JP2004146343A - Fuel cell and fuel cell stack - Google Patents

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JP2004146343A JP2003134190A JP2003134190A JP2004146343A JP 2004146343 A JP2004146343 A JP 2004146343A JP 2003134190 A JP2003134190 A JP 2003134190A JP 2003134190 A JP2003134190 A JP 2003134190A JP 2004146343 A JP2004146343 A JP 2004146343A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and accurately perform a positioning operation of a plurality of electrolyte/electrode assemblies while arraying the assemblies and maintaining the desired power generating performance. <P>SOLUTION: A fuel cell 10 interposes a plurality of electrolyte/electrode assemblies 56 between separators 58. Each separator 58 has plates 60, 62 laminated to each other. A fuel gas channel 67 and an oxidant gas channel 82 are formed between the plates 60, 62. Three pieces of positioning protrusions 81 for positioning and disposing each of the electrolyte electrode assemblies 56 at prescribed positions are integrally formed on each plate 62. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される円板状電解質・電極接合体がセパレータ間に配設される燃料電池、および前記燃料電池を積層する燃料電池スタックに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、固体電解質型燃料電池(SOFC)は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極およびカソード電極を対設して構成される単セル(電解質・電極接合体)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持することにより構成されている。この燃料電池は、通常、所定数だけ連続的に積層して燃料電池スタックとして使用されている。
【0003】
この種の燃料電池において、カソード電極に酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されると、前記カソード電極と電解質との界面でこの酸化剤ガス中の酸素がイオン化(O2−)され、酸素イオンが電解質を通ってアノード電極側に移動する。なお、アノード電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)やCOが供給されているために、このアノード電極において、酸素イオンおよび水素(またはCO)が反応して水(またはCO)が生成される。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【0004】
一般的に、固体電解質型燃料電池は、作動温度が800℃〜1000℃と高温であるため、高温の排熱を利用して燃料ガスの内部改質が可能であるとともに、例えば、ガスタービンを回して発電することができる。従って、固体電解質型燃料電池は、各種燃料電池の中でも、最も高い発電効率を有しており、ガスタービンとの組み合わせの他、車載用としての利用が望まれている。
【0005】
ところで、安定化ジルコニアは、イオン導電率が低いため、大電流を得ようとすると、前記安定化ジルコニアを薄膜状に構成する必要がある。しかしながら、安定化ジルコニアの機械的強度が弱くなり、結果的に固体電解質型燃料電池の大電流化を図ることができないという不具合が指摘されている。
【0006】
そこで、例えば、特許文献1に開示されているように、金属製セパレータに小面積の単セルが複数個配列されるとともに、前記単セルの中央部に燃料ガス供給孔および酸化剤ガス供給孔が形成された固体電解質型燃料電池が知られている。
この特許文献1では、一平面におけるセルの総面積を増大することができるとともに、基板の破損を阻止して信頼性を向上させることが可能になる、としている。
【0007】
しかしながら、上記の特許文献1では、セパレータ上に複数個の単セルを配置する際、各単セルを所望の位置に位置決めすることができない。このため、セパレータに設けられている燃料ガス供給マニホールドおよび酸化剤ガス供給マニホールドと、各単セルに設けられている燃料ガス供給孔および酸化剤ガス供給孔とを正確に位置合わせすることは、実際上、非常に困難なものとなっている。これにより、燃料電池の組み立て作業が、相当に煩雑でかつ時間のかかるものとなり、作業性の低下が惹起されるという問題がある。
【0008】
そこで、例えば、特許文献2に開示されているように、電池スタックの上下端に設けられる少なくとも一方のガス分離板の外側に該ガス分離板と同材質のプレートを配置し、電池スタックの各側面を支持する絶縁性側面支持部材を電池スタックの側面毎に延設するとともに、該絶縁性側面支持部材の一端を前記プレートに接合した内部マニホールド方式平板型固体電解質燃料電池モジュールが知られている。
【0009】
【特許文献1】
特開平6−310164号公報(段落[0032]、図1)
【特許文献2】
特開平7−122287号公報(段落[0006]、図1)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献2は、セルやガス分離板が水平方向に横ずれすることを防止するためのものであり、前記セルの位置決めを行うものではない。
従って、特許文献2では、セパレータ面内に複数のセルを正確に位置決め配置することができないという問題がある。
【0011】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、複数の電解質・電極接合体を配列して所望の発電性能を維持するとともに、前記電解質・電極接合体の位置決め作業を容易かつ正確に行うことが可能な燃料電池および燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る燃料電池では、セパレータを構成するプレートに、前記セパレータの面内に複数の電解質・電極接合体を位置決め配置するための突起部が設けられている。これにより、セパレータ面内には、複数の電解質・電極接合体を正確かつ容易に配置することができるとともに、熱履歴等によって前記電解質・電極接合体に位置ずれが惹起することを有効に回避することが可能になる。しかも、電解質・電極接合体を簡単かつ確実に配置することができ、燃料電池の組み立て作業性が良好に向上するとともに、各燃料電池の発電性能を有効に高めることが可能になる。
【0013】
また、本発明の請求項2に係る燃料電池では、突起部は、複数の電解質・電極接合体がセパレータの中心部と同心円上に配列される配列層を1以上形成可能な位置に設けられている。このため、セパレータ面内には、多数の電解質・電極接合体が効率的に配列され、燃料電池の単位体積当たりの発電量が増加し、コンパクトな構成で燃料電池の高出力化が容易に図られる。
【0014】
しかも、複数の電解質・電極接合体のうちのいずれかの電解質・電極接合体が断線した際にも、残りの電解質・電極接合体で通電可能である。従って、発電の信頼性を向上させることができる。
【0015】
さらに、本発明の請求項3に係る燃料電池では、突起部は、内周側配列層の電解質・電極接合体と外周側配列層の電解質・電極接合体とが、互いに位相をずらして配列される位置に設けられている。これにより、複数の電解質・電極接合体を、互いに密に配列することができ、所望の発電性能を維持しながら、燃料電池のコンパクト化が確実に遂行可能になる。
【0016】
さらにまた、本発明の請求項4に係る燃料電池では、突起部は、各電解質・電極接合体を周回する位置に対応して3個以上ずつ設けられるとともに、前記電解質・電極接合体が3個以上の前記突起部間に非接触状態で収容可能に構成されている。このため、電解質・電極接合体を3個以上の突起部間に配置するだけでよく、燃料電池の組み立て作業が一挙に簡素化するとともに、前記電解質・電極接合体が熱膨張しても、該電解質・電極接合体の破損を良好に阻止することができる。
【0017】
また、本発明の請求項5に係る燃料電池スタックでは、円板状セパレータに、前記セパレータの面内に複数の電解質・電極接合体を位置決め配置するための突起部が設けられるとともに、フランジに、最外周に配列される前記電解質・電極接合体間に対応してスタック締め付け用ボルトを挿通するための孔部が形成されている。このため、燃料電池スタック全体の外形寸法が縮小化され、燃料電池スタックの小型化が容易に図られる。
【0018】
さらに、本発明の請求項6に係る燃料電池スタックでは、セパレータの中心部と同心円上に複数の電解質・電極接合体が配列される配列層が1以上設けられている。これにより、セパレータ面内には、複数の電解質・電極接合体が配列され、コンパクトな構成で、燃料電池スタック全体の高出力化が容易に図られる。
【0019】
さらにまた、本発明の請求項7に係る燃料電池スタックでは、突起部は、各電解質・電極接合体を周回する位置に対応して3個以上ずつ設けられるとともに、前記電解質・電極接合体が3個以上の前記突起部間に非接触状態で収容可能に構成されている。従って、燃料電池スタック全体の組み立て作業が一挙に簡素化する他、熱履歴等により電解質・電極接合体が破損することを有効に阻止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10が複数積層された燃料電池スタック12の概略斜視説明図であり、図2は、前記燃料電池スタック12の一部断面説明図である。
【0021】
燃料電池10は、固体電解質型燃料電池であり、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。第1の実施形態では、燃料電池スタック12の適用例として、例えば、ガスタービン14に組み込む構成が、図3に示されている。なお、図3では、ガスタービン14に組み込むために、図1および図2に示す燃料電池スタック12とは異なる形状とされているが、実質的な構成は同一である。
【0022】
ガスタービン14を構成するケーシング16内には、燃焼器18を中心にして、燃料電池スタック12が組み込まれており、この燃料電池スタック12の中央側から前記燃焼器18側の室20に反応後の燃料ガスおよび酸化剤ガスである排ガスが排出される。室20は、排ガスの流れ方向(図3中、矢印X方向)に向かって幅狭となり、その先端側外周部に熱交換器22が外装されている。室20の前端側にタービン(出力タービン)24が配設されており、このタービン24にコンプレッサ26および発電器28が同軸に連結されている。ガスタービン14は、全体として軸対称に構成されている。
【0023】
タービン24の排出通路30は、熱交換器22の第1通路32に連通するとともに、コンプレッサ26の供給通路34は、前記熱交換器22の第2通路36に連通する。第2通路36は、加熱エア導入通路38を介して燃料電池スタック12の外周部に連通している。
