部件(未图示)来串联电连接。进一步地，图1所示的单电池堆装置1具备一个通过玻璃密封材料等的绝缘性粘接材料(未图示)而将单电池3的下端固定于歧管4而成的单电池堆5。
此外，在单电池堆5的上方，配置作为用于生成向单电池3供给的气体的气体供给部的改质器6。另外，在以下的说明中，只要没有特别说明，则将气体供给部说明为改质器6。
此外，在单电池堆5的端部，配置用于将由于单电池堆5(单电池3)的发电而产生的电气集电并引出到外部的、具有导电部12的端部导电部件11。
另外，也能够将单电池堆装置1设为包含改质器6。
此外，在图1中，作为单电池3，示例了具有多个气体在内部在长边方向流通的气体流路的中空平板型、且在具有气体流路的支承体的表面、将内侧电极层、固体电解质层以及外侧电极层依次层叠而成的固体氧化物形的单电池3。另外，在以下的说明中，只要没有特别说明，将内侧电极层说明为燃料极层，将外侧电极层说明为氧极层。
这里，单电池3的燃料极层与氧极层隔着固体电解质层而对置的部分作为发电的元件部而发挥功能。也就是说，在氧极层的外侧流过空气等的含氧气体，并且在支承体内的气体通路流过燃料气体(含氢气体)，通过加热到规定的工作温度从而发电。并且，通过该发电而生成的电流经由上述的端部导电部件11而被集电。
此外，在图1所示的改质器6中，对经由原燃料供给管10而被供给的天然气体、灯油等的原燃料进行改质并生成气体。另外，改质器6能够设为能够进行效率较高的改质反应即水蒸气改质的构造，具备：用于使水气化的气化部7、配置有用于将原燃料改质为气体的改质催化剂(未图示)的改质部8。并且，由改质器6生成的气体经由气体供给管9而被供给到歧管4，从歧管4供给到设置于单电池3的内部的气体流路。
另外，图1中，气体供给管9以及歧管4通过剖视图来表示，除此以外通过侧视图来表示。
此外，在本实施方式中，气体供给管9的一端与改质器6连接，并且另一端被插入到设置于歧管4的第1贯通孔14，经由第1接合部17而与歧管4接合。
另外，在单电池堆装置1中，在由于燃料电池的发电时产生的热量导致气体供给管9变形或者移动的情况下，根据气体供给管9的形状，在气体供给管9与歧管4的第1接合部17可能产生疲劳破坏等导致的裂缝、破裂。因此，在使气体供给管9与歧管4的接合稳固时，存在改善的余地。
因此，在本实施方式中，如图2的A所示，气体供给管9在第1接合部17所对应的位置，具有向气体供给管9的内侧突出的第1凸部19。由此，即使气体供给管9变形或者移动，通过第1凸部19，在第1接合部17所对应的位置，第1凸部19处的气体供给管9的厚度t1成为厚壁，从而气体供给管9的剖面积增加，能够抑制在该气体供给管9所接合的第1接合部17产生疲劳破坏等所导致的裂缝、破裂。由此，能够将气体供给管9与歧管4稳固地接合，其结果，能够提高气体供给管9与歧管4的接合可靠性。
这里，第1凸部19处的气体供给管9的厚度t1如图2的A、B所示，是对气体供给管9本身的厚度t11加上第1凸部19的最厚的厚度t12后得到的厚度。
如图2的B所示，第1凸部19从增加气体供给管9的剖面积的观点出发，能够遍及气体供给管9的内面的整周而设置。由此，能够抑制在气体供给管9所接合的第1接合部17产生疲劳破坏等所导致的裂缝、破裂。
图3A、图3B、图3C是表示图2的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
图3A、图3B中，表示第1凸部19处的气体供给管9的厚度遍及整周不均匀的例子。
如图3A所示，厚度较薄的部分与厚度较厚的部分可以为线对称，此外，也可以如图3B那样，厚度较薄的部分与厚度较厚的部分偏离。这样，即使第1凸部19处的气体供给管9的厚度遍及整周而不均匀，也与气体供给管9为厚壁同样地，能够抑制在该部分产生裂缝、破裂。
另一方面，第1凸部19不必遍及整周而被设置，也可以如图3C那样，第1凸部19仅被设置于一部分。这样，即使在第1凸部19仅被设置于一部分的情况下，也能够抑制在气体供给管9为厚壁的部分产生裂缝、破裂。
气体供给管9的厚度例如能够为0.5mm～1.0mm，第1凸部19的厚度例如能够设为0.1mm～0.5mm。
