JP2005174716A - Solid electrolyte fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance reliability in a joining part by decreasing thermal stress in the joining part of a power generating part and a frame. <P>SOLUTION: A unit cell 7 is formed by installing a fuel electrode 3 and an air electrode 5 so as to interpose a flat solid electrolyte between them, and a frame 9 is joined to the outer circumferential side of the unit cell 7 with a joining material 23. A groove 9a is installed on a surface on the opposite side to the joining material 23 of the frame 9. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、平板型の固体電解質を挟むように燃料極と空気極の各電極を形成して発電部を形成し、発電部の外周側に接合材を用いて枠部を接合した固体電解質型燃料電池に関する。   The present invention provides a solid electrolyte type in which each electrode of a fuel electrode and an air electrode is formed so as to sandwich a flat plate type solid electrolyte to form a power generation unit, and a frame portion is bonded to the outer peripheral side of the power generation unit using a bonding material The present invention relates to a fuel cell.

例えば、下記特許文献１には、平板型固体電解質の両側に燃料極と空気極とをそれぞれ配置し、さらに平板型固体電解質の外周側の空気極側の面に保持薄板枠を取り付ける構成が開示されている。
特開２０００−３３１６９２号公報 For example, Patent Document 1 below discloses a configuration in which a fuel electrode and an air electrode are arranged on both sides of a flat solid electrolyte, and a holding thin plate frame is attached to the air electrode side surface on the outer peripheral side of the flat solid electrolyte. Has been.
JP 2000-331692 A

上記した従来の固体電解質型燃料電池においては、発電部に保持薄板枠を取り付けることにより、発電部をセパレータなど他の構成部品と積層した場合の積層部の隙間を塞ぎ、燃料ガスと酸化ガスとの混合を防止するとともに、セパレータおよび発電部を多数積層してスタック化する際の締結時の締付や、発電部と他のスタック構成部品との熱膨張係数差によって発生する熱応力を保持薄板枠によって吸収する構造としている。   In the above-described conventional solid oxide fuel cell, by attaching a holding thin plate frame to the power generation unit, the gap between the stacked units when the power generation unit is stacked with other components such as a separator is closed, and the fuel gas and the oxidizing gas A thin plate that retains the thermal stress generated by tightening during fastening when stacking a large number of separators and power generation units, and the difference in thermal expansion coefficient between the power generation unit and other stack components It is structured to absorb by the frame.

しかし、発電部の一部である平板型固体電解質と保持薄板枠とではその材質の違いから熱膨張係数を完全に一致することがないため、その接合部分には熱応力が発生することになる。特に固体電解質型燃料電池においては常温と動作温度との差が大きいため、発生する熱応力も大きく、起動・停止による温度サイクルの影響もより大きい。   However, since the thermal expansion coefficient does not completely match due to the difference in material between the flat solid electrolyte that is part of the power generation unit and the holding thin plate frame, thermal stress is generated at the joint. . In particular, in a solid oxide fuel cell, since the difference between the normal temperature and the operating temperature is large, the generated thermal stress is large and the influence of the temperature cycle due to start / stop is also large.

また、保持薄板枠によって発電部を保持するにはある程度の厚さが必要であり、発電部を保持するにあたり充分な厚さを持たせた場合、逆にスタック内において発電部と他の構成部品との熱膨張係数差によって発生する熱応力を充分吸収することができなくなる。   In addition, a certain amount of thickness is required to hold the power generation unit by the holding thin plate frame. If the power generation unit is sufficiently thick to hold the power generation unit, the power generation unit and other components in the stack are reversed. It is impossible to sufficiently absorb the thermal stress generated by the difference in the thermal expansion coefficient.

この二つの熱応力により、接合部が次第に劣化、剥離してガスリークが発生する、もしくは発電部の接合部分そのものが破損するなどの問題がある。   Due to these two thermal stresses, there is a problem that the joint portion gradually deteriorates and peels to cause a gas leak, or the joint portion itself of the power generation portion is damaged.

燃料電池の内部でガスリークが発生すると、燃料ガスと空気とが混合・燃焼して燃料利用率の低下、出力の低下を招くだけでなく、上記した燃焼により局所的な温度上昇、熱応力分布の不均一を起こし、各種部品の歪やクラックの原因となり、ついには燃料電池として寿命が短くなり、信頼性の低下を招くことになる。   When a gas leak occurs inside the fuel cell, the fuel gas and air are mixed and burned, resulting in a decrease in fuel utilization and output, as well as a local temperature increase and thermal stress distribution due to the combustion described above. This causes non-uniformity and causes distortion and cracks in various parts. Finally, the life of the fuel cell is shortened, leading to a decrease in reliability.

そこで、この発明は、発電部と枠部との接合部での熱応力を低減し接合部の信頼性を向上することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to reduce the thermal stress at the joint between the power generation unit and the frame and improve the reliability of the joint.

本発明は、平板型の固体電解質を挟むように燃料極と空気極の各電極を形成して発電部を形成し、この発電部の外周側に接合材を用いて枠部を接合する接合部を備えるとともに、この枠部を有する発電部およびセパレータを積層してなる固体電解質型燃料電池において、前記枠部の前記接合部に対向する面と、前記枠部の前記接合部と反対側の面との少なくともいずれか一方に、切欠部を設けたことを最も主要な特徴とする。   The present invention forms a power generation part by forming each electrode of a fuel electrode and an air electrode so as to sandwich a flat solid electrolyte, and joins a frame part using a joining material on the outer peripheral side of the power generation part In the solid oxide fuel cell formed by laminating the power generation unit having the frame part and the separator, a surface of the frame part facing the joint part, and a surface of the frame part opposite to the joint part The main feature is that a notch is provided in at least one of the above.

本発明によれば、枠部の接合部に対向する面と、接合部と反対側の面との少なくともいずれか一方に、切欠部を設けたため、発電部と枠部との接合部での熱応力を低減し、発電部、接合材、枠部など接合周辺部分の耐久性が向上し、信頼性を向上できる。   According to the present invention, since the notch portion is provided in at least one of the surface facing the joint portion of the frame portion and the surface opposite to the joint portion, the heat at the joint portion between the power generation portion and the frame portion is provided. The stress can be reduced, the durability of the joint peripheral part such as the power generation part, the joining material and the frame part can be improved and the reliability can be improved.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態を示す固体電解質型燃料電池の基本構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ部の拡大図である。   FIG. 1A is a plan view showing a basic configuration of a solid oxide fuel cell according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 (c) is an enlarged view of a portion B in FIG. 1 (b).

この固体電解質型燃料電池は、図１（ｂ）に示すように、基材となる平板型の固体電解質１を挟むように、その両側に燃料極３と空気極５とをそれぞれ配置して発電部としての単セル７を構成している。   As shown in FIG. 1 (b), this solid oxide fuel cell is configured to generate power by arranging a fuel electrode 3 and an air electrode 5 on both sides thereof so as to sandwich a flat solid electrolyte 1 as a base material. A unit cell 7 is configured as a unit.

例えば固体電解質１にはイットリア安定化ジルコニア（以下YSZ）、燃料極３にはNiO/YSZサーメット、空気極には（LaxSr1-x）CoO3（以下LSC）をそれぞれ用い、この各電極材料を基材（固体電解質１）のYSZに高温で焼き付けている。 For example, yttria-stabilized zirconia (hereinafter YSZ) is used for the solid electrolyte 1, NiO / YSZ cermet is used for the fuel electrode 3, and (LaxSr1-x) CoO 3 (hereinafter LSC) is used for the air electrode. It is baked at high temperature on YSZ of the material (solid electrolyte 1).