【0024】
図1に示すように、燃料電池スタック12は、外周波形円板状の複数の燃料電池10を矢印A方向に積層するとともに、その積層方向両端には、フランジ40a、40bが配置され、複数本、例えば、8本の締め付け用ボルト42を介して一体的に締め付け保持されている。燃料電池スタック12の中心部には、円形の燃料ガス供給連通孔44がフランジ40aを底部として矢印A方向に形成される(図2参照)。
【0025】
燃料ガス供給連通孔44の周囲には、複数、例えば、4つの排ガス通路46が、フランジ40bを底部として矢印A方向に形成される。フランジ40a、40bとエンドプレート97a、97bとの間は、絶縁プレート98a、98bで絶縁されており、前記エンドプレート97a、97bからそれぞれ出力端子48a、48bが設けられている。
【0026】
図4および図5に示すように、燃料電池10は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質(電解質板)50の両面に、カソード電極52およびアノード電極54が設けられた電解質・電極接合体56を備える。電解質・電極接合体56は、比較的小径な円板状に形成される。
【0027】
複数、例えば、16個の電解質・電極接合体56を挟んで一対のセパレータ58が配設されることにより、燃料電池10が構成される。セパレータ58の面内には、このセパレータ58の中心部である燃料ガス供給連通孔44と同心円上に8個の電解質・電極接合体56が配列される内周側配列層P1と、この内周側配列層P1の外周に8個の電解質・電極接合体56が配列される外周側配列層P2とが設けられる(図4参照)。
【0028】
セパレータ58は、互いに積層される複数枚、例えば、2枚のプレート60、62を備える。プレート60、62は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成されており、それぞれ波形外周部60a、62aが設けられている(図7および図8参照)。
【0029】
図6、図7および図9に示すように、プレート60の中央側には、燃料ガス供給連通孔44および4つの排ガス通路46を設けるためのリブ部63aが形成される。プレート60には、リブ部63aから内周部に沿って、各排ガス通路46を周回する4つの内側突起部64aがプレート62に向かって膨出成形される。
プレート60の燃料ガス供給連通孔44の周囲には、プレート62から離間する方向に向かって突出する凸部65aが成形される。
【0030】
プレート60には、燃料ガス供給連通孔44に対して放射状に外側突起部66aが設けられるとともに、内側突起部64aと前記外側突起部66aとの間には、前記燃料ガス供給連通孔44に連通する燃料ガス通路67が形成される。
【0031】
外側突起部66aには、それぞれ半径外方向に所定の距離だけ突出する複数の第1壁部68aおよび第2壁部70aが交互に設けられている。図9に示すように、第1壁部68aは、先端を結ぶ仮想円が内周側配列層P1の中心線を形成し、この内周側配列層P1に沿って8個の電解質・電極接合体56が配列される。
第1壁部68a間に第2壁部70aが設けられ、前記第2壁部70aの先端を通る仮想円により外周側配列層P2の中心線が形成される。この外周側配列層P2の中心線に沿って8個の電解質・電極接合体56が配列される。
【0032】
第1壁部68aおよび第2壁部70aの先端側周囲には、それぞれ3個の酸化剤ガス導入口78がプレート60を貫通して形成される。プレート60には、内周側配列層P1および外周側配列層P2に沿って配列される各電解質・電極接合体56に向かって突出し、各電解質・電極接合体56に接する第1ボス部80が膨出成形される。
【0033】
図6、図8および図9に示すように、プレート60の波形外周部60aの内方近傍には、この波形外周部60aと同一形状を有しプレート62から離間する方向に向かって突出して第1周回凸部83aが成形される。プレート60には、この第1周回凸部83aを挟んで両側に互いに対向して(あるいは、互いに位置をずらして)、外周突起部85aおよび内周突起部87aがそれぞれ所定の間隔離間して複数ずつ設けられる。
【0034】
図6、図7および図10に示すように、プレート62の中央側には、プレート60のリブ部63aに対向してリブ部63bが形成されるとともに、前記プレート60に向かって突出して4つの内側突起部64bが膨出成形される。プレート62の燃料ガス供給連通孔44の周囲には、プレート60から離間する方向に向かって突出する凸部65bが成形される。
【0035】
プレート62には、外側突起部66aに対向しプレート60に向かって突出する外側突起部66bが設けられる。プレート60、62では、内側突起部64a、64bと外側突起部66a、66bとが互いに接触して燃料ガス供給連通孔44に連通する燃料ガス通路67が形成される。外側突起部66bは、それぞれ半径外方向に所定の距離だけ突出する複数の第1壁部68bおよび第2壁部70bを交互に設けている。
【0036】
プレート62には、内周側配列層P1および外周側配列層P2に沿って配列される各電解質・電極接合体56に向かって突出し、各電解質・電極接合体56に接する第2ボス部86が膨出成形される。第2ボス部86は、第1ボス部80よりも径方向および高さ方向の各寸法が小さく設定されている。プレート62には、燃料ガス通路67に連通する燃料ガス導入口88が貫通形成される。
【0037】
プレート62には、内周側配列層P1および外周側配列層P2に沿って、それぞれ8個の電解質・電極接合体56を位置決め配置するための位置決め突起部81が設けられる。位置決め突起部81は、各電解質・電極接合体56を周回する位置に対応して3個以上、第1の実施形態では、例えば、3個ずつ設けられるとともに、前記電解質・電極接合体56が前記位置決め突起部81間に非接触状態で収容可能な位置に設定される。位置決め突起部81は、第2ボス部86よりも高さ方向の寸法が大きく設定される(図6参照)。
【0038】
図6、図8および図10に示すように、プレート62の波形外周部62aの内方近傍には、この波形外周部62aと同一形状を有しプレート60から離間する方向に向かって突出して第2周回凸部83bが成形される。プレート62には、この第2周回凸部83bを挟んで両側に互いに対向して(あるいは、互いに位置をずらして)、外周突起部85bおよび内周突起部87bがそれぞれ所定の間隔離間して複数ずつ形成される。
【0039】
プレート60とプレート62との間には、内側突起部64a、64bと外側突起部66a、66bとの間に対応して燃料ガス通路67が形成されるとともに、前記外側突起部66a、66bの外方に対応して酸化剤ガス通路82が形成される(図11参照)。この酸化剤ガス通路82は、プレート60に形成された酸化剤ガス導入口78に連通する。
【0040】
セパレータ58には、図6に示すように、燃料ガス供給連通孔44をシールするための絶縁シール90が設けられる。この絶縁シール90は、例えば、セラミックスの板材を配置する、あるいはセラミックスをプレート60の凸部65aまたはプレート62の凸部65bに溶射することにより構成される。プレート60、62の第1および第2周回凸部83a、83bは、互いに離間する方向に膨出成形されており、前記第1周回凸部83aまたは前記第2周回凸部83bには、セラミックス等の絶縁シール92が介装あるいは溶射により設けられる。
【0041】
図5および図6に示すように、一方のセパレータ58を構成するプレート60と他方のセパレータ58を構成するプレート62とにより、電解質・電極接合体56が挟持される。具体的には、電解質・電極接合体56を挟んで互いに対向するプレート60、62には、第1ボス部80および第2ボス部86が膨出成形されており、前記第1ボス部80と前記第2ボス部86とによって前記電解質・電極接合体56が挟持される。
【0042】
図11に示すように、電解質・電極接合体56と一方のセパレータ58を構成するプレート62との間には、燃料ガス通路67から燃料ガス導入口88を介して連通する燃料ガス供給流路94が形成される。電解質・電極接合体56と他方のセパレータ58を構成するプレート60との間には、酸化剤ガス通路82から酸化剤ガス導入口78を介して連通する酸化剤ガス供給流路96が形成される。
燃料ガス供給流路94および酸化剤ガス供給流路96は、第2ボス部86および第1ボス部80の各高さ寸法に応じて開口寸法が設定されている。燃料ガスの流量が酸化剤ガスの流量よりも少ないために、第2ボス部86が第1ボス部80よりも小さな寸法に設定されている。
【0043】
図6に示すように、燃料ガス通路67は、同一のセパレータ58を構成するプレート60、62間に形成された燃料ガス供給連通孔44に連通する。酸化剤ガス通路82は、燃料ガス通路67と同一面上に形成されており、同一のセパレータ58を構成するプレート60、62の第1および第2周回凸部83a、83b間を介して外部に開放されている。
【0044】
各セパレータ58は、積層方向に沿って第1および第2ボス部80、86が電解質・電極接合体56を挟持することにより、集電体として機能するとともに、プレート60、62の内側突起部64a、64bおよび外側突起部66a、66bが互いに接触することにより、各燃料電池10が矢印A方向に沿って直列的に接続されている。
【0045】
図1および図2に示すように、上記のように構成される燃料電池10が矢印A方向に積層されて、その積層方向両端にエンドプレート97a、97bが配置される。エンドプレート97a、97bの外方には、絶縁プレート98a、98bを介装してフランジ40a、40bが積層される。このフランジ40a、40bには、プレート60、62の波形外周部60a、62aが内方に湾曲する部分に対応して孔部100a、100bが形成される。孔部100a、100bには、締め付け用ボルト42が挿入されて端部にナット104が螺合することにより、積層されている各燃料電池10に所望の締め付け力が付与されている。
【0046】
このように構成される燃料電池スタック12の動作について、以下に説明する。
【0047】
燃料電池10を組み付ける際には、まず、セパレータ58を構成するプレート60、62が接合される。具体的には、図6に示すように、プレート60、62に一体成形されている内側突起部64a、64bおよび外側突起部66a、66bがろう付け等により固定されるとともに、リング状の絶縁シール90が燃料ガス供給連通孔44を周回して前記プレート60または前記プレート62に、例えば、溶射等によって設けられる。一方、プレート60の第1周回凸部83aまたはプレート62の第2周回凸部83bに、波形状の絶縁シール92が、例えば、溶射によって設けられる。
【0048】
これにより、セパレータ58が構成され、プレート60、62間には、同一面上に位置して燃料ガス通路67と酸化剤ガス通路82とが形成される。さらに、燃料ガス通路67が燃料ガス供給連通孔44に連通する一方、酸化剤ガス通路82がそれぞれの波形外周部60a、62a間から外部に開放されている。
【0049】
次いで、セパレータ58間に電解質・電極接合体56が挟持される。図4および図5に示すように、各セパレータ58は、互いに対向する面、すなわち、プレート60、62間に内周側配列層P1に対応して8個の電解質・電極接合体56が配置されるとともに、外周側配列層P2に沿って8個の電解質・電極接合体56が配置される。
【0050】
その際、各電解質・電極接合体56の配置位置には、それぞれ3個の位置決め突起部81が設けられており、3個の前記位置決め突起部81間に前記電解質・電極接合体56が収容される。位置決め突起部81内には、互いに近接する方向に向かって突出して第1および第2ボス部80、86が形成されており、前記第1および第2ボス部80、86によって電解質・電極接合体56が挟持される。
【0051】
