JP2011198704A - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suitably relieve thermal stress and deformation that are caused by high temperature in a simple and compact structure, and improve durability and efficiency of power generation.SOLUTION: A fuel cell 10 includes holders 32A, 32B in which fuel gas passages 36A, 36B for supplying fuel gas along an electrode surface of an anode electrode 16 and oxidizer gas passages 34A, 34B for supplying oxidizer gas along an electrode surface of a cathode electrode 14 are separately arranged, bridges 30A, 30B in which fuel gas supply passages 38A, 38B for supplying the fuel gas to the fuel gas passages 36A, 36B are formed, and a fuel gas supply unit 28 in which a fuel gas supply communication hole 26 for supplying the fuel gas to the fuel gas supply passages 38A, 38B is formed in a laminated direction. The bridges 30A, 30B are installed in a meandering shape meandered in a surface direction of a separator 20 between the holders 32A, 32B and the fuel gas supply unit 28.

Description

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、セパレータ間に積層される燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode is laminated between separators.

通常、固体電解質型燃料電池(SOFC)は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。   In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as an electrolyte, and an electrolyte / electrode assembly in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the electrolyte. And sandwiched by separators (bipolar plates). This fuel cell is normally used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are laminated.

上記の燃料電池では、電解質・電極接合体を構成するアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス(例えば、水素ガス)及び酸化剤ガス(例えば、空気)を供給するために、セパレータの面方向に沿って燃料ガス通路及び酸化剤ガス通路が形成されている。   In the above fuel cell, in order to supply fuel gas (for example, hydrogen gas) and oxidant gas (for example, air) to the anode electrode and the cathode electrode constituting the electrolyte-electrode assembly, respectively, A fuel gas passage and an oxidant gas passage are formed along the same.

燃料電池スタックでは、例えば、各燃料ガス通路に燃料ガスを分配するために、積層方向に延在する燃料ガス供給連通孔が設けられた内部マニホールドを構成する場合がある。その際、複数の燃料電池が積層されるため、内部マニホールドのガスシール性を良好に確保する必要がある。一方、発電部分では、安定した発電性能を維持するために、前記発電部分とセパレータとの密着性を向上させる必要がある。   In the fuel cell stack, for example, in order to distribute the fuel gas to each fuel gas passage, an internal manifold provided with fuel gas supply communication holes extending in the stacking direction may be configured. At that time, since a plurality of fuel cells are stacked, it is necessary to ensure a good gas sealing property of the internal manifold. On the other hand, in the power generation part, in order to maintain stable power generation performance, it is necessary to improve the adhesion between the power generation part and the separator.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている平板積層型燃料電池では、図17に示すように、発電セル(図示せず)とセパレータ1aとが交互に積層されるとともに、この積層体の積層方向から加重することにより、各構成要素を圧接させている。   Therefore, for example, in the flat plate stacked fuel cell disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 17, power generation cells (not shown) and separators 1a are alternately stacked, and the stack of the stacked bodies is stacked. Each component is pressed by weighting from the direction.

セパレータ1aは、マニホールド部分2aと発電セルが位置する部分3aとを繋ぐ連結部分4aに、荷重に対する可撓性を持たせている。マニホールド部分2aには、ガス孔5a、6aが設けられており、一方のガス孔5aは燃料ガス通路に、他方のガス孔6aは酸化剤ガス通路に、それぞれ連通している。   In the separator 1a, the connecting portion 4a that connects the manifold portion 2a and the portion 3a where the power generation cell is located has flexibility with respect to the load. The manifold portion 2a is provided with gas holes 5a and 6a. One gas hole 5a communicates with the fuel gas passage, and the other gas hole 6a communicates with the oxidant gas passage.

また、特許文献2に開示されている燃料電池は、図18に示すように、発電セル(図示せず)に積層されるセパレータ2bを備えている。セパレータ2bは、発電セルが積層されるインターコネクト部3bと、このインターコネクト部3bから面方向に延設される一対のアーム部4bとを備えている。インターコネクト部3bから一対のアーム部4bには、燃料ガス通路5bと酸化剤ガス通路6bとが形成されている。   Further, the fuel cell disclosed in Patent Document 2 includes a separator 2b stacked on a power generation cell (not shown) as shown in FIG. The separator 2b includes an interconnect portion 3b in which power generation cells are stacked, and a pair of arm portions 4b extending from the interconnect portion 3b in the plane direction. A fuel gas passage 5b and an oxidant gas passage 6b are formed from the interconnect portion 3b to the pair of arms 4b.

アーム部4bの各マニホールド部分7bには、燃料ガス通路5bに連通する燃料ガス孔8bと、酸化剤ガス通路6bに連通する酸化剤ガス孔9bとが形成されている。アーム部4bには、積層方向に変位可能となる可撓性が付与されており、且つ前記アーム部4bの変形は、熱サイクル期間において、弾性範囲内に維持されている、としている。   Each manifold portion 7b of the arm portion 4b is formed with a fuel gas hole 8b communicating with the fuel gas passage 5b and an oxidant gas hole 9b communicating with the oxidant gas passage 6b. The arm portion 4b is provided with flexibility so that it can be displaced in the stacking direction, and the deformation of the arm portion 4b is maintained within an elastic range during the thermal cycle period.

さらに、特許文献3に開示されている燃料電池は、図19に示すように、発電セル(図示せず)に積層されるセパレータ1cを備えている。セパレータ1cは、発電セルが配設されるインターコネクト部2cと、前記インターコネクト部2cから延設されて端部3cに燃料ガス孔4cが設けられるアーム部5cと、前記インターコネクト部2cから延設され端部3cに酸化剤ガス孔6cが形成されるアーム部5cとを備えている。各アーム部5cの延設部7cは、インターコネクト部2cの中心部に対して対称に配置されるとともに、端部3cは、前記延設部7cより周方向に90°ずれて位置し、インターコネクト部2cの中心部に対して対称に配置されている。   Furthermore, the fuel cell disclosed in Patent Document 3 includes a separator 1c stacked on a power generation cell (not shown) as shown in FIG. The separator 1c includes an interconnect portion 2c in which power generation cells are disposed, an arm portion 5c that extends from the interconnect portion 2c and has a fuel gas hole 4c at an end portion 3c, and an end that extends from the interconnect portion 2c. The portion 3c includes an arm portion 5c in which an oxidant gas hole 6c is formed. The extending portion 7c of each arm portion 5c is disposed symmetrically with respect to the center portion of the interconnect portion 2c, and the end portion 3c is located 90 ° away from the extending portion 7c in the circumferential direction. It arrange | positions symmetrically with respect to the center part of 2c.

特開2006−120589号公報JP 2006-120589 A 特開2008−218278号公報JP 2008-218278 A 特開2008−251236号公報JP 2008-251236 A

上記の特許文献1では、連結部分4bが、部分3aの周縁部に沿い且つこの周縁部に近接して延在している。このため、連結部分4bと発電部分の接続部には、応力が集中するとともに、前記発電部分に回転方向の応力が発生し易い。   In said patent document 1, the connection part 4b is extended along the peripheral part of the part 3a, and adjoining to this peripheral part. For this reason, stress concentrates on the connection portion between the connecting portion 4b and the power generation portion, and stress in the rotational direction is easily generated in the power generation portion.

従って、この応力を緩和しようとすると、積層方向の荷重が減少し、集電性が低下するという問題がある。逆に、この応力を保持しようとすると、各マニホールドと発電部分が配置される部分3aとの間には、積層方向の荷重が互いに影響し合うおそれがある。しかも、発電性能及び耐久性が低下するという問題がある。   Therefore, if this stress is relieved, there is a problem that the load in the stacking direction is reduced and the current collecting property is lowered. Conversely, if this stress is to be maintained, loads in the stacking direction may influence each other between each manifold and the portion 3a where the power generation portion is disposed. Moreover, there is a problem that power generation performance and durability are lowered.

また、上記の特許文献2では、アーム部4bがインターコネクト部3bの周縁部に沿って且つ前記周縁部に近接して設けられており、前記アーム部4bと発電部分の接続部に、応力が集中し易い。しかも、発電部分には、回転方向の応力が発生するという問題がある。   Further, in Patent Document 2 described above, the arm portion 4b is provided along the peripheral portion of the interconnect portion 3b and close to the peripheral portion, and stress is concentrated on the connecting portion between the arm portion 4b and the power generation portion. Easy to do. Moreover, there is a problem that stress in the rotational direction is generated in the power generation portion.

これにより、応力を緩和しようとすると、集電性が低下する一方、この応力を保持しようとすると、マニホールド部8bとインターコネクト部3bとの積層方向の応力を遮断することができないという問題がある。その上、発電性能及び耐久性が低下するおそれがある。   As a result, when trying to relieve the stress, the current collecting performance is lowered. On the other hand, if this stress is maintained, there is a problem that the stress in the stacking direction of the manifold portion 8b and the interconnect portion 3b cannot be blocked. In addition, power generation performance and durability may be reduced.

さらに、上記の特許文献3では、アーム部5cがインターコネクト部2cの周縁部に沿って且つ前記周縁部に近接して延在しており、前記アーム部5cと発電部分の接続部に、応力が集中するとともに、発電部分に回転方向の応力が発生するという問題がある。   Further, in Patent Document 3 described above, the arm portion 5c extends along the peripheral portion of the interconnect portion 2c and close to the peripheral portion, and stress is applied to the connecting portion between the arm portion 5c and the power generation portion. In addition to concentration, there is a problem that stress in the rotational direction is generated in the power generation portion.

このため、能力を緩和しようとすると、集電性が低下する一方、この応力を保持しようとすると、マニホールド部である端部3cとインターコネクト部2cとの積層方向の荷重の遮断が遂行されないという問題がある。その上、発電性能及び耐久性が低下するという問題がある。   For this reason, when the ability is reduced, the current collecting performance is lowered. On the other hand, when this stress is maintained, the load in the stacking direction between the end portion 3c and the interconnect portion 2c, which are the manifold portions, is not interrupted. There is. In addition, there is a problem that power generation performance and durability are lowered.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、高温による熱応力及び変形を良好に緩和することができ、耐久性及び発電効率の向上を図ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and has a simple and compact configuration, can satisfactorily relieve thermal stress and deformation due to high temperatures, and can improve durability and power generation efficiency. An object is to provide a battery.

本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、セパレータ間に積層される燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode is laminated between separators.

セパレータは、電解質・電極接合体を挟持するとともに、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及び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積層方向に形成される反応ガス供給部とを備えている。   The separator sandwiches the electrolyte / electrode assembly, and includes a fuel gas passage for supplying fuel gas along the electrode surface of the anode electrode and an oxidant gas passage for supplying oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode. And a bridge portion connected to the sandwiching portion and formed with a reaction gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel gas passage or the oxidant gas to the oxidant gas passage. And a reaction gas supply unit that is connected to the bridge portion and that has a reaction gas supply communication hole formed in the stacking direction for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the reaction gas supply passage.