上記した固体電解質１は、燃料極３および空気極５に対して外周側部分が全周にわたり突出しており、この突出した部分の空気極５側に枠部としてのフレーム９を取り付けてある。   The above-described solid electrolyte 1 has an outer peripheral portion protruding over the entire circumference with respect to the fuel electrode 3 and the air electrode 5, and a frame 9 as a frame portion is attached to the protruding portion on the air electrode 5 side.

フレーム９は、固体電解質１を構成する材料に熱膨張係数が近く、また耐熱性にも優れるフェライト系ステンレス合金の薄板からなり、中央部に単セル７の空気極５の領域よりも大きな開口１１を形成してある。またフレーム９の周囲四方には、酸化ガスおよび燃料ガスを、単セル７に供給・排気するため酸化ガス供給口１３・同排気口１５、燃料ガス供給口１７・同排気口１９を貫通して設けてある。   The frame 9 is made of a ferritic stainless steel thin plate having a thermal expansion coefficient close to that of the material constituting the solid electrolyte 1 and excellent in heat resistance, and has an opening 11 larger than the region of the air electrode 5 of the single cell 7 at the center. Is formed. Further, in the four directions around the frame 9, the oxidizing gas and the fuel gas are supplied to and discharged from the single cell 7 through the oxidizing gas supply port 13 and the exhaust port 15, and the fuel gas supply port 17 and the exhaust port 19. It is provided.

そして、上記した固体電解質１とフレーム９との接合部２１は、図１（ｃ）に示すように、例えばAuロウ、Agロウなどの接合温度の高い金属ロウからなる接合材２３を用いて接合している。フレーム９は接合材２３と反対側の面に切欠部としての溝９ａを形成し、これによりこの部分のフレーム９の厚さを、他の部分の厚さより薄くしている。   Then, the joining portion 21 between the solid electrolyte 1 and the frame 9 is joined using a joining material 23 made of a metal brazing material having a high joining temperature, such as Au brazing or Ag brazing, as shown in FIG. doing. The frame 9 is formed with a groove 9a as a notch on the surface opposite to the bonding material 23, so that the thickness of the frame 9 at this portion is made thinner than the thickness of other portions.

なお、上記した溝９ａは、幅１mm程度、深さ数１０μm程度であり、フレーム９の全周にわたり連続したものとして設けてある。このような構造のフレーム９は、圧延加工などにより薄肉化したステンレス合金箔をプレス加工、もしくはエッチング加工などにより作製する。   The above-described groove 9a has a width of about 1 mm and a depth of about 10 μm, and is provided continuously over the entire circumference of the frame 9. The frame 9 having such a structure is manufactured by pressing or etching a stainless alloy foil thinned by rolling or the like.

上記図１に示した単セル７にフレーム９を接合した構造体を、以下の説明ではセル板２５と呼ぶ。図２は、上記セル板２５を含む燃料電池全体の構成部材を示す分解斜視図である。   The structure in which the frame 9 is joined to the single cell 7 shown in FIG. 1 is referred to as a cell plate 25 in the following description. FIG. 2 is an exploded perspective view showing components of the entire fuel cell including the cell plate 25.

セル板２５の図２中で上下両側には、いずれも電気絶縁性材料からなるスペーサ２７およびとスペーサ２９をそれぞれ配置する。   Spacers 27 and 29 made of an electrically insulating material are disposed on both the upper and lower sides of the cell plate 25 in FIG.

上部側のスペーサ２７は、セル板２５の酸化ガス供給口１３・同排気口１５間をつなぎ、かつ単セル７の空気極５の表面に酸化ガスを供給するための開口３１を中央に備えるとともに、セル板２５の燃料ガス供給口１７・同排気口１９にそれぞれ整合する貫通孔３３・３５を、前記開口３１の外側にそれぞれ備える。   The upper spacer 27 connects between the oxidizing gas supply port 13 and the exhaust port 15 of the cell plate 25 and has an opening 31 in the center for supplying oxidizing gas to the surface of the air electrode 5 of the single cell 7. In addition, through holes 33 and 35 respectively aligned with the fuel gas supply port 17 and the exhaust port 19 of the cell plate 25 are provided outside the opening 31.

一方、下部側のスペーサ２９は、セル板２５の燃料ガス供給口１７・同排気口１９間をつなぎ、かつ単セル７の燃料極３の表面に燃料ガスを供給するための開口３７を備えるとともに、セル板２５の酸化ガス供給口１３・同排気口１５にそれぞれ整合する貫通孔３９・４１を、前記開口３７の外側に備える。   On the other hand, the spacer 29 on the lower side has an opening 37 for connecting the fuel gas supply port 17 and the exhaust port 19 of the cell plate 25 and supplying fuel gas to the surface of the fuel electrode 3 of the single cell 7. In addition, through holes 39 and 41 respectively aligned with the oxidizing gas supply port 13 and the exhaust port 15 of the cell plate 25 are provided outside the opening 37.

また、スペーサ２７のセル板２５と反対側（もしくはスペーサ２９のセル板２５と反対側）には、導電性を有しかつガス分離が可能な材料、例えばLaCrO3などのセラミックからなるセパレータ４３を配置する。 On the side opposite to the cell plate 25 of the spacer 27 (or on the side opposite to the cell plate 25 of the spacer 29), a separator 43 made of a conductive material capable of gas separation, for example, ceramic such as LaCrO 3 is provided. Deploy.

このセパレータ４３は、セル板２５の酸化ガス供給口１３・同排気口１５および燃料ガス供給口１７・同排気口１９に、それぞれ整合する貫通孔４５，４７，４９，５１をそれぞれ備えている。   The separator 43 includes through holes 45, 47, 49, and 51 that are aligned with the oxidizing gas supply port 13 and the exhaust port 15 and the fuel gas supply port 17 and the exhaust port 19 of the cell plate 25, respectively.

さらに、単セル７における燃料極３および空気極５の表面には、集電のための金属メッシュ５３および５５をそれぞれ配置し、積層する複数の単セル７は、この金属メッシュ５３，５５およびセパレータ４３により直列に接続することになる。   Further, metal meshes 53 and 55 for current collection are arranged on the surfaces of the fuel electrode 3 and the air electrode 5 in the single cell 7, respectively, and the plurality of single cells 7 to be stacked include the metal meshes 53 and 55 and separators. 43 is connected in series.

図３は、単セル７を二つ積層して組み付けた場合の、図２に示したセパレータ４３におけるＣ−Ｃ線断面に相当する断面図、図４は、同Ｄ−Ｄ線断面に相当する断面図である。   3 is a cross-sectional view corresponding to a cross section taken along the line C-C in the separator 43 shown in FIG. 2 when two single cells 7 are stacked and assembled, and FIG. 4 is equivalent to a cross section taken along the line D-D. It is sectional drawing.

すなわち、図３は燃料ガスの流れを示し、セル板２５の燃料ガス供給口１７，スペーサ２７の貫通孔３３，スペーサ２９の開口３７，セパレータ４３の貫通孔４９で構成する燃料ガス入口マニホールド５７から燃料ガスを供給し、この燃料が各単セル７の燃料極３を通過して発電に消費される。その後、セル板２５の燃料ガス排気口１９，スペーサ２７の貫通孔３５，スペーサ２９の開口３７，セパレータ４３の貫通孔５１で構成する燃料ガス出口マニホールド５９から余剰の燃料ガスを排気する。   3 shows the flow of the fuel gas from the fuel gas inlet manifold 57 constituted by the fuel gas supply port 17 of the cell plate 25, the through hole 33 of the spacer 27, the opening 37 of the spacer 29, and the through hole 49 of the separator 43. Fuel gas is supplied, and this fuel passes through the fuel electrode 3 of each single cell 7 and is consumed for power generation. Thereafter, surplus fuel gas is exhausted from the fuel gas outlet manifold 59 formed by the fuel gas exhaust port 19 of the cell plate 25, the through hole 35 of the spacer 27, the opening 37 of the spacer 29, and the through hole 51 of the separator 43.