このため、図11に示すように、電解質・電極接合体56のカソード電極52とプレート60との間には、酸化剤ガス導入口78を介して酸化剤ガス通路82に連通する酸化剤ガス供給流路96が形成される。一方、電解質・電極接合体56のアノード電極54とプレート62との間には、燃料ガス導入口88を介して燃料ガス通路67に連通する燃料ガス供給流路94が形成される。さらに、セパレータ58間には、反応後の燃料ガスおよび酸化剤ガスを混合して燃料ガス供給連通孔44に導くための排出通路106が形成される。
【0052】
上記のように組み付けられた燃料電池10が矢印A方向に積層されて、燃料電池スタック12が組み立てられる(図1および図2参照)。
【0053】
そこで、燃料電池スタック12を構成するフランジ40bの燃料ガス供給連通孔44に燃料ガス(例えば、水素含有ガス)が供給されるとともに、前記燃料電池スタック12の外周部側から加圧された酸化剤ガスである酸素含有ガス(以下、空気ともいう)が供給される。燃料ガス供給連通孔44に供給された燃料ガスは、積層方向(矢印A方向)に移動しながら、各燃料電池10を構成するセパレータ58内の燃料ガス通路67に導入される(図6参照)。
【0054】
図5に示すように、燃料ガスは、外側突起部66a、66bを構成する第1壁部68a、68bおよび第2壁部70a、70bに沿って移動し、それぞれの先端部から燃料ガス導入口88を介して燃料ガス供給流路94に導入される。燃料ガス導入口88は、各電解質・電極接合体56のアノード電極54の中心位置に対応して設けられており、燃料ガス供給流路94に導入された燃料ガスは、前記アノード電極54の中心部から外周に向かって流動する(図11参照)。
【0055】
一方、各燃料電池10の外周側から供給される酸化剤ガスは、各セパレータ58のプレート60、62間に形成されている酸化剤ガス通路82に供給される。
この酸化剤ガス通路82に供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口78から酸化剤ガス供給流路96に導入され、電解質・電極接合体56のカソード電極52の中心部から外周に沿って流動する(図5および図11参照)。
【0056】
従って、各電解質・電極接合体56では、アノード電極54の中心部から外周に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極52の中心部から外周に向かって酸化剤ガスが供給される。その際、酸素イオンが電解質50を通ってアノード電極54に移動し、化学反応により発電が行われる。
【0057】
ここで、各電解質・電極接合体56は、第1および第2ボス部80、86により挟持されており、前記第1および第2ボス部80、86が集電体として機能する。このため、各燃料電池10は、矢印A方向(積層方向)に電気的に直列に接続されて出力端子48a、48b間に出力を取り出すことができる。また、複数の電解質・電極接合体56のうちのいずれかの電解質・電極接合体56が断線した際にも、残りの電解質・電極接合体56で通電することが可能であり、発電の信頼性を向上させることができる。
【0058】
一方、各電解質・電極接合体56の外周に移動した反応後の燃料ガスおよび酸化剤ガス(排ガス)は、セパレータ58間に形成される排出通路106を介して前記セパレータ58の中心部側に移動する。セパレータ58の中心部近傍には、排ガスマニホールドを構成する4つの排ガス通路46が形成されており、排ガスがこの排ガス通路46から外部に排出される。
【0059】
この場合、第1の実施形態では、比較的小径な円形状の電解質・電極接合体56を備え、複数個、例えば、16個の電解質・電極接合体56をセパレータ58間に配置している。このため、電解質・電極接合体56を薄肉化することができ、抵抗分極の低減を図るとともに、温度分布が小さくなり、熱応力による破損を回避することが可能になる。従って、燃料電池10の発電性能を有効に向上させることができる。
【0060】
さらに、セパレータ58の中心部である燃料ガス供給連通孔44と同心円上に8個の電解質・電極接合体56が配列される内周側配列層P1と、この内周側配列層P1の外周側に8個の電解質・電極接合体56が配列される外周側配列層P2とが設けられている。その際、外周側配列層P2の電解質・電極接合体56は、内周側配列層P1の電解質・電極接合体56に対し互いに位相をずらして配列している。
【0061】
より具体的には、外周側配列層P2の電解質・電極接合体56は、内周側配列層P1の電解質・電極接合体56間に対応して配列されている。これにより、複数の電解質・電極接合体56を互いに密に配列することができ、所望の発電性能を維持しつつ、燃料電池10全体のコンパクト化が容易に図られるという利点が得られる。
【0062】
また、第1の実施形態では、セパレータ58を構成するプレート60、62の形状を波形外周部60a、62aに設定するとともに、燃料ガス供給連通孔44の中心部側に湾曲する部分、すなわち、外周側配列層P2に配列されている電解質・電極接合体56間に対応する部分に締め付け用ボルト42が設けられている(図1参照)。このため、燃料電池スタック12全体の外形寸法が有効に縮小され、燃料電池スタック12の小型化が容易に図られる。
【0063】
さらに、図6および図11に示すように、セパレータ58を構成するプレート62には、各電解質・電極接合体56の配置位置に対応して、それぞれ3個ずつの位置決め突起部81が一体成形されている。従って、電解質・電極接合体56を3個の位置決め突起部81間に配置するだけで、前記電解質・電極接合体56をセパレータ58の所望の位置に対して正確に配置することができる。
【0064】
これにより、特に複数の電解質・電極接合体56をセパレータ58に配置する際に、前記電解質・電極接合体56の位置決め精度が簡単かつ確実に遂行され、燃料電池10の組み立て作業性が一挙に向上するという効果が得られる。しかも、電解質・電極接合体56の位置決め精度が向上するため、前記電解質・電極接合体56の中心に燃料ガスおよび酸化剤ガスを正確に供給することが可能になる。このため、各燃料電池10の発電性能を良好に向上させることができる。
【0065】
さらにまた、3個の位置決め突起部81は、電解質・電極接合体56を非接触状態で収容可能な位置に設定されている。従って、電解質・電極接合体56やセパレータ58に熱膨張が発生しても、前記電解質・電極接合体56が位置決め突起部81に接触して応力を受けることがなく、該電解質・電極接合体56の損傷や位置ずれを有効に回避することが可能になる。
【0066】
その上、位置決め突起部81は、プレート62にプレス成形等によって一体成形されている。これにより、各電解質・電極接合体56を位置決めするために特別な位置決め材を設ける必要がなく、部品点数を有効に削減し得るとともに、セパレータ58の軽量化および構成の簡素化を図ることが可能になる。このため、組み立て作業性に優れるとともに、安定した発電機能を保持する燃料電池10が確実に組み立てられるという利点がある。
【0067】
なお、位置決め突起部81は、通路高さの低い燃料ガス側、すなわち、第2ボス部86側に設けられるため、この位置決め突起部81の成形高さを低く設定することができる。
【0068】
次に、燃料電池スタック12を、図3に示すガスタービン14に組み込んだ場合の動作について、概略的に説明する。
【0069】
図3に示すように、このガスタービン14では、始動時に燃焼器18が駆動されてタービン24が回転され、コンプレッサ26および発電器28が駆動される。コンプレッサ26の駆動によって外気が供給通路34に導入され、高圧かつ所定温度(例えば、200℃)になった空気が熱交換器22の第2通路36に送られる。
【0070】
この熱交換器22の第1通路32には、反応後の燃料ガスおよび酸化剤ガスである高温の排ガスが供給されており、熱交換器22の第2通路36に導入された空気が加熱される。この加熱された空気は、加熱エア導入通路38を通って燃料電池スタック12を構成する各燃料電池10の外周部に導入される。このため、燃料電池10で発電が行われ、反応後の燃料ガスおよび酸化剤ガスである排ガスが、ケーシング16内の室20に排出される。
【0071】
その際、固体電解質型の燃料電池10から排出される排ガスは、800℃〜1000℃の高温となっており、この排ガスがタービン24を回転させて発電器28による発電が行われるとともに、熱交換器22に送られて吸入される外部空気の加熱を行うことができる。これにより、燃焼器18を使用する必要がなく、燃料電池スタック12から排出される排ガスを用いてタービン24を回転させることが可能になる。
【0072】
しかも、排ガスが800℃〜1000℃と高温となっており、燃料電池スタック12に供給される燃料の内部改質を行うことができる。従って、燃料として、例えば、天然ガスやブタン、あるいはガソリン系等の種々の燃料を使用して内部改質を行うことが可能になる。
【0073】
図12は、比較的小型な燃料電池スタック12aが適用される第2の実施形態に係るガスタービン120の概略構成を示す断面説明図であり、図13は、前記ガスタービン120の正面説明図である。なお、第1の実施形態に係るガスタービン14と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態でも、同様にその詳細な説明は省略する。
【0074】
ガスタービン120を構成するケーシング122の外周には、燃焼器18の回りに8基の燃料電池スタック12aが45°間隔ずつ離間して装着される。各燃料電池スタック12aは、筐体124により囲繞されるとともに、前記筐体124内には、加熱エア導入通路126が形成される。
【0075】
このように構成されるガスタービン120では、8基の燃料電池スタック12aが、ケーシング122の外周に45°間隔ずつ離間して装着されている。このため、起電力が増大するとともに、ガスタービン120の全長が有効に短尺化されるという効果が得られる。
【0076】
図14は、比較的大型な燃料電池スタック12bが適用される第3の実施形態に係るガスタービン130の概略構成を示す断面説明図であり、図15は、前記ガスタービン130の正面説明図である。
【0077】
ガスタービン130を構成するケーシング132の外周には、軸方向(矢印X方向)に所定の距離だけ離間する2つの円周上に、それぞれ燃焼器18の回りに4基の燃料電池スタック12bが90°間隔ずつ離間して装着される。各円周上に装着されるそれぞれの燃料電池スタック12bは、各燃料電池スタック12b同士が重ならないように、互いに45°ずつ位相をずらしている。各燃料電池スタック12bは、筐体134により囲繞されるとともに、前記筐体134内には、加熱エア導入通路136が形成される。
【0078】
このように構成されるガスタービン130では、それぞれ4基の燃料電池スタック12bが、ケーシング132の外周に90°間隔ずつ離間し、かつ互いに45°ずつ位相をずらして装着されている。このため、比較的大型な燃料電池スタック12bを多数(8基)配置することができ、発電効率の向上を図るとともに、ガスタービン130全体の外周寸法が有効に削減されて前記ガスタービン130の小型化を図ることが可能になるという効果が得られる。
【0079】
なお、第1〜第3の実施形態では、燃料電池スタック12、12aおよび12bをガスタービン14、120および130に組み込んで使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前記燃料電池スタック12、12aおよび12bを車載用として使用することも可能である。
【0080】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池および燃料電池スタックでは、セパレータを構成するプレートに、前記セパレータの面内に複数の電解質・電極接合体を位置決め配置するための突起部が設けられている。これにより、セパレータ面内には、複数の電解質・電極接合体を正確に配置することができるとともに、熱履歴等によって前記電解質・電極接合体に位置ずれが惹起することを有効に回避することが可能になる。しかも、電解質・電極接合体を簡単かつ確実に配置することができ、燃料電池の組み立て作業性が良好に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る燃料電池が複数積層された燃料電池スタックの概略斜視説明図である。