图4以及图5是表示图1的A部的另一个例子的放大了的垂直方向的剖视图。
在图4所示的例子中，在歧管4中的第1贯通孔14的外周部，具有沿着气体供给管9向改质器6侧延伸的第1折弯部4c，该第1折弯部4c的上端部与气体供给管9经由第1接合部17而被接合。通过歧管4具有第1折弯部4c，从而歧管4与气体供给管9容易接合，此外，容易向第1贯通孔14插入气体供给管9。另外，第1折弯部4c的高度H1例如能够设为2mm～5mm。
在图5所示的例子中，第1折弯部4c的上端部的厚度t3比第1折弯部4c的中央部的厚度t4厚，并且比第1折弯部4c的下端部的厚度t5薄。换言之，第1折弯部4c是相对于上端部，中央部凹陷、下端部扩展的形状。由此，由于第1折弯部4c的上端部的剖面积变大，因此第1折弯部4c的上端部与气体供给管9经由第1接合部17而被稳固地接合。进一步地，通过中央部相对于第1折弯部4c的上端部凹陷，从而中央部的厚度t4在厚度t3、厚度t4、厚度t5之内，是厚度最薄的厚度，能够在该厚度较薄的中央部，缓和气体供给管9变形或者移动时产生的应力。由此，能够将气体供给管9与歧管4稳固地接合。此外，进一步地，通过第1折弯部4c的下端部扩展，从而第1折弯部4c与歧管4之间成为钝角并成为平滑的形状，因此能够缓和气体供给管9变形或者移动时产生的应力。其结果，能够抑制在第1折弯部4c与歧管4之间产生裂缝、破裂。
在第1折弯部4c，厚度t3例如能够为0.6mm～0.8mm，厚度t4例如能够为0.5mm～0.6mm，厚度t5例如能够设为0.9mm～1.2mm。
图6A是表示本实施方式的单电池堆装置的另一个例子的外观立体图，图6B是将图6A所示的单电池堆装置的一部分省略了的俯视图。此外，图7通过图6B的Y-Y线剖视图，以剖视图来表示气体供给管9、歧管4以及整流板16，以侧视图来表示除此以外的部分。
图6A、图6B以及图7所示的单电池堆装置111中的歧管4具有主体部4a和凸缘部4b，该主体部4a具有与气体流路连通的空间，该凸缘部4b从主体部4a突出，经由主体部4a的空间，向单电池3提供气体。气体供给管9的另一端从第1面n1侧插入到贯通凸缘部4b而设置的第1贯通孔14并与歧管4接合，进一步地，从第2面n2侧插入到贯通主体部4a而设置的第2贯通孔15并与歧管4接合。并且，歧管4具有与气体供给管9的另一端分离并且覆盖该另一端的整流板16。换言之，整流板16为了提高流量分配率，相对于从第2贯通孔15流出的气体的流出方向而被垂直没置。此外，整流板16具有开口部。该开口部也可以被设置为向单电池堆5之中远离整流板16的端部的单电池3流出气体。另外，所谓第1面n1以及第2面n2，是指歧管4中，将单电池堆5被接合且被搭载的一侧的面设为第1面n1，将与该第1面相反的一侧的面设为第2面n2。
图8的A是表示图7的B部的一个例子的放大的垂直方向的剖视图，图8的B是在图8的A的Z-Z线切断的水平方向的剖视图。在本实施方式中，气体供给管9的另一端与歧管4经由第2接合部18而接合。这里，在本实施方式中，如图8的A所示，气体供给管9在第2接合部18所对应的位置，具有向气体供给管9的内侧突出的第2凸部20。由此，即使气体供给管9变形或者移动，通过第2凸部20，在第2接合部18所对应的位置，第2凸部20处的气体供给管9的厚度t2变为厚壁，从而气体供给管9的剖面积增加，能够抑制在该气体供给管9所接合的第2接合部18产生疲劳破坏等所导致的裂缝、破裂。由此，能够将气体供给管9与歧管4稳固地接合，其结果，能够提高气体供给管9与歧管4的接合可靠性。
这里，第2凸部20处的气体供给管9的厚度t2如图8的A、B所示，是对气体供给管9本身的厚度t21加上第2凸部20最厚的厚度t22所得到的厚度。
如图8的B所示，第2凸部20从增加气体供给管9的剖面积的观点出发，能够遍及气体供给管9的内面的整周而设置。由此，能够抑制在气体供给管9所接合的第1接合部17产生疲劳破坏等所导致的裂缝、破裂。
图9A、图9B、图9C是表示图8的B的另一个例子的水平方向的剖视图。
在图9A、图9B中，表示第2凸部20处的气体供给管9的厚度遍及整周不均匀的例子。