また、図４は酸化ガスの流れを示し、セル板２５の酸化ガス供給口１３，スペーサ２７の開口３１，スペーサ２９の貫通孔３９，セパレータ４３の貫通孔４５で構成する酸化ガス入口マニホールド６１から酸化ガスを供給し、この酸化ガスが各単セル７の空気極５を通過して発電に消費される。その後、セル板２５の酸化ガス排気口１５，スペーサ２７の開口３１，スペーサ２９の貫通孔４１，セパレータ４３の貫通４７で構成する酸化ガス出口マニホールド６３から余剰の酸化ガスを排気する。   4 shows the flow of the oxidizing gas, from the oxidizing gas inlet manifold 61 constituted by the oxidizing gas supply port 13 of the cell plate 25, the opening 31 of the spacer 27, the through hole 39 of the spacer 29, and the through hole 45 of the separator 43. An oxidizing gas is supplied, and this oxidizing gas passes through the air electrode 5 of each single cell 7 and is consumed for power generation. Thereafter, excess oxidizing gas is exhausted from an oxidizing gas outlet manifold 63 constituted by the oxidizing gas exhaust port 15 of the cell plate 25, the opening 31 of the spacer 27, the through hole 41 of the spacer 29, and the through 47 of the separator 43.

このような燃料ガスおよび酸化ガスの流れが発生することで、各単セル７にて発電がなされ、燃料電池が起動する。このとき、特に固体酸化物型燃料電池の場合には、その動作原理による制約から動作温度が８００℃程度の高温となる。   By generating such a flow of fuel gas and oxidizing gas, power is generated in each single cell 7 and the fuel cell is started. At this time, particularly in the case of a solid oxide fuel cell, the operating temperature is as high as about 800 ° C. due to the limitation due to its operating principle.

ここで、フレーム９は単セル７への燃料電池全体からの応力を緩和するために介在しているが、一方で単セル７を支えるためにある程度の厚さが必要となる。しかし、このフレーム９を単セル７を支持するために厚くすると、フレーム９は燃料電池全体からの応力を緩和できたとしても、接合部２１におけるフレーム９と接合材２３，固体電解質１との熱膨張係数差によって発生する応力により、単セル７が破損する、もしくは応力により接合材２３の劣化を加速してしまうことになる。   Here, the frame 9 is interposed in order to relieve stress from the whole fuel cell to the single cell 7, but on the other hand, a certain thickness is required to support the single cell 7. However, if the frame 9 is thickened to support the unit cell 7, the heat of the frame 9, the bonding material 23, and the solid electrolyte 1 in the bonding portion 21 is obtained even if the frame 9 can relieve stress from the entire fuel cell. The single cell 7 is damaged by the stress generated by the difference in the expansion coefficient, or the deterioration of the bonding material 23 is accelerated by the stress.

このため、上記した第１の実施形態においては、図１（ｃ）に示すように、フレーム９の内側の端部に溝９ａを設けることにより、フレーム９の全体の厚さをそのままにしながら、ガスシールするのに必要なシール幅を確保し、その上で接合部２１にかかる応力を緩和している。これにより接合部２１におけるフレーム９と接合材２３，固体電解質１との熱膨張係数差によって発生する応力による接合材２３の劣化や、単セル７の接合部２１での破損を防止することができる。   For this reason, in the first embodiment described above, as shown in FIG. 1C, by providing a groove 9a at the inner end of the frame 9, the entire thickness of the frame 9 is kept as it is. A seal width necessary for gas sealing is ensured, and stress applied to the joint portion 21 is relaxed on the seal width. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the bonding material 23 due to the stress generated by the difference in thermal expansion coefficient between the frame 9 and the bonding material 23 and the solid electrolyte 1 in the bonding portion 21 and the damage at the bonding portion 21 of the single cell 7. .

この結果、接合部２１からのガスリークの発生を防止することができ、燃料ガスと酸化ガスとの混合・燃焼による燃料利用率の低下、出力の低下を防止できるとともに、上記燃焼による局所的な温度上昇、熱応力分布の不均一を防止し、燃料電池としての高寿命化を達成することができる。   As a result, the occurrence of gas leakage from the joint 21 can be prevented, the fuel utilization rate can be prevented from lowering due to the mixing / combustion of the fuel gas and the oxidizing gas, the output can be prevented from decreasing, and the local temperature due to the combustion can be prevented. It is possible to prevent the rise and non-uniformity of thermal stress distribution, and to achieve a long life as a fuel cell.

切欠部は、図１に示すように連続する溝９ａとして１つ設けてもよく、また、第２の実施形態として図５（a），（ｂ）に示すように不連続な凹部９ｂ，９ｃとして複数設けてもよい。図５（a）は矩形状の凹部９ｂを示し、図５（ｂ）は円形状の凹部９ｃを示している。   One notch portion may be provided as a continuous groove 9a as shown in FIG. 1, and as a second embodiment, discontinuous recesses 9b and 9c as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). A plurality of them may be provided. 5A shows a rectangular recess 9b, and FIG. 5B shows a circular recess 9c.

また、図６（ａ）および図６（ａ）のＥ−Ｅ断面図である図６（ｂ）に示すように、切欠部となる凹部９ｄの一側部が、フレーム９の開口１１に開放する構造とすれば、さらに接合部２１の応力を低下させることができる。   6A and 6B, which is a cross-sectional view taken along line EE of FIG. 6A, one side portion of the recess 9d serving as a notch is opened to the opening 11 of the frame 9. If it is set as the structure to perform, the stress of the junction part 21 can be reduced further.

さらに、図７（ａ）および図７（ａ）のＦ−Ｆ断面図である図７（ｂ）に示すように、第３の実施形態として、連続する溝９ａを複数列（ここでは２列）設けてもよい。また、図５（ａ），（ｂ）で示した凹部９ｂ，９ｃを、図７（ａ）の溝９ａのように複数列設けてもよい。   Further, as shown in FIG. 7B, which is a cross-sectional view taken along line FF in FIGS. 7A and 7A, as a third embodiment, continuous grooves 9a are formed in a plurality of rows (here, two rows). ) May be provided. Further, the recesses 9b and 9c shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) may be provided in a plurality of rows like the groove 9a in FIG. 7 (a).

なお、上記した各実施形態では、単セル７およびフレーム９を、いずれも方形としているが、他の形状、例えば円形や楕円形としてもよい。図８（ａ），（ｂ）は円形とした場合のフレーム９を示しており、図８（ａ）は前記図５（ａ）で示したものと同様の円形状の凹部９ｃを設けたもので、図８（ｂ）は前記図６で示したものと同様な開口１１に一側部が開放する凹部９ｄを設けたものである。   In each of the above-described embodiments, the single cell 7 and the frame 9 are both rectangular, but may be other shapes such as a circle or an ellipse. 8 (a) and 8 (b) show the frame 9 in a circular shape, and FIG. 8 (a) is provided with a circular recess 9c similar to that shown in FIG. 5 (a). FIG. 8B shows an opening 11 similar to that shown in FIG. 6 provided with a recess 9d having one side opened.

また、１枚のフレーム９に複数の開口１１を設け、この各開口１１に対応して単セル７をそれぞれ配置する構成、すなわち複数の単セル７を１枚のフレーム９上に並列配置した構成にも、本発明を適用できる。   In addition, a configuration in which a plurality of openings 11 are provided in one frame 9 and single cells 7 are respectively arranged corresponding to the respective openings 11, that is, a configuration in which a plurality of single cells 7 are arranged in parallel on one frame 9. Also, the present invention can be applied.