【図2】前記燃料電池スタックの一部断面説明図である。
【図3】前記燃料電池スタックを組み込むガスタービンの概略構成を示す断面説明図である。
【図4】前記燃料電池の分解斜視図である。
【図5】前記燃料電池の動作を示す一部分解斜視説明図である。
【図6】前記燃料電池スタックの一部省略断面図である。
【図7】前記燃料電池を構成するセパレータの分解斜視説明図である。
【図8】前記燃料電池の一部拡大分解斜視図である。
【図9】前記セパレータを構成する一方のプレートの正面説明図である。
【図10】前記セパレータを構成する他方のプレートの正面説明図である。
【図11】前記燃料電池の動作説明図である。
【図12】比較的小型な燃料電池スタックが適用される第2の実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す断面説明図である。
【図13】前記ガスタービンの正面説明図である。
【図14】比較的大型な燃料電池スタックが適用される第3の実施形態に係るガスタービンの概略構成を示す断面説明図である。
【図15】前記ガスタービンの正面説明図である。
【符号の説明】
10…燃料電池        12、12a、12b…燃料電池スタック
14、120、130…ガスタービン
16、122、132…ケーシング
18…燃焼器         22…熱交換器
24…タービン        26…コンプレッサ
28…発電器         38、126、136…加熱エア導入通路
40a、40b…フランジ   44…燃料ガス供給連通孔
46…排ガス通路       50…電解質
52…カソード電極      54…アノード電極
56…電解質・電極接合体   58…セパレータ
60、62…プレート     60a、62a…波形外周部
64a、64b…内側突起部  65a、65b…凸部
66a、66b…外側突起部  67…燃料ガス通路
78…酸化剤ガス導入口    80、86…ボス部
81…位置決め突起部     82…酸化剤ガス通路
83a、83b…周回凸部   88…燃料ガス導入口
90、92…絶縁シール    94…燃料ガス供給流路
96…酸化剤ガス供給流路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell in which a disc-shaped electrolyte-electrode assembly composed of an electrolyte sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode is disposed between separators, and a fuel cell stack for stacking the fuel cells.
[0002]
[Prior art]
In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia as an electrolyte, and has a single cell in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of the electrolyte. (Electrolyte-electrode assembly) is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is usually used as a fuel cell stack by continuously stacking a predetermined number of fuel cells.
[0003]
In this type of fuel cell, when an oxidizing gas, for example, a gas or air mainly containing oxygen (hereinafter, also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode electrode, the oxidizing gas is generated at the interface between the cathode electrode and the electrolyte. Oxygen in the oxidizing gas is ionized (O 2- ), And oxygen ions move to the anode electrode side through the electrolyte. Since a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) or CO is supplied to the anode electrode, oxygen ions and hydrogen (or CO ) Reacts with water (or CO 2 ) Is generated. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy.
[0004]
In general, a solid oxide fuel cell has a high operating temperature of 800 ° C. to 1000 ° C., so that internal reforming of fuel gas can be performed by using high-temperature exhaust heat. Turn to generate electricity. Therefore, the solid oxide fuel cell has the highest power generation efficiency among various types of fuel cells, and is desired to be used not only in combination with a gas turbine but also for in-vehicle use.
[0005]
By the way, since stabilized zirconia has low ionic conductivity, it is necessary to form the stabilized zirconia in a thin film shape in order to obtain a large current. However, it has been pointed out that the mechanical strength of the stabilized zirconia becomes weak, and as a result, it is impossible to increase the current of the solid oxide fuel cell.
[0006]
Therefore, for example, as disclosed in Patent Literature 1, a plurality of small-area single cells are arranged in a metal separator, and a fuel gas supply hole and an oxidizing gas supply hole are provided at a central portion of the single cell. A formed solid oxide fuel cell is known.
In Patent Document 1, it is possible to increase the total area of the cell in one plane, and to prevent the substrate from being damaged, thereby improving the reliability.
[0007]
However, according to Patent Document 1, when a plurality of unit cells are arranged on the separator, each unit cell cannot be positioned at a desired position. Therefore, it is actually difficult to accurately align the fuel gas supply manifold and the oxidant gas supply manifold provided on the separator with the fuel gas supply hole and the oxidant gas supply hole provided on each unit cell. Above, it is very difficult. As a result, there is a problem that the assembling work of the fuel cell becomes considerably complicated and time-consuming, and a reduction in workability is caused.
[0008]
Therefore, for example, as disclosed in Patent Document 2, a plate made of the same material as the gas separation plate is arranged outside at least one of the gas separation plates provided at the upper and lower ends of the battery stack, and each side of the battery stack is disposed. There is known an internal manifold type flat solid electrolyte fuel cell module in which an insulative side support member for supporting the fuel cell is extended for each side of the cell stack, and one end of the insulative side support member is joined to the plate.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-6-310164 (paragraph [0032], FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-7-122287 (paragraph [0006], FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, Patent Document 2 described above is for preventing the cells and the gas separation plate from laterally shifting in the horizontal direction, and is not for positioning the cells.
