JP2009266533A - Fuel cell unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve insurance of good electrical connectability and reduction of contact resistance in addition to a tracking ability to thermal stress in a fuel cell unit of a disk type having a gas chamber of a bag closed structure. <P>SOLUTION: The fuel cell unit U of a disk type, having a flat gas chamber 10 locked out at an outer periphery portion between a single cell 1 and a separator plate 2, includes current collection plates 3 and 4 formed by providing a plurality of elastic protrusions 9 on a surface of one side and by making a surface of another side flat, wherein the flat surfaces of the current collecting plates 3 and 4, and at least a surface of the separator plate 2 of a single cell 1 side are integrally joined, and the elastic protrusions 9 are crimped to the single cell 1. Thereby, the insurance of good electrical connectability and reduction of contact resistance are achieved in addition to the good tracking ability to thermal stress. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば、固体電解質型燃料電池を構成する燃料電池ユニットであって、とくに、単セルとセパレータ板との間に、外縁部を閉塞した扁平なガス室を有するディスク型の燃料電池ユニットの改良に関するものである。   The present invention is, for example, a fuel cell unit constituting a solid oxide fuel cell, and in particular, a disk-type fuel cell unit having a flat gas chamber having a closed outer edge between a single cell and a separator plate. It is about improvement.

上記の燃料電池ユニットは、発電要素として、例えば固体電解質層を燃料極層と空気極層とで挟んで成る単セルを備え、単セルとセパレータ板との間に袋綴じ構造の扁平なガス室を有することから、ＦＤ（Floppy Disc：登録商標）型の燃料電池ユニット等と呼ばれている。   The fuel cell unit includes, as a power generation element, for example, a single cell in which a solid electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode layer and an air electrode layer, and a flat gas chamber having a bag-binding structure between the single cell and the separator plate Therefore, it is called an FD (Floppy Disc: registered trademark) type fuel cell unit or the like.

そして、従来の燃料電池ユニットとしては、単セルとセパレータ板との間のガス室に、フェルト状繊維製の集電体を収容したものがあった（特許文献１参照）。この燃料電池ユニットは、集電体のばね作用により、熱応力に対する追従性や電気的接続性を確保することができる。
特開２００５−０１９８５８号公報 As a conventional fuel cell unit, there is one in which a current collector made of felt-like fibers is accommodated in a gas chamber between a single cell and a separator plate (see Patent Document 1). This fuel cell unit can ensure followability to electrical stress and electrical connectivity by the spring action of the current collector.
JP 2005-019858 A

しかしながら、上記したような燃料電池ユニットにあっては、熱応力に対する追従性を有するものの、高温運転時にフェルト状繊維製の集電体が収縮して、電気的な接続不良や接触抵抗の増大が発生し易いという問題点があり、このような問題点を解決することが課題となっていた。   However, in the fuel cell unit as described above, although it has a followability to thermal stress, the current collector made of felt-like fibers contracts during high-temperature operation, resulting in poor electrical connection and increased contact resistance. There is a problem that it easily occurs, and it has been a problem to solve such a problem.

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、単セルとセパレータ板との間に、外縁部を閉塞した扁平なガス室を有するディスク型の燃料電池ユニットにおいて、熱応力に対する追従性を備えたうえで、良好な電気的接続性の確保や接触抵抗の低減を実現することを目的としている。   The present invention has been made by paying attention to the above-described conventional problems. In a disk-type fuel cell unit having a flat gas chamber with a closed outer edge between a single cell and a separator plate, The objective is to achieve good electrical connectivity and reduction of contact resistance while having followability.

本発明の燃料電池ユニットは、単セルとセパレータ板との間に、外縁部を閉塞した扁平なガス室を有するディスク型の電池ユニットである。この燃料電池ユニットは、一方の面に複数の弾性突部を設け且つ他方の面を平坦面とした集電プレートを備えている。   The fuel cell unit of the present invention is a disk-type battery unit having a flat gas chamber having a closed outer edge between a single cell and a separator plate. This fuel cell unit includes a current collecting plate having a plurality of elastic protrusions on one surface and a flat surface on the other surface.

そして、燃料電池ユニットは、セパレータ板の少なくとも単セル側の面に集電プレートの平坦面を接合して双方を一体化すると共に、弾性突部を単セルに圧接させた構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。   The fuel cell unit has a configuration in which the flat surface of the current collecting plate is joined to at least the surface of the separator plate on the single cell side to integrate both, and the elastic protrusion is pressed into contact with the single cell. This is a means for solving the conventional problems.

