JP2011060512A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】挟持部21と反応ガス橋架部22,26との連結部25,29は、挟持部21周縁の接線方向と反応ガス橋架部22,26周縁の接線方向とが同一方向となるように連結されていることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路、および前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が個別に設けられ、使用済みの前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを前記電解質・電極接合体の周縁部から排出させる挟持部と、前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するための反応ガス供給通路が形成される橋架部と、前記橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が前記電解質・電極接合体の積層方向に形成される反応ガス供給部と、を備えている。
そして、前記挟持部と前記橋架部との連結部は、前記挟持部周縁の接線方向と前記橋架部周縁の接線方向とが同一方向となるように連結されている。
したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができるため、セパレータと電解質・電極接合体との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータから電解質・電極接合体に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体の損傷を防止することもでき、電解質・電極接合体の耐久性も向上させることができる。また、橋架部の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
本発明によれば、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力は、橋架部の円弧の接線方向に伝わり、挟持部におけるセパレータの面方向の回転力に変換され易くなるので、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができる。
本発明によれば、反応ガス供給部に発生するセパレータの面方向の応力の一部は、反応ガス供給部にも作用する。この場合、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力は、反応ガス供給部の接線方向に沿って作用し、反応ガス供給部の面方向の回転力に変換されることになる。すなわち、挟持部が橋架部に発生する応力によって僅かながら回転することで、橋架部に作用する応力を吸収して、連結部等に応力が集中することを抑制することができるので、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができる。
本発明によれば、橋架部に発生するセパレータの面方向の応力の一部は、橋架部の円弧の接線方向に伝わり、反応ガス供給部におけるセパレータの面方向の回転力に変換され易くなるので、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができる。
本発明によれば、燃料ガス供給孔から燃料ガス通路に供給された燃料ガスは、第1周縁凸部によって外部に吹き抜けすることを阻止される。このため、燃料ガスを発電反応に有効に利用することが可能になり、燃料利用率が良好に向上する。しかも、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、第1周縁凸部によって阻止することができる。これにより、アノード電極の酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の向上が容易に図られる。
また、酸化剤ガス供給孔から酸化剤ガス通路に供給された酸化剤ガスは、第2周縁凸部によって外部に吹き抜けすることを阻止される。このため、酸化剤ガスを発電反応に有効に利用することが可能になる。しかも、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、第2周縁凸部によって阻止することができる。これにより、カソード電極の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の向上が容易に図られる。
さらに、第1周縁凸部および第2周縁凸部を介して、良好な集電効果が得られる。しかも、第1周縁凸部と第2周縁凸部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、セパレータと電解質・電極接合体との密着性が高まるため、より良好な集電効果が得られ、発電効率の向上が図られる。
本発明によれば、燃料ガス排出孔と酸化剤ガス排出孔は位相を異にして形成されているので、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、アノード電極の酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
また、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、カソード電極の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
しかも、排出された燃料ガス(未使用)と酸化剤ガス(未使用)は、挟持部周辺で燃えるので、燃料電池(挟持部)を予め加熱することができ、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
また、前記燃料ガス排出孔の数は、前記酸化剤ガス排出孔の数よりも少なく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比(A/F)>1.0で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
また、前記酸化剤ガス排出孔は、前記挟持部の中央部から前記セパレータの面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されることが好ましい。
本発明によれば、燃料ガスがアノード電極全域に行き渡り、且つ、使用された燃料ガスの排出が特定の燃料ガス排出孔に偏ることがない。また、酸化剤ガスがカソード電極全域に行き渡り、且つ、使用された酸化剤ガスの排出が特定の酸化剤ガス排出孔に偏ることがない。そのため、発電時に電解質・電極接合体の表面に、燃料ガス又は酸化剤ガスの濃度差に起因する発電差が生じ難く、発電差に起因する温度差が生じ難い。したがって、電解質・電極接合体の耐久性の向上が期待できる。
また、前記燃料ガス供給孔の数は、前記酸化剤ガス供給孔の数よりも少なく設定されることが好ましい。
また、前記燃料ガス通路の体積は、前記酸化剤ガス通路の体積よりも小さく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比(A/F)>1.0で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
また、前記挟持部は、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極に接触する複数の突起部が設けられることが好ましい。
本発明によれば、複数の突起部により良好な集電効果が得られるとともに、各突起部間に形成される燃料ガス通路に沿って、燃料ガスおよび燃料排ガスの流通性を向上させることができる。また、各突起部間に形成される酸化剤ガス通路に沿って、酸化剤ガスおよび酸化剤排ガスの流通性を向上させることができる。
本発明によれば、アノード電極側突起部とカソード電極側突起部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、電解質・電極接合体とセパレータとの密着性が向上するとともに、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
本発明によれば、燃料ガス供給部と挟持部との間で、燃料ガス橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。また、酸化剤ガス供給部と挟持部との間で、酸化剤ガス橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。これにより、電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位(燃料ガス供給部・酸化剤ガス供給部)には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、燃料ガス供給部および酸化剤ガス供給部において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
前記燃料ガス供給連通孔の断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比(A/F)>1.0で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
本発明によれば、燃料ガス供給部がセパレータの中央部に設けられるので、燃料電池に供給される燃料ガスを発電による発生熱によって良好に加熱可能になる。したがって、燃料電池は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
その上、燃料ガス供給部を中心に複数の電解質・電極接合体が同心円上に配列されるので、燃料ガス供給部から各電解質・電極接合体に対して燃料ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上および安定化が図られる。
本発明によれば、電解質・電極接合体に付与される荷重が不足することがないので、電解質・電極接合体とセパレータとの密着性が向上し、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
本発明によれば、挟持部は電解質・電極接合体に対応した形状を有するため、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
しかも、各挟持部は互いに分離して構成されるので、隣接する電解質・電極接合体に独立して積層方向の荷重を付与することができる。このため、電解質・電極接合体やセパレータの寸法誤差によって各電解質・電極接合体に発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。したがって、セパレータ全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体に対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体の熱歪み等は、隣接する他の電解質・電極接合体に伝達されることがなく、電解質・電極接合体間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池全体の小型化が容易に図られる。