図９は、本発明の第４の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、フレーム９の接合部２１に対向する面に切欠部としての溝９ｅを設け、この溝９ｅ内に接合材２３を設けてここを接合部２１としている。溝９ｅはフレーム９の全周にわたり連続して設けてある。   FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1C, showing a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, a groove 9 e as a notch is provided on the surface of the frame 9 that faces the joint 21, and a joining material 23 is provided in the groove 9 e, and this is used as the joint 21. The groove 9e is provided continuously over the entire circumference of the frame 9.

固体酸化物型燃料電池のように、高温下使用される部品の接合には、通常接合材として金，銀，ニッケル，パラジュウムなどを主成分とする金属系のロウ材、もしくは酸化物を主成分としたガラスなどが用いられる。しかし、このような材料は例えば高温下で酸化雰囲気では金属ロウ材が酸化劣化する、もしくは還元雰囲気においてはガラスなどの酸化物は還元され劣化することになる。   For joining parts that are used at high temperatures, such as solid oxide fuel cells, metal brazing materials that are mainly composed of gold, silver, nickel, palladium, etc., or oxides are the main components. The glass etc. which were made are used. However, in such a material, for example, the metal brazing material is oxidized and deteriorated in an oxidizing atmosphere at a high temperature, or an oxide such as glass is reduced and deteriorated in a reducing atmosphere.

この第４の実施形態においては、これまでの各実施形態と同様にフレーム９の接合部２１に対応する部位に切欠部となる溝９ｅを形成して接合部２１の応力を低減させているのに加え、接合材２３を溝９ｅに封じ込め、空気極５が存在する酸化雰囲気もしくは燃料極３が存在する還元雰囲気に接合材２３が露出することを防止している。これにより、接合材２３の劣化を防止することができ、より一層の長寿命化、信頼性の向上が可能となる。   In the fourth embodiment, as in each of the previous embodiments, a groove 9e serving as a notch is formed in a portion corresponding to the joint 21 of the frame 9 to reduce the stress of the joint 21. In addition, the bonding material 23 is sealed in the groove 9e to prevent the bonding material 23 from being exposed to an oxidizing atmosphere in which the air electrode 5 is present or a reducing atmosphere in which the fuel electrode 3 is present. As a result, it is possible to prevent the bonding material 23 from being deteriorated, and it is possible to further extend the life and improve the reliability.

図９（ａ）は、酸化雰囲気および還元雰囲気の双方に対し、図９（ｂ）は還元雰囲気のみに対し、図９（ｃ）は酸化雰囲気のみに対し、それぞれ接合材２３を保護している。また、図９（ｄ）は互いに並列となる２つの溝９ｅを設けた例である。   9A protects the bonding material 23 for both the oxidizing atmosphere and the reducing atmosphere, FIG. 9B protects the bonding material 23 only for the reducing atmosphere, and FIG. 9C protects the bonding material 23 only for the oxidizing atmosphere. . FIG. 9D shows an example in which two grooves 9e are provided in parallel with each other.

図１０は、本発明の第５の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、フレーム９の接合部２１に対向する面に、切欠部としての凹部９ｆを互いに並行となるよう２つ設け、この各凹部９ｆの両側部の隣接する部分におけるフレーム９と固体電解質１との間に接合材２３を設けている。   FIG. 10 is a sectional view corresponding to FIG. 1C, showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, two concave portions 9f as notches are provided in parallel to each other on the surface of the frame 9 facing the joint portion 21, and the frame 9 and the solid electrolyte in adjacent portions on both sides of each concave portion 9f are provided. 1 is provided with a bonding material 23.

上記した第５の実施形態においては、接合部２１の領域に切欠部となる凹部９ｆを設けて接合部２１の応力を低減させるとともに、凹部９ｆに隣接する部分のみで固体電解質１と接合することにより、フレーム９の接合部２１の領域内に固定されていないフレキシブルな領域を形成することで、さらに接合部２１の応力を低減することができる。   In the fifth embodiment described above, the concave portion 9f serving as a notch is provided in the region of the joint portion 21 to reduce the stress of the joint portion 21, and the solid electrolyte 1 is joined only at a portion adjacent to the concave portion 9f. Thus, by forming a flexible region that is not fixed in the region of the joint portion 21 of the frame 9, the stress of the joint portion 21 can be further reduced.

図１１は、本発明の第６の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、フレーム９の接合部２１に対向する面に、前記図９（ａ）に示したものと同様な切欠部となる溝９ｅを形成した上で、さらにこの溝９ｅ内に切欠部となる２つの凹部９ｇを設けている。この凹部９ｇの両側部の隣接する部分におけるフレーム９と固体電解質１との間に接合材２３を設けている。   FIG. 11 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1C, showing a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a groove 9e that is the same as the notch shown in FIG. 9 (a) is formed on the surface of the frame 9 that faces the joint 21, and the notch is further formed in the groove 9e. Two recesses 9g are provided. A bonding material 23 is provided between the frame 9 and the solid electrolyte 1 at adjacent portions on both sides of the recess 9g.

そして、フレーム９における溝９ｅの両側は、固体電解質１に接触する接触部９ｈ，９ｉとし、この接触部９ｈ，９ｉによって、前記図９（ａ），（ｄ）と同様に接合材２３を溝９ｅ内に封じ込めている。なお、内周側の接触部９ｈを廃止して前記図９（ｂ）のように接合材２３を酸化雰囲気側に開放してもよく、また外周側の接触部９ｉを廃止して前記図９（ｃ）のように接合材２３を還元雰囲気側に開放してもよい。   Then, both sides of the groove 9e in the frame 9 are contact portions 9h and 9i that are in contact with the solid electrolyte 1. The contact portions 9h and 9i allow the bonding material 23 to be grooved in the same manner as in FIGS. 9 (a) and 9 (d). It is contained in 9e. Note that the contact portion 9h on the inner peripheral side may be abolished and the bonding material 23 may be opened to the oxidizing atmosphere side as shown in FIG. 9B, and the contact portion 9i on the outer peripheral side may be abolished and FIG. The bonding material 23 may be opened to the reducing atmosphere side as shown in (c).

上記した第６の実施形態では、接合部２１周辺の応力緩和と接合材２３の保護を同時に行い、接合部２１の信頼性を向上している。   In the above-described sixth embodiment, stress relaxation around the joint 21 and protection of the joint material 23 are performed simultaneously, and the reliability of the joint 21 is improved.

なお、上記図９の第４の実施形態から図１１の第６の実施形態までは、フレーム９の接合部２１に対向する面に、溝９ｅや凹部９ｆ，９ｇなどの切欠部を形成しているが、これらはフレーム９の接合部２１と反対側の面に溝９ａや凹部９ｂ〜９ｄなどの切欠部を形成している前記第１〜第３の実施形態と任意に組み合わせることが可能である。   From the fourth embodiment in FIG. 9 to the sixth embodiment in FIG. 11, notches such as grooves 9 e and recesses 9 f and 9 g are formed on the surface of the frame 9 facing the joint 21. However, these can be arbitrarily combined with the first to third embodiments in which notches such as the grooves 9a and the recesses 9b to 9d are formed on the surface of the frame 9 opposite to the joint 21. is there.

その一例を図１２に示す。図１２（ａ）はフレーム９の接合部２１と反対側を示す上面図、図１２（ｂ）はフレーム９の接合部２１側を示す下面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の単セル７を含むＧ−Ｇ断面図である。   An example is shown in FIG. 12A is a top view showing the side opposite to the joining portion 21 of the frame 9, FIG. 12B is a bottom view showing the joining portion 21 side of the frame 9, and FIG. 12C is a view of FIG. It is GG sectional drawing containing the single cell 7. FIG.