本発明によれば、単セルとセパレータ板との間に、外縁部を閉塞した扁平なガス室を有するディスク型の燃料電池ユニットにおいて、熱応力に対する良好な追従性を備えたうえで、良好な電気的接続性の確保や接触抵抗の低減を実現することができる。   According to the present invention, in a disk-type fuel cell unit having a flat gas chamber with a closed outer edge between a single cell and a separator plate, it has good followability to thermal stress, and is good Ensuring electrical connectivity and reducing contact resistance can be realized.

また、本発明の燃料電池ユニットは、セパレータ板と集電プレートとを一体化したことにより、ユニットの機械的強度を高めることができると共に、上記の一体化並びに強度向上に伴ってガスシール性をより高めることが可能となる。   In addition, the fuel cell unit of the present invention can increase the mechanical strength of the unit by integrating the separator plate and the current collecting plate, and can improve the gas sealing performance with the integration and the strength improvement. It becomes possible to raise more.

図１は、燃料電池ユニットの構造を説明する図である。
図示の燃料電池ユニットＵは、円形のディスク型であり、発電要素である単セル１と、単セル１の片面（上面）に対向するセパレータ板２を備え、単セル１とセパレータ板２との間に、外縁部を閉塞した袋綴じ構造の扁平なガス室を形成する。 FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a fuel cell unit.
The illustrated fuel cell unit U is a circular disk type, and includes a single cell 1 that is a power generation element and a separator plate 2 that faces one side (upper surface) of the single cell 1. In the meantime, a flat gas chamber having a bag binding structure with the outer edge portion closed is formed.

単セル１は、固体電解質層を燃料極層と空気極層とで挟持したものであり、別のセル板（支持板）で支持する構造にしても良い。セパレータ板２は、単セル１の燃料極層側に対向して、単セル１との間に燃料ガスのガス室を形成し、ユニット内の燃料ガスの流域とユニット外の酸化剤ガス（空気）の流域を分離する。   The single cell 1 has a solid electrolyte layer sandwiched between a fuel electrode layer and an air electrode layer, and may be structured to be supported by another cell plate (support plate). The separator plate 2 faces the fuel electrode layer side of the single cell 1 and forms a gas chamber for fuel gas between the single cell 1 and the fuel gas flow area in the unit and the oxidant gas (air) outside the unit. ).

また、燃料電池ユニットＵは、セパレータ板２の上下両面に、空気極側の集電プレート３及び燃料極側の集電プレート４を夫々接合すると共に、単セル１と燃料極側の集電プレート４との間に、燃料ガスの流路部材５が介装してある。   In addition, the fuel cell unit U joins the air electrode side current collecting plate 3 and the fuel electrode side current collecting plate 4 to the upper and lower surfaces of the separator plate 2 respectively, and the single cell 1 and the fuel electrode side current collecting plate. 4, a fuel gas flow path member 5 is interposed.

さらに、燃料電池ユニットＵは、単セル１の中央穴に装着する内周リング６と、単セル１とセパレータ板２の外周部同士を接合して双方の間を封止する外周リング７と、当該ユニットを積層した際に下段のユニットとの間に介装されるスペーサ８を備えている。   Furthermore, the fuel cell unit U includes an inner ring 6 that is mounted in the central hole of the single cell 1, an outer ring 7 that joins the outer peripheral portions of the single cell 1 and the separator plate 2 and seals between the two, A spacer 8 is provided between the lower unit when the units are stacked.

上記の燃料電池ユニットＵにおいて、集電プレート３，４は、図２に示すように、いずれも一方の面に複数の弾性突部９を設けると共に、他方の面を平坦面としている。この実施形態の弾性突部９は、集電プレート３，４に施した切り起しにより形成したものであって、片持ちの板ばね状になっている。弾性突部９は、集電プレート３，４に対して傾斜しており、先端部に外向きの湾曲部９ａを設けることで、接触相手側に対する損傷防止やユニット厚さ方向の変位に対するより円滑な追従性を確保している。   In the fuel cell unit U, the current collecting plates 3 and 4 are each provided with a plurality of elastic protrusions 9 on one surface and the other surface is a flat surface as shown in FIG. The elastic protrusion 9 of this embodiment is formed by cutting and raising applied to the current collecting plates 3 and 4 and has a cantilevered leaf spring shape. The elastic protrusion 9 is inclined with respect to the current collecting plates 3 and 4, and is provided with an outwardly curved portion 9 a at the tip, thereby preventing damage to the contact counterpart and smoothing against displacement in the unit thickness direction. Ensures good follow-up performance.