本発明によれば、燃料ガス供給部から各燃料ガス橋架部を介して各電解質・電極接合体に対して燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。
本発明によれば、燃料ガス供給部から各燃料ガス橋架部および各挟持部を介して各電解質・電極接合体に燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体の発電性能の向上および安定化を図ることが可能になる。
本発明によれば、反応ガス供給部と挟持部との間は、橋架部を介して積層方向の締め付け荷重が遮断されるため、電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。
このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、反応ガス供給部において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
さらに、橋架部には燃料ガス供給通路および酸化剤ガス供給通路が形成されている。したがって、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質・電極接合体に供給される前に相互の温度差が低減され、電解質・電極接合体の安定した発電が可能になる。
しかも、反応ガス供給部には燃料ガス供給連通孔および酸化剤ガス供給連通孔が形成されている。このため、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質・電極接合体に供給される前に相互の温度差が低減され、電解質・電極接合体の安定した発電が可能になる。
その上、シール性が要求される燃料ガス供給連通孔および酸化剤ガス供給連通孔は、反応ガス供給部に集約されている。これにより、反応ガス供給部に所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行可能になる。
前記燃料ガス供給連通孔の断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の断面積の総和よりも小さく設定されることが好ましい。
本発明によれば、通常、反応ガスの空燃比(A/F)>1.0で運転される燃料電池において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータや電解質・電極接合体の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
本発明によれば、セパレータの周縁部と整流部材の閉塞部とに囲まれた空間を酸化剤ガス供給部として構成することができるので、上述したような酸化剤ガス供給連通孔をセパレータに形成する必要がない。そのため、構成の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。この場合、隣り合う各挟持部間は閉塞部によって閉塞されているので、酸化剤ガス供給部を流通する酸化剤ガスは各挟持部間から漏れ出ることはなく、酸化剤ガス通路内に確実に導入されることになる。これにより、酸化剤ガスを不足なく供給することが可能になる。
本発明によれば、燃料ガス供給部又は反応ガス供給部がセパレータの中央部に設けられるので、燃料電池に供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスは、発電による発生熱を介して良好に加熱可能になり、燃料電池は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
しかも、セパレータの面内には、4つの電解質・電極接合体が同心円上に配列されている。このため、セパレータの面内に2以上の同一形状且つ同一面積の電解質・電極接合体が同心円上に配列される燃料電池構造の中、高い占有率を得ることが可能になる。その上、発電出力当たりのスタック体積が小さくなり、燃料電池スタック全体のコンパクト化が容易に図られる。一方、発電出力当たりのスタック表面積が小さくなり、燃料電池スタックからの放熱を最小化することができ、熱効率の向上および熱自立の促進を図ることが可能になる。
本発明によれば、反応ガス供給部の近傍に比較的大きな荷重を付与することによって、反応ガス供給部のシール性を良好に維持することができる。一方、電解質・電極接合体に比較的小さな荷重を付与することによって、電解質・電極接合体の破損を防止するとともに、電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して、集電効率を高めることができる。
本発明によれば、電解質・電極接合体および反応ガス供給部の近傍に対して、第1荷重付与手段および第2荷重付与手段によってそれぞれ荷重を付与することで、反応ガス供給部の近傍および電解質・電極接合体に付与する荷重を相互に異ならせることができる。具体的に、第2荷重付与手段から付与される荷重を、第1荷重付与手段から付与される荷重よりも大きく設定することで、シール性が要求される部位(反応ガス供給部)には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。
本発明によれば、荷重付与機構によって、橋架部から挟持部に作用する回転力を吸収することで、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができるため、セパレータと電解質・電極接合体との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータから電解質・電極接合体に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体の損傷を防止することもでき、電解質・電極接合体の耐久性も向上させることができる。また、橋架部の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
本発明によれば、挟持部が支持部材に回転可能に支持されているので、上述したように橋架部から挟持部に向けて回転力が作用した場合に、挟持部を自在に回転させることができる。これにより、橋架部から挟持部に作用する回転力を吸収し易くなる。
本発明によれば、高温型燃料電池である固体酸化物形燃料電池において特に懸念される応力による挟持部や電解質・電極接合体の熱歪等が、隣接する他の挟持部や電解質・電極接合体に伝達されることがない。これにより、挟持部間や電解質・電極接合体間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がなく、燃料電池の小型化が容易に図られる。
したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータの歪みを抑制することができるため、セパレータと電解質・電極接合体との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータから電解質・電極接合体に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体の損傷を防止することもでき、電解質・電極接合体の耐久性も向上させることができる。また、橋架部の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
図3は第1実施形態に係る燃料電池11の説明図であり、図3(a)は平面図であり、図3(b)は図3(a)のB−B線に沿う側面断面図であり、図3(c)は底面図である。
図3(b)に示すように、燃料電池11は、電解質・電極接合体12と、隣り合う電解質・電極接合体12,12の間に配置されるセパレータ20とを備えている。これらの電解質・電極接合体12およびセパレータ20が交互に積層されて、燃料電池スタック10(図1参照)が形成される。なお実際のセパレータ20は薄板状であるが、セパレータ20に形成されるガス流路等の構造の理解を容易にするため、各図ではセパレータ20(およびセパレータ20を構成するプレート30,40,50)の厚さを拡大して記載している。
図3(a)に示すように、セパレータ20は、電解質・電極接合体12と同じ大径円形状の挟持部21を備えている。なお電解質・電極接合体12は、隣り合うセパレータ20の挟持部21によって挟持される。挟持部21からは、円弧状に形成された一対の反応ガス橋架部(燃料ガス橋架部22および酸化剤ガス橋架部26)が延設されている。各反応ガス橋架部22,26の先端には、小径円形状の反応ガス供給部(燃料ガス供給部23および酸化剤ガス供給部27)が設けられている。反応ガス供給部23,27の中央部には、反応ガス供給連通孔(燃料ガス供給連通孔24および酸化剤ガス供給連通孔28)が形成されている。各反応ガス供給連通孔24,28は、燃料電池11の積層方向に形成されている。なお、各反応ガス橋架部22,26の具体的な構成については後述する。
図4に示すように、燃料電池11のセパレータ20は、第1プレート40、第2プレート50および第3プレート30を積層して形成されている。具体的に、セパレータ20は、第3プレート30の表面30a側に第1プレート40が、第3プレート30の裏面30b側に第2プレート50が配置され、第1プレート40と第2プレート50との間に第3プレート30が挟み込まれている。各プレート30,40,50は、例えばステンレス合金等の板金で形成され、相互にロウ付けや拡散接合、レーザ溶接等によって接合されている。各プレート30,40,50は、セパレータ20を構成する挟持部21に加え、燃料ガス橋架部22、燃料ガス供給部23および燃料ガス供給連通孔24、並びに、酸化剤ガス橋架部26、酸化剤ガス供給部27および酸化剤ガス供給連通孔28を備えている。
図3(a)および図3(b)に示すように、第1プレート40における挟持部21の電解質・電極接合体12側の表面40aには、燃料ガス通路41が形成されている。具体的には、ハーフエッチング等の手法により、挟持部21の中央部に凹部を形成することで、燃料ガス通路41が形成されている。燃料ガス通路41の中央付近には、第3プレート30の後述する燃料ガス供給通路34に連通する燃料ガス供給孔42が形成されている。
一方、図3(b)および図3(c)に示すように、第2プレート50における挟持部21の電解質・電極接合体12側の裏面50bには、酸化剤ガス通路51が形成されている。具体的には、ハーフエッチング等の手法により、挟持部21の中央部に凹部を形成することで、酸化剤ガス通路51が形成されている。酸化剤ガス通路51の中央付近には、第3プレート30の後述する酸化剤ガス供給通路35に連通する酸化剤ガス供給孔52が形成されている。
突起部53および第2周縁凸部54は、電解質・電極接合体12のカソード電極15と密着している。これにより突起部53および第2周縁凸部54は、電解質・電極接合体12で発電された電力の集電部として機能する。なお電解質・電極接合体12と同形状に挟持部21が形成され、挟持部21の全域に突起部53および第2周縁凸部54が分布しているので、電解質・電極接合体12で発電された電力を効率的に集電することができる。