Therefore, in Patent Literature 2, there is a problem that a plurality of cells cannot be accurately positioned and arranged within the separator surface.
[0011]
The present invention is intended to solve this kind of problem, while maintaining a desired power generation performance by arranging a plurality of electrolyte-electrode assemblies, and easily and accurately positioning the electrolyte-electrode assemblies. It is an object of the present invention to provide a fuel cell and a fuel cell stack capable of performing the above.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell according to the first aspect of the present invention, the plate constituting the separator is provided with a projection for positioning and arranging the plurality of electrolyte-electrode assemblies in the plane of the separator. Thereby, a plurality of electrolyte-electrode assemblies can be accurately and easily arranged within the separator surface, and effectively preventing displacement of the electrolyte-electrode assembly due to heat history or the like. It becomes possible. In addition, the electrolyte / electrode assembly can be easily and reliably arranged, the workability of assembling the fuel cell can be improved satisfactorily, and the power generation performance of each fuel cell can be effectively enhanced.
[0013]
In the fuel cell according to claim 2 of the present invention, the protrusion is provided at a position where one or more arrangement layers in which a plurality of electrolyte-electrode assemblies are arranged concentrically with the center of the separator can be formed. I have. For this reason, a large number of electrolyte-electrode assemblies are efficiently arranged in the separator surface, the amount of power generation per unit volume of the fuel cell is increased, and the high output of the fuel cell can be easily achieved with a compact configuration. Can be
[0014]
In addition, even when one of the plurality of electrolyte-electrode assemblies is disconnected, the remaining electrolyte-electrode assembly can conduct electricity. Therefore, the reliability of power generation can be improved.
[0015]
Further, in the fuel cell according to claim 3 of the present invention, the protrusions are arranged such that the electrolyte / electrode assembly of the inner peripheral side arrangement layer and the electrolyte / electrode assembly of the outer peripheral side arrangement layer are shifted in phase from each other. It is provided in the position where it is. As a result, the plurality of electrolyte-electrode assemblies can be arranged densely with each other, and the fuel cell can be reliably made compact while maintaining the desired power generation performance.
[0016]
Still further, in the fuel cell according to claim 4 of the present invention, three or more protrusions are provided corresponding to positions around each electrolyte / electrode assembly, and three or more of the electrolyte / electrode assemblies are provided. It is configured to be able to be accommodated between the above-mentioned protrusions in a non-contact state. For this reason, it is only necessary to dispose the electrolyte-electrode assembly between the three or more projections. This simplifies the assembly operation of the fuel cell at a stroke, and even if the electrolyte-electrode assembly thermally expands. The electrolyte-electrode assembly can be prevented from being damaged.
[0017]
In the fuel cell stack according to claim 5 of the present invention, the disc-shaped separator is provided with a projection for positioning and arranging a plurality of electrolyte-electrode assemblies in the plane of the separator, and the flange is provided with: A hole for inserting a stack tightening bolt is formed between the electrolyte-electrode assembly arranged at the outermost periphery. Therefore, the outer dimensions of the entire fuel cell stack are reduced, and the size of the fuel cell stack can be easily reduced.
[0018]
Furthermore, in the fuel cell stack according to claim 6 of the present invention, one or more arrangement layers in which a plurality of electrolyte-electrode assemblies are arranged are provided concentrically with the center of the separator. Thus, a plurality of electrolyte-electrode assemblies are arranged in the plane of the separator, and the output of the entire fuel cell stack can be easily increased with a compact configuration.
[0019]
Furthermore, in the fuel cell stack according to claim 7 of the present invention, three or more projections are provided corresponding to positions around each electrolyte-electrode assembly, and three or more projections are provided. It is configured to be able to be accommodated in a non-contact state between the plurality of protrusions or more. Therefore, assembling work of the entire fuel cell stack can be simplified at a stroke, and damage to the electrolyte / electrode assembly due to heat history or the like can be effectively prevented.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack 12 in which a plurality of fuel cells 10 according to the first embodiment of the present invention are stacked, and FIG. 2 is a partial sectional explanatory view of the fuel cell stack 12. is there.
[0021]
The fuel cell 10 is a solid oxide fuel cell, and is used for various purposes, such as for installation and for in-vehicle use. In the first embodiment, as an application example of the fuel cell stack 12, for example, a configuration incorporated in a gas turbine 14 is shown in FIG. In FIG. 3, the fuel cell stack 12 has a shape different from that of the fuel cell stack 12 shown in FIGS. 1 and 2 in order to be incorporated into the gas turbine 14, but has a substantially identical configuration.
[0022]
A fuel cell stack 12 is built around a combustor 18 in a casing 16 constituting the gas turbine 14. After reacting from the center of the fuel cell stack 12 to a chamber 20 on the combustor 18 side, And the exhaust gas as the oxidant gas is discharged. The chamber 20 becomes narrower in the flow direction of the exhaust gas (the direction of the arrow X in FIG. 3), and the heat exchanger 22 is provided on the outer peripheral portion on the distal end side. A turbine (output turbine) 24 is disposed on the front end side of the chamber 20, and a compressor 26 and a generator 28 are coaxially connected to the turbine 24. The gas turbine 14 is configured to be axially symmetric as a whole.
[0023]
The discharge passage 30 of the turbine 24 communicates with a first passage 32 of the heat exchanger 22, and the supply passage 34 of the compressor 26 communicates with a second passage 36 of the heat exchanger 22. The second passage 36 communicates with the outer periphery of the fuel cell stack 12 via the heated air introduction passage 38.
[0024]
As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 12 includes a plurality of fuel cells 10 having an outer peripheral corrugated disk shape stacked in the direction of arrow A, and flanges 40 a and 40 b disposed at both ends in the stacking direction. For example, they are integrally fastened and held via eight fastening bolts 42. At the center of the fuel cell stack 12, a circular fuel gas supply passage 44 is formed in the direction of arrow A with the flange 40a at the bottom (see FIG. 2).
[0025]
Around the fuel gas supply passage 44, a plurality of, for example, four exhaust gas passages 46 are formed in the arrow A direction with the flange 40b as a bottom. The flanges 40a, 40b and the end plates 97a, 97b are insulated by insulating plates 98a, 98b, and output terminals 48a, 48b are provided from the end plates 97a, 97b, respectively.
[0026]
As shown in FIGS. 4 and 5, the fuel cell 10 has a cathode electrode 52 and an anode electrode 54 provided on both sides of an electrolyte (electrolyte plate) 50 composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia, for example. The electrolyte-electrode assembly 56 provided. The electrolyte electrode assembly 56 is formed in a relatively small disk shape.
[0027]
The fuel cell 10 is configured by disposing a pair of separators 58 with a plurality of, for example, 16 electrolyte / electrode assemblies 56 interposed therebetween. In the plane of the separator 58, an inner peripheral side array layer P1 in which eight electrolyte / electrode assemblies 56 are arranged concentrically with the fuel gas supply passage 44, which is the center of the separator 58, An outer peripheral side arrangement layer P2 on which eight electrolyte / electrode assemblies 56 are arranged is provided on the outer periphery of the side arrangement layer P1 (see FIG. 4).
[0028]
The separator 58 includes a plurality of, for example, two plates 60 and 62 stacked on each other. The plates 60 and 62 are made of, for example, a sheet metal such as a stainless alloy, and are provided with corrugated outer peripheral portions 60a and 62a, respectively (see FIGS. 7 and 8).
[0029]
As shown in FIGS. 6, 7, and 9, a rib portion 63a for providing the fuel gas supply passage 44 and the four exhaust gas passages 46 is formed in the center of the plate 60. On the plate 60, four inner projections 64 a circulating in the respective exhaust gas passages 46 are formed by bulging toward the plate 62 along the inner periphery from the rib 63 a.
A protruding portion 65 a protruding in a direction away from the plate 62 is formed around the fuel gas supply passage 44 of the plate 60.
[0030]
The plate 60 is provided with an outer protrusion 66a radially with respect to the fuel gas supply communication hole 44, and communicates with the fuel gas supply communication hole 44 between the inner protrusion 64a and the outer protrusion 66a. A fuel gas passage 67 is formed.
[0031]
The outer protrusion 66a is provided with a plurality of first walls 68a and second walls 70a alternately protruding a predetermined distance in a radially outward direction. As shown in FIG. 9, in the first wall portion 68a, an imaginary circle connecting the tips forms a center line of the inner peripheral side arrangement layer P1, and eight electrolyte / electrode junctions are formed along the inner peripheral side arrangement layer P1. The bodies 56 are arranged.
A second wall portion 70a is provided between the first wall portions 68a, and a center line of the outer peripheral side array layer P2 is formed by an imaginary circle passing through a tip of the second wall portion 70a. Eight electrolyte / electrode assemblies 56 are arranged along the center line of the outer peripheral side arrangement layer P2.
[0032]
Three oxidizing gas inlets 78 are formed around the distal ends of the first wall portion 68a and the second wall portion 70a, respectively, penetrating the plate 60. The plate 60 has a first boss 80 protruding toward each of the electrolyte-electrode assemblies 56 arranged along the inner peripheral side arrangement layer P1 and the outer peripheral side arrangement layer P2, and in contact with each electrolyte-electrode assembly 56. It is bulged.