弾性突部９の傾斜角度は、例えば２０〜６０度とするのがより望ましく、これにより、接触相手側に対する適切な圧接力と追従性を得ることができる。傾斜角度を２０度よりも小さくすると、ユニットの組立て後に、単セル１に対する圧接力が不足する恐れがある。また、傾斜角度を６０度よりも大きくすると、組立ての障害になったり単セル１に対する圧接力が過大になったりする恐れがある。この弾性突部９は、例えばプレスにより容易に形成することができる。   The inclination angle of the elastic protrusion 9 is more preferably set to 20 to 60 degrees, for example, so that an appropriate pressure contact force and followability to the contact partner side can be obtained. If the inclination angle is smaller than 20 degrees, the pressure contact force against the single cell 1 may be insufficient after the unit is assembled. Further, if the inclination angle is larger than 60 degrees, there is a risk that the assembly may be obstructed or the pressure contact force on the single cell 1 may be excessive. The elastic protrusion 9 can be easily formed by pressing, for example.

また、この実施形態の集電プレート３，４は、図３に示すように、ドーナツ状の領域において、多数の弾性突起９から成る群を周方向に八個配置している。この配置は、燃料ガスの流通に対応したものである。すなわち、燃料電池ユニットＵでは、図３中に矢印で示すように、中央部分において、供給路Ｐ１からの四つの供給部と排出路Ｐ２への四つの排出部とが周方向に交互に配置してあり、ユニット内全域に燃料ガスが均一に流通するようにしてある。弾性突起９の各群は、燃料ガスの供給領域及び排出領域に対応する。   Moreover, as shown in FIG. 3, the current collecting plates 3 and 4 of this embodiment arrange | position eight groups which consist of many elastic protrusions 9 in the circumferential direction in the donut-shaped area | region. This arrangement corresponds to the distribution of fuel gas. That is, in the fuel cell unit U, as indicated by arrows in FIG. 3, four supply parts from the supply path P1 and four discharge parts to the discharge path P2 are alternately arranged in the circumferential direction in the center portion. The fuel gas is circulated uniformly throughout the unit. Each group of elastic protrusions 9 corresponds to a fuel gas supply region and a discharge region.

上記構成を備えた集電プレート３，４は、図２（ａ）に示すように、セパレータ板２の上下両面に平坦面を夫々接合して、同セパレータ板２と一体化される。   As shown in FIG. 2A, the current collecting plates 3, 4 having the above configuration are integrated with the separator plate 2 by joining flat surfaces to the upper and lower surfaces of the separator plate 2.

ここで、セパレータ板２及び集電プレート３，４は、例えば、２２Ｃｒのフェライト系ステンレス製であって、少なくとも一部において互いに電気的に接合する。より望ましくは、セパレータ板２と集電プレート３，４は、弾性突部９の切り起しにより形成された開口部を包囲する位置で接合する。具体的には、図３に破線で示すように、弾性突部９の群の領域に対し、その内側と外側に配置した同心円Ｃ１〜Ｃ３に沿って、例えばレーザ溶接により接合してある。   Here, the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 are made of, for example, 22Cr ferritic stainless steel and are electrically joined to each other at least in part. More desirably, the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 are joined at a position surrounding the opening formed by cutting and raising the elastic protrusion 9. Specifically, as shown by a broken line in FIG. 3, the region of the group of elastic protrusions 9 is joined by, for example, laser welding along concentric circles C <b> 1 to C <b> 3 arranged on the inner side and the outer side.

そして、燃料電池ユニットＵは、図２（ａ）に示すように、電解質層１ａと燃料極層１ｂと空気極層１ｃを備えた単セル１に対して、その燃料極層１ｂに燃料極側集電プレート４を対向させ、外周リング７によって単セル１、セパレータ板２及び各集電プレート３の外縁部同士を互いに気密的に連結する。   As shown in FIG. 2 (a), the fuel cell unit U has a fuel cell layer 1b on the fuel electrode side with respect to the unit cell 1 including the electrolyte layer 1a, the fuel electrode layer 1b, and the air electrode layer 1c. The current collecting plates 4 are opposed to each other, and the outer edges of the single cell 1, the separator plate 2, and the current collecting plates 3 are hermetically connected to each other by the outer peripheral ring 7.

これにより、燃料電池ユニットＵは、図２（ｂ）に示すように、単セル１とセパレータ板２との間に燃料ガスのガス室１０を形成すると共に、単セル１の燃料極層１ｂに、燃料極側集電プレート４の各弾性突部９を圧接させている。   As a result, the fuel cell unit U forms the gas chamber 10 of the fuel gas between the single cell 1 and the separator plate 2 as shown in FIG. The elastic protrusions 9 of the fuel electrode side current collecting plate 4 are in pressure contact.