そして、橋架部は、挟持部と反応ガス供給部との間で、セパレータの面方向に蛇行する蛇行形状に設定されている。蛇行形状とは、同一平面内で、仮想直線を跨いで一方側への往復と他方側への往復とを交互に行うもの、又は、一方側への往復のみを行うものを含むとともに、全体として波形状や鋸歯形状等の種々の形状を有するものをいう。   And the bridge part is set in the meandering shape which meanders in the surface direction of a separator between a clamping part and a reactive gas supply part. The meandering shape includes one that alternately performs reciprocation to one side and reciprocation to the other side across a virtual straight line in the same plane, or one that only reciprocates to one side, and as a whole What has various shapes, such as a wave shape and a sawtooth shape.

また、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されることが好ましい。このため、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。   The bridge portion is preferably set in a meandering shape that reciprocates along a direction intersecting an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. For this reason, a bridge part can be lengthened with a compact structure, and it becomes possible to relieve | moderate the thermal deformation and displacement by high temperature favorably.

しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。従って、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。   In addition, the thermal deformation and displacement of the bridge due to the high temperature can be released in a direction intersecting with an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. Therefore, the crack of the electrolyte / electrode assembly is suppressed to improve the durability of the fuel cell, and the adhesion between the electrolyte / electrode assembly and the sandwiching portion is ensured to easily improve the power generation efficiency. .

さらに、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが異なる長さに設定されることが好ましい。これにより、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。   Furthermore, the bridge portion may be set to have a length different from the protruding length in one direction and the protruding length in the other direction across a virtual straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reactive gas supply portion. preferable. Thereby, a bridge part can be lengthened by a compact structure, and it becomes possible to relieve | moderate the thermal deformation and displacement by high temperature favorably.

しかも、高温による橋架部の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。このため、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。   Moreover, thermal deformation and displacement of the bridge portion due to high temperature can be released in a direction intersecting with an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. For this reason, the crack of the electrolyte / electrode assembly is suppressed to improve the durability of the fuel cell, and the adhesion between the electrolyte / electrode assembly and the sandwiching portion is secured to easily improve the power generation efficiency. It is done.

その上、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが異なる長さに設定されるため、突出長さの短い側には、他の構成要素を設定するためのスペースを確保することが可能になり、スペース効率の向上が図られる。   In addition, since the protruding length in one direction and the protruding length in the other direction are set to different lengths, a space for setting other components should be secured on the side where the protruding length is short. Thus, space efficiency can be improved.

さらにまた、橋架部は、挟持部に近づく程、蛇行形状の突出長さが小さく設定されることが好ましい。従って、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。   Furthermore, it is preferable that the bridge portion is set to have a meander-shaped projecting length that is smaller as it approaches the clamping portion. Therefore, the bridge portion can be elongated with a compact configuration, and thermal deformation and displacement due to high temperatures can be favorably mitigated.

しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。これにより、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。   In addition, the thermal deformation and displacement of the bridge due to the high temperature can be released in a direction intersecting with an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. As a result, cracking of the electrolyte / electrode assembly is suppressed to improve the durability of the fuel cell, and adhesion between the electrolyte / electrode assembly and the sandwiching portion is secured to easily improve power generation efficiency. It is done.

その上、特に挟持部の近傍には、他の構成要素を設定するためのスペースを確保することが可能になり、スペース効率の向上が容易に図られる。   In addition, it is possible to secure a space for setting other components, particularly in the vicinity of the clamping portion, and space efficiency can be easily improved.

また、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが同一の長さに設定されることが好ましい。これにより、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。   In addition, the bridge should span the imaginary straight line connecting the center of the clamping part and the center of the reactive gas supply part, and the protruding length in one direction and the protruding length in the other direction should be set to the same length. Is preferred. Thereby, a bridge part can be lengthened by a compact structure, and it becomes possible to relieve | moderate the thermal deformation and displacement by high temperature favorably.

しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。このため、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。   In addition, the thermal deformation and displacement of the bridge due to the high temperature can be released in a direction intersecting with an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. For this reason, the crack of the electrolyte / electrode assembly is suppressed to improve the durability of the fuel cell, and the adhesion between the electrolyte / electrode assembly and the sandwiching portion is secured to easily improve the power generation efficiency. It is done.

その上、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが同一の長さに設定されるため、挟持部、橋架部及び反応ガス供給部間の熱応力及び変位が一層良好に緩和可能になる。   In addition, since the protruding length in one direction and the protruding length in the other direction are set to the same length, thermal stress and displacement between the clamping part, the bridge part, and the reactive gas supply part can be alleviated better. become.

さらに、この燃料電池は、橋架部と挟持部との間には、酸化剤ガス通路に供給される酸化剤ガスを、積層方向に流通させる酸化剤ガス供給連通孔が形成されることが好ましい。このため、コンパクトな構成で、酸化剤ガス供給連通孔としてのスペースを確保することが可能になり、スペース効率の向上が容易に図られる。   Further, in this fuel cell, it is preferable that an oxidant gas supply communication hole for allowing the oxidant gas supplied to the oxidant gas passage to flow in the stacking direction is formed between the bridge portion and the sandwiching portion. For this reason, it is possible to secure a space as the oxidant gas supply communication hole with a compact configuration, and the space efficiency can be easily improved.

さらにまた、この燃料電池は、橋架部と挟持部との間には、反応に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスを、排ガスとして積層方向に排出する排ガス排出連通孔が形成されることが好ましい。従って、コンパクトな構成で、排ガス排出連通孔としてのスペースを確保することができ、スペース効率の向上が容易に図られる。   Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that an exhaust gas discharge communication hole for discharging the fuel gas and the oxidant gas used in the reaction as exhaust gas in the stacking direction is formed between the bridge portion and the sandwiching portion. . Therefore, a space as an exhaust gas discharge communication hole can be secured with a compact configuration, and space efficiency can be easily improved.

また、セパレータは、単一の反応ガス供給部に複数の橋架部が設けられるとともに、各橋架部には、それぞれ挟持部が設けられ、各挟持部は、各電解質・電極接合体に対応する形状に設定され、且つ、互いに分離して構成されることが好ましい。従って、挟持部は、電解質・電極接合体に対応する形状を有し、前記電解質・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。   In addition, the separator is provided with a plurality of bridge portions in a single reaction gas supply portion, and each bridge portion is provided with a sandwich portion, and each sandwich portion has a shape corresponding to each electrolyte / electrode assembly. It is preferable to be configured to be separated from each other. Therefore, the sandwiching portion has a shape corresponding to the electrolyte / electrode assembly, and can efficiently collect the electric power generated by the electrolyte / electrode assembly.

しかも、各挟持部は、互いに分離しており、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。これにより、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。   In addition, the holding portions are separated from each other, and can absorb different loads generated in the electrolyte / electrode assemblies due to dimensional errors of the electrolyte / electrode assemblies and the separators. Thereby, it is possible to prevent the entire separator from being distorted and to apply an equal load to each electrolyte / electrode assembly.

その上、各電解質・電極接合体の熱歪み等が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、前記電解質・電極接合体間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。このため、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。   In addition, the thermal strain of each electrolyte / electrode assembly is not transmitted to other adjacent electrolyte / electrode assemblies, and it is necessary to provide a separate dimension absorption mechanism between the electrolyte / electrode assemblies. Absent. For this reason, it becomes possible to arrange | position each electrolyte and electrode assembly closely, and size reduction of the whole fuel cell is achieved easily.

さらに、橋架部は、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する前記挟持部の幅寸法内で蛇行することが好ましい。従って、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。   Furthermore, it is preferable that the bridge portion meanders within the width dimension of the sandwiching portion that intersects an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. Therefore, the bridge portion can be elongated with a compact configuration, and thermal deformation and displacement due to high temperatures can be favorably mitigated.

しかも、高温による橋架の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。これにより、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。   In addition, the thermal deformation and displacement of the bridge due to the high temperature can be released in a direction intersecting with an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. As a result, cracking of the electrolyte / electrode assembly is suppressed to improve the durability of the fuel cell, and adhesion between the electrolyte / electrode assembly and the sandwiching portion is secured to easily improve power generation efficiency. It is done.

その上、橋架部は、挟持部の幅寸法内で蛇行するため、前記橋架部が前記挟持部の外方に突出することがない。このため、燃料電池全体の寸法は、挟持部の幅寸法と同一になり、前記燃料電池を一層コンパクト化することが可能になる。   In addition, since the bridge portion meanders within the width dimension of the sandwiching portion, the bridge portion does not protrude outward from the sandwiching portion. For this reason, the dimension of the whole fuel cell becomes the same as the width dimension of a clamping part, and it becomes possible to make the said fuel cell further compact.

さらにまた、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることが好ましい。従って、固体酸化物形燃料電池のような高温型燃料電池に適用することにより、簡単な構成で、コンパクト性を維持するとともに、特に高温による熱変形及び変位を良好に緩和することができる。   Furthermore, the fuel cell is preferably a solid oxide fuel cell. Therefore, by applying it to a high temperature fuel cell such as a solid oxide fuel cell, it is possible to maintain compactness with a simple configuration and to particularly favorably reduce thermal deformation and displacement due to high temperatures.

本発明によれば、反応ガス供給部と電解質・電極接合体を挟持する挟持部とは、橋架部を介して積層方向の締め付け荷重を遮断することが可能になり、前記電解質・電極接合体に所望の荷重を付与することができる。従って、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選択的に付与する一方、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、効率的な発電及び集電が遂行される。   According to the present invention, the reaction gas supply unit and the sandwiching unit that sandwiches the electrolyte / electrode assembly can block the tightening load in the stacking direction via the bridge portion. A desired load can be applied. Therefore, a comparatively high degree of adhesion is required for the electrolyte / electrode assembly while a relatively large load is selectively applied to a portion requiring a sealing property with a simple and compact structure. A small load can be applied. As a result, a desired sealing property is ensured in the reaction gas supply unit, and damage to the electrolyte / electrode assembly is prevented as much as possible, so that efficient power generation and current collection are performed.

さらに、橋架部は、挟持部と反応ガス供給部との間で、セパレータの面方向に蛇行する蛇行形状に設定されている。このため、コンパクトな構成で、橋架部を長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。   Furthermore, the bridge portion is set in a meandering shape that meanders in the surface direction of the separator between the sandwiching portion and the reactive gas supply portion. For this reason, a bridge part can be lengthened with a compact structure, and it becomes possible to relieve | moderate the thermal deformation and displacement by high temperature favorably.

しかも、高温による橋架部の熱変形及び変位を、挟持部の中心と反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向にも逃がすことができる。従って、電解質・電極接合体の割れ等を抑制して燃料電池の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体と挟持部との密着性を確保して発電効率の向上が容易に図られる。   Moreover, thermal deformation and displacement of the bridge portion due to high temperature can be released in a direction intersecting with an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. Therefore, the crack of the electrolyte / electrode assembly is suppressed to improve the durability of the fuel cell, and the adhesion between the electrolyte / electrode assembly and the sandwiching portion is ensured to easily improve the power generation efficiency. .

