DE112019000027T5

DE112019000027T5 - Zellenstapelvorrichtung

Info

Publication number: DE112019000027T5
Application number: DE112019000027.6T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Ogasawara; Hirofumi Kan; Makoto Ohmori; Takashi Ryu
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2039-03-02
Also published as: JP6547052B1; CN112352338A; WO2020012699A1; DE112019000027B4; CN112352338B; JP2020017514A

Abstract

Eine Zellenstapelvorrichtung (100) enthält einen Verteiler (2), eine Brennstoffzelle (10) und einen Ausstoßabschnitt (12) für sauerstoffhaltiges Gas. Der Verteiler (2) enthält eine Brenngas-Zufuhrkammer (21) und eine Brenngas-Sammelkammer (22). Die Brennstoffzelle (10) erstreckt sich von dem Verteiler (2) nach oben. Der Ausstoßabschnitt (12) für sauerstoffhaltiges Gas ist von der Mitte der Brennstoffzelle (10) nach oben angeordnet. Der Ausstoßabschnitt (12) für sauerstoffhaltiges Gas stößt sauerstoffhaltiges Gas zu der Brennstoffzelle (10) aus. Ein Trägersubstrat (4) der Brennstoffzelle (10) enthält einen ersten Gaskanal (43) und einen zweiten Gaskanal (44). Der erste Gaskanal (43) ist mit einer Brenngas-Zufuhrkammer (21) verbunden, während der zweite Gaskanal (44) mit der Brenngas-Sammelkammer (22) verbunden ist. Der erste Gaskanal (43) und der zweite Gaskanal (44) sind in einem oberen Endabschnitt der Brennstoffzelle (10) miteinander verbunden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zellenstapelvorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es ist eine Zellenstapelvorrichtung, die eine Brennstoffzelle und einen Verteiler zum Zuführen von Gas zu der Brennstoffzelle enthält, bekannt. Die Brennstoffzelle enthält ein Trägersubstrat, das mit einem Gaskanal versehen ist, und einen durch das Trägersubstrat getragenen Leistungserzeugungselementabschnitt. Das Speisegas wird von einem unteren Endabschnitt des Trägersubstrats dem Gaskanal zugeführt, wohingegen das nichtumgesetzte Gas von einem oberen Endabschnitt des Trägersubstrats zur Außenseite ausgestoßen wird.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2016-171064A
ZUSAMMENFASSUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Es gibt einen Bedarf an einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Gasverwendung in einer Zellenstapelvorrichtung, wie sie oben beschrieben worden sind. Im Hinblick darauf beabsichtigt die vorliegende Erfindung, eine Zellenstapelvorrichtung zu schaffen, die den Wirkungsgrad der Gasverwendung verbessern kann.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Zellenstapelvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält einen Verteiler, eine Brennstoffzelle und einen Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas. Der Verteiler enthält eine Brenngas-Zufuhrkammer und eine Brenngas-Sammelkammer. Die Brennstoffzelle erstreckt sich von dem Verteiler nach oben. Der Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas ist von der Mitte der Brennstoffzelle nach oben angeordnet. Der Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas ist konfiguriert, sauerstoffhaltiges Gas zu der Brennstoffzelle auszustoßen. Die Brennstoffzelle enthält ein flaches Trägersubstrat und einen Leistungserzeugungselementabschnitt, der auf einer Hauptfläche des Trägersubstrats angeordnet ist. Das Trägersubstrat enthält wenigstens einen ersten Gaskanal und wenigstens einen zweiten Gaskanal. Der erste Gaskanal ist mit der Brenngas-Zufuhrkammer verbunden und erstreckt sich von der Brenngas-Zufuhrkammer nach oben. Der zweite Gaskanal ist mit der Brenngas-Sammelkammer verbunden und erstreckt sich von der Brenngas-Sammelkammer nach oben. Der erste Gaskanal und der zweite Gaskanal sind in einem oberen Endabschnitt der Brennstoffzelle miteinander verbunden.
Bei dieser Konfiguration strömt das nichtumgesetzte Gas in dem Gas, das durch den ersten Gaskanal geströmt ist, durch den zweiten Gaskanal, während das nichtumgesetzte Gas in dem Gas, das durch den zweiten Gaskanal geströmt ist, in der Gassammelkammer des Gasverteilers gesammelt wird. Folglich ist es möglich, den Wirkungsgrad der Gasverwendung zu verbessern.
Außerdem weist die Brennstoffzelle, die ausgebildet ist, wie oben beschrieben wurde, eine Temperaturverteilung auf, so dass die Temperatur eines oberen Abschnitts, der sich außerhalb der Mitte befindet, höher ist. Um die Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung zu verringern, ist in der Zellenstapelvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung der Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas von der Mitte der Brennstoffzelle nach oben angeordnet, wobei er konfiguriert ist, sauerstoffhaltiges Gas zu der Brennstoffzelle auszustoßen. Folglich nimmt die Temperatur des oberen Abschnitts, der sich außerhalb der Mitte der Brennstoffzelle befindet, aufgrund des sauerstoffhaltigen Gases ab und kann die Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung verringert werden.
Bevorzugt ist der Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas konfiguriert, das sauerstoffhaltige Gas nach unten auszustoßen.
Bevorzugt ist der Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas auf einer Oberseite der Brennstoffzelle angeordnet, wobei er konfiguriert ist, sauerstoffhaltiges Gas von der Oberseite der Brennstoffzelle zu der Brennstoffzelle auszustoßen.
Bevorzugt ist der erste Gaskanal auf einer ersten Seite in einer Breitenrichtung der Brennstoffzelle angeordnet, während der zweite Gaskanal auf einer zweiten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzelle angeordnet ist. Die Zellenstapelvorrichtung enthält ferner Ausstoßrichtungs-Einstellmittel. Die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel sind in einem unteren Endabschnitt der Brennstoffzelle konfiguriert, eine Richtung einzustellen, in der das sauerstoffhaltige Gas ausgestoßen wird.
Bevorzugt sind die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel konfiguriert, zu verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas zu der ersten Seite ausgestoßen wird. Bei dieser Konfiguration wird das sauerstoffhaltige Gas, das auf der zweiten Seite einer Hauptfläche der Brennstoffzelle in der Breitenrichtung geströmt ist, zu der ersten Seite in dem unteren Endabschnitt der Brennstoffzelle ausgestoßen. Die Temperatur des sauerstoffhaltigen Gases, das auf der zweiten Seite geströmt ist, ist tiefer als die des sauerstoffhaltigen Gases, das auf der ersten Seite in der Breitenrichtung geströmt ist. Folglich macht es das sauerstoffhaltige Gas, das auf der zweiten Seite geströmt ist, möglich, die Temperatur eines Verbindungsmaterials, um die Brennstoffzelle und den Verteiler miteinander zu verbinden, zu verringern und eine Rissbildung zu unterdrücken.
Bevorzugt sind die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel konfiguriert, zu verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas zur zweiten Seite ausgestoßen wird. Bei dieser Konfiguration wird das sauerstoffhaltige Gas, das auf der ersten Seite einer Hauptfläche der Brennstoffzelle in der Breitenrichtung geströmt ist, zur zweiten Seite im unteren Endabschnitt der Brennstoffzelle ausgestoßen. Die Temperatur des sauerstoffhaltigen Gases, das auf der ersten Seite geströmt ist, ist höher als die des sauerstoffhaltigen Gases, das auf der zweiten Seite in der Breitenrichtung geströmt ist. Folglich macht es das sauerstoffhaltige Gas, das auf der ersten Seite geströmt ist, möglich, die Temperatur des Leistungserzeugungselementabschnitts, der im unteren Endabschnitt der Brennstoffzelle angeordnet ist, zu erhöhen und die Leistung zu verbessern.
Bevorzugt sind die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel konfiguriert, zu verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas sowohl zu der ersten Seite als auch zu der zweiten Seite ausgestoßen wird.
Bevorzugt enthält das Trägersubstrat ferner einen Verbindungskanal zum Verbinden des ersten Gaskanals und des zweiten Gaskanals in einem oberen Endabschnitt.
Bevorzugt enthält die Brennstoffzelle ferner ein Verbindungselement, das an einem oberen Endabschnitt des Trägersubstrats befestigt ist. Das Verbindungselement enthält einen Verbindungskanal zum Verbinden des ersten Gaskanals und des zweiten Gaskanals.
Bevorzugt enthält die Zellenstapelvorrichtung ferner mehrere Brennstoffzellen und ein Stromkollektorelement. Das Stromkollektorelement ist zwischen benachbarten Brennstoffzellen angeordnet. Das Stromkollektorelement ist konfiguriert, benachbarte Brennstoffzellen in den oberen Abschnitten der Brennstoffzellen elektrisch miteinander zu verbinden. Bei dieser Konfiguration ist das Stromkollektorelement zwischen benachbarten Brennstoffzellen in den oberen Endabschnitten der Brennstoffzellen angeordnet, wobei folglich die Schwingung der Brennstoffzellen verringert werden kann. Im Ergebnis ist es möglich, die durch die Schwingungen verursachen Defekte in der Zellenstapelvorrichtung zu verringern.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Wirkungsgrad der Gasverwendung zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Zellenstapelvorrichtung.