上記構成を備えた燃料電池ユニットＵは、とくに、セパレータ板２と集電プレート３，４を一体化したことから、とくに弾性突部９のばね作用により、熱応力に対する良好な追従性を備えたうえで、良好な電気的接続性の確保や接触抵抗の低減を実現することができる。また、燃料電池ユニットＵは、セパレータ板２と集電プレート３，４との一体化により、これらの剛性が高まって、ユニットの機械的強度を高めることができると共に、強度向上に伴ってガスシール性をより高めることができる。   The fuel cell unit U having the above-described configuration particularly has good followability to thermal stress due to the spring action of the elastic protrusion 9 in particular because the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 are integrated. In addition, it is possible to secure good electrical connectivity and reduce contact resistance. In addition, the fuel cell unit U can be integrated with the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 to increase the rigidity of the fuel cell unit U and increase the mechanical strength of the unit. The sex can be increased.

さらに、燃料電池ユニットＵは、セパレータ板２と集電プレート３，４とを少なくとも一部で電気的に接合したことにより、ガスシール性の向上に加えて集電損失の低減を実現することができる。   Furthermore, the fuel cell unit U can realize reduction of current collection loss in addition to improvement of gas sealing performance by electrically joining the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 at least partially. it can.

さらに、燃料電池ユニットＵは、集電プレート３，４において、弾性突部９を切り起しにより形成することで、例えばプレスによって弾性突部９を有する集電プレート３，４を容易に且つ高精度に形成することができる。   Further, the fuel cell unit U is formed by cutting and raising the elastic protrusions 9 in the current collecting plates 3 and 4, so that the current collecting plates 3 and 4 having the elastic protrusions 9 can be easily and highly formed by pressing, for example. It can be formed with high accuracy.

さらに、燃料電池ユニットＵは、弾性突部９の切り起しにより形成された開口部を包囲する位置（Ｃ１〜Ｃ３）でセパレータ板２と集電プレート３，４を接合しているので、とくに当該ユニットの内部において、セパレータ板２と燃料極側の集電プレート４との間に燃料ガスがリークするのを阻止する。これにより、燃料ガスの流通性が高められる。   Further, since the fuel cell unit U joins the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 at positions (C1 to C3) surrounding the opening formed by cutting and raising the elastic protrusion 9, Inside the unit, the fuel gas is prevented from leaking between the separator plate 2 and the collector plate 4 on the fuel electrode side. Thereby, the flowability of fuel gas is improved.

さらに、燃料電池ユニットＵは、図３に示す如く弾性突部９の群全体を包囲する位置（Ｃ１〜Ｃ３）で、セパレータ板２と集電プレート３，４をレーザ溶接により接合したことから、溶接箇所が必要最低限の範囲となって部材に生じる歪を極力小さくし得る。   Further, since the fuel cell unit U is joined by laser welding to the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 at positions (C1 to C3) surrounding the entire group of the elastic protrusions 9 as shown in FIG. The distortion generated in the member can be minimized as much as the welded portion becomes the minimum necessary range.

さらに、燃料電池ユニットＵは、図４に示すように、複数枚を多段に積層して燃料電池スタックＳを構成する。この際、空気極側の集電プレート３は、上段の燃料電池ユニットＵにおける単セル１の空気極層１ｃに各弾性突部９が圧接された状態となる。   Further, as shown in FIG. 4, the fuel cell unit U constitutes a fuel cell stack S by stacking a plurality of fuel cells in multiple stages. At this time, the current collector plate 3 on the air electrode side is in a state in which each elastic protrusion 9 is in pressure contact with the air electrode layer 1c of the single cell 1 in the upper fuel cell unit U.

そしてさらに、上記の燃料電池スタックＳは、図４に一部を示す密閉ケース１００に収容して固体電解質型燃料電池Ａを構成する。この固体電解質型燃料電池Ａは、燃料電池スタックＳを構成する各燃料電池ユニットＵの内部に燃料ガスを供給すると共に、密閉ケース１００内に酸化剤ガス（空気）供給する。各燃料電池ユニットＵでは、単セル１において、電気化学反応により電気エネルギが発生する。   Further, the fuel cell stack S is housed in a sealed case 100 partially shown in FIG. 4 to constitute a solid oxide fuel cell A. The solid oxide fuel cell A supplies fuel gas into each fuel cell unit U constituting the fuel cell stack S and also supplies oxidant gas (air) into the sealed case 100. In each fuel cell unit U, electric energy is generated in the single cell 1 by an electrochemical reaction.

上記の燃料電池スタックＳ及び燃料電池Ａにおいて、各燃料電池ユニットＵには、積層による荷重や高温運転による熱応力が加わることとなる。これに対して、燃料電池ユニットＵは、セパレータ板２と集電プレート３，４との一体化により、厚さ方向の変位に対する追従性が良好であり且つ機械的強度が高いので、図９のグラフに示すように、圧縮負荷に対する圧縮変位が非常に小さい。そして、燃料電池ユニットＵは、積層荷重（図９中の矢印以下）よりも充分に大きい荷重を付与しても、単セル１等の構成部材が破壊に至るようなことは無かった。   In the fuel cell stack S and the fuel cell A described above, each fuel cell unit U is subjected to load due to stacking and thermal stress due to high-temperature operation. On the other hand, the fuel cell unit U has good followability with respect to displacement in the thickness direction and high mechanical strength due to the integration of the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4, so that FIG. As shown in the graph, the compression displacement with respect to the compression load is very small. And even if the fuel cell unit U gave a load sufficiently larger than the stacking load (below the arrows in FIG. 9), the constituent members such as the single cell 1 did not break.