如图9A那样，厚度较薄的部分与厚度较厚的部分可以为线对称，此外，也可以如图9B那样，厚度较薄的部分与厚度较厚的部分偏离。这样，即使第2凸部20处的气体供给管9的厚度遍及整周而不均匀，也与气体供给管9为厚壁同样地，能够抑制在该部分产生裂缝、破裂。
另一方面，第2凸部20不必遍及整周而被设置，如图9C那样，也可以第2凸部20仅被设置于一部分。这样，即使在第2凸部20仅被设置于一部分的情况下，也能够抑制在气体供给管9为厚壁的部分产生裂缝、破裂。
气体供给管9的厚度例如能够为0.5mm～1.0mm，第2凸部20的厚度例如能够设为0.1mm～0.5mm。
图10以及图11是表示图7的B部的另一个例子的放大后的垂直方向的剖视图。
在图10所示的例子中，在歧管4中的第2贯通孔15的外周部，具有沿着气体供给管9向改质器6侧延伸的第2折弯部4d，该第2折弯部4d的上端部与气体供给管9经由第2接合部18而接合。通过歧管4具有第2折弯部4d，从而歧管4与气体供给管9容易接合，此外，容易向第2贯通孔15插入气体供给管9。另外，第2折弯部4d的高度H2例如能够设为2mm～5mm。
在图11所示的例子中，第2折弯部4d的上端部的厚度t6比第2折弯部4d的中央部的厚度t7厚，并且比第2折弯部4d的下端部的厚度t8薄。换言之，第2折弯部4d是相对于上端部、中央部凹陷、下端部扩展的形状。由此，由于第2折弯部4d的上端部的剖面积变大，因此第2折弯部4d的上端部与气体供给管9经由第2接合部18而被稳固地接合。进一步地，通过中央部相对于上端部凹陷，从而中央部的厚度t7为厚度t6、厚度t7、厚度t8之内、厚度最薄的厚度，能够通过该厚度较薄的中央部来缓和气体供给管9变形或者移动时产生的应力。由此，能够将气体供给管9与歧管4稳固地接合。此外，进一步地，通过第2折弯部4d的下端部扩展，从而第2折弯部4d与歧管4之间成为钝角且成为平滑的形状，因此能够缓和气体供给管9变形或者移动时产生的应力。其结果，能够抑制在第2折弯部4d与歧管4之间产生裂缝、破裂。
在第2折弯部4d，厚度t6例如能够为0.6mm～0.8mm，厚度t7例如能够为0.5mm～0.6mm，厚度t8例如能够设为0.9mm～1.2mm。
对以上说明的本实施方式的歧管4的制作方法的一个例子进行说明。例如以下详细叙述图7所示的、第1贯通孔14形成于凸缘部4b、第2贯通孔15形成于主体部4a的歧管4的制作方法。
第1贯通孔14通过冲孔加工等的加工法来贯通凸缘部4b而形成。第2贯通孔15也同样地，通过冲孔加工等的加工法来贯通主体部4a而形成。
气体供给管9与歧管4接合的第1接合部17以及第2接合部18能够通过使用冶金的接合法来将歧管4的外侧表面与气体供给管9接合从而设置。所谓冶金的接合法，是指通过熔焊、压接或者焊接来接合的方法。作为熔焊的例子，举例激光焊接、等离子体电弧焊接、惰性气体电弧焊接、磁焊或者气体焊接等。此外，作为压接的例子，举例超声波焊接、摩擦焊接或者爆发焊接等。
此外，在歧管4中，在将第1折弯部4c、第2折弯部4d分别与第1贯通孔14以及第2贯通孔15的外周部一体地设置中，能够使用第1折弯部4c、第2折弯部4d的形状的模具，通过冲压加工等的加工法来制作。此外，在将第1折弯部4c、第2折弯部4d分别与第1贯通孔14以及第2贯通孔15的外周部独立设置的情况下，准备第1折弯部4c、第2折弯部4d的形状的部件，通过上述的冶金的接合法来将各自的部件与第1贯通孔14以及第2贯通孔15的外周部接合即可。
图12是表示将单电池堆装置111收纳于收纳容器内而成的模块即燃料电池模块的一个例子的外观立体图，在长方体状的收纳容器22的内部，收纳图6A所示的单电池堆装置111而构成。
另外，为了得到单电池3中使用的燃料气体，将用于对天然气体、灯油等的原燃料进行改质并生成燃料气体的改质器6配置于单电池堆5的上方。并且，改质器6中生成的燃料气体经由气体供给管9而被供给到歧管4，经由歧管4而被供给到设置于单电池3的内部的气体通路。
另外，在图12中，表示取下收纳容器22的一部分(前后面)、将收纳于内部的单电池堆装置111以及改质器6取出到后方的状态。在图12所示的模块30中，能够将单电池堆装置111滑动收纳到收纳容器22内。另外，单电池堆装置111也可以包含改质器6。