2 ist ein Grundriss eines Verteilers.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Brennstoffzelle.
4 ist eine Querschnittsansicht der Zellenstapelvorrichtung.
5 ist eine Querschnittsansicht der Brennstoffzelle.
6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Brennstoffzelle in einem unteren Endabschnitt.
7 ist eine Seitenansicht der Zellenstapelvorrichtung.
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der Brennstoffzelle in einem oberen Endabschnitt.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Stromkollektorelements.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
11 ist eine Querschnittsansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
12 ist eine Querschnittsansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
13 ist eine Querschnittsansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
14 ist eine Querschnittsansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
15 ist eine Querschnittsansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
16 ist eine Vorderansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
17 ist eine Vorderansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.
18 ist eine Vorderansicht einer Zellenstapelvorrichtung gemäß einer Abwandlung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Zellenstapelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Es wird angegeben, dass diese Ausführungsform unter Verwendung einer Brennstoffzelle, spezifischer einer Festoxidbrennstoffzelle (SOFC), als ein Beispiel einer Brennstoffzelle beschrieben wird. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Zellenstapelvorrichtung zeigt. Es wird angegeben, dass in 1 einige Brennstoffzellen nicht gezeigt sind.
Zellenstapelvorrichtung
Wie in 1 gezeigt ist, enthält eine Zellenstapelvorrichtung 100 einen Verteiler 2, mehrere Brennstoffzellen 10 und einen Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas.
Verteiler
Der Verteiler 2 ist konfiguriert, Gas an die Brennstoffzellen 10 zu liefern. Der Verteiler 2 ist außerdem konfiguriert, das von den Brennstoffzellen 10 ausgestoßene Gas zu sammeln. Der Verteiler 2 enthält eine Brenngas-Zufuhrkammer 21 und eine Brenngas-Sammelkammer 22. Ein Gaszufuhrrohr 201 ist mit der Brenngas-Zufuhrkammer 21 verbunden, während ein Gassammelrohr 202 mit der Brenngas-Sammelkammer 22 verbunden ist. Das Brenngas wird durch das Gaszufuhrrohr 201 der Brenngas-Zufuhrkammer 21 zugeführt. Außerdem wird das Brenngas in der Brenngas-Sammelkammer 22 durch das Gassammelrohr 202 von dem Verteiler 2 gesammelt.
Der Verteiler 2 enthält einen Verteilerhauptkörper 23 und eine Trennplatte 24. Der Verteilerhauptkörper 23 weist einen Innenraum auf. Der Verteilerhauptkörper 23 weist eine Form eines rechteckigen Parallelepipeds auf.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein oberer Plattenabschnitt 231 des Verteilerhauptkörpers 23 mit mehreren Durchgangslöchern 232 versehen. Die Durchgangslöcher 232 sind in Intervallen in einer Längenrichtung (der Z-Achsen-Richtung) des Verteilerhauptkörpers 23 angeordnet. Die Durchgangslöcher 232 erstrecken sich in einer Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) des Verteilerhauptkörpers 23. Die Durchgangslöcher 232 stehen mit der Brenngas-Zufuhrkammer 21 und der Brenngas-Sammelkammer 22 in Verbindung. Es wird angegeben, dass jedes Durchgangsloch 232 in einen Abschnitt, der mit der Brenngas-Zufuhrkammer 21 in Verbindung steht, und einen Abschnitt, der mit der Brenngas-Sammelkammer 22 in Verbindung steht, aufgeteilt sein kann.
Die Trennplatte 24 trennt den Raum des Verteilerhauptkörpers 23 in die Brenngas-Zufuhrkammer 21 und die Brenngas-Sammelkammer 22. Spezifisch erstreckt sich die Trennplatte 24 in der Längenrichtung des Verteilerhauptkörpers 23 in einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt des Verteilerhauptkörpers 23. Die Trennplatte 23 muss den Raum des Verteilerhauptkörpers 23 nicht vollständig partitionieren, wobei zwischen der Trennplatte 24 und dem Verteilerhauptkörper 23 eine Lücke ausgebildet sein kann.
Brennstoffzelle
Die Brennstoffzellen 10 erstrecken sich von dem Verteiler 2 nach oben. Spezifisch sind die unteren Endabschnitte der Brennstoffzellen 10 am Verteiler 2 befestigt. Die Brennstoffzellen 10 sind so angeordnet, dass die Hauptflächen der Brennstoffzellen 10 einander zugewandt sind. Außerdem sind die Brennstoffzellen 10 in Intervallen in der Längenrichtung (der Z-Achsen-Richtung) des Verteilers 2 angeordnet. Das heißt, eine Anordnungsrichtung der Brennstoffzellen 10 ist entlang der Längenrichtung des Verteilers 2. Es wird angegeben, dass die Brennstoffzellen 10 nicht in gleichen Intervallen in der Längenrichtung des Verteilers 2 angeordnet sein müssen.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, enthält jede Brennstoffzelle 10 ein Trägersubstrat 4, mehrere Leistungserzeugungselementabschnitte 5 und ein Verbindungselement 3. Die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 sind auf einer ersten Hauptfläche 45 und einer zweiten Hauptfläche 46 des Trägersubstrats 4 getragen. Es wird angegeben, dass die Anzahl der auf der ersten Hauptfläche 45 ausgebildeten Leistungserzeugungselementabschnitte 5 und die Anzahl der auf der zweiten Hauptfläche 46 ausgebildeten Leistungserzeugungselementabschnitte 5 die gleiche oder voneinander verschieden sein können. Außerdem können die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 unterschiedliche Größen aufweisen.
Trägersubstrat
Das Trägersubstrat 4 erstreckt sich von dem Verteiler 2 in der vertikalen Richtung. Spezifisch erstreckt sich das Trägersubstrat 4 von dem Verteiler 2 nach oben. Das Trägersubstrat 4 weist eine flache Form auf und weist einen unteren Endabschnitt 41 und einen oberen Endabschnitt 42 auf. Der untere Endabschnitt 41 und der obere Endabschnitt 42 sind beide Endabschnitte des Trägersubstrats 4 in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung).
Der untere Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4 ist am Verteiler 2 befestigt. Der untere Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4 ist z. B. an dem oberen Plattenabschnitt 231 des Verteilers 2 unter Verwendung eines Verbindungsmaterials oder dergleichen befestigt. Spezifisch ist der untere Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4 in ein in dem oberen Plattenabschnitt 231 ausgebildetes Durchgangsloch 232 eingesetzt. Es wird angegeben, dass der untere Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4 nicht in das Durchgangsloch 232 eingesetzt sein muss. Im Ergebnis dessen, dass der untere Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4 in dieser Weise an dem Verteiler 2 befestigt ist, ist der untere Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4 mit der Brenngas-Zufuhrkammer 21 und der Brenngas-Sammelkammer 22 verbunden.
Das Trägersubstrat 4 enthält mehrere erste Gaskanäle und mehrere zweite Gaskanäle 44. Die ersten Gaskanäle 43 sind auf einer ersten Seite (der linken Seite in 4) in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) der Brennstoffzelle 10 angeordnet. Die zweiten Gaskanäle 44 sind auf einer zweiten Seite (der rechten Seite in 4) in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) der Brennstoffzelle 10 angeordnet. Es wird angegeben, dass die zweite Seite der Brennstoffzelle 10 der ersten Seite in der Breitenrichtung gegenüberliegt.
Die ersten Gaskanäle 43 erstrecken sich in der vertikalen Richtung in dem Trägersubstrat 4. Das heißt, die ersten Gaskanäle 43 erstrecken sich in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4. Die ersten Gaskanäle 43 gehen durch das Trägersubstrat 4 hindurch. Die ersten Gaskanäle 43 sind in Intervallen in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4 angeordnet. Es wird angegeben, dass die ersten Gaskanäle 43 bevorzugt in gleichen Intervallen angeordnet sind. Die Länge des Trägersubstrats 4 in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) kann länger als die Länge des Trägersubstrats 4 in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) sein.
Wie in 4 gezeigt ist, beträgt eine Teilung p1 benachbarter erster Gaskanäle 43 z. B. etwa 1 bis 5 mm. Die Teilung p1 benachbarter erster Gaskanäle 43 gibt den Abstand zwischen den Mitten der ersten Gaskanäle 43 an. Ein Durchschnittswert der durch das Messen der Teilungen der ersten Gaskanäle 43 in dem unteren Endabschnitt 41, dem zentralen Abschnitt und dem oberen Endabschnitt 42 erhaltenen Teilungen kann als die Teilung p1 der ersten Gaskanäle 43 verwendet werden.
Die ersten Gaskanäle 43 erstrecken sich von dem unteren Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4 zu dem oberen Endabschnitt 42 des Trägersubstrats 4. Die ersten Gaskanäle 43 sind mit der Brenngas-Zufuhrkammer 21 auf der Seite des unteren Endabschnitts 41 in einem Zustand verbunden, in dem die Brennstoffzelle 10 an dem Verteiler 2 befestigt ist.