よって、当該燃料電池ユニットＵを用いた燃料電池スタックＳ及び固体電解質型燃料電池は、構造的に安定したものになると共に、長期間にわたって効率良く発電を行うことができる。   Therefore, the fuel cell stack S and the solid oxide fuel cell using the fuel cell unit U are structurally stable and can efficiently generate power over a long period of time.

また、図１〜４に示す実施形態の燃料電池ユニットＵと、フェルト状繊維製の集電体を用いた従来の燃料電池ユニットについて、印加電圧０．４５Ｖでの抵抗値を調べた。その結果は、従来の燃料電池ユニットの抵抗値が５．３Ωｃｍ２であったのに対して、本発明の燃料電池ユニットＵは、抵抗値が２．１Ωｃｍ２であり、内部抵抗低減の効果が得られることを確認した。すなわち、板ばね状の弾性突部９の反力によって電気的接続が良好に確保され、高温時に接点が剥離するようなこともなく、良好な発電特性が得られることが判明した。 Moreover, the resistance value in the applied voltage 0.45V was investigated about the fuel cell unit U of embodiment shown in FIGS. 1-4 and the conventional fuel cell unit using the collector made from felt-like fiber. As a result, the resistance value of the conventional fuel cell unit was 5.3 Ωcm 2 , whereas the fuel cell unit U of the present invention has a resistance value of 2.1 Ωcm 2 , and the effect of reducing internal resistance is reduced. It was confirmed that it was obtained. That is, it has been found that the electrical connection is ensured satisfactorily by the reaction force of the leaf spring-like elastic protrusions 9, and that the contact is not peeled off at high temperatures, and good power generation characteristics can be obtained.

図６は、本発明の燃料電池ユニットの他の実施形態を説明する図である。
先の実施形態では、セパレータ板２の両面に集電プレート３，４を接合してこれらを一体化したのに対して、この実施形態では、図６（ａ）に示す如くセパレータ板２の一方の面（単セル側の面）に、複数の弾性突部９を有する集電プレート４の平坦面を接合して、図６（ｂ）に示す如く両者を一体化している。 FIG. 6 is a diagram for explaining another embodiment of the fuel cell unit of the present invention.
In the previous embodiment, the current collector plates 3 and 4 are joined to both surfaces of the separator plate 2 and integrated with each other. In this embodiment, one side of the separator plate 2 as shown in FIG. The flat surface of the current collecting plate 4 having a plurality of elastic protrusions 9 is joined to this surface (surface on the single cell side), and both are integrated as shown in FIG.

ここで、セパレータ板２は、先述したように、燃料電池において燃料ガスの流域と酸化剤ガスの流域を分離するものである。このため、電池ユニットＵを積層した状態では、セパレータ板２の他方の面にも別の集電体が配置される。この際、別の集電体としては、先の実施形態と同様に弾性突部９を有する集電プレート（３）を用いても良いし、それ以外のものを用いることもできる。   Here, as described above, the separator plate 2 separates the fuel gas flow region and the oxidant gas flow region in the fuel cell. For this reason, in the state which laminated | stacked the battery unit U, another electrical power collector is arrange | positioned also on the other surface of the separator plate 2. FIG. At this time, as another current collector, the current collector plate (3) having the elastic protrusions 9 may be used as in the previous embodiment, or other current collectors may be used.

なお、弾性突部９を有する集電プレートは、そのばね作用により熱応力に対する追従性や接触抵抗の低減等の効果をもたらすものであるから、セパレータ板２の少なくとも片面に接合すれば、一定の効果を得ることが可能である。ただし、当該燃料電池ユニットは、単体において、セパレータ板２と集電プレートとの一体化により内部抵抗の低減等を実現することから、セパレータ板２の少なくとも単セル１側の面に集電プレートを接合することがより望ましい。   The current collecting plate having the elastic protrusions 9 brings about effects such as followability to thermal stress and reduction in contact resistance due to its spring action. An effect can be obtained. However, since the fuel cell unit alone realizes reduction of internal resistance by integrating the separator plate 2 and the current collecting plate, a current collecting plate is provided on at least the single cell 1 side of the separator plate 2. It is more desirable to join.