[0033]
As shown in FIGS. 6, 8, and 9, near the inside of the corrugated outer portion 60a of the plate 60, the plate 60 has the same shape as the corrugated outer portion 60a, and projects in the direction away from the plate 62 to form a One round convex portion 83a is formed. The plate 60 has a plurality of outer circumferential protrusions 85a and inner circumferential protrusions 87a which are opposed to each other (or are displaced from each other) on both sides of the first circumferential protrusion 83a with a predetermined interval therebetween. Are provided.
[0034]
As shown in FIGS. 6, 7 and 10, a rib 63b is formed at the center of the plate 62 in opposition to the rib 63a of the plate 60, and four ribs projecting toward the plate 60 are formed. The inner protrusion 64b is bulged. A protruding portion 65 b protruding in a direction away from the plate 60 is formed around the fuel gas supply passage 44 of the plate 62.
[0035]
The plate 62 is provided with an outer protrusion 66b facing the outer protrusion 66a and protruding toward the plate 60. In the plates 60 and 62, a fuel gas passage 67 is formed in which the inner protrusions 64a and 64b and the outer protrusions 66a and 66b are in contact with each other and communicate with the fuel gas supply passage 44. The outer projection 66b is provided with a plurality of first wall portions 68b and second wall portions 70b alternately protruding by a predetermined distance in a radially outward direction.
[0036]
The plate 62 has a second boss portion 86 protruding toward each electrolyte-electrode assembly 56 arranged along the inner peripheral side arrangement layer P1 and the outer peripheral side arrangement layer P2, and in contact with each electrolyte-electrode assembly 56. It is bulged. Each dimension of the second boss portion 86 in the radial direction and the height direction is set smaller than that of the first boss portion 80. A fuel gas inlet 88 communicating with the fuel gas passage 67 is formed through the plate 62.
[0037]
The plate 62 is provided with positioning projections 81 for positioning and positioning the eight electrolyte / electrode assemblies 56 along the inner peripheral side arrangement layer P1 and the outer peripheral side arrangement layer P2. In the first embodiment, three or more positioning projections 81 are provided corresponding to positions around each electrolyte / electrode assembly 56, and three positioning projections 81 are provided, for example. It is set at a position that can be accommodated between the positioning projections 81 in a non-contact state. The positioning protrusion 81 is set to have a larger dimension in the height direction than the second boss 86 (see FIG. 6).
[0038]
As shown in FIGS. 6, 8 and 10, near the inner side of the outer peripheral portion 62a of the plate 62, the plate 62 has the same shape as that of the outer peripheral portion 62a, and projects in the direction away from the plate 60, and The two-turn convex portion 83b is formed. The plate 62 has a plurality of outer circumferential protrusions 85b and inner circumferential protrusions 87b which are opposed to each other (or are displaced from each other) with the second circumferential protrusion 83b interposed therebetween with a predetermined interval therebetween. Are formed one by one.
[0039]
Between the plate 60 and the plate 62, a fuel gas passage 67 is formed between the inner protrusions 64a, 64b and the outer protrusions 66a, 66b, and a fuel gas passage 67 is formed outside the outer protrusions 66a, 66b. An oxidizing gas passage 82 is formed corresponding to the two sides (see FIG. 11). The oxidizing gas passage 82 communicates with an oxidizing gas inlet 78 formed in the plate 60.
[0040]
As shown in FIG. 6, the separator 58 is provided with an insulating seal 90 for sealing the fuel gas supply passage 44. The insulating seal 90 is formed by, for example, disposing a ceramic plate material or spraying ceramic onto the convex portion 65a of the plate 60 or the convex portion 65b of the plate 62. The first and second orifices 83a and 83b of the plates 60 and 62 are formed by bulging in a direction away from each other, and the first and second orbits 83a and 83b are formed of ceramics or the like. Is provided by interposition or thermal spraying.
[0041]
As shown in FIGS. 5 and 6, the electrolyte / electrode assembly 56 is sandwiched between a plate 60 constituting one separator 58 and a plate 62 constituting the other separator 58. Specifically, the first boss 80 and the second boss 86 are bulged on the plates 60 and 62 facing each other with the electrolyte electrode assembly 56 interposed therebetween. The electrolyte / electrode assembly 56 is sandwiched between the second boss 86 and the second boss 86.
[0042]
As shown in FIG. 11, a fuel gas supply passage 94 communicating between a fuel gas passage 67 and a fuel gas inlet 88 is provided between the electrolyte electrode assembly 56 and a plate 62 constituting one separator 58. Is formed. An oxidizing gas supply passage 96 communicating from the oxidizing gas passage 82 through an oxidizing gas inlet 78 is formed between the electrolyte / electrode assembly 56 and the plate 60 constituting the other separator 58. .
The opening dimensions of the fuel gas supply passage 94 and the oxidizing gas supply passage 96 are set in accordance with the respective heights of the second boss 86 and the first boss 80. Since the flow rate of the fuel gas is smaller than the flow rate of the oxidizing gas, the size of the second boss portion 86 is set smaller than that of the first boss portion 80.
[0043]
As shown in FIG. 6, the fuel gas passage 67 communicates with the fuel gas supply passage 44 formed between the plates 60 and 62 constituting the same separator 58. The oxidizing gas passage 82 is formed on the same plane as the fuel gas passage 67, and is provided to the outside via the first and second orbital protruding portions 83 a and 83 b of the plates 60 and 62 constituting the same separator 58. It is open.
[0044]
Each separator 58 functions as a current collector when the first and second bosses 80 and 86 sandwich the electrolyte-electrode assembly 56 along the laminating direction, and the inner protrusions 64 a of the plates 60 and 62. , 64b and the outer projections 66a, 66b are in contact with each other, whereby the fuel cells 10 are connected in series along the direction of arrow A.
[0045]
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cells 10 configured as described above are stacked in the direction of arrow A, and end plates 97a and 97b are arranged at both ends in the stacking direction. Outside the end plates 97a, 97b, flanges 40a, 40b are laminated with insulating plates 98a, 98b interposed. Holes 100a, 100b are formed in the flanges 40a, 40b corresponding to the portions where the corrugated outer peripheral portions 60a, 62a of the plates 60, 62 are curved inward. The fastening bolts 42 are inserted into the holes 100a and 100b, and the nuts 104 are screwed into ends of the holes 100a and 100b, whereby a desired tightening force is applied to the stacked fuel cells 10.
[0046]
The operation of the fuel cell stack 12 configured as described above will be described below.
[0047]
When assembling the fuel cell 10, first, the plates 60 and 62 constituting the separator 58 are joined. Specifically, as shown in FIG. 6, the inner projections 64a, 64b and the outer projections 66a, 66b integrally formed on the plates 60, 62 are fixed by brazing or the like, and a ring-shaped insulating seal is provided. 90 is provided on the plate 60 or the plate 62 around the fuel gas supply passage 44 by, for example, thermal spraying or the like. On the other hand, a wavy insulating seal 92 is provided, for example, by thermal spraying, on the first orifice 83a of the plate 60 or the second orifice 83b of the plate 62.
[0048]
Thus, a separator 58 is formed, and a fuel gas passage 67 and an oxidizing gas passage 82 are formed between the plates 60 and 62 on the same plane. Further, the fuel gas passage 67 communicates with the fuel gas supply passage 44, while the oxidizing gas passage 82 is open to the outside between the corrugated outer peripheral portions 60a and 62a.
[0049]
Next, the electrolyte electrode assembly 56 is sandwiched between the separators 58. As shown in FIG. 4 and FIG. 5, eight separators / electrode assemblies 56 are arranged on the surfaces facing each other, that is, between the plates 60 and 62, corresponding to the inner peripheral side arrangement layer P1. At the same time, eight electrolyte / electrode assemblies 56 are arranged along the outer peripheral side arrangement layer P2.
[0050]
At this time, three positioning projections 81 are provided at the positions where the respective electrolyte-electrode assemblies 56 are arranged, and the electrolyte-electrode assembly 56 is accommodated between the three positioning projections 81. You. First and second bosses 80 and 86 are formed in the positioning projection 81 so as to protrude in a direction approaching each other, and the first and second bosses 80 and 86 form an electrolyte-electrode assembly. 56 are pinched.
[0051]
For this reason, as shown in FIG. 11, between the cathode electrode 52 of the electrolyte electrode assembly 56 and the plate 60, the oxidizing gas supply passage communicating with the oxidizing gas passage 82 through the oxidizing gas inlet 78 is provided. A channel 96 is formed. On the other hand, between the anode electrode 54 of the electrolyte electrode assembly 56 and the plate 62, a fuel gas supply flow path 94 communicating with the fuel gas passage 67 via the fuel gas inlet 88 is formed. Further, a discharge passage 106 is formed between the separators 58 for mixing the reacted fuel gas and the oxidizing gas and leading the mixture to the fuel gas supply passage 44.