Die zweiten Gaskanäle 44 erstrecken sich in der vertikalen Richtung in dem Trägersubstrat 4. Das heißt, die zweiten Gaskanäle 44 erstrecken sich in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4. Die zweiten Gaskanäle 44 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu den ersten Gaskanälen 43.
Die zweiten Gaskanäle 44 gehen durch das Trägersubstrat 4 hindurch. Die zweiten Gaskanäle 44 sind in Intervallen in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4 angeordnet. Es wird angegeben, dass die zweiten Gaskanäle 44 bevorzugt in gleichen Intervallen angeordnet sind.
Eine Teilung p2 benachbarter zweiter Gaskanäle 44 beträgt z. B. etwa 1 bis 5 mm. Die Teilung p2 benachbarter zweiter Gaskanäle 44 gibt den Abstand zwischen den Mitten der zweiten Gaskanäle 44 an. Ein durch das Messen der Teilungen der zweiten Gaskanäle 44 in dem unteren Endabschnitt 41, dem zentralen Abschnitt und dem oberen Endabschnitt 42 erhaltener Durchschnittswert der Teilungen kann z. B. als die Teilung p2 der zweiten Gaskanäle 44 verwendet werden. Es wird angegeben, dass die Teilung p2 zwischen den zweiten Gaskanälen 44 bevorzugt im Wesentlichen gleich der Teilung p1 zwischen den ersten Gaskanälen 43 ist.
Die zweiten Gaskanäle 44 erstrecken sich von dem oberen Endabschnitt 42 des Trägersubstrats 4 zu dem unteren Endabschnitt 41 des Trägersubstrats 4. Die zweiten Gaskanäle 44 sind mit der Brenngas-Sammelkammer 22 des Verteilers 2 auf der Seite des unteren Endabschnitts 41 in einem Zustand verbunden, in dem die Brennstoffzelle 10 an dem Verteiler 2 befestigt ist.
Eine Teilung p0 eines ersten Gaskanals 43 und eines zweiten Gaskanals 44, die einander benachbart sind, beträgt z. B. etwa 1 bis 10 mm. Die Teilung p0 des ersten Gaskanals 43 und des zweiten Gaskanals 44, die einander benachbart sind, gibt den Abstand zwischen der Mitte des ersten Gaskanals 43 und der Mitte des zweiten Gaskanals 44 an. Die Teilung p0 kann z. B. auf einer ersten Stirnfläche 411 des Trägersubstrats 4 gemessen werden.
Die Teilung p0 des ersten Gaskanals 43 und des zweiten Gaskanals 44, die einander benachbart sind, ist größer als die Teilung p1 benachbarter erster Gaskanäle 43. Außerdem ist die Teilung p0 des ersten Gaskanals 43 und des zweiten Gaskanals 44, die einander benachbart sind, größer als die Teilung p2 benachbarter zweiter Gaskanäle 44.
Die ersten Gaskanäle 43 und die zweiten Gaskanäle 44 sind auf der Seite des oberen Endabschnitts 42 des Trägersubstrats 4 miteinander verbunden. Spezifisch sind die ersten Gaskanäle 43 und die zweiten Gaskanäle 44 über einen Verbindungskanal 30 des Verbindungselements 3 miteinander verbunden.
Die ersten Gaskanäle 43 und die zweiten Gaskanäle 44 sind so konfiguriert, dass ein Druckverlust des Gases in den ersten Gaskanälen 43 kleiner als ein Druckverlust des Gases in den zweiten Gaskanälen 44 ist. Es wird angegeben, dass wie in dieser Ausführungsform, falls mehrere erste Gaskanäle 43 und mehrere zweite Gaskanäle 44 vorhanden sind, die ersten Gaskanäle 43 und die zweiten Gaskanäle 44 so konfiguriert sind, dass ein Durchschnittswert der Druckverluste des Gases in den ersten Gaskanälen 43 kleiner als ein Durchschnittswert der Druckverluste des Gases in den zweiten Gaskanälen 44 ist.
Die Strömungskanal-Querschnittsfläche des ersten Gaskanals 43 kann z. B. größer als die Strömungskanal-Querschnittsfläche jedes zweiten Gaskanals 44 sein. Es wird angegeben, dass, falls die Anzahl der ersten Gaskanäle 43 von der Anzahl der zweiten Gaskanäle 44 verschieden ist, die Summe der Strömungskanal-Querschnittsflächen der ersten Gaskanäle 43 größer als die Summe der Strömungskanal-Querschnittsflächen der zweiten Gaskanäle 44 sein kann.
Die Summe der Strömungskanal-Querschnittsflächen der zweiten Gaskanäle 44 kann auf etwa 20 % bis 95 % der Summe der Strömungskanal-Querschnittsflächen der ersten Gaskanäle 43 gesetzt sein, obwohl sie nicht besonders eingeschränkt ist. Es wird angegeben, dass die Strömungskanal-Querschnittsfläche eines ersten Gaskanals 44 z. B. auf etwa 0,5 bis 20 mm² gesetzt sein kann. Außerdem kann die Strömungskanal-Querschnittsfläche eines zweiten Gaskanals 44 z. B. auf etwa 0,1 bis 15 mm² gesetzt sein.
Es wird angegeben, dass sich die Strömungskanal-Querschnittsfläche des ersten Gaskanals 43 auf die Strömungskanal-Querschnittsfläche des ersten Gaskanals 43 in dem Querschnitt bezieht, der durch das Schneiden des ersten Gaskanals 43 entlang einer Ebene (der YZ-Ebene) orthogonal zu einer Richtung (der X-Achsen-Richtung) erhalten wird, in der sich der erste Gaskanal 43 erstreckt. Außerdem kann ein Durchschnittswert der Strömungskanal-Querschnittsfläche an irgendeiner Position auf der Seite des unteren Endabschnitts 41, der Strömungskanal-Querschnittsfläche an irgendeiner Position des zentralen Abschnitts und der Strömungskanal-Querschnittsfläche an irgendeiner Position auf der Seite des oberen Endabschnitts 42 als die Strömungskanal-Querschnittsfläche des ersten Gaskanals 43 verwendet werden.
Außerdem bezieht sich die Strömungskanal-Querschnittsfläche des zweiten Gaskanals 44 auf die Strömungskanal-Querschnittsfläche des zweiten Gaskanals 44 in dem Querschnitt, der durch das Schneiden des zweiten Gaskanals 44 entlang einer Ebene (der YZ-Ebene) orthogonal zu einer Richtung (der X-Achsen-Richtung) erhalten wird, in der sich der zweite Gaskanal 44 erstreckt. Außerdem kann ein Durchschnittswert der Strömungskanal-Querschnittsfläche an irgendeiner Position auf der Seite des unteren Endabschnitts 41, der Strömungskanal-Querschnittsfläche an irgendeiner Position des zentralen Abschnitts und der Strömungskanal-Querschnittsfläche an irgendeiner Position auf der Seite des oberen Endabschnitts 42 als die Strömungskanal-Querschnittsfläche des oberen Gaskanals 44 verwendet werden.
Wie in 3 gezeigt ist, enthält das Trägersubstrat 4 die erste Hauptfläche 45 und die zweite Hauptfläche 46. Die erste Hauptfläche 45 und die zweite Hauptfläche 46 sind voneinander abgewandt. Die erste Hauptfläche 45 und die zweite Hauptfläche 46 tragen die Leistungserzeugungselementabschnitte 5. Die erste Hauptfläche 45 und die zweite Hauptfläche 46 sind in der Dickenrichtung (der Z-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4 orientiert. Außerdem sind die Seitenflächen 47 des Trägersubstrats 4 in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) der Trägersubstrate 4 orientiert. Die Seitenflächen 47 können gebogen sein. Wie in 1 gezeigt ist, sind die Trägersubstrate 4 so angeordnet, dass die ersten Hauptflächen 45 und die zweiten Hauptflächen 46 einander zugewandt sind.
Wie in 3 gezeigt ist, trägtt das Trägersubstrat 4 die Leistungserzeugungselementabschnitte 5. Das Trägersubstrat 4 ist durch ein poröses Material ohne Elektronenleitfähigkeit gebildet. Das Trägersubstrat 4 ist z. B. durch CSZ (mit Calciumoxid stabilisiertes Zirkondioxid) ausgebildet. Alternativ kann das Trägersubstrat 4 durch NiO (Nickeloxid) und YSZ (8YSZ) (mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkondioxid), NiO (Nickeloxid) und Y₂O₃ (Yttriumoxid) oder MgO (Magnesiumoxid) und MgAl₂O₄ (Magnesiumoxid-Aluminiumoxid-Spinell) ausgebildet sein. Das Trägersubstrat 4 weist z. B. eine Porosität von etwa 20 % bis 60 % auf. Die Porosität wird z. B. unter Verwendung des Archimedes-Verfahrens oder durch eine Mikrostrukturbeobachtung gemessen.
