【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒形固体電解質型燃料電池に関し、特に燃料電池ユニット間の電気的接続に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の筒状固体酸化物形燃料電池セル（以下燃料電池セルともいう）から構成される燃料電池発電システムの一般的な構成図を図７に示す。
燃料電池セル１は、有底筒状のセラミックチューブである。燃料電池セル１の断面は多層円筒状をしており、空気極、固体酸化物、燃料極等の各層が積層されている。燃料電池セル１の各層の肉厚は数μｍ〜２．５ｍｍであり、それぞれ必要な機能（導電性、通気性、固体酸化物、電気化学触媒性等）を有する酸化物を主成分とするセラミックス材で形成されている。この燃料電池セル１の内側に酸化剤ガス（空気や酸素リッチガス等、以下空気という）を流し、外側にＨ２、ＣＯ、ＣＨ４などの燃料ガスを流すと、この燃料電池セル１内でＯ２−イオンが移動して電気化学的発電反応（以下発電反応という）が起こり、空気極と燃料極との間に電位差が生じて発電が行われる。１本の燃料電池セルの出力は限られているため、実際の燃料電池発電システムでは、燃料電池セル１を複数本集合させたセル集合体を構成して使用する。
それぞれの燃料電池セル１の内側には、空気を供給するための細長い空気導入管２が内挿されており、その下端は燃料電池セル１の底近くにまで達している。この空気導入管２の下端から、空気が燃料電池セル１の底に供給される。燃料電池セル１の底に供給された空気は、上述の発電反応に寄与しつつ燃料電池セル１の内側を上方に向かい排出される（排出ラインは図示しない）。燃料電池セル１の外側には、下方から燃料ガス（Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４等）が供給される。燃料ガスは、上述の発電反応に寄与しつつ燃料電池セル１の外側を上方に向かい、未反応の燃料ガスと、燃料電池セル１での発電反応生成物ガス（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等）は、排燃料ガスとして排出される（排出ラインは図示しない）。固体酸化物形燃料電池の発電反応部の温度は、約８００〜１０００℃であるため、排空気や排燃料ガスの保有する顕熱を熱交換器によって回収し、空気や燃料ガスの予熱に用いることもある。また、排空気と排燃料ガスを混合燃焼させ、その燃焼熱を熱交換器により回収して予熱を行うこともある。
【０００３】
次に、筒状固体酸化物型燃料電池における燃料電池セル１の接続構造について説明する。 通常の燃料電池システムにあっては、１個の燃料電池セル１おける発電量は燃料電池セル１の大きさにもよるが数十ワット程度なので、多数の燃料電池セル１をセル接続用導電部材３により直列および並列に接続して所要の出力を得る。従来では、組立性、メンテナンス性などを考慮し、例えば３並列３直列のように取り扱いのしやすい大きさにセル接続用導電部材３で接続してセル集合体６を形成し、これらを必要な数だけセル集合体接続用導電部材４により直列または並列に接続することで十分な発電出力を得ている。（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
このような従来の燃料電池の構成では、一般に接触抵抗を低減および電気的接続の信頼性を高めるためセル集合体６は予め焼成処理により固着されており、またセル集合体６間のセル集合体接続用導電部材４による接続に関しても発電モジュール８の組立過程において溶接によって機械的に接続されるかあるいは予備過熱や運転過程において焼結され固着される。
このため、万一燃料電池セル１の一部に不具合が生じても当該燃料電池セル１または当該セル集合体６だけを他の燃料電池セル１に影響を与えず切り離すことができず、全ての燃料電池セル１を交換することとなりたいへん不経済である。
セル集合体６の切離し手段に関しては、セル集合体接続用導電部材４の端辺部同士を溶接する例が提案されており非常に有効である。（例えば、特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５０５７５号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特表２００２−５０２１００号公報（第９−１１頁、第１−５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしセル集合体接続用導電部材４の端辺部同士を溶接する提案では、発電モジュール８の中央に位置するセル集合体６を直接切離すことはできず、結局セル集合体６が直列方向に直線状に繋がった端々の折り返し接続部でしか容易な切離しができない。