図3(a),図3(c)および図5に示すように、燃料ガス排出孔45の数(図5では4個)は、酸化剤ガス排出孔55の数(図5では6個)よりも少なくなっている。また、複数の燃料ガス排出孔45の開口断面積の総和は、複数の酸化剤ガス排出孔55の開口断面積の総和よりも小さく設定されている。
また、燃料ガス排出孔45および酸化剤ガス排出孔55は、挟持部21の周方向において異なる位置に(位相が異なるように)配置されている。図5では、隣り合う酸化剤ガス排出孔55の中間位置(中間位相となる位置)に、燃料ガス排出孔45が配置されている。
一方、各反応ガス橋架部22,26の先端側と、各反応ガス供給部23,27の周縁との連結部32,33も同様に、各反応ガス供給部23,27の接線方向と各反応ガス橋架部22,26との接線方向とがそれぞれ同一方向となっている。すなわち、各反応ガス橋架部22,26の外側円弧の内側に、挟持部21の外周円および反応ガス供給部23,27の外周円が接している。また、各反応ガス橋架部22,26は、挟持部21の中心点に対して点対称になるように配置されている。さらに、各反応ガス供給部23,27も、挟持部21の中心点に対して点対称になるように配置されている。
図1は燃料電池スタック10の概略斜視説明図であり、図2は図1のA−A線に沿う断面図である。
図1および図2に示すように、上述した燃料電池11が矢印A方向に複数積層されて、燃料電池スタック10が形成されている。燃料電池スタック10の積層方向の両端部には、それぞれエンドプレート90a、90bが配置されている。
一方の支持部材65は、一方のエンドプレート90aにおいて、挟持部21と面方向で重なる位置に形成された凹部67内に圧入されている。支持部材65の端面は、エンドプレート90aの端面と面一になっており、支持部材64の端面と挟持部21の端面とが接触するように構成されている。すなわち、一方の支持部材64は、挟持部21を周方向に沿って回転可能に支持している。
他方の支持部材64は、他方のエンドプレート90bにおいて、挟持部21と面方向で重なる位置に配置されており、その端面が挟持部21と面接触して挟持部21を周方向に沿って回転可能に支持している。
以上のように構成された燃料電池の作用について説明する。
まず、図1に示す燃料電池スタック10を所定温度に加熱しつつ、第1配管92に燃料ガス(例えば水素ガス)を供給し、第2配管94に酸化剤ガス(例えば空気)を供給する。
この構成によれば、燃料電池11の発電時に各反応ガス橋架部22,26の長さに沿って発生する応力(図5中矢印P1)は、連結部25,29において挟持部21の接線方向に沿って互いに逆方向に作用する(図5中矢印P2)。この場合、各反応ガス橋架部22,26は、挟持部21周縁において周方向で180度異なる位置から延設されているので、各反応ガス橋架部22,26から挟持部21の接線方向に沿って作用する応力は、挟持部21の面方向(周方向)における同一方向(図5中反時計回り)の回転力(図5中矢印P3)に変換される。これにより、挟持部21が中心点回りに僅かながら回転することになる。そのため、各反応ガス橋架部22,26に作用する応力を緩和することができるとともに、連結部25,29に応力が集中することを抑制することができる。
また、各反応ガス橋架部22,26は、その半径が挟持部21および各反応ガス供給部23,27の半径よりも大きく形成されているため、各反応ガス橋架部22,26に発生するセパレータ20の面方向の応力は、各反応ガス橋架部22,26の円弧の接線方向に伝わり、挟持部21におけるセパレータ20の面方向の回転力に変換され易くなる。
この構成によれば、挟持部21が支持部材64,65に回転可能に支持されているので、上述したように各反応ガス橋架部22,26から挟持部21に向けて回転力が作用した場合に、この回転力に応じて挟持部21を自在に回転させることができる。これにより、挟持部21に作用する回転力を吸収し易くなる。
したがって、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池11において特に懸念される、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ20の歪みを抑制することができる。そのため、セパレータ20と電解質・電極接合体12との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータ20から電解質・電極接合体12に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体12の耐久性も向上させることができ、電解質・電極接合体12の損傷を防止することもできる。また、各反応ガス橋架部22,26の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体12に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
なお、本実施形態では、一の燃料ガス排出孔45aと、他の燃料ガス排出孔45のうちの一つ(例えば、燃料ガス排出孔45b)とを、挟持部21の中心点に対して点対称な位置に設定するとともに、一の酸化剤ガス排出孔55aと他の酸化剤ガス排出孔55のうちの一つ(例えば、酸化剤ガス排出孔55b)とを、挟持部21の中心点に対して点対称な位置に設定する構成とした。この構成によれば、挟持部21周縁部から使用後(反応・未反応含む)の反応ガス(燃料ガス・酸化剤ガス)を偏りなくほぼ均等に排出することができる。したがって、挟持部21および挟持部21周辺の温度分布の差を抑制できるので、熱に起因する膨張・収縮を偏りなくほぼ均等にすることができ、セパレータ20の応力が一箇所に集中することを抑制できる。
これにより、燃料ガス供給部23と挟持部21との間で、燃料ガス橋架部22を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。また、酸化剤ガス供給部27と挟持部21との間で、酸化剤ガス橋架部26を介して積層方向の締め付け荷重が遮断される。これにより、電解質・電極接合体12に所望の荷重を付与することができる。
しかも、本実施形態では、第1荷重付与手段66を介して各反応ガス供給部23,27に付与される締め付け荷重が、第2荷重付与手段68を介して電解質・電極接合体12(挟持部21)に付与される締め付け荷重よりも大きくなるように設定した。
このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される部位(燃料ガス供給部23および酸化剤ガス供給部27)には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体12には、挟持部21との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、燃料ガス供給部23および酸化剤ガス供給部27において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体12の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
また、挟持部21に第1周縁凸部44および第2周縁凸部54を設けたので、セパレータ20と電解質・電極接合体12との密着性が高まり、積層荷重を確実に伝達することができる。さらに、アノード電極14側の突起部43とカソード電極15側の突起部53とは、セパレータ20の積層方向から見て、全て同じ位置に形成されている。そのため積層荷重をより確実に伝達することができ、電解質・電極接合体12とセパレータ20との密着性が向上するとともに、電解質・電極接合体12で発電された電力を効率的に集電することができる。
これに対して本実施形態では、電解質・電極接合体12の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極14に回り込むことを、第1周縁凸部44によって阻止することができる。これにより、アノード電極14の酸化による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ20や電解質・電極接合体12の耐久性の向上が容易に図られる。
これに対して本実施形態では、電解質・電極接合体12の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極15に回り込むことを、第2周縁凸部54によって阻止することができる。これにより、カソード電極15の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ20や電解質・電極接合体12の耐久性の向上が容易に図られる。
また、電解質・電極接合体12の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、酸化剤ガス排出孔55に流入してカソード電極15に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、カソード電極15の還元による発電効率の低下を防止するとともに、セパレータ20や電解質・電極接合体12の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
しかも、排出された燃料ガス(未使用)と酸化剤ガス(未使用)とは、挟持部21の周辺で燃えるので、燃料電池11(挟持部21)を予め加熱することができ、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。
そこで本実施形態では、燃料ガスの流路断面積が酸化剤ガスの流路断面積より小さくなっている。具体的には、酸化剤ガスの流路断面積と燃料ガスの流路断面積の比率が、燃料電池11のA/Fにほぼ一致している。すなわち、第2配管94および第1配管92、酸化剤ガス供給連通孔28および燃料ガス供給連通孔24、酸化剤ガス供給通路35および燃料ガス供給通路34、酸化剤ガス供給孔52および燃料ガス供給孔42、酸化剤ガス通路51および燃料ガス通路41、並びに酸化剤ガス排出孔55および燃料ガス排出孔45は、それぞれの流路断面積の比率が燃料電池11のA/Fにほぼ一致するように形成されている。
これにより、酸化剤ガスおよび燃料ガスを過不足なく供給することが可能になり、燃料ガスの無駄使いおよび燃料電池11の温度低下を防止することができる。また通常、A/F>1.0で運転される燃料電池11において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体12の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極14に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体12の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極15に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータ20や電解質・電極接合体12の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