図７は、本発明の燃料電池ユニットのさらに他の実施形態を説明する図である。
この実施形態では、セパレータ板２の単セル側の面に、複数の弾性突部９を有する集電プレート４の平坦面を接合し、この際、集電プレート４とセパレータ板２は、導電性を有する接着剤（導電性ペースト）１１で接合して一体化してある。 FIG. 7 is a diagram illustrating still another embodiment of the fuel cell unit of the present invention.
In this embodiment, the flat surface of the current collecting plate 4 having a plurality of elastic protrusions 9 is joined to the surface of the separator plate 2 on the single cell side. At this time, the current collecting plate 4 and the separator plate 2 are electrically conductive. It is joined and integrated with an adhesive (conductive paste) 11 having

ここで、導電性を有する接着剤１１としては、単セル１と集電プレート４との界面に使用するものと同等の成分を有するものが用いられ、例えばアノード側（燃料極側）には、Ｎｉを主成分としたペーストを使用することが望ましい。また、カソード側（空気極側）にはＡｇを主成分としたペーストを使用することが望ましい。さらに、局所的なレーザ溶接による接合と接着剤１１による接合を併用しても良い。   Here, as the adhesive 11 having conductivity, an adhesive having the same component as that used for the interface between the single cell 1 and the current collecting plate 4 is used. For example, on the anode side (fuel electrode side) It is desirable to use a paste mainly composed of Ni. Further, it is desirable to use a paste mainly composed of Ag on the cathode side (air electrode side). Further, joint by local laser welding and joint by the adhesive 11 may be used in combination.

上記の実施形態は、セパレータ板２と集電プレート４（３）とを大面積で接合する場合に好ましく、接触抵抗の低減や機械的強度の向上等において、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。   The above embodiment is preferable when the separator plate 2 and the current collecting plate 4 (3) are joined in a large area. In the reduction of contact resistance, the improvement of mechanical strength, etc., An effect can be obtained.

図８は、本発明の燃料電池ユニットのさらに他の実施形態を説明する図である。図８（ａ）〜（ｃ）に示す各実施形態の集電プレート１４，２４，３４は、矩形状を成しており、いずれも多数の弾性突起９が縦横に配列してある。これらの弾性突起９は、例えば切り起しにより形成してある。   FIG. 8 is a diagram illustrating still another embodiment of the fuel cell unit of the present invention. The current collecting plates 14, 24, 34 of each embodiment shown in FIGS. 8A to 8C have a rectangular shape, and a large number of elastic protrusions 9 are arranged vertically and horizontally. These elastic protrusions 9 are formed by cutting and raising, for example.

そして、各集電プレート１４，２４，３４は、弾性突部９の切り起しにより形成された開口部を包囲する位置において、例えばレーザ溶接によりセパレータ板と接合して、同セパレータ板と一体化してある。   Then, each current collecting plate 14, 24, 34 is joined to the separator plate by laser welding, for example, at a position surrounding the opening formed by cutting and raising the elastic protrusion 9, and integrated with the separator plate. It is.

図８（ａ）に示す集電プレート１４は、個々の開口部（弾性突部９）を包囲する線Ｓ１に沿ってセパレータ板と接合してある。図８（ｂ）及び（ｃ）に示す集電プレート２４，３４は、全ての開口部（弾性突部９）を包囲する線Ｓ２、Ｓ３に沿ってセパレータ板と接合してある。   The current collecting plate 14 shown in FIG. 8A is joined to the separator plate along a line S1 surrounding each opening (elastic protrusion 9). The current collecting plates 24 and 34 shown in FIGS. 8B and 8C are joined to the separator plate along lines S2 and S3 surrounding all the openings (elastic protrusions 9).

上記の集電プレート１４，２４，３４を用いた燃料電池ユニットにおいても、先の実施形態と同様の作用及び効果を得ることができる。   Also in the fuel cell unit using the current collecting plates 14, 24, 34, the same operation and effect as in the previous embodiment can be obtained.

図９は、本発明の燃料電池ユニットのさらに他の実施形態を説明する図である。
この実施形態では、セパレータ板２の両面に、弾性突部９を有する集電プレート３，４の平坦面を夫々接合して、セパレータ板２と集電プレート３，４を一体化している。そして、とくに燃料極側の集電プレート４が、ガス室におけるガス流を調整するための整流部１２を備えたものとなっている。 FIG. 9 is a diagram illustrating still another embodiment of the fuel cell unit of the present invention.
In this embodiment, the flat surfaces of the current collecting plates 3 and 4 having the elastic protrusions 9 are joined to both surfaces of the separator plate 2 so that the separator plate 2 and the current collecting plates 3 and 4 are integrated. In particular, the current collecting plate 4 on the fuel electrode side includes a rectifying unit 12 for adjusting the gas flow in the gas chamber.