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。1 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view showing the gas flow state of the fuel cell. 前記燃料電池の平面説明図である。It is a plane explanatory view of the fuel cell. 前記燃料電池を構成する第2プレートの説明図である。It is explanatory drawing of the 2nd plate which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池の、図3中、V−V線断面図である。It is the VV sectional view taken on the line of the said fuel cell in FIG. 前記燃料電池が筐体内に収容された状態の一部切り欠き斜視図である。FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a state where the fuel cell is housed in a housing. 前記筐体内部の平面説明図である。It is plane explanatory drawing inside the said housing | casing. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。FIG. 4 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention. 前記燃料電池を構成する第2プレートの説明図である。It is explanatory drawing of the 2nd plate which comprises the said fuel cell. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。FIG. 5 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention. 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view showing the gas flow state of the fuel cell. 前記燃料電池を構成する第2プレートの説明図である。It is explanatory drawing of the 2nd plate which comprises the said fuel cell. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る燃料電池の平面説明図である。It is a plane explanatory view of a fuel cell concerning a 5th embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施形態に係る燃料電池の概略分解斜視説明図である。FIG. 10 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell according to a sixth embodiment of the present invention. 前記燃料電池のガス流れ状態を示す一部分解斜視説明図である。It is a partially exploded perspective view showing the gas flow state of the fuel cell. 特許文献1の平板積層型燃料電池を構成するセパレータの説明図である。It is explanatory drawing of the separator which comprises the flat laminated fuel cell of patent document 1. FIG. 特許文献2の燃料電池を構成するセパレータの説明図である。It is explanatory drawing of the separator which comprises the fuel cell of patent document 2. FIG. 特許文献3の燃料電池を構成するセパレータの説明図である。It is explanatory drawing of the separator which comprises the fuel cell of patent document 3. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、固体酸化物形燃料電池であり、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質(電解質板)12の両面に、カソード電極14及びアノード電極16が設けられた電解質・電極接合体(MEA)18を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention is a solid oxide fuel cell, and is composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia, for example. An electrolyte / electrode assembly (MEA) 18 provided with a cathode electrode 14 and an anode electrode 16 is provided on both surfaces of an electrolyte (electrolyte plate) 12.

電解質・電極接合体18は、例えば、矩形状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層(図示せず)が設けられている。電解質・電極接合体18は、正方形に設定してもよく、又は後述する橋架部の延長線と平行する周縁長が、前記延長線と直交する周縁長よりも大きく設定してもよい。   The electrolyte / electrode assembly 18 is formed in a rectangular shape, for example, and a barrier layer (not shown) is provided at least on the outer peripheral end surface portion to prevent the oxidant gas and fuel gas from entering and discharging. ing. The electrolyte / electrode assembly 18 may be set in a square shape, or a peripheral length parallel to an extension line of a bridge portion described later may be set larger than a peripheral length orthogonal to the extension line.

燃料電池10は、一組のセパレータ20間に2枚の電解質・電極接合体18を挟んで構成される。セパレータ20は、第1プレート22及び第2プレート24を備え、前記第1プレート22及び前記第2プレート24は、例えば、ステンレス合金等の板金で構成され、ろう付け、拡散接合やレーザ溶接等により互いに接合される。   The fuel cell 10 is configured by sandwiching two electrolyte / electrode assemblies 18 between a pair of separators 20. The separator 20 includes a first plate 22 and a second plate 24. The first plate 22 and the second plate 24 are made of, for example, a sheet metal such as a stainless alloy, and are formed by brazing, diffusion bonding, laser welding, or the like. Are joined together.

セパレータ20は、図1〜図3に示すように、中央部に燃料ガス供給連通孔26が形成される燃料ガス供給部28を有する。この燃料ガス供給部28には、それぞれ互いに逆方向に延在して橋架部30A、30Bが一体に設けられるとともに、各橋架部30A、30Bには、矩形状を有する挟持部32A、32Bが一体に設けられる。挟持部32A、32Bは、電解質・電極接合体18と略同一寸法に設定される。   As shown in FIGS. 1 to 3, the separator 20 includes a fuel gas supply unit 28 in which a fuel gas supply communication hole 26 is formed at the center. The fuel gas supply unit 28 is integrally provided with bridge portions 30A and 30B extending in opposite directions, and the bridge portions 30A and 30B are integrally provided with sandwiching portions 32A and 32B having a rectangular shape. Provided. The sandwiching portions 32 </ b> A and 32 </ b> B are set to have substantially the same dimensions as the electrolyte / electrode assembly 18.

挟持部32A、32Bの各カソード電極14に接する面には、前記カソード電極14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34A、34Bが形成される。挟持部32A、32Bの各アノード電極16の接する面には、前記アノード電極16の電極面に沿って、燃料ガスを供給するための燃料ガス通路36A、36Bが形成される(図4及び図5参照)。   Oxidant gas passages 34A and 34B for supplying an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode 14 are formed on the surfaces of the sandwiching portions 32A and 32B in contact with the cathode electrodes 14. Fuel gas passages 36A and 36B for supplying fuel gas are formed along the electrode surfaces of the anode electrodes 16 on the surfaces of the sandwiching portions 32A and 32B that are in contact with the anode electrodes 16 (FIGS. 4 and 5). reference).

橋架部30A、30Bは、図3に示すように、挟持部32A、32Bと燃料ガス供給部28との間でセパレータ20の面方向に蛇行する蛇行形状に設定される。具体的には、橋架部30A、30Bは、挟持部32A、32Bの中心と燃料ガス供給部28の中心とを結ぶ仮想直線Oに直交する方向(矢印C方向)に沿って往復する蛇行形状に設定される。   As shown in FIG. 3, the bridge portions 30 </ b> A and 30 </ b> B are set in a meandering shape that meanders in the plane direction of the separator 20 between the sandwiching portions 32 </ b> A and 32 </ b> B and the fuel gas supply unit 28. Specifically, the bridge portions 30A and 30B have meandering shapes that reciprocate along a direction (arrow C direction) orthogonal to an imaginary straight line O connecting the centers of the sandwiching portions 32A and 32B and the center of the fuel gas supply unit 28. Is set.

第1の実施形態では、橋架部30A、30Bは、仮想直線Oを跨いで、一方向(矢印C1方向)への突出長さL1と他方向(矢印C2方向)への突出長さL2とが異なる長さに、すなわち、前記突出長さL1は、前記突出長さL2よりも小さく設定される。突出長さL1に設定される部分30aは、挟持部32A、32Bに近接する一方、突出長さL2を有する部分30bは、燃料ガス供給部28に近接する。   In 1st Embodiment, bridge | bridging part 30A, 30B is across the virtual straight line O, and the protrusion length L1 to one direction (arrow C1 direction) and the protrusion length L2 to another direction (arrow C2 direction) are The different lengths, that is, the protruding length L1 is set smaller than the protruding length L2. The portion 30a set to the protruding length L1 is close to the sandwiching portions 32A and 32B, while the portion 30b having the protruding length L2 is close to the fuel gas supply portion 28.

橋架部30A、30Bは、各部分30a及び30bが矢印C方向に対して挟持部32A、32Bの矢印C方向の幅寸法内に設定される。橋架部30A、30Bには、燃料ガス供給連通孔26から各燃料ガス通路36A、36Bに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給通路38A、38Bが蛇行形状を有して形成される。   In the bridge portions 30A and 30B, the portions 30a and 30b are set within the width dimension of the clamping portions 32A and 32B in the arrow C direction with respect to the arrow C direction. In the bridge portions 30A and 30B, fuel gas supply passages 38A and 38B for supplying fuel gas from the fuel gas supply communication hole 26 to the fuel gas passages 36A and 36B are formed in a meandering shape.

図1に示すように、第1プレート22は、中央部に燃料ガス供給連通孔26が形成される第1円板部40と、前記第1円板部40に一体に設けられる一対の第1蛇行長板部42A、42Bと、各第1蛇行長板部42A、42Bに一体に設けられる第1矩形状部44A、44Bとを設ける。第1矩形状部44A、44Bには、第1プレート22のカソード電極14に向かう面側に、酸化剤ガス通路34A、34Bを形成するための複数の突起部46A、46Bが形成される。   As shown in FIG. 1, the first plate 22 includes a first disc portion 40 in which a fuel gas supply communication hole 26 is formed in the center portion, and a pair of first plates provided integrally with the first disc portion 40. The meandering long plate portions 42A and 42B and the first rectangular portions 44A and 44B provided integrally with the first meandering long plate portions 42A and 42B are provided. In the first rectangular portions 44A and 44B, a plurality of protrusions 46A and 46B for forming the oxidant gas passages 34A and 34B are formed on the side of the first plate 22 facing the cathode electrode 14.

第2プレート24は、中央部に燃料ガス供給連通孔26が形成される第2円板部48と、前記第2円板部48に一体に設けられる一対の第2蛇行長板部50A、50Bと、各第2蛇行長板部50A、50Bに一体に設けられる第2矩形状部52A、52Bとを備える。   The second plate 24 includes a second disc portion 48 in which a fuel gas supply communication hole 26 is formed at the center, and a pair of second meandering long plate portions 50A and 50B provided integrally with the second disc portion 48. And second rectangular portions 52A and 52B provided integrally with the second meandering long plate portions 50A and 50B.

第2プレート24の第1プレート22に接合される面側において、第2円板部48に円環状に配列される複数の凸部54間にスリット56が形成され、このスリット56は周溝58を介して各燃料ガス供給通路38A、38Bの一端側に連通する。燃料ガス供給通路38A、38Bは、各第2蛇行長板部50A、50Bから各第2矩形状部52A、52Bの途上で延在して終端する。   On the surface side of the second plate 24 to be joined to the first plate 22, a slit 56 is formed between a plurality of convex portions 54 arranged in an annular shape in the second disc portion 48, and the slit 56 has a circumferential groove 58. The fuel gas supply passages 38A and 38B communicate with one end side of the fuel gas. The fuel gas supply passages 38A and 38B extend from the second meandering long plate portions 50A and 50B along the second rectangular portions 52A and 52B and terminate.

第2矩形状部52A、52Bには、燃料ガス供給通路38A、38Bの周端部近傍に位置して燃料ガス供給孔60A、60Bが形成される。燃料ガス供給孔60A、60Bは、後述する酸化剤ガスの流れ方向(矢印B1方向及び矢印B2方向)上方側に近接し、すなわち、第2蛇行長板部50A、50B側に近接した位置に設定される。   Fuel gas supply holes 60A and 60B are formed in the second rectangular portions 52A and 52B in the vicinity of the peripheral ends of the fuel gas supply passages 38A and 38B. The fuel gas supply holes 60A and 60B are set close to the upper side of the oxidant gas flow direction (arrow B1 direction and arrow B2 direction) described later, that is, close to the second meandering long plate portions 50A and 50B side. Is done.

図4に示すように、第2プレート24のアノード電極16に接触する面には、燃料ガス通路36A、36Bを形成するための複数の突起部62A、62Bが形成される。第2矩形状部52A、52Bには、燃料ガス通路36A、36Bを周回し、アノード電極16の外周縁部に接触する外縁周回用凸部65A、65Bが形成される。   As shown in FIG. 4, a plurality of protrusions 62A and 62B for forming fuel gas passages 36A and 36B are formed on the surface of the second plate 24 that contacts the anode electrode 16. The second rectangular portions 52A and 52B are formed with outer peripheral circumferential convex portions 65A and 65B that circulate around the fuel gas passages 36A and 36B and contact the outer peripheral edge portion of the anode electrode 16.