Das Trägersubstrat 4 ist durch eine kompakte Schicht 48 abgedeckt. Die kompakte Schicht 48 ist konfiguriert, das aus den ersten Gaskanälen 43 und den zweiten Gaskanälen 44 in das Trägersubstrat 4 diffundierte Gas vor dem Ausstoßen zur Außenseite zu bewahren. In dieser Ausführungsform deckt die kompakte Schicht 48 die erste Hauptfläche 45, die zweite Hauptfläche 46 und die Seitenflächen 47 des Trägersubstrats 4 ab. Es wird angegeben, dass in dieser Ausführungsform die kompakte Schicht 48 durch Elektrolyte 7 und Zwischenverbinder 91 ausgebildet ist, die später beschrieben werden. Die kompakte Schicht 48 ist kompakter als das Trägersubstrat 4. Die kompakte Schicht 48 weist z. B. eine Porosität von etwa 0 % bis 7 % auf.
Leistungserzeugungselementabschnitt
Die mehreren Leistungserzeugungselementabschnitte 5 sind auf der ersten Hauptfläche 45 und der zweiten Hauptfläche 46 des Trägersubstrats 4 getragen. Die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 sind in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4 angeordnet. Spezifisch sind die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 in Intervallen von dem unteren Endabschnitt 41 zu dem oberen Endabschnitt 42 auf dem Trägersubstrat 4 angeordnet. Das heißt, die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 sind in Intervallen in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4 angeordnet. Es wird angegeben, dass die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 durch elektrische Verbindungsabschnitte 9, die später beschrieben werden, miteinander in Reihe geschaltet sind.
Jeder Leistungserzeugungselementabschnitt 5 erstreckt sich in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4. Der Leistungserzeugungselementabschnitt 5 ist in der Breitenrichtung des Trägersubstrats 4 in einen ersten Abschnitt 51 und einen zweiten Abschnitt 52 aufgeteilt. Es wird angegeben, dass es keine strenge Grenze zwischen dem ersten Abschnitt 51 und dem zweiten Abschnitt 52 gibt. In einem Zustand, in dem die Brennstoffzellen 10 an dem Verteiler 2 befestigt sind, kann z. B. in einer Längsansicht (der X-Achsen-Ansicht) des Trägersubstrats 4 ein Abschnitt, der die Grenze zwischen der Brenngas-Zufuhrkammer 21 und der Brenngas-Sammelkammer 22 überlappt, als ein Grenzabschnitt zwischen dem ersten Abschnitt 51 und dem zweiten Abschnitt 52 bezeichnet werden.
In der Dickenansicht (der Z-Achsen-Ansicht) des Trägersubstrats 4 überlappen die ersten Gaskanäle 43 die ersten Abschnitte 51 der Leistungsübertragungselementabschnitte 5. Außerdem überlappen in der Dickenansicht (der Z-Achsen-Ansicht) des Trägersubstrats 4 die zweiten Gaskanäle 44 die zweiten Abschnitte 52 der Leistungsübertragungselementabschnitte 5. Es wird angegeben, dass einige der ersten Gaskanäle 43 die ersten Abschnitte 51 nicht überlappen müssen. Ähnlich müssen einige der zweiten Gaskanäle 44 die zweiten Abschnitte 52 nicht überlappen.
5 ist eine entlang dem ersten Gaskanal 43 geschnittene Querschnittsansicht der Brennstoffzelle 10. Es wird angegeben, dass die entlang dem zweiten Gaskanal 44 geschnittene Querschnittsansicht der Brennstoffzelle 10 die gleiche wie die in 5 ist, mit Ausnahme, dass die Strömungskanal-Querschnittsfläche des zweiten Gaskanals 44 von der in 5 verschieden ist.
Die Leistungsübertragungselementabschnitte 5 enthalten die Brennstoffelektroden 6, die Elektrolyte 7 und die Luftelektroden 8. Außerdem enthalten die Leistungsübertragungselementabschnitte 5 ferner die Reaktionsverhinderungsfilme 11. Die Brennstoffelektrode 6 ist ein gesinterter Körper, der durch ein leitfähiges poröses Material ausgebildet ist. Die Brennstoffelektrode 6 enthält einen Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 und einen aktiven Abschnitt 62 der Brennstoffelektrode.
Der Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 ist in einer Aussparung 49 angeordnet. Die Aussparung 49 ist in dem Trägersubstrat 4 ausgebildet. Spezifisch ist die Aussparung 49 mit dem Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 gefüllt, wobei der Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 die gleiche äußere Form wie die Aussparung 49 aufweist. Die Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitte 61 weisen jeder eine erste Aussparung 611 und eine zweite Aussparung 612 auf. Der aktive Abschnitt 62 der Brennstoffelektrode ist in der ersten Aussparung 611 angeordnet. Spezifisch ist die erste Aussparung 611 mit dem aktiven Abschnitt 62 der Brennstoffelektrode gefüllt.
Der Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 kann z. B. durch NiO (Nickeloxid) und YSZ (8YSZ) (mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkondioxid) ausgebildet sein. Alternativ kann der Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 außerdem durch NiO (Nickeloxid) und Y₂O₃ (Yttriumoxid) oder NiO (Nickeloxid) und CSZ (mit Calciumoxid stabilisiertes Zirkondioxid) ausgebildet sein. Der Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 weist eine Dicke von etwa 50 bis 500 m auf, wobei die Aussparung 49 eine Tiefe von etwa 50 bis 500 m aufweist.
Der aktive Abschnitt 62 der Brennstoffelektrode kann z. B. durch NiO (Nickeloxid) und YSZ (8YSZ) (mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkondioxid) ausgebildet sein. Alternativ kann der aktive Abschnitt 62 der Brennstoffelektrode außerdem durch NiO (Nickeloxid) und GDC (mit Gadolinium dotiertes Ceroxyd) ausgebildet sein. Der aktive Abschnitt 62 der Brennstoffelektrode weist eine Dicke von 5 bis 30 m auf.
Der Elektrolyt 7 ist die Brennstoffelektrode 6 abdeckend angeordnet. Spezifisch erstreckt sich der Elektrolyt 7 in der Längenrichtung von einem Zwischenverbinder 91 zu einem weiteren Zwischenverbinder 91. Das heißt, die Elektrolyte 7 und die Zwischenverbinder 91 sind in einer abwechselnden Weise in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4 angeordnet. Außerdem decken die Elektrolyte 7 die erste Hauptfläche 45, die zweite Hauptfläche 46 und die Seitenflächen 47 des Trägersubstrats 4 ab.
Der Elektrolyt 7 ist kompakter als das Trägersubstrat 4. Der Elektrolyt 7 weist z. B. eine Porosität von etwa 0 bis 7 % auf. Der Elektrolyt 7 ist ein gesinterter Körper, der durch ein kompaktes Material ausgebildet ist, das lonenleitfähigkeit und keine Elektronenleitfähigkeit aufweist. Der Elektrolyt 7 kann z. B. durch YSZ (8YSZ) (mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkondioxid) ausgebildet sein. Alternativ kann der Elektrolyt 7 außerdem durch LSGM (Lanthangallat) ausgebildet sein. Der Elektrolyt weist z. B. eine Dicke von etwa 3 bis 50 m auf.
Der Reaktionsverhinderungsfilm 11 ist ein gesinterter Körper, der durch ein kompaktes Material ausgebildet ist. Der Reaktionsverhinderungsfilm 11 weist im Grundriss eine Form auf, die im Wesentlichen die gleiche wie die des aktiven Abschnitts 62 der Brennstoffelektrode ist. Der Reaktionsverhinderungsfilm 11 ist über den Elektrolyt 7 an einer Position, die dem aktiven Abschnitt 62 der Brennstoffelektrode entspricht, angeordnet. Der Reaktionsverhinderungsfilm 11 ist vorgesehen, das Auftreten eines Phänomens unterdrücken, in dem eine Reaktionsschicht mit einem großen elektrischen Widerstand an einer Grenzfläche zwischen dem Elektrolyten 7 und der Luftelektrode 8 durch eine Reaktion zwischen dem YSZ in dem Elektrolyten 7 und dem Sr in der Luftelektrode 8 gebildet wird. Der Reaktionsverhinderungsfilm 11 kann z. B. durch GDC = (Ce, Gd)O₂ (mit Gadolinium dotiertes Ceroxyd) ausgebildet sein. Der Reaktionsverhinderungsfilm 11 weist z. B. eine Dicke von etwa 3 bis 50 m auf.
Die Luftelektrode 8 ist auf dem Reaktionsverhinderungsfilm 11 angeordnet. Die Luftelektrode 8 ist ein gesinterter Körper, der durch ein leitfähiges poröses Material ausgebildet ist. Die Luftelektrode 8 kann z. B. durch LSCF = (La, Sr) (Co, Fe)O₃ (Lanthanstrontiumcobaltferrit) ausgebildet sein. Alternativ kann die Luftelektrode 8 außerdem durch LSF = (La, Sr)FeO₃ (Lanthanstrontiumferrit), LNF = La(Ni, Fe)O₃ (Lanthannickelferrit), LSC (La, Sr) CoO₃ (Lanthanstrontiumcobaltit) oder dergleichen ausgebildet sein. Außerdem kann die Luftelektrode 8 durch zwei Schichten aus einer ersten Schicht (inneren Schicht), die durch LSCF ausgebildet ist, und einer zweiten Schicht (äußeren Schicht) die durch LSC ausgebildet ist, ausgebildet sein. Die Luftelektrode 8 weist z. B. eine Dicke von 10 bis 100 m auf.