図１２の例は、フレーム９の上面に前記図６と同様な凹部９ｄを設けて接合部２１の応力を低減するとともに、フレーム９の下面に前記図９（ｄ）と同様な溝９ｅを設け、その溝９ｅにて接合をしていることから、接合材２３の保護ができ、より一層信頼性が向上することになる。   In the example of FIG. 12, a recess 9d similar to that of FIG. 6 is provided on the upper surface of the frame 9 to reduce the stress of the joint portion 21, and a groove 9e similar to that of FIG. 9D is provided on the lower surface of the frame 9. Since the bonding is performed in the groove 9e, the bonding material 23 can be protected, and the reliability is further improved.

図１３（ａ）は、本発明の第７の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、フレーム９の接合部２１に隣接する外周側部分の固体電解質１側の面に、全周にわたり溝９ｊを設けている。   FIG. 13 (a) is a sectional view corresponding to FIG. 1 (c), showing a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, a groove 9 j is provided over the entire circumference on the surface on the solid electrolyte 1 side of the outer peripheral side portion adjacent to the joint portion 21 of the frame 9.

この溝９ｊを設けたフレーム９の領域は、単セル７への接合部２１およびセパレータ４３などスタックの他の部品と重ね合わされる積層ガスシール部分を除いた領域、すなわちスタック化に際し積層・締結する際の締付で発生する応力や、スタック内において単セル７と他の部品との熱膨張係数差による熱応力を吸収している応力緩和領域である。   The region of the frame 9 provided with the groove 9j is a region excluding the laminated gas seal portion that is overlapped with other parts of the stack such as the joint 21 to the single cell 7 and the separator 43, that is, stacked and fastened when stacking. This is a stress relaxation region that absorbs the stress generated by the tightening at the time and the thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the single cell 7 and other components in the stack.

このような応力緩和領域に溝９ｊを設けることで、その領域の厚さを他の部分より薄くしている。これにより、スタック内の単セル７と他の部品との間に発生する応力を、この薄肉化した領域で吸収し、フレーム９と単セル７との接合部２１の応力を低減している。   By providing the groove 9j in such a stress relaxation region, the thickness of the region is made thinner than other portions. As a result, the stress generated between the single cell 7 and other parts in the stack is absorbed in the thinned region, and the stress at the joint portion 21 between the frame 9 and the single cell 7 is reduced.

図１３（ｂ）は第７の実施形態の別の例であり、上記した幅広の溝９ｊに代えて幅の狭い溝９ｋを複数並列して設けることで、上記した応力緩和領域の厚さを他の部分より薄くしている。図１３（ｃ）は第７の実施形態のさらに別の例であり、フレーム９の上面側にも溝９ｍを設け、この溝９ｍを下面の溝９ｋと互い違いとなるようにすることで、上記した応力緩和領域の厚さを他の部分より薄くしている。   FIG. 13B shows another example of the seventh embodiment. By providing a plurality of narrow grooves 9k in parallel instead of the wide grooves 9j, the thickness of the stress relaxation region can be reduced. Thinner than other parts. FIG. 13C shows still another example of the seventh embodiment. A groove 9m is also provided on the upper surface side of the frame 9, and the groove 9m is alternately arranged with the groove 9k on the lower surface. The thickness of the stress relaxation region is made thinner than other portions.

図１４は、本発明の第８の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、第１の実施形態から第６の実施形態における、接合部２１の応力緩和や接合材２３の保護に加え、上記した第７の実施形態における応力緩和領域の薄肉化を行うことで、さらに接合部２１にかかる負担を軽減する効果を加えたものである。   FIG. 14 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1C, showing an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, in addition to the stress relaxation of the joint portion 21 and the protection of the bonding material 23 in the first to sixth embodiments, the stress relaxation region in the seventh embodiment is thinned. Thus, an effect of reducing the burden on the joint 21 is added.

図１４（ａ）は図７と図１３（ａ）との組合せ、図１４（ｂ）は図７と図１３（ｂ）との組合せ、図１４（ｃ）は図７と図１３（ｃ）との組合せ、図１４（ｄ）は図１０と図１３（ａ）との組合せ、図１４（ｅ）は図１１と図１３（ａ）との組合せである。   14A is a combination of FIGS. 7 and 13A, FIG. 14B is a combination of FIGS. 7 and 13B, and FIG. 14C is FIGS. 7 and 13C. 14 (d) is a combination of FIG. 10 and FIG. 13 (a), and FIG. 14 (e) is a combination of FIG. 11 and FIG. 13 (a).

図１５は、本発明の第９の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、フレーム９の接合部２１に対応する部分の厚さを、他の部分より薄くしている。図１５（ａ）は、フレーム９の接合部２１側に凹部９ｎを、図１５（ｂ）は、フレーム９の接合部２１と反対側に凹部９ｐを、それぞれ設けることで、薄肉化している。   FIG. 15 is a sectional view corresponding to FIG. 1C, showing a ninth embodiment of the present invention. In this embodiment, the thickness of the portion corresponding to the joint portion 21 of the frame 9 is made thinner than the other portions. 15A is thinned by providing a recess 9n on the joint 21 side of the frame 9 and FIG. 15B is provided with a recess 9p on the opposite side of the frame 9 from the joint 21.

上記した薄肉化により、接合部２１の応力を低減し、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。   By reducing the thickness as described above, the stress of the joint portion 21 can be reduced, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

図１６は、本発明の第１０の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、図１５の接合部２１の薄肉化を行った第９の実施形態と、図１３の応力緩和領域の薄肉化を行った第７の実施形態とを組み合わせたものである。   FIG. 16 is a sectional view corresponding to FIG. 1C, showing a tenth embodiment of the present invention. This embodiment is a combination of the ninth embodiment in which the joint portion 21 in FIG. 15 is thinned and the seventh embodiment in which the stress relaxation region is thinned in FIG.

図１６（ａ）は図１５（ａ）と図１３（ａ）との組合せ、図１６（ｂ）は図１５（ａ）と図１３（ｂ）との組合せ、図１６（ｃ）は図１５（ｂ）図７と図１３（ｃ）との組合せである。   16 (a) is a combination of FIG. 15 (a) and FIG. 13 (a), FIG. 16 (b) is a combination of FIG. 15 (a) and FIG. 13 (b), and FIG. (B) A combination of FIG. 7 and FIG.

すなわち、フレーム９の接合部２１に対応する部分の肉厚を薄くして接合部２１の応力を低減するとともに、フレーム９に部分的に肉厚の薄い領域を形成することにより、スタック内の単セル７と他の部品との間の応力を、フレーム９でより効果的に吸収することができ、より接合部２１にかかる負担を軽減する効果を加えたものである。   That is, the thickness of the portion corresponding to the joint portion 21 of the frame 9 is reduced to reduce the stress of the joint portion 21, and the thin portion in the stack is formed in the frame 9 to form a single thin portion in the stack. The stress between the cell 7 and other components can be absorbed more effectively by the frame 9, and the effect of reducing the burden on the joint 21 is added.

図１７は、本発明の第１１の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、図１６に示した第１０の実施形態と、図１〜図１１に示した第１〜第６の実施形態とを適宜組み合わせたものである。   FIG. 17 is a sectional view corresponding to FIG. 1C, showing an eleventh embodiment of the present invention. This embodiment is a combination of the tenth embodiment shown in FIG. 16 and the first to sixth embodiments shown in FIGS.

図１７（ａ）は図１６（ａ）と図７との組合せ、図１７（ｂ）は図１６（ｂ）と図７との組合せ、図１７（ｃ）は図１６（ｃ）と図７との組合せ、図１７（ｄ）は図１６（ａ）と図１０との組合せ、図１７（ｅ）は図１６（ａ）と図１１との組合せである。   17 (a) is a combination of FIG. 16 (a) and FIG. 7, FIG. 17 (b) is a combination of FIG. 16 (b) and FIG. 7, and FIG. 17 (c) is a combination of FIG. 17 (d) is a combination of FIG. 16 (a) and FIG. 10, and FIG. 17 (e) is a combination of FIG. 16 (a) and FIG.