また燃料ガス排出孔45の数は、酸化剤ガス排出孔55の数よりも少なく設定されている。
また燃料ガス供給孔42の開口断面積の総和は、酸化剤ガス供給孔52の開口断面積の総和よりも小さく設定されている。
なお燃料ガス供給孔42の数は、酸化剤ガス供給孔52の数よりも少なく設定されることが好ましい。
また燃料ガス通路41の体積は、酸化剤ガス通路51の体積よりも小さく設定されていることが好ましい。
また燃料ガス供給通路34の断面積の総和は、酸化剤ガス供給通路35の断面積の総和よりも小さく設定されている。
また燃料ガス供給連通孔24の断面積の総和は、酸化剤ガス供給連通孔28の断面積の総和よりも小さく設定されている。
これにより、通常、A/F>1.0で運転される燃料電池11において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体12の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極14に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体12の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極15に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータ20や電解質・電極接合体12の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
また酸化剤ガス排出孔55は、挟持部21の中央部からセパレータ20の面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されている。
これにより、燃料ガスがアノード電極14全域に行き渡り、且つ、使用された燃料ガスの排出が特定の燃料ガス排出孔45に偏ることがない。また、酸化剤ガスがカソード電極15全域に行き渡り、且つ、使用された酸化剤ガスの排出が特定の酸化剤ガス排出孔55に偏ることがない。そのため、発電時に電解質・電極接合体12の表面に、燃料ガス又は酸化剤ガスの濃度差に起因する発電差が生じ難く、発電差に起因する温度差が生じ難い。したがって、電解質・電極接合体12の耐久性の向上が期待できる。
これにより、複数の突起部43,53により良好な集電効果が得られるとともに、各突起部43間に形成される燃料ガス通路41に沿って、燃料ガスおよび燃料排ガスの流通性を向上させることができる。また、各突起部53間に形成される酸化剤ガス通路51に沿って、酸化剤ガスおよび酸化剤排ガスの流通性を向上させることができる。
次に、第2実施形態に係る燃料電池について説明する。図4に示す第1実施形態では、燃料ガス供給連通孔24が燃料ガス供給部23に、酸化剤ガス供給連通孔28が酸化剤ガス供給部27に、それぞれ別々に形成されていたが、図8に示す第2実施形態では、燃料ガス供給連通孔24および酸化剤ガス供給連通孔28が一つの反応ガス供給部23に形成されている点で異なっている。なお、第1実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図8に示すように、この燃料電池11のセパレータ20では、挟持部21から一個の反応ガス橋架部22が延設されている。反応ガス橋架部22の先端には、一個の反応ガス供給部23が設けられている。反応ガス供給部23には、燃料ガス供給連通孔24および酸化剤ガス供給連通孔28が並んで形成されている。なお図3に示すように、隣り合うセパレータ20の反応ガス供給部23の間には、シール材18aが配置される。
一方、反応ガス橋架部22の先端側と、反応ガス供給部23の周縁との連結部32も同様に、反応ガス供給部23の接線方向と反応ガス橋架部22との接線方向とがそれぞれ同一方向となっている。
図6,図7に示すように、上述した燃料電池11が矢印A方向に複数積層されて、燃料電池スタック10が形成されている。そして、燃料電池スタック10は、荷重付与機構61を間に挟んで一対のエンドプレート90a,90bにより挟持されており、エンドプレート90a,90bは、締結手段95によって連結されている。なお、荷重付与機構61は、上述した第1実施形態と同様に、燃料電池11の電解質・電極接合体12および挟持部21に荷重を付与する一対の第1荷重付与機構62と、各反応ガス供給部23,27に荷重を付与する第2荷重付与機構63とを有している。
一方、第2荷重付与機構63は、燃料電池スタック10の積層方向端部の反応ガス供給部23と、他方のエンドプレート90bとの間に配置された第2荷重付与手段68を有している。第2荷重付与手段68は、一端がエンドプレート90bに連結される一方、他端が各反応ガス供給連通孔24,28をまとめて閉塞するガスケット70に連結されており、このガスケット70を間に挟んで各反応ガス供給部23を一方のエンドプレート90aに向けて押圧している。
第2実施形態に係る燃料電池の作用について説明する。
燃料ガスは、図6に示す第1配管92、図8に示す燃料ガス供給連通孔24、燃料ガス供給通路34、燃料ガス供給孔42および燃料ガス通路41を通り、アノード電極14に供給されて発電に使用される。発電に使用された燃料ガスは、第1周縁凸部44に形成された燃料ガス排出孔45からアノード電極14の外側に排出される。
酸化剤ガスは、図6に示す第2配管94、図8に示す酸化剤ガス供給連通孔28、酸化剤ガス供給通路35、酸化剤ガス供給孔52および酸化剤ガス通路51を通り、カソード電極15に供給されて発電に使用される。発電に使用された酸化剤ガスは、第2周縁凸部54に形成された酸化剤ガス排出孔55からカソード電極15の外側に排出される。
この構成によれば、燃料電池11の発電時において、反応ガス橋架部22の長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部21の接線方向に沿って作用し、挟持部21の面方向(周方向)の回転力に変換されることになる。この場合、挟持部21に作用する回転力によって、挟持部21が挟持部21の中心点回りに回転することになり、挟持部21に作用する回転力を吸収することができる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ20の歪みを抑制することができるため、セパレータ20と電解質・電極接合体12との密着性を維持することができ、効率的な発電および集電が遂行される。さらに、セパレータ20から電解質・電極接合体12に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体12の耐久性も向上させることができ、電解質・電極接合体12の損傷を防止することもできる。また、各反応ガス橋架部22,26の変形を防止することができるため、電解質・電極接合体12に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができ、発電効率の安定化を図ることができる。
これにより、反応ガス供給部23と挟持部21との間は、反応ガス橋架部22を介して積層方向の締め付け荷重が遮断されるため、電解質・電極接合体12に所望の荷重を付与することができる。このため、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される反応ガス供給部23には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体12には、挟持部21との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。これにより、反応ガス供給部23において所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体12の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行される。
しかも、反応ガス供給部23には燃料ガス供給連通孔24および酸化剤ガス供給連通孔28が形成されている。このため、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電解質・電極接合体12に供給される前に相互の温度差が低減され、電解質・電極接合体12の安定した発電が可能になる。
その上、シール性が要求される燃料ガス供給連通孔24および酸化剤ガス供給連通孔28は、反応ガス供給部23に集約されている。これにより、反応ガス供給部23に所望のシール性を確保するとともに、電解質・電極接合体12の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電および集電が遂行可能になる。
これにより、酸化剤ガスおよび燃料ガスを過不足なく供給することが可能になり、燃料ガスの無駄使いおよび燃料電池11の温度低下を防止することができる。また通常、A/F>1.0で運転される燃料電池11において、燃料ガスと酸化剤ガスの圧力差・圧力損失差が低減される。そのため、電解質・電極接合体12の外方から酸化剤ガスや排ガス等の他のガスが、アノード電極14に回り込むことを、更に阻止することができるとともに、電解質・電極接合体12の外方から燃料ガスや排ガス等の他のガスが、カソード電極15に回り込むことを、更に阻止することができる。これにより、セパレータ20や電解質・電極接合体12の耐久性の更なる向上が容易に図られる。
次に、第3実施形態に係る燃料電池について説明する。図4に示す第1実施形態では、一個のセパレータ20に一個の挟持部21が設けられていたが、図11に示す第3実施形態では、一個のセパレータ20に二個の挟持部21a,21bが設けられている点で異なっている。なお、第1又は第2実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図11に示すように、この燃料電池11のセパレータ20は、一対の電解質・電極接合体12a,12bを挟持する一対の挟持部21a,21bを備えている。第1挟持部21aには、各反応ガス橋架部22a,26aの基端が、第2挟持部21bには、各反応ガス橋架部22b,26bの基端側がそれぞれ連結されている。各反応ガス橋架部22a,22b,26a,26bは、それぞれ挟持部21a,21b周縁の周方向で180度異なる位置(挟持部21a,21bを間に挟んで対向する位置)から、挟持部21a,21bを取り囲むように延設されている。
一方、各反応ガス橋架部22a,22b,26a,26bの先端側と、各反応ガス供給部23,27a,27bの周縁とのそれぞれの連結部32a,32b,33a,33bも同様に、各反応ガス供給部23,27a,27bの接線方向と各反応ガス橋架部22a,22b,26a,26bとの接線方向とがそれぞれ同一方向となるように連結されている。この場合、各燃料ガス橋架部26a,26bの先端側は、燃料ガス供給部23の周縁において、周方向で180度異なる位置に連結されている。