Verbindungselement
Wie in 4 gezeigt ist, ist das Verbindungselement 3 an dem oberen Endabschnitt 42 des Trägersubstrats 4 befestigt. Außerdem enthält das Verbindungselement 3 einen Verbindungskanal 30 zum Verbinden der ersten Gaskanäle 43 und der zweiten Gaskanäle 44. Spezifisch verbindet der Verbindungskanal 30 die ersten Gaskanäle 43 und die zweiten Gaskanäle 44. Der Verbindungskanal 30 ist durch einen Raum ausgebildet, der sich von den ersten Gaskanälen 43 zu den zweiten Gaskanälen 44 erstreckt. Das Verbindungselement 3 ist bevorzugt mit dem Trägersubstrat 4 verbunden. Außerdem ist das Verbindungselement 3 bevorzugt als ein einziger Körper mit dem Trägersubstrat 4 ausgebildet. Es wird angegeben, dass die Anzahl der Verbindungskanäle 30 kleiner als die Anzahl der ersten Gaskanäle 43 ist. In dieser Ausführungsform sind mehrere erste Gaskanäle 43 und mehrere zweite Gaskanäle 44 nur durch einen Verbindungskanal 30 miteinander verbunden.
Das Verbindungselement 3 ist z. B. ein poröses Element. Außerdem enthält das Verbindungselement 3 eine kompakte Schicht 31, die seine Außenfläche bildet. Die kompakte Schicht 31 ist kompakter als der Hauptkörper des Verbindungselements 3. Die kompakte Schicht 31 weist z. B. eine Porosität von etwa 0 % bis 7 % auf. Diese kompakte Schicht 31 kann aus dem gleichen Material wie das Verbindungselement 3, einem Material, das in dem oben beschriebenen Elektrolyt 7 verwendet wird, einem kristallisierten Glas oder dergleichen hergestellt sein.
Erster elektrischer Verbindungsabschnitt
Ein erster elektrischer Verbindungsabschnitt 9a erstreckt sich von dem Leistungserzeugungselementabschnitt 5 in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) der Brennstoffzelle 10. Der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a ist z. B. konfiguriert, die in der X-Achsen-Richtung benachbarten Leistungserzeugungselementabschnitte 5 elektrisch zu verbinden. Außerdem verbindet der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a, der auf der Seite des obersten Endabschnitts 102 der Brennstoffzelle 10 angeordnet ist, den Leistungserzeugungselementabschnitt 5 und das Stromkollektorelement 13. Es wird angegeben, dass sich der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a nicht über die erste Hauptfläche 45 und die zweite Hauptfläche 46 des Trägersubstrats 4 erstreckt. Das heißt, der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a ist nicht auf den Seitenflächen 47 des Trägersubstrats 4 ausgebildet, wobei der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a, der auf der ersten Hauptfläche 45 ausgebildet ist, nicht mit der ersten zweiten Hauptfläche 9a, die auf der zweiten Hauptfläche 46 ausgebildet ist, verbunden ist.
In dieser Weise sind die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 auf jeder der ersten Hauptfläche 45 und der zweiten Hauptfläche 46 durch die ersten elektrischen Verbindungsabschnitte 9a vom oberen Endabschnitt 102 zum unteren Endabschnitt 101 der Brennstoffzelle 10 elektrisch in Reihe geschaltet.
Der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a zum Verbinden benachbarter Leistungserzeugungselementabschnitte 5 enthält einen Zwischenverbinder 91 und einen Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92. Der Zwischenverbinder 91 ist in der zweiten Aussparung 612 angeordnet. Spezifisch ist der Zwischenverbinder 91 in die zweite Aussparung 612 eingebettet (ist die zweite Aussparung 612 mit den Zwischenverbinder 91 gefüllt). Der Zwischenverbinder 91 ist ein gesinterter Körper, der durch ein leitfähiges kompaktes Material ausgebildet ist. Der Zwischenverbinder 91 ist kompakter als das Trägersubstrat 4. Der Zwischenverbinder 91 weist z. B. eine Porosität von etwa 0 % bis 7 % auf. Der Zwischenverbinder 91 kann z. B. durch LaCrO₃ (Lanthanchromit) ausgebildet sein. Alternativ kann der Zwischenverbinder 91 außerdem durch (Sr, La)TiO₃ (Strontiumtitanat) ausgebildet sein. Der Zwischenverbinder 91 weist z. B. eine Dicke von 10 bis 100 m auf.
Der Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 ist angeordnet, so dass er sich zwischen dem Zwischenverbinder 91 und der Luftelektrode 8 der benachbarten Leistungserzeugungselementabschnitte 5 erstreckt. Der Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 ist z. B. so angeordnet, dass die Luftelektrode 8 des Leistungserzeugungselementabschnitts 5, der auf der linken Seite in 5 angeordnet ist, und der Zwischenverbinder 91 des Leistungsverbindungselementabschnitts 5, der auf der rechten Seite in 5 angeordnet ist, elektrisch mit einander verbunden sind. Der Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 ist ein gesinterter Körper, der aus einem leitfähigen porösen Material ausgebildet ist.
Der Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 kann z. B. durch LSCF = (La, Sr) (Co, Fe)O₃ (Lanthanstrontiumcobaltferrit) ausgebildet sein. Alternativ kann der Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 außerdem durch LSC = (La, Sr) CoO₃ (Lanthanstrontiumcobaltit) ausgebildet sein. Alternativ kann der Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 außerdem durch Ag (Silber) oder Ag-Pd (eine Silber-Palladium-Legierung) ausgebildet sein. Der Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 weist z. B. eine Dicke von etwa 50 bis 500 m auf.
Zweiter elektrischer Verbindungsabschnitt
Wie in 6 gezeigt ist, verbindet der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b einen Leistungserzeugungselementabschnitt 5a (der im Folgenden als ein „erster Leistungserzeugungselementabschnitt 5a“ bezeichnet wird), der auf der ersten Hauptfläche 45 derselben Brennstoffzelle 10 ausgebildet ist, und einen Leistungserzeugungselementabschnitt 5b (der im Folgenden als ein „zweiter Leistungsversorgungselementabschnitt 5b“ bezeichnet wird), der auf der zweiten Hauptfläche 46 ausgebildet ist, elektrisch. Der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b verbindet den ersten Leistungserzeugungselementabschnitt 5a und den zweiten Leistungserzeugungselementabschnitt 5b im unteren Endabschnitt 101 der Brennstoffzelle 10 elektrisch.
Spezifisch verbindet der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b den ersten Leistungserzeugungselementabschnitt 5a aus den mehreren ersten Leistungserzeugungselementabschnitten 5a, die auf der Seite des untersten Endabschnitts 101 angeordnet sind, und den zweiten Leistungserzeugungselementabschnitt 5b aus den mehreren zweiten Leistungserzeugungselementabschnitten 5b, die auf der Seite des untersten Endabschnitts 101 angeordnet sind, elektrisch. Es wird angegeben, dass in dieser Ausführungsform der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b die Luftelektrode 8 des ersten Leistungserzeugungselementabschnitts 5a und den Brennstoffelektroden-Stromkollektorabschnitt 61 des zweiten Leistungserzeugungselementabschnitts 5b elektrisch verbindet.
Der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b enthält einen Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 und einen Zwischenverbinder 91. Die Konfigurationen des Luftelektroden-Stromkollektorabschnitts 92 und des Zwischenverbinders 91 des zweiten elektrischen Verbindungsabschnitts 9b sind die gleichen wie jene des Luftelektroden-Stromkollektorabschnitts 92 und des Zwischenverbinders 91 des oben beschriebenen ersten elektrischen Verbindungsabschnitts 9a, wobei folglich ihre ausführliche Beschreibung weggelassen wird.
Der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b erstreckt sich über die erste Hauptfläche 45 und die zweite Hauptfläche 46 des Trägersubstrats 4. Das heißt, der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b erstreckt sich von der ersten Hauptfläche 45 des Trägersubstrats 4 über beide Seitenflächen 47 zu der zweiten Hauptfläche 46. Der zweite elektrische Verbindungsabschnitt 9b weist eine Ringform auf.
In dieser Weise sind die mehreren ersten Leistungserzeugungselementabschnitte 5a, die auf der ersten Hauptfläche 45 in Reihe geschaltet sind, und die mehreren zweiten Leistungserzeugungselementabschnitte 5b, die auf der zweiten Hauptfläche 46 direkt verbunden sind, durch den zweiten elektrischen Verbindungsabschnitt 9b im unteren Endabschnitt 101 der Brennstoffzelle 10 in Reihe geschaltet.