[0052]
The fuel cells 10 assembled as described above are stacked in the direction of arrow A, and the fuel cell stack 12 is assembled (see FIGS. 1 and 2).
[0053]
Thus, a fuel gas (for example, a hydrogen-containing gas) is supplied to the fuel gas supply communication hole 44 of the flange 40 b constituting the fuel cell stack 12, and the oxidant pressurized from the outer peripheral side of the fuel cell stack 12. An oxygen-containing gas (hereinafter, also referred to as air), which is a gas, is supplied. The fuel gas supplied to the fuel gas supply passage 44 is introduced into the fuel gas passage 67 in the separator 58 constituting each fuel cell 10 while moving in the stacking direction (the direction of arrow A) (see FIG. 6). .
[0054]
As shown in FIG. 5, the fuel gas moves along the first wall portions 68a, 68b and the second wall portions 70a, 70b that constitute the outer protrusions 66a, 66b, and the fuel gas inlets from the respective leading ends. The fuel gas is introduced into the fuel gas supply flow path 94 through the fuel gas supply passage 88. The fuel gas inlet 88 is provided corresponding to the center position of the anode electrode 54 of each electrolyte electrode assembly 56, and the fuel gas introduced into the fuel gas supply passage 94 is provided at the center of the anode electrode 54. It flows from the part toward the outer periphery (see FIG. 11).
[0055]
On the other hand, the oxidizing gas supplied from the outer peripheral side of each fuel cell 10 is supplied to the oxidizing gas passage 82 formed between the plates 60 and 62 of each separator 58.
The oxidizing gas supplied to the oxidizing gas passage 82 is introduced from the oxidizing gas inlet 78 into the oxidizing gas supply channel 96, and extends from the center of the cathode electrode 52 of the electrolyte electrode assembly 56 to the outer periphery thereof. (See FIGS. 5 and 11).
[0056]
Therefore, in each of the electrolyte electrode assemblies 56, the fuel gas is supplied from the center of the anode electrode 54 toward the outer periphery, and the oxidant gas is supplied from the center of the cathode electrode 52 toward the outer periphery. At this time, oxygen ions move to the anode electrode 54 through the electrolyte 50, and power is generated by a chemical reaction.
[0057]
Here, each electrolyte / electrode assembly 56 is sandwiched by first and second bosses 80 and 86, and the first and second bosses 80 and 86 function as current collectors. Therefore, the fuel cells 10 are electrically connected in series in the direction of arrow A (stacking direction), and can take output between the output terminals 48a and 48b. Further, even when one of the plurality of electrolyte / electrode assemblies 56 is disconnected, the remaining electrolyte / electrode assembly 56 can be energized, and the reliability of power generation can be improved. Can be improved.
[0058]
On the other hand, the reacted fuel gas and oxidizing gas (exhaust gas) that have moved to the outer periphery of each electrolyte-electrode assembly 56 move toward the center of the separator 58 via a discharge passage 106 formed between the separators 58. I do. Near the center of the separator 58, four exhaust gas passages 46 forming an exhaust gas manifold are formed, and exhaust gas is discharged from the exhaust gas passages 46 to the outside.
[0059]
In this case, in the first embodiment, a relatively small-diameter circular electrolyte-electrode assembly 56 is provided, and a plurality of, for example, 16 electrolyte-electrode assemblies 56 are arranged between the separators 58. Therefore, the thickness of the electrolyte / electrode assembly 56 can be reduced, the resistance polarization can be reduced, the temperature distribution can be reduced, and breakage due to thermal stress can be avoided. Therefore, the power generation performance of the fuel cell 10 can be effectively improved.
[0060]
Further, an inner peripheral side array layer P1 in which eight electrolyte / electrode assemblies 56 are arranged concentrically with the fuel gas supply passage 44, which is the center of the separator 58, and an outer peripheral side of the inner peripheral side array layer P1. And an outer peripheral side arrangement layer P2 in which eight electrolyte / electrode assemblies 56 are arranged. At this time, the electrolyte / electrode assembly 56 of the outer peripheral side array layer P2 is arranged out of phase with the electrolyte / electrode assembly 56 of the inner peripheral side array layer P1.
[0061]
More specifically, the electrolyte / electrode assemblies 56 of the outer peripheral side arrangement layer P2 are arranged corresponding to the electrolyte / electrode assemblies 56 of the inner peripheral side arrangement layer P1. Thereby, the plurality of electrolyte-electrode assemblies 56 can be densely arranged with each other, and an advantage that the entire fuel cell 10 can be easily made compact while maintaining desired power generation performance can be obtained.
[0062]
Further, in the first embodiment, the shape of the plates 60 and 62 constituting the separator 58 is set to the corrugated outer peripheral portions 60a and 62a, and the portion curved toward the center of the fuel gas supply passage 44, that is, the outer peripheral portion A fastening bolt 42 is provided at a portion corresponding to a portion between the electrolyte electrode assemblies 56 arranged in the side arrangement layer P2 (see FIG. 1). Therefore, the outer dimensions of the entire fuel cell stack 12 are effectively reduced, and the size of the fuel cell stack 12 can be easily reduced.
[0063]
Further, as shown in FIGS. 6 and 11, three positioning projections 81 are integrally formed on the plate 62 constituting the separator 58, respectively, corresponding to the positions of the respective electrolyte-electrode assemblies 56. ing. Accordingly, the electrolyte-electrode assembly 56 can be accurately arranged at a desired position of the separator 58 only by disposing the electrolyte-electrode assembly 56 between the three positioning projections 81.
[0064]
Thereby, particularly when the plurality of electrolyte-electrode assemblies 56 are arranged on the separator 58, the positioning accuracy of the electrolyte-electrode assemblies 56 is easily and reliably performed, and the workability of assembling the fuel cell 10 is greatly improved. The effect is obtained. Moreover, since the positioning accuracy of the electrolyte electrode assembly 56 is improved, the fuel gas and the oxidizing gas can be accurately supplied to the center of the electrolyte electrode assembly 56. Therefore, the power generation performance of each fuel cell 10 can be improved satisfactorily.
[0065]
Furthermore, the three positioning projections 81 are set at positions where the electrolyte electrode assembly 56 can be accommodated in a non-contact state. Therefore, even if thermal expansion occurs in the electrolyte / electrode assembly 56 and the separator 58, the electrolyte / electrode assembly 56 does not come into contact with the positioning projection 81 and receives stress, and the electrolyte / electrode assembly 56 It is possible to effectively avoid damage and misalignment.
[0066]
In addition, the positioning projection 81 is integrally formed on the plate 62 by press molding or the like. Accordingly, there is no need to provide a special positioning material for positioning each electrolyte-electrode assembly 56, and the number of parts can be effectively reduced, and the weight of the separator 58 and the configuration of the separator 58 can be simplified. become. For this reason, there is an advantage that the fuel cell 10 having excellent assembling workability and maintaining a stable power generation function can be reliably assembled.
[0067]
Since the positioning projection 81 is provided on the fuel gas side where the passage height is low, that is, on the second boss 86 side, the molding height of the positioning projection 81 can be set low.
[0068]
Next, the operation when the fuel cell stack 12 is incorporated in the gas turbine 14 shown in FIG. 3 will be schematically described.
[0069]
As shown in FIG. 3, in the gas turbine 14, the combustor 18 is driven at the time of starting, the turbine 24 is rotated, and the compressor 26 and the power generator 28 are driven. The outside air is introduced into the supply passage 34 by the driving of the compressor 26, and the air having a high pressure and a predetermined temperature (for example, 200 ° C.) is sent to the second passage 36 of the heat exchanger 22.
[0070]
The first passage 32 of the heat exchanger 22 is supplied with a high-temperature exhaust gas as a fuel gas and an oxidant gas after the reaction, and the air introduced into the second passage 36 of the heat exchanger 22 is heated. You. The heated air is introduced into the outer peripheral portion of each fuel cell 10 constituting the fuel cell stack 12 through the heated air introduction passage 38. For this reason, power is generated in the fuel cell 10, and the exhaust gas as the fuel gas and the oxidant gas after the reaction is discharged to the chamber 20 in the casing 16.
[0071]
At that time, the exhaust gas discharged from the solid electrolyte type fuel cell 10 has a high temperature of 800 ° C. to 1000 ° C., and the exhaust gas rotates the turbine 24 to generate power by the power generator 28 and heat exchange. The external air sent to the container 22 and sucked can be heated. Accordingly, it is not necessary to use the combustor 18 and the turbine 24 can be rotated using the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 12.
[0072]
In addition, since the exhaust gas has a high temperature of 800 ° C. to 1000 ° C., internal reforming of the fuel supplied to the fuel cell stack 12 can be performed. Therefore, internal reforming can be performed using various fuels such as natural gas, butane, and gasoline as the fuel.
[0073]
FIG. 12 is a cross-sectional explanatory view showing a schematic configuration of a gas turbine 120 according to a second embodiment to which a relatively small fuel cell stack 12a is applied, and FIG. 13 is a front explanatory view of the gas turbine 120. is there. Note that the same components as those of the gas turbine 14 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the third embodiment described below, the detailed description is also omitted.