この実施形態の集電プレート４は、先の実施形態（図３参照）のものと同様に、図８中に矢印で示す燃料ガスの供給部と排出部の配置に対応して、ドーナツ状の領域において多数の弾性突起９から成る群を周方向に八個配置したものである。そして、弾性突起９の各群を仕切るように突条を成す八本の整流部１２が放射状に設けてある。   As in the previous embodiment (see FIG. 3), the current collecting plate 4 of this embodiment has a donut shape corresponding to the arrangement of the fuel gas supply unit and the discharge unit indicated by arrows in FIG. Eight groups of elastic protrusions 9 are arranged in the circumferential direction in the region. And the eight rectification | straightening parts 12 which comprise a protrusion so that each group of the elastic protrusion 9 may be divided are provided radially.

これらの整流部１２は、集電プレート４と別体の部材でも良いし、例えばプレスにより集電プレート４に一体成形したものでも良い。また、整流部１２は、図示した断面矩形状のほか、断面半円形状などの各種形状にすることができる。さらに、整流部１２は、燃料電池ユニットにおいて、単セルに接触して同単セルと集電プレート４との間に流路を形成するので、導電性を有する材料を用いれば集電体としても機能する。   These rectifying units 12 may be members separate from the current collecting plate 4, or may be formed integrally with the current collecting plate 4 by pressing, for example. Moreover, the rectification | straightening part 12 can be made into various shapes, such as a cross-sectional semicircle shape besides the cross-sectional rectangular shape shown in figure. Further, since the rectifying unit 12 contacts the single cell and forms a flow path between the single cell and the current collecting plate 4 in the fuel cell unit, if a conductive material is used, the current collector 12 can be used as a current collector. Function.

上記の集電プレート４を備えた燃料電池ユニットは、先の各実施形態と同様の作用及び効果を得ることができるうえに、整流部１２を備えているので、供給した燃料ガスが外周側に導かれ、隣接する区域に流入した後、中心側へ導かれて排出される。これにより、単セルの燃料極層全域に燃料ガスを均一に流すことができ、温度分布の均一化や発電効率の向上などに貢献することができる。また、整流部１２が構造材（梁）としても機能し、機械的強度のさらなる向上を実現することもできる。   The fuel cell unit including the current collecting plate 4 can obtain the same operations and effects as those of the previous embodiments, and includes the rectifying unit 12, so that the supplied fuel gas is disposed on the outer peripheral side. After being led into the adjacent area, it is led to the center side and discharged. As a result, the fuel gas can be made to flow uniformly over the entire fuel electrode layer of the single cell, which contributes to uniform temperature distribution and improved power generation efficiency. Moreover, the rectification | straightening part 12 functions also as a structural material (beam), and it can also implement | achieve the further improvement of mechanical strength.

なお、上記の整流部は、ユニット外に面する空気極側の集電プレート（３）に設けることもできる。この場合、整流部は、空気の流れ方向に応じて、例えば複数本を互いに平行に配置するなどの構成にする。   In addition, said rectification | straightening part can also be provided in the current collecting plate (3) by the side of the air electrode facing the outside of a unit. In this case, the rectifying unit is configured such that, for example, a plurality of the rectifying units are arranged in parallel with each other in accordance with the air flow direction.

本発明の燃料電池ユニットは、その構成が上記各実施形態に限定されるものではなく、構成の細部を適宜変更することができる。例えば、上記各実施形態では、弾性突部を切り起しにより形成したものとしたが、集電プレートに別部材を溶接や接着等の手段で接合して、これを弾性突部としても良い。   The configuration of the fuel cell unit of the present invention is not limited to the above embodiments, and details of the configuration can be changed as appropriate. For example, in each of the above embodiments, the elastic protrusion is formed by cutting and raising, but another member may be joined to the current collecting plate by means such as welding or adhesion, and this may be used as the elastic protrusion.

また、各実施形態では、同じ大きさの弾性突部を規則的に配置した場合を例示したが、例えば、単セル等の部材の熱変形量はある程度予測できるので、これに対応して弾性突部の高さや向きを部分的に変化させたり弾性突部の配置の粗密を変化させたりして、単セルに対する圧接力の均一化及び適正化などを図ることができる。   Further, in each embodiment, the case where the elastic protrusions of the same size are regularly arranged has been illustrated. However, for example, the amount of thermal deformation of a member such as a single cell can be predicted to some extent. By uniformly changing the height and direction of the portion or changing the density of the arrangement of the elastic protrusions, it is possible to make the pressure contact force uniform and appropriate for the single cell.