燃料ガス通路41の内部には複数の突起部43が形成され、燃料ガス通路41の周囲には第1周縁凸部44が形成されている。第1周縁凸部44には、複数の燃料ガス排出孔45が周方向に離間して放射状に形成されている。
図12に示すように、燃料ガス排出孔45および酸化剤ガス排出孔55は、各挟持部21a,21bの周方向において異なる位置に(位相が異なるように)配置されている。
図10に示すように、上述した燃料電池11が矢印A方向に複数積層されて、燃料電池スタック10が形成されている。そして、燃料電池スタック10は、荷重付与機構61を間に挟んで一対のエンドプレート90a,90bにより挟持されており、エンドプレート90a,90bは、締結手段95によって連結されている。なお、荷重付与機構61は、燃料電池11の電解質・電極接合体12a,12bに荷重を付与する一対の第1荷重付与機構62と、各反応ガス供給部23,27a,27bに荷重を付与する3つの第2荷重付与機構63とを有している。
一方、第2荷重付与機構63も上述した第1実施形態と同様に、燃料電池スタック10の積層方向端部の反応ガス供給部23と、他方のエンドプレート90bとの間に配置された第2荷重付与手段68を有している。第2荷重付与手段68は、一端がエンドプレート90bに連結される一方、他端が各反応ガス供給連通孔24,28a,28bを閉塞するガスケット70に連結されており、このガスケット70を間に挟んで各反応ガス供給部23,27a,27bを一方のエンドプレート90aに向けて押圧している。
第3実施形態に係る燃料電池の作用について説明する。
燃料ガスは、図11に示す燃料ガス供給連通孔24から、一対の燃料ガス供給通路34a,34b、一対の挟持部21a,21bの燃料ガス供給孔42および燃料ガス通路41を通り、一対の電解質・電極接合体12a,12bのアノード電極14に供給されて発電に使用される。発電に使用された燃料ガスは、第1周縁凸部44に形成された燃料ガス排出孔45からアノード電極14の外側に排出される。
酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔28a,28bから、それぞれ酸化剤ガス供給通路35a,35b、一対の挟持部21a,21bの酸化剤ガス供給孔52および酸化剤ガス通路51を通り、一対の電解質・電極接合体12a,12bのカソード電極15に供給されて発電に使用される。発電に使用された酸化剤ガスは、第2周縁凸部54に形成された酸化剤ガス排出孔55からカソード電極15の外側に排出される。
この構成によれば、燃料電池11の発電時において、各反応ガス橋架部22a,26aの長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部21aの接線方向に沿って作用し、挟持部21aの周方向の回転力に変換されることになる。一方、各反応ガス橋架部22b,26bの長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部21bの接線方向に沿って作用し、挟持部21bの周方向の回転力に変換されることになる。
この構成によれば、燃料ガス橋架部22a,22bの長さ方向に沿って発生する応力の一部は、燃料ガス供給部23の接線方向に沿って作用し、燃料ガス供給部23の周方向の回転力に変換されることになる。一方、酸化剤ガス橋架部26a,26bに発生する長さ方向の応力の一部は、酸化剤ガス供給部27a,27の接線方向に沿ってそれぞれ作用し、酸化剤ガス供給部27a,27bの面方向(周方向)の回転力に変換されることになる。
これにより、挟持部21a,21bおよび反応ガス供給部23,27a,27bにおいて、各反応ガス橋架部22a,22b,26a,26bに作用する応力を吸収することができるので、連結部25a,25b,29a,29b,32a,32b,33a,33b等に応力が集中することを抑制することができる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ20の歪みをより抑制することができる。
この構成によれば、各反応ガス橋架部22a,22b,26a,26bから挟持部21a,21bに向けて回転力が作用した場合に、この回転力によって挟持部21a,21bが回転することになる。これにより、挟持部21a,21bに作用する回転力を吸収することができる。
したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ20の歪みを抑制することができるため、セパレータ20と電解質・電極接合体12との密着性を維持することができるとともに、各反応ガス橋架部22a,22b,26a,26bの変形を防止することができる。また、セパレータから電解質・電極接合体12に偏荷重が作用することもないので、電解質・電極接合体12の耐久性も向上させることができる。さらに、電解質・電極接合体12に対して、常に所望の流量の反応ガスを供給することができるので、発電性能の向上を図ることができ、発電効率の安定化を図ることができる。
燃料ガス供給部23がセパレータ20の中央部に設けられるので、燃料電池11に供給される燃料ガスを発電による発生熱によって良好に加熱可能になる。したがって、燃料電池11は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。
その上、燃料ガス供給部23を中心に複数の電解質・電極接合体12a,12bが同心円上に配列されるので、燃料ガス供給部23から各電解質・電極接合体12a,12bに対して燃料ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体12a,12bの発電性能の向上及び安定化が図られる。
特に、一対の挟持部21a,21bに対して1個の燃料ガス供給部23を共用することになるので、燃料ガスの供給機構を簡略化することができ、製造コストの削減を図ることができる。
これにより、電解質・電極接合体12a,12bに付与される荷重が不足することがないので、電解質・電極接合体12a,12bとセパレータ20との密着性が向上し、電解質・電極接合体12a,12bで発電された電力を効率的に集電することができる。
各挟持部21a,21bは各電解質・電極接合体12a,12bに対応した形状を有するため、各電解質・電極接合体12a,12bで発電された電力を効率的に集電することができる。
しかも、各挟持部21a,21bは互いに分離して構成されるので、隣接する電解質・電極接合体12a,12bに独立して積層方向の荷重を付与することができる。このため、各電解質・電極接合体12a,12bやセパレータ20の寸法誤差によって各電解質・電極接合体12a,12bに発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。したがって、セパレータ20全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体12a,12bに対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体12a,12bの熱歪等は、隣接する他の電解質・電極接合体12a,12bに伝達されることがなく、電解質・電極接合体12a,12b間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体12a,12b同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池11全体の小型化が容易に図られる。
これにより、燃料ガス供給部23から各燃料ガス橋架部22a,22b及び各挟持部21a,21bを介して各電解質・電極接合体12a,12bに燃料ガスを均等に供給することができ、各電解質・電極接合体12a,12bの発電性能の向上及び安定化を図ることが可能になる。
次に、第4実施形態に係る燃料電池について説明する。図4に示す第1実施形態では、一個のセパレータ20に一個の挟持部21が設けられていたが、図14に示す第4実施形態では、一個のセパレータ20に4個の挟持部21a〜21dが設けられている点で異なっている。なお、第1〜第3実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
図14,図15に示すように、この燃料電池11のセパレータ20は、4個の電解質・電極接合体12a〜12dを挟持する4個の挟持部21a〜21dを備えている。4個の挟持部21a〜21dに囲まれた中央に、1個の燃料ガス供給部23が設けられている。この燃料ガス供給部23と各挟持部21a〜21dとの間は、それぞれ燃料ガス橋架部22a〜22dによって連結されている。すなわち、燃料ガス橋架部22a〜22dは、燃料ガス供給部23から外方に等角度間隔(90゜間隔)ずつ離間して放射状に延在し、これら4本の燃料ガス橋架部22a〜22dを介して挟持部21a〜21dが一体的に設けられる。燃料ガス橋架部22a〜22dの基端側と、各挟持部21a〜21dの周縁との連結部25a〜25dでは、挟持部21a〜21dの接線方向と燃料ガス橋架部22a〜22dの接線方向とが同一方向になっている。一方、燃料ガス橋架部22a〜22dの先端側と、燃料ガス供給部23の周縁との連結部32a〜32dも同様に、燃料ガス供給部23の接線方向と燃料ガス橋架部22a〜22dとの接線方向とがそれぞれ同一方向となるように連結されている。なお、燃料ガス供給部23の中心には、積層方向に沿って燃料ガス供給連通孔24が形成されている。また、各挟持部21a〜21dは、電解質・電極接合体12と略同一寸法の円板形状に設定されており、互いに分離して構成されている。
第1プレート40における挟持部21a〜21dの電解質・電極接合体12a〜12d側の表面40aには、燃料ガス通路41が形成されている。燃料ガス通路41の中央付近には、通路部材80の後述する燃料ガス供給通路34a〜34dに連通する燃料ガス供給孔42が形成されている。燃料ガス通路41の内部には複数の突起部43が形成され、燃料ガス通路41の周囲には第1周縁凸部44が形成されている。第1周縁凸部44には、複数の燃料ガス排出孔45が周方向に離間して放射状に形成されている。
橋架部59a〜59dは、燃料ガス橋架部22a〜22dよりも長く形成された円弧状の部材であり、その先端側が第2プレート50の切欠き部85内に収容されている。この場合、橋架部59a〜59dの先端側は、第1プレート40の各挟持部21a〜21dに形成された燃料ガス供給孔42を覆う位置まで延在している。橋架部59a〜59dにおける第1プレート40側の表面80aには、燃料ガス供給通路34a〜34dが形成されている。具体的には、ハーフエッチングやマシニング等の手法により、燃料ガス供給連通孔24から橋架部59a〜59dの先端側にかけて溝部を形成することで、燃料ガス供給孔42に連通する燃料ガス供給通路34a〜34dが形成されている。なお第1プレート40の裏面40bに通路部材80が接合されて、燃料ガス供給通路34a〜34dの上部開口が封止されている。
各セパレータ20間には、上述した実施形態と同様のシール材18a(不図示)が設けられる。