Stromkollektorelement
Wie in 7 gezeigt ist, sind die Stromsammelelemente 13 zwischen benachbarten Brennstoffzellen 10 angeordnet. Außerdem verbinden die Stromkollektorelemente 13 benachbarte Brennstoffzellen 10 elektrisch miteinander. Die Stromsammelelemente 13 verbinden die oberen Endabschnitte 102 benachbarter Brennstoffzellen 10 miteinander. Das Stromkollektorelement 13 ist z. B. auf der oberen Stirnseite bezüglich des Leistungserzeugungselementabschnitts 5, der auf der obersten Stirnseite angeordnet ist, aus den mehreren Leistungserzeugungselementabschnitten 5, die auf beiden Hauptflächen des Trägersubstrats 4 angeordnet sind, angeordnet.
Wie in 8 gezeigt ist, verbindet das Stromkollektorelement 13 den ersten Leistungserzeugungselementabschnitt 5a, der auf der obersten Stirnseite der Brennstoffzelle 10 angeordnet ist, aus den mehreren ersten Leistungserzeugungselementabschnitten 5a und den zweiten Leistungserzeugungselementabschnitt 5b, der auf der obersten Stirnseite der Brennstoffzelle 10 angeordnet ist, aus den mehreren zweiten Leistungserzeugungselementabschnitten 5b elektrisch miteinander.
Das Stromkollektorelement 13 ist mit dem ersten elektrischen Verbindungsabschnitt 9a, der sich von dem Leistungserzeugungselementabschnitt 5 erstreckt, über ein leitfähiges Verbindungsmaterial 103 verbunden. Ein bekanntes leitfähiges Keramikmaterial oder dergleichen kann als das leitfähige Verbindungsmaterial 103 verwendet werden. Das leitfähige Verbindungsmaterial kann durch wenigstens eines ausgebildet sein, das aus (Mn, Co)₃O₄, (La, Sr)MnO₃, (La, Sr)(Co, Fe)O₃ und dergleichen ausgewählt ist.
Wie in 9 gezeigt ist, weist das Stromkollektorelement 13 eine Plattenform auf. Das Stromkollektorelement 13 kann z. B. durch eine Metallplatte (z. B. eine Platte aus rostfreiem Stahl) ausgebildet sein, die dem Halten ausgesetzt worden ist. Das Stromkollektorelement 13 enthält einen ersten Verbindungsabschnitt 131, einen zweiten Verbindungsabschnitt 132 und einen Kopplungsabschnitt 133.
Wie in 8 gezeigt ist, ist der erste Verbindungsabschnitt 131 mit einer der benachbarten Brennstoffzellen 10 verbunden. Spezifisch ist der erste Verbindungsabschnitt 131 durch das leitfähige Verbindungsmaterial 103 mit dem ersten elektrischen Verbindungsabschnitt 9a verbunden, der sich von dem Leistungserzeugungselementabschnitt 5 der Brennstoffzelle 10 erstreckt. Es wird angegeben, dass in dieser Ausführungsform der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a, mit dem der erste Verbindungsabschnitt 131 verbunden ist, durch den Zwischenverbinder 91 und den Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 ausgebildet ist.
Wie in 9 gezeigt ist, ist der erste Verbindungsabschnitt 131 in einer Form einer flachen Platte ausgebildet. Obwohl der erste Verbindungsabschnitt 131 in dieser Ausführungsform eine rechteckige Form aufweist, die sich in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) erstreckt, gibt es keine besondere Einschränkung an die Form des ersten Verbindungsabschnitts 131, wobei seine Form ein Polygon anders als ein Dreieck, ein Kreis, eine Ellipse oder eine komplexe Form anders als diese Formen sein kann.
Wie in 8 gezeigt ist, ist der zweite Verbindungsabschnitt 132 elektrisch mit dem ersten Verbindungsabschnitt 131 verbunden. Der zweite Verbindungsabschnitt 132 ist mit der anderen der benachbarten Brennstoffzellen 10 verbunden. Spezifisch ist der zweite Verbindungsabschnitt 132 durch das leitfähige Verbindungsmaterial 103 mit dem ersten elektrischen Verbindungsabschnitt 9a, der sich von dem Leistungsversorgungselementabschnitt 5 der Brennstoffzelle 10 erstreckt, verbunden. Es wird angegeben, dass in dieser Ausführungsform der erste elektrische Verbindungsabschnitt 9a, mit dem der zweite Verbindungsabschnitt 132 verbunden ist, durch den Luftelektroden-Stromkollektorabschnitt 92 ausgebildet ist. Der zweite Verbindungsabschnitt 132 ist in der Anordnungsrichtung (der Z-Achsen-Richtung) dem ersten Verbindungsabschnitt 131 zugewandt.
Wie in 9 gezeigt ist, ist der zweite Verbindungsabschnitt 132 in der Form einer flachen Platte ausgebildet. Die Form des zweiten Verbindungsabschnitts 132 ist in dieser Ausführungsform die gleiche wie die des ersten Verbindungsabschnitts 131, wobei sie aber von der des ersten Verbindungsabschnitts 131 verschieden sein kann. Es gibt keine besondere Einschränkung an die Form des zweiten Verbindungsabschnitts 132, wobei seine Form ein Polygon anders als ein Dreieck, ein Kreis, eine Ellipse oder eine komplexe Form anders als diese Formen sein kann.
Der erste Verbindungsabschnitt 131 und der zweite Verbindungsabschnitt 132 sind mit mehreren Durchgangslöcher 134 versehen. Jedes Durchgangsloch 134 ist mit dem leitfähigen Verbindungsmaterial 103 gefüllt. Dies macht es möglich, die Kraft zu verbessern, durch die der erste Verbindungsabschnitt 131 und der zweite Verbindungsabschnitt 132 mit der Brennstoffzelle 10 verbunden sind. Das leitfähige Verbindungsmaterial 103 kann von den Durchgangslöchern 134 nach außen vorstehen und weiter auf der Außenseite des ersten Verbindungsabschnitts 131 oder des zweiten Verbindungsabschnitts 132 ausgebreitet sein.
Es wird angegeben, dass, obwohl jedes Durchgangsloch 134 in einer sich in der Breitenrichtung erstreckenden rechteckigen Form ausgebildet ist, es keine besondere Einschränkung an die Form jedes Durchgangslochs 134 gibt, wobei seine Form ein Kreis, eine Ellipse, ein Polygon anders als ein Dreieck oder eine komplexe Form anders als diese Formen sein kann. Außerdem können gegebenenfalls die Anzahl und die Positionen der Durchgangslöcher 134 geändert werden.
Der Kopplungsabschnitt 33 koppelt den ersten Verbindungsabschnitt 131 und den zweiten Verbindungsabschnitt 132. Obwohl der Kopplungsabschnitt 133 in dieser Ausführungsform ein Paar von Kopplungsstücken 133a und 133b enthält, ist die Konfiguration des Kopplungsabschnitts 133 nicht darauf eingeschränkt. Obwohl der Kopplungsabschnitt 133 gebogen ist, ist seine Konfiguration außerdem nicht darauf eingeschränkt. Der Kopplungsabschnitt 133 kann eine Form einer flachen Platte oder eine Form aufweisen, in der wenigstens ein Abschnitt gebogen ist. Der Kopplungsabschnitt 133 kann einer elastischen Deformation ausgesetzt sein.
Obwohl die Kopplungsabschnitte 133 in dieser Ausführungsform an beiden Endabschnitten des Stromkollektorelements 13 angeordnet sind, gibt es außerdem keine besondere Einschränkung an die Position des Kopplungsabschnitts 133.
Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas
Wie in den 1 und 4 gezeigt ist, ist der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas auf der Oberseite der Brennstoffzellen 10 angeordnet. Der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas stößt sauerstoffhaltiges Gas (z. B. Luft) von der Oberseite der Brennstoffzellen 10 zu den Brennstoffzellen 10 aus. Das heißt, der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas stößt sauerstoffhaltiges Gas nach unten aus. Folglich strömt das sauerstoffhaltige Gas entlang der Außenflächen der Brennstoffzellen 10 nach unten. Es wird angegeben, dass die in 4 gezeigten Pfeile G eine Ausstoßrichtung des sauerstoffhaltigen Gases angeben.
Der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas weist z. B. mehrere Ausstoßöffnungen 121 auf, die nach unten offen sind. Das sauerstoffhaltige Gas wird von den Ausstoßöffnungen 121 zu den Brennstoffzellen 10 ausgestoßen. Das zu den Brennstoffzellen 10 ausgestoßene sauerstoffhaltige Gas wird zwischen den Brennstoffzellen 10 zugeführt und strömt entlang den Außenflächen der Brennstoffzellen 10 nach unten.