すなわち、フレーム９の応力緩和領域の肉厚を薄くすることにより、スタック内の単セル７と他の部品との間の応力を、フレーム９でより効果的に吸収するとともに、フレーム９の接合部２１に対応する部分の肉厚を薄くして接合部２１の応力を低減し、さらにフレーム９の接合部２１に対応する部分に溝９ａや凹部９ｆなどの切欠部を設けることで、応力低減、接合材２１の保護などの機能を加えてさらなる耐久性、信頼性の向上が得られる。   That is, by reducing the thickness of the stress relaxation region of the frame 9, the stress between the single cell 7 and other components in the stack is more effectively absorbed by the frame 9, and the joint portion of the frame 9 is also absorbed. The thickness of the portion corresponding to 21 is reduced to reduce the stress of the joint portion 21, and further, the stress corresponding to the joint portion 21 of the frame 9 is reduced by providing a notch such as the groove 9 a and the recess 9 f, Further durability and reliability can be improved by adding functions such as protection of the bonding material 21.

図１８は、本発明の第１２の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。この実施形態は、フレーム９の厚さが変化する境界部位にテーパ部を設けている点が、これまでの各実施形態と異なっている。例えば図１８（ａ）は、前記図１３における溝９ｊの幅方向両角部にテーパ部となるＲ部９ｑを形成している。また、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の溝９ｊに代えて２つの断面円弧状となる溝９ｒを設け、溝９ｒに連続するテーパ部となるＲ部９ｓを幅方向両角部に設けている。さらにこの図１８（ｂ）ではフレーム９の接合部２１と反対側の面に、図１（ｃ）の溝９ａに代えて断面円弧状となる溝９ｔを設けてここをテーパ部としている。   FIG. 18 is a sectional view corresponding to FIG. 1C, showing a twelfth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the previous embodiments in that a tapered portion is provided at a boundary portion where the thickness of the frame 9 changes. For example, in FIG. 18A, R portions 9q that are tapered portions are formed at both corners in the width direction of the groove 9j in FIG. 18B is provided with a groove 9r having two arcs in cross section in place of the groove 9j in FIG. 18A, and R portions 9s serving as tapered portions continuous to the grooves 9r at both corners in the width direction. Provided. Further, in FIG. 18B, a groove 9t having an arcuate cross section is provided on the surface of the frame 9 on the side opposite to the joint portion 21 to form a tapered portion instead of the groove 9a in FIG.

上記図１８のような構造とすることにより、フレーム９の厚さが変化する部分の応力集中を緩和することができ、これまでの各実施形態における効果に加え、フレーム９の破損を防止することができる。   By adopting the structure as shown in FIG. 18 above, stress concentration at the portion where the thickness of the frame 9 changes can be alleviated, and in addition to the effects in the embodiments so far, damage to the frame 9 can be prevented. Can do.

図１９（ａ）は、本発明の第１３の実施形態を示す、前記図１（ｂ）に対応するセル板２５の断面図である。この実施形態は、燃料極３０を基材として、その上に固体電解質１を、さらにその上に空気極５を配置した、いわゆる電極支持型の単セル７０に、この発明を適用している。   FIG. 19A is a cross-sectional view of the cell plate 25 corresponding to FIG. 1B, showing a thirteenth embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to a so-called electrode-supported unit cell 70 in which the fuel electrode 30 is a base material, the solid electrolyte 1 is further disposed thereon, and the air electrode 5 is disposed thereon.

図１９（ｂ）は、図１９（ａ）におけるフレーム９と固体電解質１との接合部２１の詳細を示す断面図で、フレーム９の上面に溝９ａを設けた前記図１（ｃ）に対応している。固体電解質１の外周側の端部は燃料極３０の同端部より内側に位置し、この状態で固体電解質１の外周側の端部を覆うように、フレーム９と固定電解質１との間および、フレーム９と燃料極３０との間に、接合材２３を設けている。   FIG. 19B is a cross-sectional view showing details of the joint portion 21 between the frame 9 and the solid electrolyte 1 in FIG. 19A and corresponds to FIG. 1C in which a groove 9 a is provided on the upper surface of the frame 9. doing. The end on the outer peripheral side of the solid electrolyte 1 is located inside the same end of the fuel electrode 30, and in this state, between the frame 9 and the fixed electrolyte 1 so as to cover the end on the outer peripheral side of the solid electrolyte 1. The bonding material 23 is provided between the frame 9 and the fuel electrode 30.

図１９（ｃ）は、前記図１５（ｂ）に対応するもので、フレーム９の接合部２１と反対側に凹部９ｐを設けてフレーム９の接合部２１に対応する部分の厚さを他の部分より薄くした例である。   FIG. 19 (c) corresponds to FIG. 15 (b), in which a concave portion 9p is provided on the opposite side of the joint portion 21 of the frame 9, and the thickness of the portion corresponding to the joint portion 21 of the frame 9 is changed to another thickness. This is an example where it is thinner than the portion.

図１９（ｄ）は、上記図１９（ｃ）の構成に対し、前記図９（ａ）のようにフレーム９の接合部２１側の面に溝９ｅを設けた例であり、この溝９ｅおよび固体電解質１の外周側に、接合材２３を設けている。   FIG. 19 (d) is an example in which a groove 9e is provided on the surface of the frame 9 on the side of the joint portion 21 as shown in FIG. 9 (a) in contrast to the configuration of FIG. 19 (c). A bonding material 23 is provided on the outer peripheral side of the solid electrolyte 1.

図２０は、上記図１９と同様な電極支持型の単セル７０による第１４の実施形態を示す。この実施形態は、図２０（ａ）に示すように、燃料極３０の固体電解質１と反対側にフレーム９を接合部２１を介して接合している。さらに、この例では、接合部２１の外側に燃料極３０の側部を覆うように、固体電解質１からフレーム９にわたり封止材６５を設けている。   FIG. 20 shows a fourteenth embodiment using an electrode-supporting single cell 70 similar to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 20A, the frame 9 is joined to the opposite side of the fuel electrode 30 from the solid electrolyte 1 via a joining portion 21. Further, in this example, a sealing material 65 is provided from the solid electrolyte 1 to the frame 9 so as to cover the side portion of the fuel electrode 30 outside the joint portion 21.

図２０（ｂ）は、図２０（ａ）におけるフレーム９と燃料極３０との接合部２１の詳細を示す断面図で、図１（ｃ）と同様に、フレーム９の接合部２１と反対側に溝９ａを設けている。   FIG. 20B is a cross-sectional view showing details of the joint portion 21 between the frame 9 and the fuel electrode 30 in FIG. 20A, and is the opposite side of the joint portion 21 of the frame 9 as in FIG. Is provided with a groove 9a.

図２０（ｃ）は、前記図１５（ｂ）に対応するもので、フレーム９の接合部２１と反対側に凹部９ｐを設けてフレーム９の接合部２１に対応する部分の厚さを他の部分より薄くした例である。   FIG. 20 (c) corresponds to FIG. 15 (b), in which a concave portion 9p is provided on the opposite side of the joint portion 21 of the frame 9, and the thickness of the portion corresponding to the joint portion 21 of the frame 9 is changed to other thicknesses. This is an example where it is thinner than the portion.

図２０（ｄ）は、上記図２０（ｃ）の構成に対し、前記図９（ａ）のようにフレーム９の接合部２１側の面に溝９ｅを設けた例である。   FIG. 20D shows an example in which a groove 9e is provided on the surface of the frame 9 on the side of the joining portion 21 as shown in FIG.