[0074]
Eight fuel cell stacks 12 a are mounted around the combustor 18 at intervals of 45 ° around the outer periphery of a casing 122 constituting the gas turbine 120. Each fuel cell stack 12a is surrounded by a housing 124, and a heated air introduction passage 126 is formed in the housing 124.
[0075]
In the gas turbine 120 configured as described above, eight fuel cell stacks 12a are mounted on the outer periphery of the casing 122 at intervals of 45 °. For this reason, the effect that the electromotive force increases and the overall length of the gas turbine 120 is effectively shortened is obtained.
[0076]
FIG. 14 is a cross-sectional explanatory view showing a schematic configuration of a gas turbine 130 according to a third embodiment to which a relatively large fuel cell stack 12b is applied, and FIG. 15 is a front explanatory view of the gas turbine 130. is there.
[0077]
On the outer circumference of the casing 132 constituting the gas turbine 130, four fuel cell stacks 12b are provided around the combustor 18 on two circumferences separated by a predetermined distance in the axial direction (arrow X direction), respectively. ° Mounted at intervals. The phases of the fuel cell stacks 12b mounted on each circumference are shifted from each other by 45 ° so that the fuel cell stacks 12b do not overlap each other. Each fuel cell stack 12b is surrounded by a housing 134, and a heating air introduction passage 136 is formed in the housing 134.
[0078]
In the gas turbine 130 configured as described above, four fuel cell stacks 12b are mounted on the outer periphery of the casing 132 at intervals of 90 ° and shifted by 45 ° from each other. For this reason, a large number (eight) of relatively large fuel cell stacks 12b can be arranged, improving the power generation efficiency, and effectively reducing the outer peripheral dimensions of the entire gas turbine 130, thereby reducing the size of the gas turbine 130. The effect that it becomes possible to achieve the effect is obtained.
[0079]
In the first to third embodiments, the case where the fuel cell stacks 12, 12a, and 12b are used by being incorporated into the gas turbines 14, 120, and 130 has been described. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to use the battery stacks 12, 12a and 12b for vehicle use.
[0080]
【The invention's effect】
In the fuel cell and the fuel cell stack according to the present invention, the plate constituting the separator is provided with a projection for positioning and arranging the plurality of electrolyte / electrode assemblies in the plane of the separator. Thereby, in the separator surface, a plurality of electrolyte-electrode assemblies can be accurately arranged, and effectively preventing the electrolyte-electrode assembly from being displaced due to heat history or the like. Will be possible. In addition, the electrolyte / electrode assembly can be easily and reliably arranged, and the workability of assembling the fuel cell is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells according to a first embodiment of the present invention are stacked.
FIG. 2 is a partially sectional explanatory view of the fuel cell stack.
FIG. 3 is an explanatory sectional view showing a schematic configuration of a gas turbine incorporating the fuel cell stack.
FIG. 4 is an exploded perspective view of the fuel cell.
FIG. 5 is a partially exploded perspective view showing the operation of the fuel cell.
FIG. 6 is a partially omitted cross-sectional view of the fuel cell stack.
FIG. 7 is an exploded perspective view of a separator constituting the fuel cell.
FIG. 8 is a partially enlarged exploded perspective view of the fuel cell.
FIG. 9 is an explanatory front view of one plate constituting the separator.
FIG. 10 is an explanatory front view of the other plate constituting the separator.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the operation of the fuel cell.
FIG. 12 is an explanatory sectional view showing a schematic configuration of a gas turbine according to a second embodiment to which a relatively small fuel cell stack is applied.
FIG. 13 is an explanatory front view of the gas turbine.
FIG. 14 is an explanatory sectional view showing a schematic configuration of a gas turbine according to a third embodiment to which a relatively large fuel cell stack is applied.
FIG. 15 is an explanatory front view of the gas turbine.
[Explanation of symbols]
10: fuel cell 12, 12a, 12b: fuel cell stack
14, 120, 130 ... gas turbine
16, 122, 132 ... casing
18: Combustor 22: Heat exchanger
24 Turbine 26 Compressor
28: generator 38, 126, 136: heated air introduction passage
40a, 40b: flange 44: fuel gas supply passage
46: exhaust gas passage 50: electrolyte
52: cathode electrode 54: anode electrode
56: Electrolyte-electrode assembly 58: Separator
60, 62: plate 60a, 62a: corrugated outer periphery
64a, 64b ... inner protrusion 65a, 65b ... protrusion
66a, 66b: outer projection 67: fuel gas passage
78: oxidizing gas inlet 80, 86: boss
81: Positioning projection 82: Oxidizing gas passage
83a, 83b ... orbital protrusion 88 ... fuel gas inlet
90, 92: insulating seal 94: fuel gas supply channel
96 oxidant gas supply passage

Claims (7)

電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体がセパレータ間に配設される燃料電池であって、
前記セパレータは、互いに積層される複数枚のプレートを備え、前記プレート間には、前記アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス通路、および前記カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路が形成されるとともに、
少なくとも1枚のプレートには、前記セパレータの面内に複数の前記電解質・電極接合体を位置決め配置するための突起部が設けられることを特徴とする燃料電池。
An electrolyte-electrode assembly constituted by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode is a fuel cell disposed between separators,
The separator includes a plurality of plates stacked on each other, a fuel gas passage for supplying a fuel gas to the anode electrode, and an oxidizing gas for supplying an oxidant gas to the cathode electrode, between the plates. While the agent gas passage is formed,
A fuel cell, characterized in that at least one plate is provided with a projection for positioning and arranging a plurality of the electrolyte / electrode assemblies in the plane of the separator.
請求項1記載の燃料電池において、前記突起部は、複数の前記電解質・電極接合体が前記セパレータの中心部と同心円上に配列される配列層を1以上形成可能な位置に設けられることを特徴とする燃料電池。2. The fuel cell according to claim 1, wherein the protrusion is provided at a position where one or more arrangement layers in which the plurality of electrolyte-electrode assemblies are arranged concentrically with the center of the separator can be formed. 3. And the fuel cell. 請求項2記載の燃料電池において、前記突起部は、内周側配列層の前記電解質・電極接合体と外周側配列層の前記電解質・電極接合体とが、互いに位相をずらして配列される位置に設けられることを特徴とする燃料電池。3. The fuel cell according to claim 2, wherein the protrusion is located at a position where the electrolyte / electrode assembly of the inner peripheral side arrangement layer and the electrolyte / electrode assembly of the outer peripheral side arrangement layer are arranged out of phase with each other. A fuel cell, comprising: a fuel cell; 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池において、前記突起部は、各電解質・電極接合体を周回する位置に対応して3個以上ずつ設けられるとともに、前記電解質・電極接合体が3個以上の前記突起部間に非接触状態で収容可能に構成されることを特徴とする燃料電池。4. The fuel cell according to claim 1, wherein the protrusions are provided at three or more positions corresponding to positions around each of the electrolyte-electrode assemblies, and the electrolyte-electrode assembly is provided. 5. Is configured to be accommodated in a non-contact state between three or more of the protrusions. 電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される円板状電解質・電極接合体が円板状セパレータ間に配設される燃料電池を備え、複数の前記燃料電池を積層して積層方向両端にフランジを配設する燃料電池スタックであって、
前記セパレータには、該セパレータの面内に複数の前記電解質・電極接合体を位置決め配置するための突起部が設けられるとともに、
前記フランジには、最外周に配置される前記電解質・電極接合体間に対応してスタック締め付け用ボルトを挿通するための孔部が形成されることを特徴とする燃料電池スタック。
A fuel cell in which a disc-shaped electrolyte / electrode assembly composed of an electrolyte sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode is disposed between disc-shaped separators, and a plurality of the fuel cells are stacked and both ends in the stacking direction. A fuel cell stack, wherein a flange is disposed on the fuel cell stack,
The separator is provided with protrusions for positioning and arranging the plurality of electrolyte-electrode assemblies in the plane of the separator,
A fuel cell stack, wherein a hole is formed in the flange corresponding to the space between the electrolyte-electrode assembly disposed on the outermost periphery, for inserting a stack fastening bolt.
請求項5記載の燃料電池スタックにおいて、前記突起部は、複数の前記電解質・電極接合体が前記セパレータの中心部と同心円上に配列される配列層を1以上形成可能な位置に設けられることを特徴とする燃料電池スタック。6. The fuel cell stack according to claim 5, wherein the protrusion is provided at a position where one or more arrangement layers in which the plurality of electrolyte-electrode assemblies are arranged concentrically with the center of the separator can be formed. Characteristic fuel cell stack. 請求項5または6記載の燃料電池スタックにおいて、前記突起部は、各電解質・電極接合体を周回する位置に対応して3個以上ずつ設けられるとともに、前記電解質・電極接合体が3個以上の前記突起部間に非接触状態で収容可能に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。7. The fuel cell stack according to claim 5, wherein three or more protrusions are provided corresponding to positions around each electrolyte-electrode assembly, and three or more electrolyte-electrode assemblies are provided. 8. A fuel cell stack, wherein the fuel cell stack is configured to be accommodated in a non-contact state between the protrusions.
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