Verfahren zum Erzeugen von Leistung
In der Zellenstapelvorrichtung 100, die konfiguriert ist, wie oben beschrieben wurde, wird Brenngas, wie z. B. Wasserstoffgas, der Brenngas-Zufuhrkammer 21 des Verteilers 2 zugeführt, wobei sauerstoffhaltiges Gas , wie z. B. Luft, von dem Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas zu den Brennstoffzellen ausgestoßen wird. Dann tritt an der Luftelektrode 8 eine durch die Gleichung (1) im Folgenden angegebene chemische Reaktion auf, tritt an der Brennstoffelektrode 6 eine durch die Gleichung (2) angegebene chemische Reaktion auf und fließt ein Strom. (1/2) O₂ + 2e^- → O^2- (1) H₂ + O^2- → H₂O + 2e^- (2)
Spezifisch strömt das der Brenngas-Zufuhrkammer 21 zugeführte Brenngas durch die ersten Gaskanäle 43 der Brennstoffzellen 10, wobei die durch die obige Gleichung (2) angegebene chemische Reaktion an den Brennstoffelektroden 6 der Leistungserzeugungselementabschnitte 5 auftritt. Das nichtumgesetzte Gas an den Brennstoffelektroden 6 verlässt die ersten Gaskanäle 43 und wird über den Verbindungskanal 30 des Verbindungselements 3 den zweiten Gaskanälen 44 zugeführt. Dann durchläuft das den zweiten Gaskanälen 44 zugeführte Brenngas an den Brennstoffelektroden 6 abermals die durch die obige Gleichung (2) angegebene chemische Reaktion. Das in einem Prozess, in dem das Brenngas durch die zweiten Gaskanäle 44 strömt, an den Brennstoffelektroden 6 nichtumgesetzte Gas wird in der Brenngas-Sammelkammer 22 des Verteilers 2 gesammelt.
Abwandlungen
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt, wobei verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Abwandlung 1
Obwohl der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas in der oben beschriebenen Ausführungsform auf der Oberseite der Brennstoffzellen 10 angeordnet ist, ist die Anordnung des Ausstoßabschnitts 12 für sauerstoffhaltiges Gas nicht darauf eingeschränkt, wobei wenigstens ein Abschnitt des Ausstoßabschnitts 12 für sauerstoffhaltiges Gas nur von der Mitte der Brennstoffzellen 10 nach oben angeordnet sein muss.
Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, kann der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas z. B. außerdem auf der Seite der Brennstoffzellen 10 angeordnet sein. Der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas ist von der Mitte der Brennstoffzellen 10 nach oben angeordnet und muss nicht auf ihrer Unterseite angeordnet sein.
Es ist bevorzugt, dass der Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas so angeordnet ist, dass die Richtung, in der das sauerstoffhaltige Gas von dem Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas nach unten ausgestoßen wird, nach unten orientiert ist. Spezifisch ist die Ausstoßrichtung des Ausstoßabschnitts 12 für sauerstoffhaltiges Gas bevorzugt geneigt, so dass sie bezüglich der horizontalen Richtung nach unten orientiert ist.
Wie in 12 gezeigt ist, kann außerdem ein Paar von Ausstoßabschnitten 12 für sauerstoffhaltiges Gas installiert sein. Die Brennstoffzellen 10 sind zwischen dem Paar von Ausstoßabschnitten 12 für sauerstoffhaltiges Gas in der Breitenrichtung angeordnet.
Abwandlung 2
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform ein Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas auf der Oberseite der Brennstoffzellen 10 angeordnet ist, ist ihre Konfiguration nicht darauf eingeschränkt. Es können z. B. mehrere Ausstoßabschnitte 12 für sauerstoffhaltiges Gas auf der Oberseite der Brennstoffzellen 10 angeordnet sein.
Abwandlung 3
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die ersten Gaskanäle 43 und die zweiten Gaskanäle 44 durch den Verbindungskanal 30 des Verbindungselements 30 miteinander verbunden sind, ist ihre Konfiguration nicht darauf eingeschränkt. Wie in 13 gezeigt ist, kann der innere Abschnitt des Trägersubstrats 4 den Verbindungskanal 30 enthalten. In diesem Fall muss die Zellenstapelvorrichtung 100 das Verbindungselement 3 nicht enthalten. Die ersten Gaskanäle 43 und die zweiten Gaskanäle 44 sind durch den in dem Trägersubstrat 4 ausgebildeten Verbindungskanal 30 miteinander verbunden.
Abwandlung 4
Die ersten Gaskanäle 43 können andere Strömungskanal-Querschnittsflächen aufweisen. Außerdem können die zweiten Gaskanäle 44 andere Strömungskanal-Querschnittsflächen aufweisen. Außerdem kann die Strömungskanal-Querschnittsfläche des ersten Kanals 43 im Wesentlichen die gleiche wie oder kleiner als die Strömungskanal-Querschnittsfläche des zweiten Gaskanals 44 sein.
Abwandlung 5
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Anzahl der zweiten Gaskanäle 44 die gleiche wie die Anzahl der ersten Gaskanäle 43 ist, ist die Anzahl der zweiten Gaskanäle 44 nicht darauf eingeschränkt. Wie in 14 gezeigt ist, kann die Anzahl der zweiten Gaskanäle 44 z. B. kleiner als die Anzahl der ersten Gaskanäle 43 sein.
Abwandlung 6
Der erste Gaskanal 43 muss in seiner Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) keine gleichmäßige Strömungskanal-Querschnittsfläche aufweisen. Insbesondere kann die Strömungskanal-Querschnittsfläche des ersten Gaskanals 43 zum oberen Endabschnitt 42, wo die Konzentration des Brenngases gering ist, kleiner werden. Außerdem muss der zweite Gaskanal 44 in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) keine gleichmäßige Strömungskanal-Querschnittsfläche aufweisen. Insbesondere kann die Strömungskanal-Querschnittsfläche der zweiten Gaskanäle 44 zum unteren Endabschnitt 41, wo die Konzentration des Brenngases gering ist, kleiner werden. Diese Konfiguration macht es möglich, das Ni, dessen Diffusionsvermögen vergrößert ist und das in der Umgebung einer Grenzfläche vorhanden ist, davon abzuhalten, sich in NiO zu ändern.
Abwandlung 7
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die ersten und die zweiten Gaskanäle 43 und 44 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, kann die Querschnittsform der ersten und zweiten Gaskanäle 43 und 44 ein Rechteck oder eine Ellipse sein.
Abwandlung 8
Das Trägersubstrat 4 enthält in der oben beschriebenen Ausführungsform mehrere erste Gaskanäle 43, wobei es aber nur einen ersten Gaskanal 43 enthalten kann. Das Trägersubstrat 4 enthält mehrere zweite Gaskanäle 44, wobei es aber ähnlich nur einen zweiten Gaskanal 44 enthalten kann.
Abwandlung 9
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsformen die Leistungserzeugungselementabschnitte 5, die auf der ersten Hauptfläche 45 angeordnet sind, miteinander in Reihe geschaltet sind, ist es nicht notwendig, dass alle der auf der ersten Hauptfläche 45 angeordneten Leistungserzeugungselementabschnitte 5 miteinander in Reihe geschaltet sind. Es wird angegeben, dass das Gleiche für die auf der zweiten Hauptfläche 46 angeordneten Leistungserzeugungselementabschnitte 5 gilt.
Abwandlung 10
Die Räume zwischen den Leistungserzeugungselementabschnitten 5, die auf der ersten Hauptfläche 45 ausgebildet sind, und den Leistungserzeugungselementabschnitten 5, die auf der zweiten Hauptfläche 46 ausgebildet sind, müssen in der Brennstoffzelle 10 nicht elektrisch miteinander verbunden sein oder können an mehreren Abschnitten elektrisch miteinander verbunden sein.
Abwandlung 11
Die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 sind in der oben beschriebenen Ausführungsform sowohl auf der ersten Hauptfläche 45 als auch auf der zweiten Hauptfläche 46 angeordnet, wobei sie aber nur auf einer der ersten Hauptfläche 45 und der zweiten Hauptfläche 46 angeordnet sein können.
Abwandlung 12
Die Brennstoffzellen 10 können unterschiedliche Breiten aufweisen. Außerdem können die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 unterschiedliche Breiten aufweisen. Die Breite jedes Leistungserzeugungselementabschnitts 5, der auf einem gegebenen Trägersubstrat 4 ausgebildet ist, kann von der Breite jedes Leistungserzeugungselementabschnitts 5 verschieden sein, der auf einem anderen Trägersubstrat 4 ausgebildet ist.
Abwandlung 13
Obwohl das Verbindungselement 3 in einer Ausführungsform ein poröses Element ist, kann das Verbindungselement 3 durch ein Metall ausgebildet sein. Spezifisch kann das Verbindungselement 3 aus einer Fe-Cr-Legierung, einer Nibasierten Legierung, einem MgO-basierten Keramikmaterial (das das gleiche Material wie das Trägersubstrat 4 sein kann) oder dergleichen ausgebildet sein.
Abwandlung 14
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform der Verbindungskanal 30 des Verbindungselements 3 durch einen Raum ausgebildet ist, ist die Konfiguration des Verbindungskanals 30 des Verbindungselements 3 nicht darauf eingeschränkt. Wie in 15 gezeigt ist, kann der Verbindungskanal 30 des Verbindungselements 3 z. B. durch mehrere Poren ausgebildet sein, die in dem Verbindungselement 3 ausgebildet sind.