つまりセル集合体６が並列方向に比べ直列方向がかなり長いＩ型形状で取り扱うこととなり、セル集合体６間の接続強度および燃料電池セル１間の接続強度を勘案すると非常に取り扱いの慎重さを要する。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、まずセル集合体６を複数並べセル集合体接続用導電部材４により電気的に接続しかつその周囲を絶縁部材８により囲み固定した燃料電池ユニット７の形成を前提とし、この燃料電池ユニット７間の簡便な電気的機械的接続および切離し手段を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第一の発明においては、向かい合う燃料電池ユニットの燃料電池ユニット接続用導電部材同士が機械的に接続固定されている部分と、絶縁部材側面に沿って折り曲げ可能となる変形部分を有していることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、燃料電池ユニット間の接続を容易に行うことができ、切離しも容易に行うことができるため、燃料電池システムのメンテナンス性が著しく向上する。またさらに燃料電池ユニット接続用導電部材同士の接続後の燃料電池ユニット接続用導電部材が折り曲がることにより燃料電池ユニット同士の隙間を最小限にすることができ、燃料電池システムをコンパクトにすることができる。
【０００９】
第二の発明においては、燃料電池ユニット接続用導電部材が、折り曲げにより前記絶縁部材間に収まることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、燃料電池ユニット接続用導電部材同士の接続後の燃料電池ユニット接続用導電部材が外部の金属部分と接触し短絡することがなく、別途燃料電池ユニット接続用導電部材に対する絶縁部品を準備する必要がなくなる。
【００１０】
第三の発明においては、燃料電池ユニット接続用導電部材は厚みが０．０５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲である部分を有することを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、燃料電池ユニット接続用導電部材の折り曲げが容易で、折り曲げ後の反力が性能および信頼性に影響を及ぼすことがない。
【００１１】
第四の発明においては、燃料電池ユニット接続用導電部材は材質がニッケルまたはニッケル含有合金であることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、高温雰囲気でも耐酸化性および導電性に優れ、また特にニッケルは高温で非常に柔らかい材料であるため、燃料電池ユニット接続用導電部材の変形の際に必要な力が比較的小さくできる。
【００１２】
第五の発明においては、燃料電池ユニット接続用導電部材同士は合わせ面の端辺部分を溶接することにより接続されることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、確実な電気的機械的接合を燃料電池システム組立て現場で容易に行うことができ、またその端辺の溶接部分を切断や切削などの手段により現場で容易に切離すことができる。
【００１３】
第六の発明においては、燃料電池ユニット接続用導電部材同士が合わせ面をスポット溶接することにより接続されることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、確実な電気的機械的接合を燃料電池システム組立て現場で容易に行うことができ、またその端辺の溶接部分を切断や打ち抜きなどの手段により現場で容易に切離すことができる。さらに、スポット溶接は最も機械化の進んだ溶接手段のひとつであり、燃料電池システム組立ての燃料電池ユニット接続用導電部材接合工程を容易に自動化することができる。
【００１４】
第七の発明においては、燃料電池ユニット接続用導電部材同士がボルトナットにより接続されることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、確実な電気的機械的接合を燃料電池システム組立ておよび切離しを現場で容易に行うことができる。
【００１５】
第八の発明においては、絶縁部材には前記燃料電池ユニット接続用導電部材を収める凹部を有することを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、燃料電池ユニット接続用導電部材を折り曲げた部分を絶縁材の凹部に収めることができる。よって折り畳まれた燃料電池ユニット接続用導電部材の厚み分の隙間が燃料電池ユニット間に発生し、その隙間から燃料が漏洩するのを回避することができ、燃料を最大限発電に利用することができる。