进一步地，在本实施方式的模块30中，由于将上述的单电池堆装置111收纳于收纳容器22内而成，因此能够设为耐久性提高了的模块30。
图13是表示在外壳内收纳图12所示的模块30和用于使单电池堆装置111进行动作的辅助机器而成的模块收纳装置即燃料电池装置的一个例子的立体图。另外，在图13中，省略表示一部分结构。
图13所示的模块收纳装置40通过分隔板43来将由支柱41和外装板42构成的外壳内划分为上下，将其上方侧设为收纳上述的模块30的模块收纳室44，将下方侧设为收纳用于使模块30进行动作的辅助机器类的辅助机器收纳室45而构成。另外，省略表示在辅助机器收纳室45收纳的辅助机器类。
此外，在分隔板43，设置用于将辅助机器收纳室45的空气向模块收纳室44侧流动的空气流通口46，在构成模块收纳室44的外装板42的一部分，设置用于对模块收纳室44内的空气进行排气的排气口47。
在这样的模块收纳装置40中，如上所述，通过将耐久性提高了的模块30收纳于模块收纳室44而构成，从而能够设为耐久性提高了的模块收纳装置40。
另外，例如，在上述方式总使用被称为所谓的纵向条纹型的单电池来进行了说明，一般也能够使用将被称为横向条纹型的多个发电元件部设置在支承基板上而成的横向条纹型的单电池或者所谓的圆筒型的单电池。
-符号说明-
1、111：单电池堆装置
3：单电池
4：歧管
4a：主体部
4b：凸缘部
4c：第1折弯部
4d：第2折弯部
5：单电池堆
6：气体供给部(改质器)
9：气体供给管
14：第1贯通孔
15：第2贯通孔
17：第1接合部
18：第2接合部
19：第1凸部
20：第2凸部
30：模块(燃料电池模块)
40：模块收纳装置(燃料电池装置)
t1：第1凸部处的气体供给管的厚度
t11：气体供给管本身的厚度
t12：第1凸部的最厚的厚度
t2：第2凸部处的气体供给管的厚度
t21：气体供给管本身的厚度
t22：第2凸部的最厚的厚度。

Claims (10)

1.一种单电池堆装置，具备：
单电池堆，具备多个单电池；
歧管，用于向所述单电池供给气体；和
气体供给管，用于向所述歧管供给所述气体，
该气体供给管被插入到设置于所述歧管的第1贯通孔并且经由第1接合部而与所述歧管接合，所述气体供给管在所述第1接合部所对应的位置具有第1凸部，该第1凸部具有比其他部位厚的厚度。
2.根据权利要求1所述的单电池堆装置，其中，
所述第1凸部遍及所述气体供给管的内面的整周而被设置。
3.根据权利要求2所述的单电池堆装置，其中，
所述第1凸部处的所述气体供给管的厚度遍及整周而不均匀。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的单电池堆装置，其中，
所述第1凸部与所述第1接合部的自所述歧管分离的部位对应地配置。
5.根据权利要求1至3的任意一项所述的单电池堆装置，其中，
所述歧管具有主体部和凸缘部，所述凸缘部从主体部突出，
该凸缘部具有所述第1贯通孔，所述主体部具有第2贯通孔，
所述气体供给管具有第一端及第二端，所述第一端与所述气体供给管连接，
向所述第2贯通孔插入所述气体供给管的所述第二端，该第二端与所述歧管经由第2接合部而被接合，
所述气体供给管在所述第2接合部所对应的位置，具有第2凸部，该第2凸部具有比其他部位厚的厚度。
6.根据权利要求5所述的单电池堆装置，其中，
所述第2凸部遍及所述气体供给管的内面的整周而被设置。
7.根据权利要求6所述的单电池堆装置，其中，
所述第2凸部处的所述气体供给管的厚度遍及整周而不均匀。
8.根据权利要求5所述的单电池堆装置，其中，
所述第2凸部与所述第2接合部的自所述歧管分离的部位对应地配置。
9.一种单电池堆模块，在收纳容器内收纳权利要求1至权利要求8的任意一项所述的单电池堆装置而成。
10.一种单电池堆模块的容纳装置，将权利要求9所述的单电池堆模块、和用于使该单电池堆模块进行工作的辅助机器收纳于外壳内而成。
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