本発明の燃料電池ユニットの一実施形態を説明する分解斜視図である。It is a disassembled perspective view explaining one Embodiment of the fuel cell unit of this invention. 単セル、セパレータ板及び集電プレートの組立て要領を説明する断面図（ａ）及び組立て後の断面図（ｂ）である。It is sectional drawing (a) explaining the assembly point of a single cell, a separator plate, and a current collection plate, and sectional drawing (b) after an assembly. 集電プレートの平面図である。It is a top view of a current collection plate. 燃料電池スタック及び燃料電池の一部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a part of fuel cell stack and a fuel cell. 燃料電池ユニットに対する圧縮荷重と圧縮変位の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the compression load with respect to a fuel cell unit, and compression displacement. 本発明の燃料電池ユニットの他の実施形態を説明する図であって、セパレータ板及び集電プレートの組立て要領を説明する断面図（ａ）及び組立て後の断面図（ｂ）である。It is a figure explaining other embodiment of the fuel cell unit of this invention, Comprising: It is sectional drawing (a) explaining the assembly point of a separator plate and a current collection plate, and sectional drawing (b) after an assembly. 本発明の燃料電池ユニットのさらに他の実施形態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining further another embodiment of the fuel cell unit of this invention. 本発明の燃料電池ユニットのさらに他の実施形態における集電プレートを説明する各々平面図（ａ）〜（ｃ）である。It is each top view (a)-(c) explaining the current collection plate in further another embodiment of the fuel cell unit of this invention. 本発明の燃料電池ユニットのさらに他の実施形態における集電プレートを説明する平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。It is the top view (a) and sectional drawing (b) explaining the current collection plate in further another embodiment of the fuel cell unit of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ 単セル
２ セパレータ板
３ 空気極側の集電プレート
４ 燃料極側の集電プレート
９ 弾性突部
１０ ガス室
１１ 接着剤
１２ 整流部
１４ ２４ ３４ 燃料極側の集電プレート
１００ ケース
Ａ 固体電解質型燃料電池
Ｓ 燃料電池スタック
Ｕ 燃料電池ユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single cell 2 Separator plate 3 Current collector plate on the air electrode side 4 Current collector plate on the fuel electrode side 9 Elastic protrusion 10 Gas chamber 11 Adhesive 12 Rectifier 14 24 34 Current collector plate on the fuel electrode side 100 Case A Solid electrolyte Fuel cell S Fuel cell stack U Fuel cell unit

Claims (8)

単セルとセパレータ板との間に、外縁部を閉塞した扁平なガス室を有するディスク型の燃料電池ユニットであって、一方の面に複数の弾性突部を設け且つ他方の面を平坦面とした集電プレートを備え、セパレータ板の少なくとも単セル側の面に集電プレートの平坦面を接合して双方を一体化すると共に、弾性突部を単セルに圧接させたことを特徴とする燃料電池ユニット。   A disk-type fuel cell unit having a flat gas chamber with an outer edge closed between a single cell and a separator plate, wherein a plurality of elastic protrusions are provided on one surface and the other surface is a flat surface. A fuel, comprising: a separator plate, a flat surface of the current collector plate joined to at least a single cell side surface of the separator plate to integrate both, and an elastic protrusion pressed against the single cell. Battery unit. 集電プレートは、平坦面の少なくとも一部がセパレータ板と電気的に接合してあることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。   2. The fuel cell unit according to claim 1, wherein at least a part of the flat surface of the current collecting plate is electrically joined to the separator plate. 集電プレートとセパレータ板が、導電性を有する接着剤で接合してあることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池ユニット。   3. The fuel cell unit according to claim 2, wherein the current collecting plate and the separator plate are joined with an adhesive having conductivity. 弾性突部が、集電プレートに施した切り起しにより形成してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池ユニット。   The fuel cell unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the elastic protrusion is formed by cutting and raising the current collecting plate. 集電プレートとセパレータ板が、弾性突部の切り起しにより形成された開口部を包囲する位置で接合してあることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池ユニット。   The fuel cell unit according to claim 4, wherein the current collecting plate and the separator plate are joined at a position surrounding an opening formed by cutting and raising the elastic protrusion. 集電プレートが、ガス室におけるガス流を調整するための整流部を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池ユニット。   6. The fuel cell unit according to claim 1, wherein the current collecting plate includes a rectifying unit for adjusting a gas flow in the gas chamber. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池ユニットを多段に積層したことを特徴とする燃料電池スタック。   A fuel cell stack, wherein the fuel cell units according to any one of claims 1 to 6 are stacked in multiple stages. 請求項７に記載の燃料電池スタックと、燃料電池スタックを収容するケースを備え、燃料電池スタックを構成する各燃料電池ユニット内に燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方のガスを供給すると共に、ケース内に他方のガスを供給することを特徴とする固体電解質型燃料電池。   A fuel cell stack according to claim 7 and a case for housing the fuel cell stack, and supplying either one of a fuel gas and an oxidant gas into each fuel cell unit constituting the fuel cell stack, A solid oxide fuel cell, wherein the other gas is supplied into the case.
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