図13に示すように、燃料電池スタック10は、荷重付与機構61を間に挟んで一対のエンドプレート90a,90bにより挟持されており、エンドプレート90a,90bは、締結手段95によって連結されている。
エンドプレート90aには、燃料ガス供給連通孔24に連通する単一の第1配管92と、各酸化剤ガス供給連通孔28に連通するキャビティ93aを有するケーシング93と、ケーシング93に接続されてキャビティ93aに連通する単一の第2配管94とが設けられている。
エンドプレート90aに接続されている第1配管92から燃料ガス供給連通孔24には、燃料ガスが供給されるとともに、第2配管94からキャビティ93aを介して各酸化剤ガス供給連通孔28には、酸化剤ガスが供給される。
一方、第2荷重付与機構63も上述した第1実施形態と同様に、燃料電池スタック10の積層方向端部の反応ガス供給部23と、他方のエンドプレート90bとの間に配置された第2荷重付与手段68を有している。第2荷重付与手段68は、一端がエンドプレート90bに連結される一方、他端が燃料ガス供給連通孔24を閉塞するガスケット70に連結されており、このガスケット70を間に挟んで燃料ガス供給部23を一方のエンドプレート90aに向けて押圧している。
この構成によれば、燃料電池11の発電時において、各燃料ガス橋架部22a〜22dの長さ方向に沿って発生する応力は、挟持部21a〜21dの接線方向に沿って作用し、挟持部21a〜21dの周方向の回転力に変換されることになる。
一方、燃料ガス橋架部22a〜22dの長さ方向に沿って発生する応力の一部は、燃料ガス供給部23の接線方向に沿って作用し、燃料ガス供給部23の周方向の回転力に変換されることになる。
これにより、挟持部21a〜21dおよび燃料ガス供給部23において、燃料ガス橋架部22a〜22dに作用する応力を吸収することができるので、連結部25a〜25dおよび32a〜32d等に応力が集中することを抑制することができる。したがって、熱に起因する膨張・収縮によるセパレータ20の歪みをより抑制することができる。
この構成によれば、上述した各実施形態と異なり、セパレータ20を貫通する酸化剤ガス供給連通孔28を加工する必要がないので、構成の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。この場合、酸化剤ガス供給連通孔28を流通する酸化剤ガスは隣り合う各挟持部21a〜21d間から漏れ出ることはなく、燃料ガス通路51内に確実に導入されることになる。これにより、酸化剤ガスを不足なく供給することが可能になる。
また、各電解質・電極接合体12a〜12dの発電により発生した熱が、挟持部21a〜21dの外に放熱されることを抑制することができ、熱効率の向上および熱自立の促進が容易に図られる。
燃料ガス供給部23がセパレータ20の中央部に設けられるので、各電解質・電極接合体12a〜12dに供給される前の燃料ガスを、発電による発生熱により良好に加熱することができ、熱効率の向上および熱自立の促進を図ることが可能になる。
また、燃料ガス供給部23を中心に複数の電解質・電極接合体12a〜12dが同心円上に配列されるので、各電解質・電極接合体12a〜12dに燃料ガスを均等に分配して供給することができ、各電解質・電極接合体12a〜12dの発電性能の向上および安定化が図られる。
しかも、セパレータ20の面内には、4つの電解質・電極接合体12a〜12dが同心円上に配列されている。このため、セパレータ20の面内に2以上の同一形状且つ同一面積の電解質・電極接合体12a〜12dが同心円上に配列される燃料電池構造の中、高い占有率を得ることが可能になる。その上、発電出力当たりのスタック体積が小さくなり、燃料電池スタック10全体のコンパクト化が容易に図られる。一方、発電出力当たりのスタック表面積が小さくなり、燃料電池スタック10からの放熱を最小化することができ、熱効率の向上および熱自立の促進を図ることが可能になる。
これにより、電解質・電極接合体12a〜12dに付与される荷重が不足することがないので、電解質・電極接合体12a〜12dとセパレータ20との密着性が向上し、電解質・電極接合体12a〜12dで発電された電力を効率的に集電することができる。
各挟持部21a〜21dは各電解質・電極接合体12a〜12dに対応した形状を有するため、電解質・電極接合体12a〜12dで発電された電力を効率的に集電することができる。
しかも、各挟持部21a〜21dは互いに分離して構成されるので、隣接する電解質・電極接合体12a〜12dに独立して積層方向の荷重を付与することができる。このため、電解質・電極接合体12a〜12dやセパレータ20の寸法誤差によって各電解質・電極接合体12a〜12dに発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。したがって、セパレータ20全体に歪みが惹起されることを阻止し、各電解質・電極接合体12a〜12dに対して均等な荷重を付与することができる。その上、各電解質・電極接合体12a〜12dの熱歪み等は、隣接する他の電解質・電極接合体12a〜12dに伝達されることがなく、電解質・電極接合体12a〜12d間には、特別な寸法吸収機構を設ける必要がない。これにより、各電解質・電極接合体12a〜12d同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池11全体の小型化が容易に図られる。
これにより、燃料ガス供給部23から燃料ガス橋架部22a〜22dを介して各電解質・電極接合体12a〜12dに対して燃料ガスおよび酸化剤ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体12a〜12dの発電性能の向上および安定化が図られる。
本発明によれば、燃料ガス供給部23から各燃料ガス橋架部22a〜22dおよび各挟持部21a〜21dを介して各電解質・電極接合体12a〜12dに燃料ガスおよび酸化剤ガスを均等に分配することができ、各電解質・電極接合体12a〜12dの発電性能の向上および安定化が図られる。
これにより、酸化剤ガス供給連通孔28から燃料ガス橋架部22a〜22dおよび各挟持部21a〜21dを介して、各電解質・電極接合体12a〜12dに酸化剤ガスを均等に分配することが可能になり、各電解質・電極接合体12a〜12dの発電性能の向上および安定化が図られる。本実施形態の燃料ガス供給部23は、セパレータ20の中央部に設けられるとともに、燃料ガス供給部23を中心に各電解質・電極接合体12a〜12dが同心円上に配列されている。
燃料ガス供給部23がセパレータ20の中央部に設けられるので、燃料電池11に供給される燃料ガスは、発電による発生熱を介して良好に加熱可能になり、燃料電池は、熱効率の向上と熱自立の促進とを図ることができる。ここで、熱自立とは、外部から熱を加えることなく自ら発生する熱のみで燃料電池の動作温度を維持することをいう。
例えば、上述した実施形態では、各反応ガス橋架部を円弧状に形成する場合について説明したが、挟持部と各反応ガス橋架部との接線方向が同一になるように連結されていれば、各反応ガス橋架部の半径は適宜設計変更が可能である。すなわち、反応ガス橋架部を直線状(曲率半径が無限大)に形成しても構わない。
また、1個のセパレータに設ける挟持部の数や反応ガス供給孔の数等は、適宜設計変更が可能である。
さらに、上述した実施形態では、各反応ガス供給部および挟持部とエンドプレートとの間にそれぞれ荷重付与手段(第1荷重付与手段および第2荷重付与手段)を介在させる構成について説明したが、挟持部とエンドプレートとの間のみに荷重付与手段を介在させる構成にしてもよい。この場合、エンドプレートと各反応ガス供給部との間には、ボルト等の剛体を配置することが好ましい。これにより、各反応ガス供給部には、比較的大きな荷重を付与する一方、電解質・電極接合体には、挟持部との密着性を高める程度の比較的小さな荷重を付与することが可能になる。
これにより、アノード電極側突起部とカソード電極側突起部との間で、積層方向の荷重を確実に伝達することができ、電解質・電極接合体とセパレータとの密着性が向上するとともに、電解質・電極接合体で発電された電力を効率的に集電することができる。
12,12a,12b,12c,12d…電解質・電極接合体
13…電解質 14…アノード電極 15…カソード電極
20…セパレータ
21,21a,21b,21c,21d…挟持部
22…反応ガス橋架部、燃料ガス橋架部 23…反応ガス供給部、燃料ガス供給部
24…燃料ガス供給連通孔
25,25a,25b,25c,25d,29,29a,29b,32,32a,32b,32c,32d,33,33a,33b…連結部
26…反応ガス橋架部、酸化剤ガス橋架部 27…酸化剤ガス供給部
28…酸化剤ガス供給連通孔
30…第3プレート 34…燃料ガス供給通路 35…酸化剤ガス供給通路
40…第1プレート
41…燃料ガス通路 42…燃料ガス供給孔 43…突起部
44…第1周縁凸部 45…燃料ガス排出孔
50…第2プレート
51…酸化剤ガス通路 52…酸化剤ガス供給孔 53…突起部
54…第2周縁凸部 55…酸化剤ガス排出孔
61…荷重付与機構
66…第1荷重付与手段
68…第2荷重付与手段
64,65…支持部材
74…整流部材
Claims (34)
- 電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、セパレータ間に積層される燃料電池を設け、複数の前記燃料電池が積層される燃料電池スタックであって、
前記セパレータは、前記電解質・電極接合体を挟持するとともに、前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給する燃料ガス通路、および前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス通路が個別に設けられ、使用済みの前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスを前記電解質・電極接合体の周縁部から排出させる挟持部と、
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に又は前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するための反応ガス供給通路が形成される橋架部と、
前記橋架部に連結され、前記燃料ガス又は前記酸化剤ガスを前記反応ガス供給通路に供給するための反応ガス供給連通孔が前記電解質・電極接合体の積層方向に形成される反応ガス供給部と、を備え、
前記挟持部と前記橋架部との連結部は、前記挟持部周縁の接線方向と前記橋架部周縁の接線方向とが同一方向となるように連結されていることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記挟持部は、円板形状に形成され、
前記橋架部は、前記挟持部の円弧よりも大きい円弧を持つ形状に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1又は2に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記橋架部と前記反応ガス供給部との連結部は、前記橋架部周縁の接線方向と前記反応ガス供給部周縁の接線方向とが同一方向となるように連結されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記反応ガス供給部は、円板形状に形成され、