【００１６】
第九の発明においては、燃料電池ユニット接続用導電部材はセルの軸方向で複数に分割されていることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
これによれば、燃料電池ユニット接続用導電部材同士の接続工程で接続面の位置または角度に少量のズレが生じた場合でも、分割された小さい範囲内でズレが完了するのでズレ量の値が小さくなる。よって、燃料電池ユニット接続用導電部材に接続作業誤差に起因する意図しない応力の発生を未然に防ぐまたは緩和することができ、信頼性の高い燃料電池の運転を実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１から６で示す例では、９本の燃料電池セル１がセル接続用導電部材３により３直列×３並列に接続されセル集合体６を形成している。一般にセル集合体６は予め焼成処理により燃料電池セル１とセル接続用導電部材３が拡散接合されて一体物となっている。セル集合体６の直列数並列数は焼成処理工程および燃料電池システム組立て工程におけるハンドリング、焼成装置の規模の制約、燃料電池システムにおけるセル集合体６のレイアウトなどを考慮して決定され、状況によっては６直列×２並列や１直列×３並列のように自由に組み方を選択できる。セル集合体接続用導電部材４はセル集合体６を直列方向に接続し拡張する役割を持ち、セル集合体６を直線的に接続する場合や１８０°折り返し接続する場合がある。この周囲に絶縁部材８を配備し、直列に接続されたセル集合体６の両端には燃料電池ユニット接続用導電部材５の片側が接続され、残る片側は絶縁部材８の外に配置される。これらセル集合体６、セル集合体接続用導電部材４、燃料電池ユニット接続用導電部材５、絶縁部材８により形成され一固体として取り扱える状態としたものが燃料電池ユニット７である。ここでは、１つのセル集合体６内に２箇所の直線的接続と１箇所の１８０°折り返し接続を設けて４つのセル集合体６をコ字状に形成している例を示しているが、任意の数のセル集合体６を任意の配置で燃料電池ユニット７を形成できる。燃料電池システムはこの燃料電池ユニット７を複数、電気的機械的に接続することで所望する発電出力を得ることができる。
【００１８】
次に燃料電池ユニット７間の接続構造について説明する。図１−ａは接続するべき燃料電池ユニット７が左右で向かい合って状態を示しており、燃料電池ユニット接続用導電部材５が絶縁部材８の外側で２箇所の折り曲げ可能な部分を持つＶ字形状を有している。この燃料電池ユニット接続用導電部材５を機械的に接続した状態が図１−ｂである。さらに図１−ｃのように、燃料電池ユニット接続用導電部材５の折り曲げ可能な部分を絶縁部材８の側面に沿うように変形させることが可能であるため、２つの燃料電池ユニット７間の隙間を最小限にすることができる。また、図１−ｃのように絶縁部材８の側面に沿うように変形させる後、燃料電池ユニット接続用導電部材５が向かい合う絶縁部材８の間に収まり、絶縁部材８の外にはみ出さないように燃料電池ユニット接続用導電部材５の寸法を調整することができ、例えば燃料電池ユニット７の周囲に金属製のガスシール容器などを配置しても、燃料電池ユニット接続用導電部材５がガスシール容器に接触し漏電することはない。逆に燃料電池ユニット７を切離したい場合は、図１−ｂのように燃料電池ユニット接続用導電部材５の折り曲げ可能な部分を絶縁部材８から離れるように変形させながら２つの燃料電池ユニット７間の隙間を広げ、図１−ａのように燃料電池ユニット接続用導電部材５の機械的接続部分を切離すことで、２つの燃料電池ユニット７を安全に切離すことができる。
ここの例では、燃料電池ユニット接続用導電部材５は絶縁部材８の外側で２箇所の折り曲げ可能な部分を持つＶ字形状を有しているが、これに限らずＷ字形状、く字形状などさまざまな形状で前述の機能を発揮することが可能である。
【００１９】
前述したように燃料電池ユニット接続用導電部材５には折り曲げ可能となる部分が必要となるため、厚みの薄い方が変形抵抗が小さく有利となるが、導電抵抗が増加してしまう。よって両者のバランスをとるため少なくとも折り曲げ部分は厚みが０．０５ｍｍから１．５ｍｍの薄板となっていることが望ましい。
また材料としては高温雰囲気でも耐酸化性および導電性に優れるニッケルまたはニッケル合金が望ましい。特にニッケルは高温で非常に柔らかい材料であるため、燃料電池ユニット接続用導電部材の変形の際に必要な力が比較的小さくできる。
【００２０】