第2矩形状部52A、52Bには、燃料ガス通路36A、36Bを通って使用された燃料ガスを排出する燃料ガス排出孔64A、64Bに連通する貫通孔66A、66Bが形成される。貫通孔66A、66Bは、第2蛇行長板部50A、50B(橋架部30A、30B)の延長線と交差する方向に複数配列される。各貫通孔66A、66Bに連通する各燃料ガス排出孔64A、64Bは、挟持部32A、32Bの一辺32aに橋架部30A、30Bの延長線と直交する方向(矢印C方向)に配列される(図1参照)。   Through holes 66A and 66B communicating with the fuel gas discharge holes 64A and 64B for discharging the fuel gas used through the fuel gas passages 36A and 36B are formed in the second rectangular portions 52A and 52B. A plurality of the through holes 66A and 66B are arranged in a direction intersecting with an extension line of the second meandering long plate portions 50A and 50B (bridge portions 30A and 30B). The fuel gas discharge holes 64A, 64B communicating with the respective through holes 66A, 66B are arranged on one side 32a of the sandwiching portions 32A, 32B in a direction (arrow C direction) orthogonal to the extension line of the bridge portions 30A, 30B ( (See FIG. 1).

図4に示すように、第2矩形状部52A、52Bには、アノード電極16に接触するとともに、燃料ガス供給孔60A、60Bと貫通孔66A、66B(燃料ガス排出孔64A、64B)との間に且つ前記燃料ガス供給孔60A、60B側にV字状に折曲し、燃料ガスが前記燃料ガス供給孔60A、60Bから前記貫通孔66A、66Bに直線状に流れることを阻止するための迂回路形成用壁部68A、68Bが設けられる。   As shown in FIG. 4, the second rectangular portions 52A and 52B are in contact with the anode electrode 16 and have fuel gas supply holes 60A and 60B and through holes 66A and 66B (fuel gas discharge holes 64A and 64B). The fuel gas is bent in a V shape between the fuel gas supply holes 60A and 60B, and the fuel gas is prevented from flowing linearly from the fuel gas supply holes 60A and 60B to the through holes 66A and 66B. Detour forming walls 68A and 68B are provided.

迂回路形成用壁部68A、68Bは、V字状の内部領域Sに燃料ガス供給孔60A、60Bが配設される。迂回路形成用壁部68A、68Bは、壁面68a、68bの延長線が挟持部32A、32Bの両頂部に向かうように設定される。   The bypass forming walls 68A and 68B are provided with fuel gas supply holes 60A and 60B in a V-shaped inner region S. The bypass forming wall portions 68A and 68B are set so that the extended lines of the wall surfaces 68a and 68b are directed to both top portions of the sandwiching portions 32A and 32B.

図1及び図2に示すように、橋架部30A、30Bの両側には、酸化剤ガスを矢印A方向に流通させるための酸化剤ガス供給連通孔70が設けられる。酸化剤ガス供給連通孔70は、鉛直方向に酸化剤ガスを流通させるとともに、各燃料電池10を構成する酸化剤ガス通路34A、34Bに沿って前記酸化剤ガスを矢印B1方向及び矢印B2方向に供給する。   As shown in FIGS. 1 and 2, an oxidant gas supply communication hole 70 for flowing the oxidant gas in the direction of arrow A is provided on both sides of the bridge portions 30A and 30B. The oxidant gas supply communication hole 70 circulates the oxidant gas in the vertical direction, and flows the oxidant gas in the arrow B1 direction and the arrow B2 direction along the oxidant gas passages 34A, 34B constituting each fuel cell 10. Supply.

電解質・電極接合体18を挟んで配設される一対のセパレータ20間には、各燃料ガス供給部28間に燃料ガス供給連通孔26をシールするための絶縁シール72が設けられる。絶縁シール72は、例えば、マイカ材やセラミック材等の地殻成分系素材、ガラス系素材、粘土とプラスチックの複合素材で形成される。   An insulating seal 72 for sealing the fuel gas supply communication hole 26 is provided between the fuel gas supply portions 28 between the pair of separators 20 disposed with the electrolyte / electrode assembly 18 interposed therebetween. The insulating seal 72 is formed of, for example, a crust component material such as mica material or ceramic material, a glass material, or a composite material of clay and plastic.

燃料電池10は、挟持部32A、32Bの外方に位置して、排ガス排出連通孔74が形成される。この排ガス排出連通孔74は、電解質・電極接合体18に供給されて反応に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスを、排ガスとして積層方向に排出する。   The fuel cell 10 is located outside the sandwiching portions 32A and 32B, and an exhaust gas discharge communication hole 74 is formed. The exhaust gas discharge communication hole 74 discharges the fuel gas and the oxidant gas supplied to the electrolyte / electrode assembly 18 and used for the reaction in the stacking direction as exhaust gas.

図6及び図7に示すように、燃料電池スタック80は、複数の燃料電池10が鉛直方向に積層された積層体82を備える。積層体82は、第1締め付け荷重付与機構84及び第2締め付け荷重付与機構86A、86Bを介して筺体88内に収容される。   As shown in FIGS. 6 and 7, the fuel cell stack 80 includes a stacked body 82 in which a plurality of fuel cells 10 are stacked in the vertical direction. The laminated body 82 is accommodated in the housing 88 via the first tightening load applying mechanism 84 and the second tightening load applying mechanisms 86A and 86B.

筺体88は、平板状の基台90を備え、この基台90には、ケーシング部材92が配置される。ケーシング部材92のフランジ部94と基台90の外周縁部とには、複数のボルト96が締め付けられることにより、前記ケーシング部材92が前記基台90に固定される。基台90には、燃料電池10の燃料ガス供給連通孔26に連通する1つの燃料ガス用孔部97、酸化剤ガス供給連通孔70に連通する2つの空気用孔部98a、98bと、排ガス排出連通孔74に連通する1つの排ガス用孔部100とが形成される。   The casing 88 includes a flat base 90, and a casing member 92 is disposed on the base 90. The casing member 92 is fixed to the base 90 by tightening a plurality of bolts 96 between the flange portion 94 of the casing member 92 and the outer peripheral edge of the base 90. The base 90 includes one fuel gas hole 97 communicating with the fuel gas supply communication hole 26 of the fuel cell 10, two air holes 98 a and 98 b communicating with the oxidant gas supply communication hole 70, and exhaust gas. One exhaust gas hole 100 communicating with the discharge communication hole 74 is formed.

ケーシング部材92内には、積層体82(燃料電池10)の両方の外縁部に沿って且つ橋架部30A、30Bの延長線に平行に側部断熱部材102a、102bが配置されるとともに、前記燃料電池10の先端側には、先端部断熱部材104が配置される。側部断熱部材102a、102b及び先端部断熱部材104は、それぞれ矩形平板状を有する。   In the casing member 92, side heat insulating members 102a and 102b are arranged along both outer edges of the laminated body 82 (fuel cell 10) and parallel to the extension lines of the bridge portions 30A and 30B, and the fuel A tip heat insulating member 104 is disposed on the tip side of the battery 10. The side heat insulating members 102a and 102b and the tip heat insulating member 104 each have a rectangular flat plate shape.

第1締め付け荷重付与機構84は、燃料ガス供給連通孔26における燃料ガスのシール性を確保するために、燃料ガス供給部28に配置される押圧部材106を備える。押圧部材106は、燃料ガス供給連通孔26を覆う円板部108の両側から板状部110が突出形成される。各板状部110には、それぞれボルト112が挿入され、前記ボルト112が基台90に形成されているねじ穴に螺合される。   The first tightening load applying mechanism 84 includes a pressing member 106 disposed in the fuel gas supply unit 28 in order to ensure the fuel gas sealing performance in the fuel gas supply communication hole 26. The pressing member 106 is formed with a plate-like portion 110 protruding from both sides of the disc portion 108 covering the fuel gas supply communication hole 26. Bolts 112 are inserted into the respective plate-like portions 110, and the bolts 112 are screwed into screw holes formed in the base 90.

第2締め付け荷重付与機構86A、86Bは、各挟持部32A、32Bに電解質・電極接合体18との積層位置に対応して配置される上端部断熱部材116を備える。上端部断熱部材116の四隅近傍には、段付孔部118が形成され、各段付孔部118に挿入されるボルト120は、基台90に形成されるねじ穴に螺合される。   The second tightening load application mechanisms 86A and 86B include upper end heat insulating members 116 disposed in the sandwiching portions 32A and 32B corresponding to the positions where the electrolyte / electrode assembly 18 is laminated. Stepped hole portions 118 are formed in the vicinity of the four corners of the upper end heat insulating member 116, and the bolts 120 inserted into the stepped hole portions 118 are screwed into screw holes formed in the base 90.

上端部断熱部材116は、側部断熱部材102a、102b及び先端部断熱部材104により形成される空間内に、矢印A方向に移動自在に配置される。第1締め付け荷重付与機構84により付与される第1荷重は、第2締め付け荷重付与機構86A、86Bにより付与される第2荷重よりも大きい。   The upper end heat insulating member 116 is movably disposed in the direction of arrow A in the space formed by the side heat insulating members 102 a and 102 b and the tip heat insulating member 104. The first load applied by the first tightening load applying mechanism 84 is larger than the second load applied by the second tightening load applying mechanisms 86A and 86B.

側部断熱部材102a、102bの内面と、各燃料電池10の挟持部32A、32Bの両側面との間は、常温時には所定の隙間を形成し、且つ運転による高温時には、前記内面と前記両側面とが接触するように設定される。先端部断熱部材104と各燃料電池10の挟持部32A、32Bの先端部との間には、排ガス排出連通孔74を構成する空間部が形成され、この排ガス排出連通孔74が排ガス用孔部100に連通する。   A predetermined gap is formed at the normal temperature between the inner surfaces of the side heat insulating members 102a and 102b and both side surfaces of the sandwiching portions 32A and 32B of each fuel cell 10, and the inner surface and the both side surfaces at a high temperature during operation. Is set to contact. Between the front end heat insulating member 104 and the front end portions of the sandwiching portions 32A and 32B of each fuel cell 10, a space portion constituting the exhaust gas discharge communication hole 74 is formed, and the exhaust gas discharge communication hole 74 is formed as an exhaust gas hole portion. Communicate with 100.

このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

図1に示すように、燃料電池10の燃料ガス供給連通孔26には、例えば、都市ガス(CH4、C26、C38、C410を含む)等の原燃料が水蒸気改質された改質ガスが、燃料ガスとして供給される。一方、燃料電池10の酸化剤ガス供給連通孔70には、空気が酸化剤ガスとして供給される。 As shown in FIG. 1, raw fuel such as city gas (including CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , and C 4 H 10 ) is supplied to the fuel gas supply communication hole 26 of the fuel cell 10. The reformed gas subjected to steam reforming is supplied as a fuel gas. On the other hand, air is supplied as an oxidant gas to the oxidant gas supply communication hole 70 of the fuel cell 10.

図1及び図2に示すように、燃料ガス供給連通孔26に供給された燃料ガスは、各燃料電池10を構成するセパレータ20において、スリット56から周溝58を通って、各橋架部30A、30Bに形成されている各燃料ガス供給通路38A、38Bに導入される。燃料ガスは、燃料ガス供給通路38A、38Bから燃料ガス供給孔60A、60Bを通って、燃料ガス通路36A、36Bに導入される。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the fuel gas supplied to the fuel gas supply communication hole 26 passes through the circumferential groove 58 from the slit 56 in each separator 20 constituting each fuel cell 10, and each bridge portion 30 </ b> A, It is introduced into each fuel gas supply passage 38A, 38B formed in 30B. The fuel gas is introduced into the fuel gas passages 36A and 36B from the fuel gas supply passages 38A and 38B through the fuel gas supply holes 60A and 60B.