Abwandlung 15
Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform im Ergebnis des Partitionierens eines Verteilerhauptkörpers 23 unter Verwendung der Trennplatte 24 die Brenngas-Zufuhrkammer 21 und die Brenngas-Sammelkammer 22 in dem Verteiler 2 definiert sind, ist die Konfiguration des Verteilers 2 nicht darauf eingeschränkt. Der Verteiler 2 kann außerdem durch zwei Verteilerhauptkörper 23 ausgebildet sein. In diesem Fall enthält ein Verteilerhauptkörper 23 die Brenngas-Zufuhrkammer 21, während ein weiterer Verteilerhauptkörper 23 die Brenngas-Sammelkammer 22 enthält.
Abwandlung 16
Obwohl die Brennstoffzellen 10 der oben beschriebenen Ausführungsform sogenannte Brennstoffzellen des horizontalen Streifentyps sind, in denen die Leistungserzeugungselementabschnitte 5 in der Längenrichtung (der X-Achsen-Richtung) des Trägersubstrats 4 angeordnet sind, ist die Konfiguration der Brennstoffzellen 10 nicht darauf eingeschränkt. Die Brennstoffzellen 10 können z. B. sogenannte Brennstoffzellen des vertikalen Streifentyps sein, in denen ein Leistungserzeugungselementabschnitt 5 auf der ersten Hauptfläche 45 des Trägersubstrats 4 getragen ist. In diesem Fall kann ein Leistungserzeugungselementabschnitt 5 auf der zweiten Hauptfläche 46 des Trägersubstrats 4 getragen sein oder muss ein Leistungserzeugungselementabschnitt 5 nicht auf der zweiten Hauptfläche 46 des Trägersubstrats 4 getragen sein.
Abwandlung 17
Die Zellenstapelvorrichtung 100 kann ferner Ausstoßrichtungs-Einstellmittel zum Einstellen der Richtung enthalten, in der das sauerstoffhaltige Gas ausgestoßen wird. Das sauerstoffhaltige Gas wird in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) der Brennstoffzellen 10 in den unteren Endabschnitten der Brennstoffzellen 10 ausgestoßen. Wie in 16 gezeigt ist, können die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel z. B. verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 zu einer ersten Seite (der linken Seite in 16) ausgestoßen wird. Es wird angegeben, dass die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel durch das Neigen des Ausstoßabschnitts 12 für sauerstoffhaltiges Gas konfiguriert werden können, so dass die Ausstoßöffnungen 121 der ersten Seite zugewandt orientiert sind. Das von dem Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas ausgestoßene sauerstoffhaltige Gas stößt mit dem oberen Plattenabschnitt 231 des Verteilers 2 zusammen und wird dann zur ersten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßen.
Wie in 17 gezeigt ist, können die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel außerdem verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas zu einer zweiten Seite (der rechten Seite in 17) in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßen wird. Bei dieser Konfiguration stößt das von dem Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas ausgestoßene sauerstoffhaltige Gas mit dem oberen Plattenabschnitt 231 des Verteilers 2 zusammen, wobei es zu der zweiten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßen wird.
Wie in 18 gezeigt ist, können die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel außerdem verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas sowohl zu der ersten Seite als auch zu der zweiten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßen wird. Bei dieser Konfiguration stößt das von dem Ausstoßabschnitt 12 für sauerstoffhaltiges Gas ausgestoßene sauerstoffhaltige Gas mit dem oberen Plattenabschnitt 231 des Verteilers 2 zusammen, wobei es dann in das zu der ersten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßene sauerstoffhaltige Gas und in das zu der zweiten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßene sauerstoffhaltige Gas aufgespalten wird.
Es wird angegeben, dass zusätzlich zu den Mitteln zum Neigen der Ausstoßöffnungen 121 des Ausstoßabschnitts 12 für sauerstoffhaltiges Gas als die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel die Richtung, in der das sauerstoffhaltige Gas ausgestoßen wird, z. B. außerdem durch Dichtungslücken zwischen benachbarten Brennstoffzellen 10 in einem Endabschnitt in der Breitenrichtung (der Y-Achsen-Richtung) der Brennstoffzellen 10 eingestellt werden kann.
Falls das sauerstoffhaltige Gas zu der ersten Seite (der linken Seite in 16) in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßen wird, sind z. B. als die Einstellrichtungs-Einstellmittel die Lücken zwischen benachbarten Brennstoffzellen 10 auf der zweiten Seite (der rechten Seite in 12) in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 abgedichtet, wie in 16 gezeigt ist. Bei dieser Konfiguration wird das den Lücken zwischen benachbarten Brennstoffzellen 10 zugeführte sauerstoffhaltige Gas von der ersten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzellen 10 ausgestoßen. Falls das sauerstoffhaltige Gas zu der zweiten Seite in der Breitenrichtung ausgestoßen wird, ist es außerdem ausreichend, dass die Lücken zwischen benachbarten Brennstoffzellen 10 auf der ersten Seite abgedichtet sind. Zusätzlich kann das sauerstoffhaltige Gas außerdem z. B. durch das Einstellen des Dichtungsbereichs der Lücken zwischen den Brennstoffzellen 10 auf der ersten Seite in der Breitenrichtung und des Dichtungsbereichs der Lücken zwischen den Brennstoffzellen 10 auf der zweiten Seite sowohl zur ersten Seite als auch zur zweiten Seite ausgestoßen werden.
Bezugszeichenliste

2:: Verteiler
21:: Brenngas-Zufuhrkammer
22:: Brenngas-Sammelkammer
3:: Verbindungselement
30:: Verbindungskanal
4:: Trägersubstrat
42:: oberer Endabschnitt
43:: erster Gaskanal
44:: zweiter Gaskanal
5:: Leistungserzeugungselementabschnitt
10:: Brennstoffzelle
12:: Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas
13:: Stromkollektorelement
100:: Zellenstapelvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016171064 A [0003]

Claims

Zellenstapelvorrichtung, die umfasst: einen Verteiler, der eine Brenngas-Zufuhrkammer und eine Brenngas-Sammelkammer enthält; eine Brennstoffzelle, die sich von dem Verteiler nach oben erstreckt; und einen Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas, der von der Mitte der Brennstoffzelle nach oben angeordnet ist und konfiguriert ist, sauerstoffhaltiges Gas zu der Brennstoffzelle auszustoßen, wobei die Brennstoffzelle enthält ein flaches Trägersubstrat und einen Leistungserzeugungselementabschnitt, der auf einer Hauptfläche des Trägersubstrats angeordnet ist, und das Trägersubstrat enthält wenigstens einen ersten Gaskanal, der mit der Brenngas-Zufuhrkammer verbunden ist und sich von der Brenngas-Zufuhrkammer nach oben erstreckt, und wenigstens einen zweiten Gaskanal, der mit der Brenngas-Sammelkammer verbunden ist, sich von der Brenngas-Sammelkammer nach oben erstreckt und in einem oberen Endabschnitt der Brennstoffzelle mit dem ersten Gaskanal verbunden ist.
Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas konfiguriert ist, das sauerstoffhaltige Gas nach unten auszustoßen.
Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ausstoßabschnitt für sauerstoffhaltiges Gas auf einer Oberseite der Brennstoffzelle angeordnet ist und konfiguriert ist, das sauerstoffhaltige Gas von der Oberseite der Brennstoffzelle zu der Brennstoffzelle auszustoßen.
Zellenstapelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Gaskanal auf einer ersten Seite in einer Breitenrichtung der Brennstoffzelle angeordnet ist, der zweite Gaskanal auf einer zweiten Seite in der Breitenrichtung der Brennstoffzelle angeordnet ist und die Zellenstapelvorrichtung ferner Ausstoßrichtungs-Einstellmittel zum Einstellen einer Richtung, in der das sauerstoffhaltige Gas ausgestoßen wird, in einem unteren Endabschnitt der Brennstoffzelle umfasst.
Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel konfiguriert sind, zu verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas zu der ersten Seite ausgestoßen wird.
Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel konfiguriert sind, zu verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas zu der zweiten Seite ausgestoßen wird.
Zellenstapelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ausstoßrichtungs-Einstellmittel konfiguriert sind, zu verursachen, dass das sauerstoffhaltige Gas sowohl zu der ersten Seite als auch zu der zweiten Seite ausgestoßen wird.
Zellenstapelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Trägersubstrat ferner einen Verbindungskanal zum Verbinden des ersten Gaskanals und des zweiten Gaskanals in einem oberen Endabschnitt des Trägersubstrats enthält.
Zellenstapelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Brennstoffzelle ferner ein Verbindungselement enthält, das an einem oberen Endabschnitt des Trägersubstrats befestigt ist, und das Verbindungselement einen Verbindungskanal zum Verbinden des ersten Gaskanals und des zweiten Gaskanals enthält.
Zellenstapelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner umfasst: mehrere Brennstoffzellen; und ein Stromkollektorelement, das zwischen benachbarten Brennstoffzellen angeordnet ist und konfiguriert ist, benachbarte Brennstoffzellen in den oberen Endabschnitten der Brennstoffzellen elektrisch miteinander zu verbinden.