次に燃料電池ユニット７間の接続部分の詳細について説明する。図２は燃料電池ユニット７間の接続の一実施例を略示する図である。ここでは、２つの燃料電池ユニット接続用導電部材５の端面を合わせてその端辺部分を溶接することで電気的機械的に接続している。ＴＩＧ溶接などの一般的な溶接で薄板同士を溶接する場合、端面を合わせてその端辺部分の溶接が比較的容易である。また、切離す際はこの端辺の溶接部分を金はさみのような切断道具でカットするかあるいはサンダーような研削道具で削り取ることで切離すことができ、かつ再度端面を合わせてその端辺部分を溶接することができる。溶接は燃料電池ユニット接続用導電部材５の長手方向の上から下まで連続溶接することが望ましいが、導電抵抗の許容する範囲内で断続溶接となってもかまわない。
【００２１】
図３は燃料電池ユニット７間の接続の別の一実施例を略示する図である。ここでは、２つの燃料電池ユニット接続用導電部材５の端面を合わせてその合わせ面をスポット溶接することで電気的機械的に接続している。スポット溶接は抵抗溶接の一種で、薄板の溶接および溶接の自動化に有効である。切離す際はスポット溶接部分を打ち抜くことで切離すことができ、かつ再度接続する際は合わせ面上の別の箇所でスポット溶接を施すことが可能である。溶接箇所の個数は溶接部分の直径（ナゲット径という）から溶接面積を計算し、導電抵抗が許容する範囲内となるよう溶接箇所数を決定する。
【００２２】
図４は燃料電池ユニット７間の接続の別の一実施例を略示する図である。ここでは、２つの燃料電池ユニット接続用導電部材５の端面を合わせてその合わせ面をボルトナットで接続している。ボルトナットは最も簡単な着脱可能部品である。高温時においても有効な締結力を発揮させるためにはスプリングワッシャ−を使用しておくことが望ましい。ボルトナットの個数はスポット溶接と同様、ボルトナットの接触面積を計算し、導電抵抗が許容する範囲内となるようボルトナット箇所数を決定する。
【００２３】
図５は燃料電池ユニット７間の接続の別の一実施例を略示する図である。ここでは、絶縁部材８の側面に凹部１３を設けてあり、ここに折り曲げ畳まれた燃料電池ユニット接続用導電部材５が収まるようになっている。凹部の深さは折り曲げ畳まれた燃料電池ユニット接続用導電部材５の厚みと溶接やボルトなどの接続部分の厚み、さらに接続加工精度に起因する折り曲げ畳み時の歪が考慮されて決定する。
【００２４】
図６は燃料電池ユニット７間の接続の別の一実施例を略示する図である。ここでは、燃料電池ユニット接続用導電部材５を長手方向に５分割している例を示している。こうすることにより例えば燃料電池ユニット接続用導電部材５同士の接続工程で接続面の位置がずれて溶接部分が斜めになり溶接上端と下端で垂直から５ｍｍの歪が生じた場合でも、分割された小さい範囲内でズレが完了するのでズレ量の値が１／５の１ｍｍと小さくすることができる。分割数は任意に設定してよい。
【００２５】
本発明の特定の実施例を例示の目的で説明したが、頭書の特許請求の範囲に定義された本発明から逸脱することなく、種々の変形例及び設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒状固体酸化物形燃料電池の一実施例の接続前、接続後、収納後を略示する図である。
【図２】本発明の筒状固体酸化物形燃料電池の一実施例を略示する図である。
【図３】本発明の筒状固体酸化物形燃料電池の別の一実施例を略示する図である。
【図４】本発明の筒状固体酸化物形燃料電池の別の一実施例を略示する図である。
【図５】本発明の筒状固体酸化物形燃料電池の別の一実施例を略示する図である。
【図６】本発明の筒状固体酸化物形燃料電池の別の一実施例を略示する図である。
【図７】従来の筒状固体酸化物形燃料電池の断面構造例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池セル
２ 空気導入管
３ セル接続用導電部材
４ セル集合体接続用導電部材
５ 燃料電池ユニット接続用導電部材
６ セル集合体
７ 燃料電池ユニット
８ 絶縁部材
９ 端辺部溶接部
１０ スポット溶接部
１１ ボルトナット
１２ 凹部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylindrical solid oxide fuel cell, and more particularly to an electrical connection between fuel cell units.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 shows a general configuration diagram of a fuel cell power generation system including a conventional cylindrical solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as a fuel cell).