図4に示すように、燃料ガス供給孔60A、60Bは、橋架部30A、30B側に近接して設けられるとともに、迂回路形成用壁部68A、68Bの内部領域Sに配置されている。このため、燃料ガス供給孔60A、60Bから燃料ガス通路36A、36Bに導入された燃料ガスは、迂回路形成用壁部68A、68Bの案内作用下に前記燃料ガス通路36A、36Bを通って、各電解質・電極接合体18のアノード電極16に供給される。使用済みの燃料ガスは、複数の貫通孔66A、66Bから各燃料ガス排出孔64A、64Bを通って排ガス排出連通孔74に排出される。   As shown in FIG. 4, the fuel gas supply holes 60A and 60B are provided close to the bridge portions 30A and 30B, and are disposed in the inner region S of the detour formation walls 68A and 68B. For this reason, the fuel gas introduced into the fuel gas passages 36A and 36B from the fuel gas supply holes 60A and 60B passes through the fuel gas passages 36A and 36B under the guiding action of the bypass forming walls 68A and 68B. It is supplied to the anode electrode 16 of each electrolyte / electrode assembly 18. The spent fuel gas is discharged from the plurality of through holes 66A and 66B to the exhaust gas discharge communication hole 74 through the fuel gas discharge holes 64A and 64B.

一方、酸化剤ガス供給連通孔70に供給された空気は、図2に示すように、各電解質・電極接合体18のカソード電極14とセパレータ20との間に形成されている酸化剤ガス通路34A、34Bに導入される。酸化剤ガス通路34A、34Bでは、酸化剤ガスは矢印B1、B2方向に移動しながら、電解質・電極接合体18のカソード電極14に供給された後、排ガス排出連通孔74に排出される。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the air supplied to the oxidant gas supply communication hole 70 flows into the oxidant gas passage 34 </ b> A formed between the cathode electrode 14 and the separator 20 of each electrolyte / electrode assembly 18. , 34B. In the oxidant gas passages 34A and 34B, the oxidant gas is supplied to the cathode electrode 14 of the electrolyte / electrode assembly 18 while moving in the directions of arrows B1 and B2, and then discharged to the exhaust gas discharge communication hole 74.

従って、各電解質・電極接合体18では、アノード電極16に燃料ガスが供給される一方、カソード電極14に空気が供給される。これにより、酸化物イオンは、電解質12を通ってアノード電極16に移動し、化学反応により発電が行われる。   Therefore, in each electrolyte / electrode assembly 18, fuel gas is supplied to the anode electrode 16, while air is supplied to the cathode electrode 14. As a result, the oxide ions move to the anode electrode 16 through the electrolyte 12, and power is generated by a chemical reaction.

この場合、第1の実施形態では、燃料ガス供給部28と、電解質・電極接合体18を挟持する挟持部32A、32Bとは、蛇行長板状の橋架部30A、30Bを介して積層方向の締め付け荷重が遮断されている。このため、電解質・電極接合体18に所望の荷重を付与することが可能になる。   In this case, in the first embodiment, the fuel gas supply unit 28 and the sandwiching portions 32A and 32B that sandwich the electrolyte / electrode assembly 18 are arranged in the stacking direction via the meandering long plate-like bridge portions 30A and 30B. Tightening load is cut off. For this reason, a desired load can be applied to the electrolyte / electrode assembly 18.

従って、簡単且つコンパクトな構成で、シール性が要求される燃料ガス供給部28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18には、挟持部32A、32B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できる。これにより、燃料ガス供給部28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18の損傷を可及的に阻止し、効率的な発電及び集電が遂行される。   Accordingly, a relatively large load is applied to the fuel gas supply unit 28 that requires a simple and compact structure and sealability is required, while the electrolyte / electrode assembly 18 is in close contact with the clamping portions 32A and 32B. It is possible to apply a relatively small load that enhances the resistance. As a result, a desired sealing property is ensured in the fuel gas supply unit 28, and damage to the electrolyte / electrode assembly 18 is prevented as much as possible, so that efficient power generation and current collection are performed.

さらに、橋架部30A、30Bは、挟持部32A、32Bと燃料ガス供給連通孔26との間で、セパレータ20の面方向に蛇行する蛇行形状に設定されている。このため、燃料電池10は、コンパクトな構成で、橋架部30A、30Bを長尺化させることができ、高温による熱変形や変位を良好に緩和することが可能になる。   Further, the bridge portions 30 </ b> A and 30 </ b> B are set in a meandering shape that meanders in the surface direction of the separator 20 between the sandwiching portions 32 </ b> A and 32 </ b> B and the fuel gas supply communication hole 26. For this reason, the fuel cell 10 has a compact configuration, and the bridge portions 30A and 30B can be elongated, and thermal deformation and displacement due to high temperatures can be favorably mitigated.

しかも、高温による橋架部30A、30Bの熱変形及び変位を挟持部32A、32Bの中心と燃料ガス供給部28の中心とを結ぶ仮想直線Oに交差する方向にも逃がすことができる。従って、電解質・電極接合体18の割れ等を抑制して、燃料電池10の耐久性を向上させるとともに、前記電解質・電極接合体18と挟持部32A、32Bとの密着性を確保して、発電効率の向上が容易に図られるという効果が得られる。   Moreover, thermal deformation and displacement of the bridge portions 30A and 30B due to high temperature can be released in a direction intersecting with an imaginary straight line O connecting the centers of the sandwiching portions 32A and 32B and the center of the fuel gas supply portion 28. Accordingly, cracking of the electrolyte / electrode assembly 18 is suppressed to improve the durability of the fuel cell 10, and the adhesion between the electrolyte / electrode assembly 18 and the sandwiching portions 32A and 32B is secured to generate power. The effect that the improvement of efficiency is easily achieved is obtained.

さらに、橋架部30A、30Bは、仮想直線Oに直交する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されている。具体的には、橋架部30A、30Bは、仮想直線Oを跨いで一方向(矢印C1方向)の突出長さL1と、他方向(矢印C2方向)への突出長さL2とが異なり、前記突出長さL1は、前記突出長さL2よりも短く(小さく)設定されている。この短尺側の突出長さL1に設定される部分30aは、挟持部32A、32Bに近接する側に設けられている。   Furthermore, the bridge portions 30A and 30B are set in a meandering shape that reciprocates along a direction orthogonal to the virtual straight line O. Specifically, the bridge portions 30A and 30B are different from each other in the protruding length L1 in one direction (arrow C1 direction) and the protruding length L2 in the other direction (arrow C2 direction) across the virtual straight line O. The protruding length L1 is set shorter (smaller) than the protruding length L2. The portion 30a set to the projection length L1 on the short side is provided on the side close to the sandwiching portions 32A and 32B.

これにより、第1の実施形態では、酸化剤ガス供給連通孔70を構成するスペースを良好に確保することが可能になる。このため、酸化剤ガス通路34A、34Bに酸化剤ガス供給連通孔70から酸化剤ガスを円滑且つ確実に供給することができ、良好な発電効率を維持するとともに、スペース効率の向上が容易に図られる。   Thereby, in 1st Embodiment, it becomes possible to ensure the space which comprises the oxidizing agent gas supply communicating hole 70 favorably. Therefore, the oxidant gas can be smoothly and surely supplied to the oxidant gas passages 34A and 34B from the oxidant gas supply communication hole 70, maintaining good power generation efficiency and easily improving the space efficiency. It is done.

また、セパレータ20は、単一の燃料ガス供給部28に複数、例えば、2つの橋架部30A、30Bが設けられるとともに、各橋架部30A、30Bには、それぞれ挟持部32A、32Bが設けられている。そして、挟持部32A、32Bは、各電解質・電極接合体18に対応する形状に設定されるとともに、互いに分離して構成されている。   The separator 20 is provided with a plurality of, for example, two bridge portions 30A and 30B in a single fuel gas supply unit 28, and sandwiching portions 32A and 32B are provided in the bridge portions 30A and 30B, respectively. Yes. The sandwiching portions 32A and 32B are set in a shape corresponding to each electrolyte / electrode assembly 18 and are separated from each other.

従って、挟持部32A、32Bは、電解質・電極接合体18で発生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32A、32Bは、電解質・電極接合体18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18に発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。これにより、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18に対して均等な荷重を付与することができる。   Accordingly, the sandwiching portions 32A and 32B can efficiently collect the power generated in the electrolyte / electrode assembly 18. In addition, the sandwiching portions 32A and 32B can absorb different loads generated in the electrolyte / electrode assemblies 18 due to dimensional errors of the electrolyte / electrode assemblies 18 and the separator 20. Thereby, it is possible to prevent the entire separator 20 from being distorted and to apply an equal load to each electrolyte / electrode assembly 18.

その上、各電解質・電極接合体18の熱歪等は、隣接する他の電解質・電極接合体18に伝達されることがなく、前記電解質・電極接合体18間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。このため、各電解質・電極接合体18同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池10全体の小型化が容易に図られる。   In addition, the thermal strain or the like of each electrolyte / electrode assembly 18 is not transmitted to other adjacent electrolyte / electrode assemblies 18, and a separate dimension absorption mechanism is provided between the electrolyte / electrode assemblies 18. There is no need to provide. For this reason, it becomes possible to arrange | position each electrolyte and electrode assembly 18 closely, and size reduction of the fuel cell 10 whole can be achieved easily.

さらに、橋架部30A、30Bは、挟持部32A、32Bの幅寸法(矢印C方向の寸法)内で蛇行している。従って、コンパクトな構成で、橋架部30A、30Bを長尺化させることができ、高温による熱変形及び変位を良好に緩和することが可能になる。しかも、橋架部30A、30Bは、挟持部32A、32Bの幅方向外方に突出することがない。このため、燃料電池10全体の寸法は、挟持部32A、32Bの幅寸法と略同一になり、前記燃料電池10を一層コンパクト化することが可能になる。   Furthermore, the bridge portions 30A and 30B meander within the width dimension (dimension in the direction of arrow C) of the sandwiching portions 32A and 32B. Accordingly, the bridge portions 30A and 30B can be elongated with a compact configuration, and thermal deformation and displacement due to high temperature can be favorably mitigated. Moreover, the bridge portions 30A and 30B do not protrude outward in the width direction of the sandwiching portions 32A and 32B. For this reason, the overall dimensions of the fuel cell 10 are substantially the same as the width dimensions of the sandwiching portions 32A and 32B, and the fuel cell 10 can be made more compact.