本発明によれば、前記切欠部を、前記枠部の全周に沿って連続なものとして少なくとも一つ設けたため、発電部と枠部との接合部での熱応力を確実に低減し、発電部、接合材、枠部など接合周辺部分の耐久性が向上し、信頼性をより一層向上できる。   According to the present invention, since at least one of the cutout portions is provided as being continuous along the entire circumference of the frame portion, the thermal stress at the joint portion between the power generation portion and the frame portion is reliably reduced, and power generation is performed. The durability of the joint peripheral part such as the joint, the joining material, and the frame part is improved, and the reliability can be further improved.

前記切欠部を、前記枠部の全周に沿って不連続なものとして複数設けることで、発電部と枠部との接合部での熱応力を低減し、発電部、接合材、枠部など接合周辺部分の耐久性が向上し、信頼性を向上できる。   By providing a plurality of the notches as discontinuous along the entire circumference of the frame portion, the thermal stress at the joint portion between the power generation portion and the frame portion is reduced, and the power generation portion, the bonding material, the frame portion, etc. The durability of the joint peripheral portion is improved, and the reliability can be improved.

前記切欠部を、前記枠部の全周に沿って複数列設けることで、発電部と枠部との接合部での熱応力を低減し、発電部、接合材、枠部など接合周辺部分の耐久性が向上し、信頼性を向上できる。   By providing a plurality of rows of the notches along the entire circumference of the frame portion, the thermal stress at the joint portion between the power generation portion and the frame portion is reduced, and the peripheral portions of the joint such as the power generation portion, the bonding material, and the frame portion are reduced. Durability is improved and reliability can be improved.

前記切欠部を、前記枠部の前記発電部との接合部に対向する面に設け、前記切欠部内に前記接合材を設けて前記接合部としたため、接合部の応力を低減させているのに加え、接合材を切欠部内に封じ込め、空気極が存在する酸化雰囲気もしくは燃料極が存在する還元雰囲気への接合材の露出を防止することにより、接合材の劣化を防止することができ、より一層の長寿命化、信頼性の向上が可能となる。   Although the notch is provided on the surface of the frame that faces the joint with the power generation part, and the joining material is provided in the notch to form the joint, the stress at the joint is reduced. In addition, it is possible to prevent the deterioration of the bonding material by enclosing the bonding material in the notch and preventing the bonding material from being exposed to the oxidizing atmosphere in which the air electrode is present or the reducing atmosphere in which the fuel electrode is present. It is possible to extend the service life and improve the reliability.

前記切欠部を、前記枠部の前記接合部に対向する面に設け、切欠部に隣接する部分のフレームと発電部との間に接合材を設けて接合部としたため、接合部の応力を低減させるとともに、切欠部に隣接する部分のみで固体電解質と接合することにより、フレームの接合部の領域内に固定されていないフレキシブルな領域を形成することで、さらに接合部の応力を低減することができる。   Since the notched portion is provided on the surface of the frame portion facing the joining portion, and a joining material is provided between the frame adjacent to the notched portion and the power generation portion, the joining portion is reduced. In addition, by joining the solid electrolyte only at the portion adjacent to the notch, a flexible region that is not fixed in the region of the joint of the frame can be formed, thereby further reducing the stress at the joint. it can.

前記接合材の内周側と外周側との少なくともいずれか一方を覆うように、前記発電部に接触する接触部を設けたため、接合部の応力緩和と接合材の保護を同時に行い接合部の信頼性を向上することができる。   Since the contact portion that contacts the power generation unit is provided so as to cover at least one of the inner peripheral side and the outer peripheral side of the bonding material, stress relaxation of the bonding portion and protection of the bonding material are performed at the same time, and the reliability of the bonding portion is determined. Can be improved.

前記枠部は、少なくとも前記接合部に対応する部分および外周側の前記セパレータなど他の部品と重ね合わされる部分に対し、他の部分すなわち発電部と他の部品との熱膨張係数差による熱応力を吸収している応力緩和領域の厚さを薄くしたため、発電部と他の部品との間に発生する応力を、この薄肉化した領域で吸収し、フレームと発電部との接合部の応力を低減することができる。   The frame part has at least a part corresponding to the joint part and a part overlapped with another part such as the outer peripheral separator, and other parts, that is, thermal stress due to a difference in thermal expansion coefficient between the power generation part and the other part. Since the thickness of the stress relaxation area that absorbs heat is reduced, the stress generated between the power generation part and other parts is absorbed in this thinned area, and the stress at the joint between the frame and the power generation part is absorbed. Can be reduced.

前記枠部は、少なくとも前記接合部に対応する部分の厚さを、他の部分より薄くしたため、接合部の応力を低減することができる。   Since the frame portion has a thickness at least corresponding to the joint portion made thinner than other portions, the stress of the joint portion can be reduced.

前記枠部は、厚さが変化する境界部位にテーパ部を備えているため、フレームの厚さが変化する部分の応力集中を緩和することができ、接合部の応力を低減できる効果に加え、フレームの破損を防止することができる。   Since the frame portion has a tapered portion at the boundary portion where the thickness changes, the stress concentration of the portion where the thickness of the frame changes can be relaxed, and in addition to the effect that the stress of the joint portion can be reduced, Damage to the frame can be prevented.

（ａ）は本発明の第１の実施形態を示す固体電解質型燃料電池の基本構成を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、（ｂ）のＢ部の拡大図である。(A) is a top view which shows the basic composition of the solid oxide fuel cell which shows the 1st Embodiment of this invention, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) is (b). It is an enlarged view of the B section. 第１の実施形態によるセル板を含む燃料電池全体の構成部材を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structural member of the whole fuel cell containing the cell board by 1st Embodiment. 第１の実施形態による単セルを二つ積層して組み付けた場合の、図２に示したセパレータにおけるＣ−Ｃ線断面に相当する断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view corresponding to a cross section taken along the line CC of the separator illustrated in FIG. 2 when two single cells according to the first embodiment are stacked and assembled. 第１の実施形態による単セルを二つ積層して組み付けた状態の、図２のセパレータにおけるＤ−Ｄ線断面に相当する断面図である。It is sectional drawing equivalent to the DD sectional view in the separator of FIG. 2 of the state which laminated | stacked and assembled the two single cells by 1st Embodiment. 第２の実施形態によるフレームの平面図である。It is a top view of the flame | frame by 2nd Embodiment. （ａ）は第２の実施形態の別の例によるフレームの平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。(A) is a top view of the flame | frame by another example of 2nd Embodiment, (b) is EE sectional drawing of (a). （ａ）は第３の実施形態によるフレームの平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。(A) is a top view of the flame | frame by 3rd Embodiment, (b) is FF sectional drawing of (a). 第２の実施形態においてフレームを円形とした場合の平面図である。It is a top view at the time of making a frame into a circle in a 2nd embodiment. 第４の実施形態を示す、図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG.1 (c) which shows 4th Embodiment. 第５の実施形態を示す、図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG.1 (c) which shows 5th Embodiment. 第６の実施形態を示す、図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to FIG.1 (c) which shows 6th Embodiment. 第４〜第６の実施形態と第１〜第３の実施形態とを組み合わせた例を示すもので、（ａ）はフレームの上面図、（ｂ）はフレームの下面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。The example which combined the 4th-6th embodiment and the 1st-3rd embodiment is shown, (a) is a top view of a frame, (b) is a bottom view of a frame, (c) is ( It is GG sectional drawing of a). 第７の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the said FIG.1 (c) which shows 7th Embodiment. 第８の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the said FIG.1 (c) which shows 8th Embodiment. 第９の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the said FIG.1 (c) which shows 9th Embodiment. 第１０の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the said FIG.1 (c) which shows 10th Embodiment. 第１１の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the said FIG.1 (c) which shows 11th Embodiment. 第１２の実施形態を示す、前記図１（ｃ）に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the said FIG.1 (c) which shows 12th Embodiment. （ａ）は第１３の実施形態を示す、図１（ｂ）に対応するセル板の断面図、（ｂ）は（ａ）におけるフレームと固体電解質との接合部の詳細を示す断面図、（ｃ）は第１３の実施形態の他の例を示す断面図、（ｄ）は第１３の実施形態のさらに他の例を示す断面図である。(A) is a cross-sectional view of a cell plate corresponding to FIG. 1 (b), showing a thirteenth embodiment, (b) is a cross-sectional view showing details of the joint between the frame and the solid electrolyte in (a), ( (c) is sectional drawing which shows the other example of 13th Embodiment, (d) is sectional drawing which shows the further another example of 13th Embodiment. （ａ）は第１４の実施形態を示す、図１（ｂ）に対応するセル板の断面図、（ｂ）は（ａ）におけるフレームと固体電解質との接合部の詳細を示す断面図、（ｃ）は第１４の実施形態の他の例を示す断面図、（ｄ）は第１４実施形態のさらに他の例を示す断面図である。(A) is a cross-sectional view of a cell plate corresponding to FIG. 1 (b), showing the fourteenth embodiment, (b) is a cross-sectional view showing details of the joint between the frame and the solid electrolyte in (a), ( (c) is sectional drawing which shows the other example of 14th Embodiment, (d) is sectional drawing which shows the further another example of 14th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体電解質
３，３０ 燃料極
５ 空気極
７，７０ 単セル（発電部）
９ フレーム（枠部）
９ａ，９ｅ 溝（切欠部）
９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｆ，９ｇ 凹部（切欠部）
９ｈ，９ｉ 発電部に接触する接触部
９ｑ，９ｓ Ｒ部（テーパ部）
９ｔ 溝（切欠部，テーパ部）
２１ 接合部
２３ 接合材
４３ セパレータ 1 Solid electrolyte 3,30 Fuel electrode 5 Air electrode 7,70 Single cell (power generation unit)
9 frame (frame part)
9a, 9e Groove (notch)
9b, 9c, 9d, 9f, 9g Recess (notch)
9h, 9i Contact part in contact with the power generation part 9q, 9s R part (taper part)
9t groove (notch, taper)
21 Joining part 23 Joining material 43 Separator