The fuel cell 1 is a bottomed cylindrical ceramic tube. The cross section of the fuel cell 1 has a multilayer cylindrical shape, and layers such as an air electrode, a solid oxide, and a fuel electrode are stacked. The thickness of each layer of the fuel cell unit 1 is several μm to 2.5 mm, and ceramics mainly composed of an oxide having necessary functions (conductivity, air permeability, solid oxide, electrochemical catalytic property, etc.) It is formed of a material. When an oxidizing gas (air, oxygen-rich gas or the like, hereinafter, referred to as air) flows inside the fuel cell 1, and a fuel gas such as H 2 , CO, or CH 4 flows outside the fuel cell 1, O The 2 -ions move to generate an electrochemical power generation reaction (hereinafter referred to as a power generation reaction), and a potential difference is generated between the air electrode and the fuel electrode to generate power. Since the output of one fuel cell is limited, in an actual fuel cell power generation system, a cell assembly in which a plurality of fuel cells 1 are assembled is used.
An elongated air introduction pipe 2 for supplying air is inserted inside each fuel cell 1, and its lower end reaches near the bottom of the fuel cell 1. From the lower end of the air introduction pipe 2, air is supplied to the bottom of the fuel cell 1. The air supplied to the bottom of the fuel cell 1 is discharged upward inside the fuel cell 1 while contributing to the above-described power generation reaction (a discharge line is not shown). Fuel gas (H 2 , CO, CH 4, etc.) is supplied to the outside of the fuel cell 1 from below. The fuel gas flows upward outside the fuel cell 1 while contributing to the above-described power generation reaction, and unreacted fuel gas and power generation reaction product gas (CO 2 , H 2 O, etc.) in the fuel cell 1. Is discharged as exhaust fuel gas (a discharge line is not shown). Since the temperature of the power generation reaction section of the solid oxide fuel cell is about 800 to 1000 ° C., the sensible heat of the exhaust air and the exhaust fuel gas is collected by a heat exchanger and used for preheating the air and the fuel gas. Sometimes. In some cases, exhaust air and exhaust fuel gas are mixed and combusted, and the combustion heat is recovered by a heat exchanger to perform preheating.
[0003]
Next, the connection structure of the fuel cell 1 in the cylindrical solid oxide fuel cell will be described. In a normal fuel cell system, the amount of power generated by one fuel cell 1 depends on the size of the fuel cell 1, but is about several tens of watts. 3 to connect in series and in parallel to obtain the required output. Conventionally, in consideration of assemblability, maintainability, and the like, a cell assembly 6 is formed by connecting the cell connecting conductive members 3 to a size that is easy to handle, for example, 3 parallel 3 series, and these are required. Sufficient power generation output is obtained by connecting a number or a number of them in series or in parallel by the cell assembly connecting conductive members 4. (For example, see Patent Document 1)
[0004]
In such a conventional fuel cell configuration, the cell assembly 6 is generally fixed in advance by a sintering process in order to reduce the contact resistance and increase the reliability of the electrical connection. Regarding the connection by the conductive member 4 for connection, the power generation module 8 is mechanically connected by welding in the process of assembling, or sintered and fixed in the preheating or operation process.
For this reason, even if a failure occurs in a part of the fuel cell 1, only the fuel cell 1 or the cell assembly 6 cannot be separated without affecting other fuel cells 1. Replacing the fuel cell 1 is very uneconomical.