さらにまた、燃料電池10は、固体酸化物型燃料電池である。従って、特に高温型燃料電池に適用することにより、簡単な構成で、コンパクト性を維持するとともに、特に高温による熱変形及び変位を良好に緩和することができる。   Furthermore, the fuel cell 10 is a solid oxide fuel cell. Therefore, by applying to a high-temperature fuel cell in particular, it is possible to maintain compactness with a simple configuration, and to particularly favorably reduce thermal deformation and displacement due to high temperatures.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池130の分解斜視説明図である。   FIG. 8 is an exploded perspective view of the fuel cell 130 according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態以降においても同様に、その詳細な説明は省略する。   The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third and subsequent embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池130は、2枚の電解質・電極接合体18を挟持する一組のセパレータ132を備える。セパレータ132は、燃料ガス供給部28に、それぞれ逆方向に延在して橋架部134A、134Bが一体に設けられるとともに、各橋架部134A、134Bには、矩形状の挟持部136A、136Bが一体に設けられる。   The fuel cell 130 includes a pair of separators 132 that sandwich the two electrolyte / electrode assemblies 18. The separator 132 extends in the opposite direction to the fuel gas supply unit 28 and is integrally provided with bridge portions 134A and 134B, and rectangular bridge portions 136A and 136B are integrally formed with the bridge portions 134A and 134B. Provided.

橋架部134Aは、挟持部136Aと燃料ガス供給部28との間で、セパレータ132の面方向に対して仮想直線Oから矢印C2方向にのみ往復する蛇行形状に設定される。橋架部134Bは、同様に、挟持部136Bと燃料ガス供給部28との間で、セパレータ132の面方向に対して仮想直線Oから矢印C1方向にのみ往復する蛇行形状に設定される。なお、橋架部134A、134Bに代えて、橋架部30A、30Bを用いてもよい。   The bridge portion 134A is set in a meander shape between the sandwiching portion 136A and the fuel gas supply portion 28 so as to reciprocate only in the direction of the arrow C2 from the virtual straight line O with respect to the surface direction of the separator 132. Similarly, the bridge portion 134B is set in a meandering shape that reciprocates only in the direction of the arrow C1 from the imaginary straight line O with respect to the surface direction of the separator 132 between the sandwiching portion 136B and the fuel gas supply portion 28. In place of the bridge portions 134A and 134B, the bridge portions 30A and 30B may be used.

セパレータ132は、第1プレート138及び第2プレート140を備える。第2プレート140では、燃料ガス供給孔60A、60Bが第2矩形状部52A、52Bの先端側に形成されるとともに、燃料ガス排出孔64が前記第2矩形状部52A、52Bの内側端部、すなわち、第2蛇行長板部50A、50B側の辺に複数設けられる。図9に示すように、迂回路形成用壁部68A、68Bは、燃料ガス供給孔60A、60B側にV字状に折曲して設けられる。   The separator 132 includes a first plate 138 and a second plate 140. In the second plate 140, the fuel gas supply holes 60A, 60B are formed on the front end side of the second rectangular portions 52A, 52B, and the fuel gas discharge holes 64 are the inner end portions of the second rectangular portions 52A, 52B. That is, a plurality of sides are provided on the second meandering long plate portions 50A and 50B side. As shown in FIG. 9, the bypass forming walls 68A and 68B are bent in a V shape on the fuel gas supply holes 60A and 60B side.

図8に示すように、挟持部136A、136Bの先端側には、酸化剤ガス供給連通孔70が設けられ、酸化剤ガスは、前記酸化剤ガス供給連通孔70から酸化剤ガス通路34A、34Bに沿って、それぞれ矢印D1方向及び矢印D2方向に供給される。橋架部134A、134Bの近傍には、排ガス排出連通孔74が形成される。   As shown in FIG. 8, an oxidant gas supply communication hole 70 is provided at the front end side of the sandwiching portions 136A and 136B, and the oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply communication hole 70 to the oxidant gas passages 34A and 34B. Are supplied in the direction of arrow D1 and arrow D2, respectively. An exhaust gas discharge communication hole 74 is formed in the vicinity of the bridge portions 134A and 134B.

このように構成される第2の実施形態では、酸化剤ガスの流れ方向が、挟持部136A、136Bの外方から燃料ガス供給部28側に向う方向に設定されており、第1の実施形態とは、逆方向に設定されている。従って、第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる他、橋架部134A、134Bが、それぞれ一方向にのみ往復する蛇行形状を有するため、排ガス排出連通孔74として十分なスペースを確保することができ、スペース効率の向上が容易に図られる。   In the second embodiment configured as described above, the flow direction of the oxidant gas is set to the direction from the outside of the sandwiching portions 136A and 136B toward the fuel gas supply portion 28 side. Is set in the opposite direction. Therefore, in the second embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained, and the bridge portions 134A and 134B each have a meandering shape that reciprocates only in one direction. As a result, sufficient space can be secured, and space efficiency can be easily improved.

なお、第2の実施形態に用いられた橋架部134A、134Bは、第1の実施形態にも橋架部30A、30Bに代えて使用することができる。   The bridge portions 134A and 134B used in the second embodiment can be used in the first embodiment instead of the bridge portions 30A and 30B.

図10は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池150の概略分解斜視説明図である。   FIG. 10 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell 150 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池150は、図10及び図11に示すように、同一平面上に2枚の電解質・電極接合体18を挟持する一対のセパレータ152を備える。セパレータ152は、燃料ガス供給連通孔26及び酸化剤ガス供給連通孔70が形成される反応ガス供給部154を設ける。反応ガス供給部154には、それぞれ互いに逆方向に延在して橋架部156A、156Bが一体に設けられるとともに、各橋架部156A、156Bには、矩形状を有する挟持部158A、158Bが一体に設けられる。   As shown in FIGS. 10 and 11, the fuel cell 150 includes a pair of separators 152 that sandwich two electrolyte / electrode assemblies 18 on the same plane. The separator 152 is provided with a reaction gas supply unit 154 in which the fuel gas supply communication hole 26 and the oxidant gas supply communication hole 70 are formed. The reaction gas supply unit 154 is integrally provided with bridge portions 156A and 156B extending in opposite directions, and the bridge portions 156A and 156B are integrally provided with sandwiching portions 158A and 158B having a rectangular shape. Provided.

橋架部156A、156Bは、仮想直線Oに交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されるとともに、この仮想直線Oを跨いで、それぞれ矢印C1方向への突出長さと矢印C2方向への突出長さとが、同一の長さに設定される。橋架部156A、156Bは、挟持部158A、158Bの幅寸法(矢印C方向の寸法)内で蛇行する。   The bridge portions 156A and 156B are set in a meandering shape that reciprocates along the direction intersecting the virtual straight line O, and extend across the virtual straight line O and project in the arrow C1 direction and in the arrow C2 direction, respectively. The length is set to the same length. The bridge portions 156A and 156B meander within the width dimension (dimension in the direction of arrow C) of the sandwiching portions 158A and 158B.

セパレータ152は、第1プレート160と第2プレート162とを備える。第1プレート160は、それぞれ半円形状の開口形状を有する燃料ガス供給連通孔26及び酸化剤ガス供給連通孔70が形成される第1円板部164を備える。第1円板部164から互いに逆方向に第1蛇行長板部166A、166Bが一体に延在するとともに、前記第1蛇行長板部166A、166Bには、第1矩形状部168A、168Bが一体に設けられる。   The separator 152 includes a first plate 160 and a second plate 162. The first plate 160 includes a first disk portion 164 in which a fuel gas supply communication hole 26 and an oxidant gas supply communication hole 70 each having a semicircular opening shape are formed. First meandering long plate portions 166A, 166B extend integrally from the first disc portion 164 in opposite directions, and the first meandering long plate portions 166A, 166B include first rectangular portions 168A, 168B. Provided integrally.

第1矩形状部168A、168Bには、複数の突起部46A、46Bを介して酸化剤ガス通路34A、34Bが形成されるとともに、酸化剤ガス供給孔170A、170Bが第1円板部164側に近接して形成される。第1矩形状部168A、168Bの先端側には、それぞれ複数の酸化剤ガス排出孔172A、172Bが排ガス排出連通孔74に連通して形成される。   In the first rectangular portions 168A and 168B, oxidant gas passages 34A and 34B are formed via a plurality of protrusions 46A and 46B, and oxidant gas supply holes 170A and 170B are provided on the first disc portion 164 side. It is formed in the vicinity. A plurality of oxidant gas discharge holes 172A, 172B are formed in communication with the exhaust gas discharge communication holes 74, respectively, at the distal ends of the first rectangular portions 168A, 168B.

第1矩形状部168A、168Bには、酸化剤ガス供給孔170A、170Bに近接して前記酸化剤ガス供給孔170A、170B側にV字状に折曲する迂回路形成用壁部174A、174Bが設けられる。第1矩形状部168A、168Bには、酸化剤ガス通路34A、34Bを周回し、カソード電極14の外周縁部に接触する外縁周回用凸部176A、176Bが形成される。   The first rectangular portions 168A, 168B are adjacent to the oxidant gas supply holes 170A, 170B and are bent in a V shape toward the oxidant gas supply holes 170A, 170B. Is provided. The first rectangular portions 168A and 168B are formed with outer peripheral circumferential convex portions 176A and 176B that circulate around the oxidant gas passages 34A and 34B and contact the outer peripheral edge portion of the cathode electrode 14, respectively.

第2プレート162は、第2円板部178を有し、この第2円板部178には、燃料ガス供給連通孔26に連通する周溝180と、酸化剤ガス供給連通孔70に連通する周溝181とが形成される。第2円板部178から互いに逆方向に延在して第2蛇行長板部182A、182Bが一体に設けられる。   The second plate 162 has a second disk part 178, and the second disk part 178 communicates with the circumferential groove 180 communicating with the fuel gas supply communication hole 26 and the oxidant gas supply communication hole 70. A circumferential groove 181 is formed. Second meandering long plate portions 182A and 182B are integrally provided so as to extend in the opposite directions from the second disc portion 178.

第2蛇行長板部182A、182Bには、第2矩形状部184A、184Bが一体に設けられる。第2蛇行長板部182A、182Bには、燃料ガス供給通路38A、38Bと、酸化剤ガス供給通路186A、186Bとが、互いに平行に設けられる。燃料ガス供給通路38A、38Bの先端縁部には、燃料ガス供給孔60A、60Bが連通する。   Second rectangular portions 184A and 184B are integrally provided on the second meandering long plate portions 182A and 182B. Fuel gas supply passages 38A and 38B and oxidant gas supply passages 186A and 186B are provided in parallel with each other in the second meandering long plate portions 182A and 182B. Fuel gas supply holes 60A and 60B communicate with the front end edges of the fuel gas supply passages 38A and 38B.

図12に示すように、第2矩形状部184A、184Bには、複数の突起部62A、62Bを介して燃料ガス通路36A、36Bが形成される。外縁周回用凸部65A、65Bには、それぞれ複数の燃料ガス排出孔64A、64Bが形成される。燃料ガス排出孔64A、64Bと燃料ガス供給孔60A、60Bとの間には、迂回路形成用壁部68A、68Bが設けられる。   As shown in FIG. 12, fuel gas passages 36A and 36B are formed in the second rectangular portions 184A and 184B via a plurality of protrusions 62A and 62B. A plurality of fuel gas discharge holes 64A and 64B are formed in the outer edge circumferential convex portions 65A and 65B, respectively. Detour forming walls 68A and 68B are provided between the fuel gas discharge holes 64A and 64B and the fuel gas supply holes 60A and 60B.