Claims (12)

平板型の固体電解質を挟むように燃料極と空気極の各電極を形成して発電部を形成し、この発電部の外周側に接合材を用いて枠部を接合する接合部を備えるとともに、この枠部を有する発電部およびセパレータを積層してなる固体電解質型燃料電池において、前記枠部の前記接合部に対向する面と、前記枠部の前記接合部と反対側の面との少なくともいずれか一方に、切欠部を設けたことを特徴とする固体電解質型燃料電池。   Forming each electrode of the fuel electrode and the air electrode so as to sandwich the solid electrolyte of the flat plate type to form a power generation part, and provided with a joint part for joining the frame part using a joining material on the outer peripheral side of this power generation part, In a solid oxide fuel cell in which a power generation unit having the frame part and a separator are stacked, at least one of a surface of the frame part facing the joint part and a surface of the frame part opposite to the joint part A solid oxide fuel cell characterized in that a notch is provided on either side. 前記切欠部を、前記枠部の全周に沿って連続なものとして設けたことを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。   2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the cutout portion is provided continuously along the entire circumference of the frame portion. 前記切欠部を、前記枠部の全周に沿って不連続なものとして設けたことを特徴とする請求項１記載の固体電解質型燃料電池。   2. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the cutout portion is provided as a discontinuous portion along the entire circumference of the frame portion. 前記切欠部を、前記枠部の全周に沿って複数列設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の固体電解質型燃料電池。   4. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein a plurality of rows of the cutout portions are provided along the entire circumference of the frame portion. 5. 前記切欠部を、前記枠部の前記接合部に対向する面に設け、前記切欠部内に前記接合材を設けて前記接合部とすることを特徴とする請求項２記載の固体電解質型燃料電池。   3. The solid oxide fuel cell according to claim 2, wherein the notched portion is provided on a surface of the frame portion facing the joining portion, and the joining material is provided in the notched portion to serve as the joining portion. 前記切欠部を、前記枠部の前記接合部に対向する面に設け、前記切欠部に隣接する部分のフレームと前記発電部との間に前記接合材を設けて前記接合部とすることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項記載の固体電解質型燃料電池。   The notch portion is provided on a surface of the frame portion facing the joint portion, and the joining material is provided between the frame adjacent to the notch portion and the power generation portion to form the joint portion. The solid oxide fuel cell according to any one of claims 2 to 4. 前記接合材の内周側と外周側との少なくともいずれか一方を覆うように、前記発電部に接触する接触部を前記フレームに設けたことを特徴とする請求項６記載の固体電解質型燃料電池。   7. The solid oxide fuel cell according to claim 6, wherein a contact portion that contacts the power generation portion is provided on the frame so as to cover at least one of an inner peripheral side and an outer peripheral side of the bonding material. . 平板型の固体電解質を挟むように燃料極と空気極の各電極を形成して発電部を形成し、この発電部の外周側に接合材を用いて枠部を接合する接合部を備えるとともに、この枠部を有する発電部およびセパレータを積層してなる固体電解質型燃料電池において、前記枠部は、少なくとも前記接合部に対応する部分および外周側の前記セパレータなど他の部品と重ね合わされる部分に対し、他の部分の厚さが薄いことを特徴とする固体電解質型燃料電池。   Forming each electrode of the fuel electrode and the air electrode so as to sandwich the solid electrolyte of the flat plate type to form a power generation part, and provided with a joint part for joining the frame part using a joining material on the outer peripheral side of this power generation part, In the solid oxide fuel cell formed by laminating the power generation unit having the frame part and the separator, the frame part is at least a part corresponding to the joint part and a part overlapped with other parts such as the separator on the outer peripheral side. On the other hand, a solid oxide fuel cell characterized in that the other portions are thin. 前記枠部は、少なくとも前記接合部に対応する部分および外周側の前記セパレータなど他の部品と重ね合わされる部分に対し、他の部分の厚さが薄いことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の固体電解質型燃料電池。   8. The frame according to claim 1, wherein a thickness of the other portion of the frame is at least a portion corresponding to the joint and a portion overlapped with other components such as the separator on the outer peripheral side. A solid oxide fuel cell according to any one of the preceding claims. 平板型の固体電解質を挟むように燃料極と空気極の各電極を形成して発電部を形成し、この発電部の外周側に接合材を用いて枠部を接合する接合部を備えるとともに、この枠部を有する発電部およびセパレータを積層してなる固体電解質型燃料電池において、前記枠部は、少なくとも前記接合部に対応する部分の厚さが他の部分より薄いことを特徴とする固体電解質型燃料電池。   Forming each electrode of the fuel electrode and the air electrode so as to sandwich the solid electrolyte of the flat plate type to form a power generation part, and provided with a joint part for joining the frame part using a joining material on the outer peripheral side of this power generation part, In the solid oxide fuel cell formed by laminating the power generation unit having the frame part and the separator, the frame part has at least a part corresponding to the joint part thinner than the other part. Type fuel cell. 前記枠部は、少なくとも前記接合部に対応する部分の厚さが、他の部分より薄いことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の固体電解質型燃料電池。   8. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein at least a portion of the frame corresponding to the joint is thinner than other portions. 前記枠部は、厚さが変化する境界部位にテーパ部を備えていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項記載の固体電解質型燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the frame portion includes a tapered portion at a boundary portion where the thickness changes.
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