Regarding the separating means of the cell assembly 6, an example in which the edges of the conductive member 4 for connecting the cell assembly are welded has been proposed, which is very effective. (For example, see Patent Document 2)
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-250575 A (page 2, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-T-2002-502100 (pages 9-11, FIG. 1-5)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the proposal of welding the end portions of the cell assembly connecting conductive member 4 to each other, the cell assembly 6 located at the center of the power generation module 8 cannot be directly separated, and eventually the cell assembly 6 is connected in series. Easy disconnection is possible only at the end-to-end folded connection portions connected in a straight line. In other words, the cell assembly 6 is handled in an I-shaped shape in which the series direction is considerably longer than the parallel direction, and the handling strength is extremely low in consideration of the connection strength between the cell assemblies 6 and the connection strength between the fuel cells 1. It costs.
[0007]
In order to solve the above problems, the present invention first forms a fuel cell unit 7 in which a plurality of cell assemblies 6 are arranged and electrically connected by a cell assembly connecting conductive member 4 and the periphery thereof is fixed by being surrounded by an insulating member 8. It is an object of the present invention to provide a simple electric-mechanical connection and disconnection means between the fuel cell units 7.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the first aspect, the fuel cell unit has a portion where the conductive members for connecting the fuel cells of the facing fuel cell unit are mechanically connected and fixed to each other, and a deformable portion which can be bent along the side surface of the insulating member. A fuel cell system characterized by the following.
According to this, the connection between the fuel cell units can be easily performed, and the disconnection can be easily performed, so that the maintainability of the fuel cell system is significantly improved. Furthermore, the gap between the fuel cell units can be minimized by bending the conductive member for connecting the fuel cell units after connecting the conductive members for connecting the fuel cell units, and the fuel cell system can be made compact. it can.
[0009]
In a second aspect, the present invention provides a fuel cell system, wherein the conductive member for connecting the fuel cell unit is fitted between the insulating members by bending.
According to this, the conductive member for connecting the fuel cell unit after the connection of the conductive members for connecting the fuel cell unit does not come into contact with an external metal portion to cause a short circuit, and an insulating part for the conductive member for connecting the fuel cell unit is separately provided. No need to prepare.
[0010]
In a third aspect, there is provided a fuel cell system, wherein the conductive member for connecting a fuel cell unit has a portion having a thickness in a range of 0.05 mm to 1.5 mm.
According to this, the conductive member for connecting the fuel cell unit can be easily bent, and the reaction force after bending does not affect the performance and reliability.
[0011]
In a fourth aspect, the present invention provides a fuel cell system, wherein the material of the fuel cell unit connection conductive member is nickel or a nickel-containing alloy.
According to this, excellent resistance to oxidation and conductivity even in a high-temperature atmosphere, and particularly, nickel is a very soft material at a high temperature, so that the force required for deformation of the conductive member for connecting the fuel cell unit is relatively small. it can.
[0012]
In a fifth aspect, the present invention provides a fuel cell system wherein the fuel cell unit connecting conductive members are connected to each other by welding end portions of the mating surfaces.
According to this, reliable electromechanical joining can be easily performed at the site of assembling the fuel cell system, and the welded portion at the end can be easily separated at the site by means such as cutting or cutting. .
[0013]
In a sixth aspect, the present invention provides a fuel cell system, wherein the fuel cell unit connecting conductive members are connected by spot welding the mating surfaces.
According to this, reliable electromechanical bonding can be easily performed at the site of assembling the fuel cell system, and the welded portion at the end can be easily separated at the site by means such as cutting or punching. . Furthermore, spot welding is one of the most mechanized welding means, and can easily automate the step of joining the conductive members for connecting the fuel cell unit in assembling the fuel cell system.
[0014]
In a seventh aspect, there is provided a fuel cell system wherein the fuel cell unit connecting conductive members are connected by bolts and nuts.
According to this, it is possible to easily assemble and separate the fuel cell system for secure electrical and mechanical joining on site.
[0015]
In an eighth aspect, the present invention provides a fuel cell system, wherein the insulating member has a recess for accommodating the fuel cell unit connecting conductive member.
According to this, the bent portion of the fuel cell unit connecting conductive member can be accommodated in the concave portion of the insulating material. Therefore, a gap corresponding to the thickness of the folded conductive member for connecting the fuel cell unit is generated between the fuel cell units, and the fuel can be prevented from leaking from the gap, and the fuel can be used for maximum power generation. it can.