図10に示すように、各セパレータ152間には、反応ガス供給部154に挟持されて絶縁リング72aが介装される。この絶縁リング72aは、燃料ガス供給連通孔26及び酸化剤ガス供給連通孔70をそれぞれ々シールする機能を有する。   As illustrated in FIG. 10, an insulating ring 72 a is interposed between the separators 152 so as to be sandwiched between the reaction gas supply units 154. The insulating ring 72a has a function of sealing the fuel gas supply communication hole 26 and the oxidant gas supply communication hole 70, respectively.

このように構成される燃料電池150の動作について説明すると、各セパレータ152を構成する反応ガス供給部154には、燃料ガス供給連通孔26及び酸化剤ガス供給連通孔70に沿って燃料ガス及び酸化剤ガスが積層方向に流通する。   The operation of the fuel cell 150 configured as described above will be described. The reaction gas supply unit 154 constituting each separator 152 is provided with fuel gas and oxidation along the fuel gas supply communication hole 26 and the oxidant gas supply communication hole 70. The agent gas flows in the stacking direction.

燃料ガスは、各橋架部156A、156B内に形成されている燃料ガス供給通路38A、38Bを通って、燃料ガス供給孔60A、60Bから燃料ガス通路36A、36Bに導入される。燃料ガスは、図12に示すように、各迂回路形成用壁部68A、68Bの案内作用下に、燃料ガス通路36A、36Bに沿って均一に流通し、各アノード電極16に供給される。使用済みの燃料ガスは、燃料ガス排出孔64A、64Bから排ガス排出連通孔74に排出される。   The fuel gas is introduced into the fuel gas passages 36A and 36B from the fuel gas supply holes 60A and 60B through the fuel gas supply passages 38A and 38B formed in the bridge portions 156A and 156B. As shown in FIG. 12, the fuel gas uniformly flows along the fuel gas passages 36 </ b> A and 36 </ b> B under the guiding action of the detour formation walls 68 </ b> A and 68 </ b> B and is supplied to each anode electrode 16. The spent fuel gas is discharged from the fuel gas discharge holes 64A and 64B to the exhaust gas discharge communication hole 74.

一方、酸化剤ガスは、橋架部156A、156B内に形成されている酸化剤ガス供給通路186A、186Bを通って、酸化剤ガス供給孔170A、170Bから酸化剤ガス通路34A、34Bに導入される。   On the other hand, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas passages 34A and 34B from the oxidant gas supply holes 170A and 170B through the oxidant gas supply passages 186A and 186B formed in the bridge portions 156A and 156B. .

この酸化剤ガスは、図10に示すように、迂回路形成用壁部174A、174Bの案内作用下に、酸化剤ガス通路34A、34Bに沿って均一に流通し、カソード電極14に供給される。使用済みの酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出孔172A、172Bから排ガス排出連通孔74に排出される。   As shown in FIG. 10, the oxidant gas uniformly flows along the oxidant gas passages 34 </ b> A and 34 </ b> B under the guiding action of the bypass forming walls 174 </ b> A and 174 </ b> B and is supplied to the cathode electrode 14. . The used oxidant gas is discharged from the oxidant gas discharge holes 172A and 172B to the exhaust gas discharge communication hole 74.

この第3の実施形態では、橋架部156A、156Bが、仮想直線Oに交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されるとともに、この仮想直線Oを跨いで、それぞれ矢印C1方向への突出長さと矢印C2方向への突出長さとが、同一の長さに設定されている。   In the third embodiment, the bridge portions 156A and 156B are set in a meandering shape that reciprocates along the direction intersecting the virtual straight line O, and each project in the direction of the arrow C1 across the virtual straight line O. The length and the protruding length in the arrow C2 direction are set to the same length.

このため、橋架部156A、156Bは、コンパクト化を図りながら、一層の長尺化が図られる。しかも、挟持部158A、158B、橋架部156A、156B及び反応ガス供給部154間の熱応力及び変位は、一層良好に緩和可能になるという効果が得られる。   For this reason, the bridge portions 156A and 156B can be further lengthened while being made compact. In addition, the thermal stress and displacement between the sandwiching portions 158A, 158B, the bridge portions 156A, 156B, and the reactive gas supply portion 154 can be effectively reduced.

図13は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池190の斜視説明図である。   FIG. 13 is a perspective explanatory view of a fuel cell 190 according to the fourth embodiment of the present invention.

燃料電池190は、セパレータ192を備え、このセパレータ192は、燃料ガス供給連通孔26及び酸化剤ガス供給連通孔70が形成される反応ガス供給部194を設ける。反応ガス供給部194には、橋架部196A、196Bが一体に設けられるとともに、各橋架部196A、196Bには、矩形状を有する挟持部198A、198Bが一体に設けられる。   The fuel cell 190 includes a separator 192. The separator 192 includes a reaction gas supply unit 194 in which the fuel gas supply communication hole 26 and the oxidant gas supply communication hole 70 are formed. The reactive gas supply unit 194 is integrally provided with bridge portions 196A and 196B, and the bridge portions 196A and 196B are integrally provided with sandwiching portions 198A and 198B having a rectangular shape.

反応ガス供給部194は、挟持部198A、198Bの幅寸法内で、矢印C2方向に偏心している。反応ガス供給部194に一端が接続される橋架部196A、196Bは、矢印C1方向に大きく蛇行して挟持部198A、198Bにそれぞれの他端部が接続される。反応ガス供給部194及び橋架部196A、196Bは、挟持部198A、198Bの幅寸法内に収容されている。   The reactive gas supply unit 194 is eccentric in the direction of the arrow C2 within the width dimension of the clamping units 198A and 198B. The bridge portions 196A and 196B, one end of which is connected to the reaction gas supply unit 194, meanders greatly in the direction of the arrow C1, and the other ends of the bridge portions 198A and 198B are connected to each other. The reactive gas supply part 194 and the bridge parts 196A, 196B are accommodated within the width dimension of the clamping parts 198A, 198B.

このように構成される第4の実施形態では、橋架部196A、196Bの長尺化を図るとともに、燃料電池190全体のコンパクト化が容易に可能になり、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。   In the fourth embodiment configured as described above, the bridge portions 196A and 196B are lengthened, and the fuel cell 190 as a whole can be easily made compact. The first to third embodiments described above. The same effect can be obtained.

図14は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池200の平面説明図である。   FIG. 14 is an explanatory plan view of a fuel cell 200 according to the fifth embodiment of the present invention.

燃料電池200は、実質的には、第3の実施形態に係る燃料電池150と同様に構成されており、反応ガス供給部154からそれぞれ蛇行形状を有する橋架部156A、156Bが一体に設けられるとともに、前記橋架部156A、156Bには、円板状の挟持部204A、204Bが一体に設けられる。   The fuel cell 200 is configured substantially in the same manner as the fuel cell 150 according to the third embodiment, and bridge portions 156A and 156B each having a meandering shape are integrally provided from the reaction gas supply unit 154. The bridge portions 156A and 156B are integrally provided with disc-shaped sandwiching portions 204A and 204B.

挟持部204A、204Bには、酸化剤ガス供給孔170A、170Bを周回する円弧状の迂回路形成用壁部206A、206Bが形成される。橋架部156A、156Bは、挟持部204A、204Bの矢印C方向の直径寸法内に収容されている。   Arc-like bypass formation walls 206A and 206B that circulate around the oxidant gas supply holes 170A and 170B are formed in the sandwiching portions 204A and 204B. The bridge portions 156A and 156B are accommodated within the diameter dimension in the arrow C direction of the sandwiching portions 204A and 204B.

このように構成される第5の実施形態では、上記の第1〜第4の実施形態、特に、上記の第3の実施形態と同様の効果が得られる。なお、円板状の挟持部204A、204Bは、上記の第1、第2及び第4の実施形態にも採用することができる。   In the fifth embodiment configured as described above, the same effects as those of the first to fourth embodiments, particularly the third embodiment described above, can be obtained. Note that the disc-shaped sandwiching portions 204A and 204B can also be employed in the first, second, and fourth embodiments.

図15は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池220の概略分解斜視説明図である。   FIG. 15 is a schematic exploded perspective view of a fuel cell 220 according to the sixth embodiment of the present invention.

燃料電池220は、図15及び図16に示すように、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質(電解質板)12aの両面に、カソード電極14a及びアノード電極16aが設けられた電解質・電極接合体(MEA)18aを備える。電解質・電極接合体18aは、円板状に形成されるとともに、少なくとも外周端面部には、酸化剤ガス及び燃料ガスの進入や排出を阻止するためにバリアー層(図示せず)が設けられている。   As shown in FIGS. 15 and 16, the fuel cell 220 is provided with a cathode electrode 14a and an anode electrode 16a on both surfaces of an electrolyte (electrolyte plate) 12a made of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia, for example. The electrolyte / electrode assembly (MEA) 18a is provided. The electrolyte / electrode assembly 18a is formed in a disk shape, and a barrier layer (not shown) is provided at least on the outer peripheral end surface portion to prevent the oxidant gas and fuel gas from entering and discharging. Yes.

燃料電池220は、各セパレータ222間に複数、例えば、4個の電解質・電極接合体18aが、このセパレータ222の中心部である燃料ガス供給連通孔26を中心に同心円上に配列される。セパレータ222は、第1プレート224及び第2プレート226が接合されて構成される。   In the fuel cell 220, a plurality of, for example, four electrolyte / electrode assemblies 18 a are arranged between the separators 222 in a concentric circle with the fuel gas supply communication hole 26 being the center of the separator 222 as the center. The separator 222 is configured by joining a first plate 224 and a second plate 226.

セパレータ222は、中央部に燃料ガス供給連通孔26を形成する燃料ガス供給部228を有する。燃料ガス供給部228から外方に等角度間隔(90゜間隔)ずつ離間して放射状に且つ蛇行して延在する4本の橋架部230を介し、比較的大径な挟持部232が一体的に設けられる。燃料ガス供給部228と各挟持部232との中心間距離は、同一距離に設定される。橋架部230は、上述した橋架部30A(30B)、134A(134B)又は156A(156B)と同様に構成することができる。   The separator 222 has a fuel gas supply part 228 that forms the fuel gas supply communication hole 26 at the center. A relatively large-diameter pinching portion 232 is integrated through four bridge portions 230 extending radially and meandering apart from the fuel gas supply portion 228 by equal angular intervals (90 ° intervals). Is provided. The distance between the centers of the fuel gas supply unit 228 and each clamping unit 232 is set to the same distance. The bridge part 230 can be configured in the same manner as the bridge part 30A (30B), 134A (134B), or 156A (156B) described above.

各挟持部232は、電解質・電極接合体18a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る。挟持部232のカソード電極14aに接する面には、前記カソード電極14a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34が形成される。   Each clamping part 232 is set to a disk shape having substantially the same size as the electrolyte / electrode assembly 18a, and is configured to be separated from each other. An oxidant gas passage 34 for supplying an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode 14a is formed on the surface of the sandwiching portion 232 that contacts the cathode electrode 14a.

挟持部232のアノード電極16aの接する面には、前記アノード電極16aの電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路36が形成される。各橋架部230には、燃料ガスを燃料ガス供給連通孔26から各燃料ガス通路36に供給するための燃料ガス供給通路38が形成される。   A fuel gas passage 36 for supplying fuel gas along the electrode surface of the anode electrode 16a is formed on the surface of the sandwiching portion 232 that contacts the anode electrode 16a. Each bridge portion 230 is formed with a fuel gas supply passage 38 for supplying fuel gas from the fuel gas supply communication hole 26 to each fuel gas passage 36.