前記橋架部は、前記反応ガス供給部の円弧よりも大きい円弧を持つ形状に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記挟持部は、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給する燃料ガス供給孔と、
前記燃料ガス通路側の周縁部に、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極の周縁部に接触する第1周縁凸部と、
前記燃料ガス通路を通って使用された前記燃料ガスを排出する燃料ガス排出孔と、
前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガス供給孔と、
前記酸化剤ガス通路側の周縁部に、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極の周縁部に接触する第2周縁凸部と、
前記酸化剤ガス通路を通って使用された前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出孔と、を備え、
一の前記燃料ガス排出孔と他の前記燃料ガス排出孔のうちの一つとは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されるとともに、
一の前記酸化剤ガス排出孔と他の前記酸化剤ガス排出孔のうちの一つとは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項5に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス排出孔と前記酸化剤ガス排出孔は、位相を異にして形成されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項5又は6に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス排出孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス排出孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項5〜7のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス排出孔の数は、前記酸化剤ガス排出孔の数よりも少なく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項5〜8のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス排出孔は、前記挟持部の中央部から前記セパレータの面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項5〜9のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記酸化剤ガス排出孔は、前記挟持部の中央部から前記セパレータの面方向に等角度間隔ずつ離間して放射状に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項5〜10のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給孔の開口断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給孔の開口断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項5〜11のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給孔の数は、前記酸化剤ガス供給孔の数よりも少なく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス通路の体積は、前記酸化剤ガス通路の体積よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記挟持部は、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極に接触する複数の突起部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記挟持部は、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極に接触する複数の突起部が設けられることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記挟持部は、前記燃料ガス通路側に突出して前記アノード電極に接触する複数の突起部が設けられるとともに、前記酸化剤ガス通路側に突出して前記カソード電極に接触する複数の突起部が設けられ、
前記アノード電極側の突起部と前記カソード電極側の突起部とは、前記セパレータの積層方向に沿って同一の位相に配列される数が、同一の位相以外に配列される数よりも多数に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記橋架部は、前記挟持部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路が形成される燃料ガス橋架部と、
前記挟持部に連結されるとともに、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するための酸化剤ガス供給通路が形成される酸化剤ガス橋架部と、を備え、
前記反応ガス供給部は、前記燃料ガス橋架部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される燃料ガス供給部と、
前記酸化剤ガス橋架部に連結されるとともに、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給通路に供給するための酸化剤ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される酸化剤ガス供給部と、を備え、
前記燃料ガス橋架部と前記酸化剤ガス橋架部とは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されるとともに、
前記燃料ガス供給部と前記酸化剤ガス供給部とは、前記挟持部を中心とした点対称な位置に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項17に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給通路の断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給通路の断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項17又は18に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給連通孔の断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項17〜19のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給部は、前記セパレータの中央部に設けられるとともに、
前記燃料ガス供給部を中心に複数の前記電解質・電極接合体が同心円上に配列されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項20に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記各電解質・電極接合体が、それぞれ前記燃料電池の積層方向に沿って同一の位相に配列されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項20又は21に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記挟持部は、前記各電解質・電極接合体に対応した形状を有するとともに、
前記各挟持部は、互いに分離して構成されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項20〜22のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス橋架部は、前記燃料ガス供給部から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項17〜23のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記セパレータは、前記挟持部、前記燃料ガス橋架部および前記酸化剤ガス橋架部が前記電解質・電極接合体の数に対応する数に設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記挟持部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路、および前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するための酸化剤ガス供給通路が形成される前記橋架部と、
前記橋架部に連結され、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔、および前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス供給通路に供給するための酸化剤ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される前記反応ガス供給部と、を備えることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項25に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給通路の断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給通路の断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項25又は26に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給連通孔の断面積の総和は、前記酸化剤ガス供給連通孔の断面積の総和よりも小さく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記橋架部は、前記挟持部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するための燃料ガス供給通路が形成される燃料ガス橋架部を備え、