[0016]
In a ninth aspect, there is provided a fuel cell system, wherein the fuel cell unit connecting conductive member is divided into a plurality in the axial direction of the cell.
According to this, even when a small displacement occurs in the position or angle of the connection surface in the connection step between the fuel cell unit connecting conductive members, the displacement is completed within a small divided range, so the value of the displacement amount is reduced. Become smaller. Therefore, it is possible to prevent or reduce the occurrence of unintended stress due to the connection operation error in the conductive member for connecting the fuel cell unit, thereby realizing a highly reliable operation of the fuel cell.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
In the example shown in FIGS. 1 to 6, nine fuel cells 1 are connected in 3 series × 3 parallel by a cell connecting conductive member 3 to form a cell assembly 6. In general, the fuel cell assembly 1 and the cell-connecting conductive member 3 are diffusion-bonded to each other in the cell assembly 6 in advance by a baking treatment to form an integral body. The number of series and parallel numbers of the cell assemblies 6 is determined in consideration of handling in the firing process and the assembly process of the fuel cell system, restrictions on the scale of the firing device, layout of the cell assemblies 6 in the fuel cell system, and the like. The assembling method can be freely selected, such as 6 series × 2 parallel or 1 series × 3 parallel. The cell assembly connecting conductive member 4 has a role of connecting and expanding the cell assemblies 6 in a series direction, and there are cases where the cell assemblies 6 are connected in a straight line or where the cell assemblies 6 are folded back at 180 °. An insulating member 8 is provided around this, and one end of the fuel cell unit connecting conductive member 5 is connected to both ends of the cell assembly 6 connected in series, and the other side is disposed outside the insulating member 8. The fuel cell unit 7 is formed by the cell assembly 6, the cell assembly connecting conductive member 4, the fuel cell unit connecting conductive member 5, and the insulating member 8 and can be handled as one solid. Here, an example is shown in which two linear connections and one 180 ° turn-back connection are provided in one cell aggregate 6 to form four cell aggregates 6 in a U-shape. The fuel cell unit 7 can be formed with an arbitrary number of cell assemblies 6 in an arbitrary arrangement. The fuel cell system can obtain a desired power generation output by electrically and mechanically connecting a plurality of the fuel cell units 7.
[0018]
Next, a connection structure between the fuel cell units 7 will be described. FIG. 1A shows a state where the fuel cell units 7 to be connected face each other on the left and right, and the conductive member 5 for connecting the fuel cell units has a V-shape having two bendable portions outside the insulating member 8. have. FIG. 1B shows a state in which the fuel cell unit connecting conductive members 5 are mechanically connected. Further, as shown in FIG. 1C, the bendable portion of the fuel cell unit connecting conductive member 5 can be deformed along the side surface of the insulating member 8, so that the gap between the two fuel cell units 7 is provided. Can be minimized. Also, after being deformed along the side surface of the insulating member 8 as shown in FIG. 1-c, the fuel cell unit connecting conductive member 5 is fitted between the facing insulating members 8 so as not to protrude outside the insulating member 8. The size of the fuel cell unit connection conductive member 5 can be adjusted. For example, even if a metal gas seal container or the like is arranged around the fuel cell unit 7, the fuel cell unit connection There is no leakage due to contact with the container. Conversely, when the fuel cell unit 7 is to be separated, the bendable portion of the fuel cell unit connection conductive member 5 is deformed away from the insulating member 8 as shown in FIG. The two fuel cell units 7 can be safely separated from each other by widening the gap and disconnecting the mechanical connection portion of the fuel cell unit connecting conductive member 5 as shown in FIG.
In this example, the fuel cell unit connecting conductive member 5 has a V-shape having two bendable portions outside the insulating member 8, but is not limited thereto, and is not limited to the W-shape and the V-shape. It is possible to exhibit the above-mentioned function in various shapes such as.
[0019]
As described above, the conductive member 5 for connecting the fuel cell unit needs a portion that can be bent. Therefore, a thinner thickness is advantageous because the deformation resistance is smaller, but the conductive resistance increases. Therefore, in order to balance them, at least the bent portion is desirably a thin plate having a thickness of 0.05 mm to 1.5 mm.
As a material, nickel or a nickel alloy having excellent oxidation resistance and conductivity even in a high-temperature atmosphere is desirable. In particular, since nickel is a very soft material at a high temperature, the force required when the conductive member for connecting the fuel cell unit is deformed can be made relatively small.
[0020]
Next, details of a connection portion between the fuel cell units 7 will be described. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an embodiment of the connection between the fuel cell units 7. Here, the two fuel cell unit connecting conductive members 5 are electrically and mechanically connected by aligning the end surfaces thereof and welding the end portions thereof. When thin plates are welded by general welding such as TIG welding, it is relatively easy to weld the end portions by aligning the end faces. In addition, when separating, the welded part at this end can be separated by cutting it with a cutting tool such as gold scissors or by shaving it off with a grinding tool such as a sander. Can be welded. The welding is desirably performed continuously from top to bottom in the longitudinal direction of the conductive member 5 for connecting the fuel cell unit, but may be intermittent as long as the conductive resistance allows.
[0021]
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating another embodiment of the connection between the fuel cell units 7. Here, the end surfaces of the two fuel cell unit connecting conductive members 5 are aligned, and the joined surfaces are spot-welded to electrically and mechanically connect. Spot welding is a type of resistance welding and is effective for welding thin plates and automating welding. When separating, the spot welding portion can be separated by punching, and when connecting again, spot welding can be performed at another location on the mating surface. The number of welding locations is determined by calculating the welding area from the diameter of the welding portion (referred to as a nugget diameter) and determining the number of welding locations so that the conductive resistance is within the allowable range.
[0022]
FIG. 4 is a view schematically showing another embodiment of the connection between the fuel cell units 7. Here, the end surfaces of the two fuel cell unit connecting conductive members 5 are aligned, and the mating surfaces are connected by bolts and nuts. Bolts and nuts are the simplest removable parts. It is desirable to use a spring washer in order to exert an effective fastening force even at a high temperature. As in the case of spot welding, the number of bolts and nuts is determined by calculating the contact area of the bolts and nuts, and determining the number of bolts and nuts so that the conductive resistance is within an allowable range.
[0023]
FIG. 5 is a diagram schematically showing another embodiment of the connection between the fuel cell units 7. Here, a concave portion 13 is provided on the side surface of the insulating member 8, and the folded conductive member 5 for connecting a fuel cell unit is accommodated therein. The depth of the concave portion is determined in consideration of the thickness of the folded conductive member 5 for connecting the fuel cell unit, the thickness of the connection portion such as welding and bolts, and the distortion at the time of folding due to the connection processing accuracy.
[0024]
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating another embodiment of the connection between the fuel cell units 7. Here, an example is shown in which the fuel cell unit connecting conductive member 5 is divided into five in the longitudinal direction. In this way, for example, even in the case where the position of the connection surface is displaced in the connection step of the fuel cell unit connection conductive members 5 and the welded portion becomes oblique and a distortion of 5 mm from the vertical at the upper end and the lower end of the weld occurs, the division is performed. Since the displacement is completed within a small range, the value of the displacement can be reduced to 1/5, which is 1/5. The number of divisions may be set arbitrarily.
[0025]
While particular embodiments of the present invention have been described for purposes of illustration, various modifications and changes may be made without departing from the invention as defined in the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing a tubular solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention before connection, after connection, and after storage.
FIG. 2 is a view schematically showing one embodiment of a cylindrical solid oxide fuel cell according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing another embodiment of the cylindrical solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 4 is a view schematically showing another embodiment of the cylindrical solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically showing another embodiment of the cylindrical solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 6 is a view schematically showing another embodiment of the cylindrical solid oxide fuel cell of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of a cross-sectional structure of a conventional cylindrical solid oxide fuel cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Air introduction pipe 3 Cell connecting conductive member 4 Cell assembly connecting conductive member 5 Fuel cell unit connecting conductive member 6 Cell assembly 7 Fuel cell unit 8 Insulating member 9 Edge welding part 10 Spot welding Part 11 bolt nut 12 recess