前記反応ガス供給部は、前記燃料ガス橋架部に連結されるとともに、前記燃料ガスを前記燃料ガス供給通路に供給するための燃料ガス供給連通孔が前記積層方向に形成される燃料ガス供給部を備え、
前記燃料ガス供給部を中心に複数の前記電解質・電極接合体が同心円上に配列されるとともに、前記挟持部および前記燃料ガス橋架部が前記電解質・電極接合体の数に対応する数に設定され、
隣り合う前記各挟持部間には、前記酸化剤ガス通路内に前記酸化剤ガスを案内する整流部材が設けられ、
前記整流部材は、前記セパレータの面方向において前記隣り合う挟持部間を閉塞する閉塞部を備え、前記閉塞部とセパレータの周縁部とで囲まれた空間は、前記酸化剤ガスを前記積層方向に流通させるとともに、前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給する酸化剤ガス供給部を構成していることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項17〜28のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料ガス供給部又は前記反応ガス供給部は、前記セパレータの中央部に設けられるとともに、
前記燃料ガス供給部又は前記反応ガス供給部を中心に4つの前記電解質・電極接合体が同心円上に配列されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜29のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記各燃料電池に対して前記積層方向に荷重を付与する荷重付与機構を備え、
前記荷重付与機構は、前記反応ガス供給部の近傍に付与される前記積層方向の荷重が、前記電解質・電極接合体に付与される前記積層方向の荷重よりも大きく設定可能に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項30に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記荷重付与機構は、前記電解質・電極接合体に対して前記積層方向に荷重を付与する第1荷重付与手段と、
前記反応ガス供給部の近傍に対して前記積層方向に荷重を付与する第2荷重付与手段とを備え、
前記第2荷重付与手段から前記反応ガス供給部の近傍に付与される荷重は、前記第1荷重付与手段から前記電解質・電極接合体に付与される荷重よりも大きく設定されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項30又は請求項31に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記荷重付与機構は、前記橋架部に発生する前記セパレータの面方向に沿う応力を、前記挟持部における前記セパレータの面方向の回転力として吸収可能に構成されることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項32に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記荷重付与機構は、前記セパレータの面方向に沿って前記挟持部を回転可能に支持する支持部材を備えていることを特徴とする燃料電池スタック。 - 請求項1〜33のいずれか1項に記載の燃料電池スタックにおいて、
前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする燃料電池スタック。
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012014917A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 平板型固体酸化物形燃料電池マルチスタックモジュール |
JPWO2017026447A1 (ja) * | 2015-08-10 | 2018-06-07 | 住友精密工業株式会社 | 燃料電池 |
JP2020167128A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム |
JP2020167129A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6216283B2 (ja) | 2014-04-23 | 2017-10-18 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
US10270120B2 (en) * | 2016-01-19 | 2019-04-23 | GM Global Technology Operations LLC | Fuel cell stack assembly-compression system |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008251236A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Mitsubishi Materials Corp | 平板積層型の燃料電池 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000323155A (ja) | 1999-05-13 | 2000-11-24 | Mitsubishi Materials Corp | 平板式燃料電池 |
CA2353210C (en) | 2000-07-19 | 2006-07-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell apparatus |
WO2003012903A1 (fr) * | 2001-07-31 | 2003-02-13 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd | Pile a combustible |
CN1312797C (zh) * | 2002-06-28 | 2007-04-25 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池和燃料电池组 |
JP4351619B2 (ja) * | 2003-12-26 | 2009-10-28 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
JP5023429B2 (ja) | 2004-08-13 | 2012-09-12 | 三菱マテリアル株式会社 | 平板積層型燃料電池 |
JP4555051B2 (ja) * | 2004-11-02 | 2010-09-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
US20070111068A1 (en) * | 2005-11-17 | 2007-05-17 | General Electric Company | Compliant feed tubes for planar solid oxide fuel cell systems |
JP4963551B2 (ja) * | 2006-01-31 | 2012-06-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
JP2008218278A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Mitsubishi Materials Corp | 平板積層型の燃料電池 |
JP2008251239A (ja) | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池 |
JP5127389B2 (ja) | 2007-10-04 | 2013-01-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及び燃料電池スタック |
JP5383051B2 (ja) | 2008-01-21 | 2014-01-08 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及び燃料電池スタック |
-
2009
- 2009-09-08 JP JP2009207305A patent/JP5613392B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2010
- 2010-09-01 US US13/380,264 patent/US8980498B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-01 EP EP10755251.5A patent/EP2433328B1/en not_active Not-in-force
- 2010-09-01 WO PCT/JP2010/065364 patent/WO2011030769A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008251236A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Mitsubishi Materials Corp | 平板積層型の燃料電池 |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012014917A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 平板型固体酸化物形燃料電池マルチスタックモジュール |
JPWO2017026447A1 (ja) * | 2015-08-10 | 2018-06-07 | 住友精密工業株式会社 | 燃料電池 |
JP2020167128A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム |
WO2020203894A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム |
JP2020167129A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム |
WO2020203895A1 (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 大阪瓦斯株式会社 | 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム |
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JP7203668B2 (ja) | 2019-03-29 | 2023-01-13 | 大阪瓦斯株式会社 | 電気化学モジュール、電気化学装置及びエネルギーシステム |
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