第1プレート224は、中央部に燃料ガス供給連通孔26が形成される第1円板部234と、前記第1円板部234に一体に設けられ、外方に放射状に且つ蛇行して延在する第1蛇行長板部236と、前記第1蛇行長板部236に一体に設けられる第1円板形状部238とを設ける。   The first plate 224 is provided integrally with the first disc portion 234 having the fuel gas supply communication hole 26 formed in the center thereof, and the first disc portion 234, and extends radially and meandering outward. A first meandering long plate portion 236 and a first disk-shaped portion 238 provided integrally with the first meandering long plate portion 236 are provided.

第1円板形状部238には、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給孔60が、例えば、前記第1円板形状部238の中心又は中心に対して酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定される。   The first disc-shaped portion 238 has a fuel gas supply hole 60 for supplying fuel gas, for example, at the center of the first disc-shaped portion 238 or on the upstream side in the flow direction of the oxidizing gas with respect to the center. Set to an eccentric position.

第1円板形状部238のアノード電極16aに接触する面には、燃料ガス通路36を形成するための複数の突起部62と、前記燃料ガス通路36側に突出してアノード電極16aの外周縁部に接触する外縁周回用凸部65とが設けられる。第1円板形状部238には、燃料ガス通路36を通って使用された燃料ガスを排出するそれぞれ一対の燃料ガス排出孔64a、64b及び64cと、アノード電極16aに接触するとともに、前記燃料ガスが燃料ガス供給孔60から前記燃料ガス排出孔64a、64b及び64cに直線状に流れることを阻止する迂回路形成用の円弧状壁部240とが設けられる。   The surface of the first disc-shaped portion 238 that contacts the anode electrode 16a has a plurality of protrusions 62 for forming the fuel gas passage 36, and the outer peripheral edge portion of the anode electrode 16a that protrudes toward the fuel gas passage 36. And an outer-circumferential convex portion 65 that contacts the outer periphery. The first disk-shaped portion 238 is in contact with the anode electrode 16a and a pair of fuel gas discharge holes 64a, 64b and 64c for discharging the fuel gas used through the fuel gas passage 36, and the fuel gas. Is provided with an arcuate wall 240 for forming a detour to prevent the fuel gas supply hole 60 from flowing in a straight line from the fuel gas supply hole 60 to the fuel gas discharge holes 64a, 64b and 64c.

第1円板形状部238には、電解質・電極接合体18aの発電による電力を取り出すため又は前記電解質・電極接合体18aの状態を計測するための一対の突出部242が設けられる。突出部242は、第1円板形状部238の外周縁部に且つ燃料ガス排出孔64a、64b間に設けられる。   The first disc-shaped portion 238 is provided with a pair of projecting portions 242 for taking out the electric power generated by the power generation of the electrolyte / electrode assembly 18a or for measuring the state of the electrolyte / electrode assembly 18a. The protruding portion 242 is provided on the outer peripheral edge of the first disc-shaped portion 238 and between the fuel gas discharge holes 64a and 64b.

第2プレート226は、中央部に燃料ガス供給連通孔30を形成する第2円板部244を備える。第2円板部244には、補強用のボス部246が所定数だけ設けられる。第2円板部244から放射状に且つ蛇行して4本の第2蛇行長板部248が延在するとともに、前記第2蛇行長板部248には、燃料ガス供給連通孔30から燃料ガス供給孔60に連通する燃料ガス供給通路38が形成される。   The second plate 226 includes a second disk portion 244 that forms the fuel gas supply communication hole 30 at the center. The second disc portion 244 is provided with a predetermined number of reinforcing boss portions 246. Four second meandering long plate portions 248 extend meandering radially from the second disc portion 244, and fuel gas is supplied to the second meandering long plate portion 248 from the fuel gas supply communication hole 30. A fuel gas supply passage 38 communicating with the hole 60 is formed.

各第2蛇行長板部248には、比較的大径な第2円板形状部250が一体的に設けられ、前記第2円板形状部250には、プレス等により複数の突起部46が設けられる。第2円板形状部250には、突起部46によりカソード電極14aの電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路34が形成される。各第1及び第2円板形状部238、250間には、必要に応じて、空気制御板252が配設される。   Each second meandering long plate portion 248 is integrally provided with a second disk-shaped portion 250 having a relatively large diameter, and the second disk-shaped portion 250 has a plurality of protrusions 46 by a press or the like. Provided. An oxidant gas passage 34 for supplying an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode 14 a is formed in the second disk-shaped portion 250 by the protrusion 46. An air control plate 252 is disposed between the first and second disk-shaped portions 238 and 250 as necessary.

このように構成される燃料電池220の動作について説明すると、燃料ガスは、各セパレータ222を構成する燃料ガス供給部228に形成された燃料ガス供給連通孔26から4本の橋架部230に形成された各燃料ガス供給通路38に導入される。燃料ガスは、さらに各燃料ガス供給通路38を通って各挟持部232の燃料ガス供給孔60に供給される。   The operation of the fuel cell 220 configured as described above will be described. The fuel gas is formed in the four bridge portions 230 from the fuel gas supply communication holes 26 formed in the fuel gas supply portions 228 constituting the separators 222. Each fuel gas supply passage 38 is introduced. The fuel gas is further supplied to the fuel gas supply hole 60 of each clamping portion 232 through each fuel gas supply passage 38.

このため、燃料ガスは、各燃料ガス供給孔60から各アノード電極16aの略中心に供給された後、燃料ガス通路36に沿って前記アノード電極16aの外周部に向かって移動する。   Therefore, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply holes 60 to the approximate center of each anode electrode 16a, and then moves along the fuel gas passage 36 toward the outer peripheral portion of the anode electrode 16a.

一方、酸化剤ガス供給連通孔50に供給された空気は、各電解質・電極接合体18aの内側周端部と各挟持部232の内側周端部との間から矢印B方向に流入し、酸化剤ガス通路34に送られる。酸化剤ガス通路34では、電解質・電極接合体18aのカソード電極14aの内側周端部(セパレータ232の中央部)側から外側周端部(セパレータ232の外側周端部側)に向かって空気が流動する。   On the other hand, the air supplied to the oxidant gas supply communication hole 50 flows in the direction of arrow B from between the inner peripheral edge of each electrolyte / electrode assembly 18a and the inner peripheral edge of each clamping part 232, and is oxidized. It is sent to the agent gas passage 34. In the oxidant gas passage 34, air flows from the inner peripheral end (the central part of the separator 232) side of the cathode electrode 14 a of the electrolyte / electrode assembly 18 a toward the outer peripheral end (the outer peripheral end side of the separator 232). To flow.

従って、電解質・電極接合体18aでは、アノード電極16aの電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極14aの電極面の一方向(矢印B方向)に向かって空気が供給される。その際、酸化物イオンが電解質12aを通ってアノード電極16aに移動し、化学反応により発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte / electrode assembly 18a, the fuel gas is supplied from the center side of the electrode surface of the anode electrode 16a toward the peripheral end side, and in one direction (arrow B direction) of the electrode surface of the cathode electrode 14a. Air is supplied in the direction. At that time, oxide ions move to the anode electrode 16a through the electrolyte 12a, and power is generated by a chemical reaction.

この第6の実施形態では、セパレータ222は、単一の燃料ガス供給部228に4本の橋架部230が設けられるとともに、各橋架部230には、それぞれ挟持部232が設けられている。そして、各挟持部232は、各電解質・電極接合体18aに対応する形状に設定され、且つ、互いに分離して構成されている。   In the sixth embodiment, in the separator 222, four bridge portions 230 are provided in a single fuel gas supply portion 228, and a sandwiching portion 232 is provided in each bridge portion 230. And each clamping part 232 is set to the shape corresponding to each electrolyte and electrode assembly 18a, and is comprised mutually separated.

従って、挟持部232は、電解質・電極接合体18aに対応する形状を有し、前記電解質・電極接合体18aで発電された電力を効率的に集電することができる。   Therefore, the clamping part 232 has a shape corresponding to the electrolyte / electrode assembly 18a, and can efficiently collect the electric power generated by the electrolyte / electrode assembly 18a.

しかも、各挟持部232は、互いに分離しており、電解質・電極接合体18aやセパレータ222の寸法誤差によって各電解質・電極接合体18aに発生する異なる荷重を吸収することが可能になる。これにより、セパレータ222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18aに対して均等な荷重を付与することができる。   In addition, the holding portions 232 are separated from each other, and can absorb different loads generated in the electrolyte / electrode assemblies 18a due to dimensional errors of the electrolyte / electrode assemblies 18a and the separators 222. Thereby, it is possible to prevent the entire separator 222 from being distorted and to apply an equal load to each electrolyte / electrode assembly 18a.

その上、各電解質・電極接合体18aの熱歪み等は、隣接する他の電解質・電極接合体18aに伝達されることがなく、前記電解質・電極接合体18a間には、個別の寸法吸収機構を設ける必要がない。このため、各電解質・電極接合体18a同士を近接して配置することが可能になり、燃料電池220全体の小型化が容易に図られる。   In addition, the thermal strain or the like of each electrolyte / electrode assembly 18a is not transmitted to the other adjacent electrolyte / electrode assembly 18a, and an individual dimension absorption mechanism is provided between the electrolyte / electrode assemblies 18a. There is no need to provide. For this reason, the electrolyte / electrode assemblies 18a can be arranged close to each other, and the entire fuel cell 220 can be easily downsized.

10、130、150、190、200、220…燃料電池
12、12a…電解質 14、14a…カソード電極
16、16a…アノード電極 18、18a…電解質・電極接合体
20、132、152、192、222…セパレータ
22、24、138、140、160、162、224、226…プレート
28、228…燃料ガス供給部
30A、30B、134A、134B、156A、156B、196A、196B、230…橋架部
32A、32B、136A、136B、158A、158B、198A、198B、
204A、204B、232…挟持部 34A、34B…酸化剤ガス通路
36A、36B…燃料ガス通路 38A、38B…燃料ガス供給通路
40、48、164、178、234、244…円板部
42A、42B、50A、50B、166A、166B、182A、182B、236、248…蛇行長板部
44A、44B、52A、52B、168A、168B、184A、184B…矩形状部
60A、60B…燃料ガス供給孔 64A、64B…燃料ガス排出孔
68A、68B、174A、174B、206A、206B…迂回路形成用壁部
70…酸化剤ガス供給連通孔 74…排ガス排出連通孔
82…積層体 84、86A、86B…締め付け荷重付与機構
88…筐体 154、194…反応ガス供給部
170A、170B…酸化剤ガス供給孔
172A、172B…酸化剤ガス排出孔
186A、186B…酸化剤ガス供給通路
238、250…円板形状部
10, 130, 150, 190, 200, 220 ... Fuel cell 12, 12a ... Electrolyte 14, 14a ... Cathode electrode 16, 16a ... Anode electrode 18, 18a ... Electrolyte / electrode assembly 20, 132, 152, 192, 222 ... Separator 22, 24, 138, 140, 160, 162, 224, 226 ... Plate 28, 228 ... Fuel gas supply unit 30A, 30B, 134A, 134B, 156A, 156B, 196A, 196B, 230 ... Bridge portions 32A, 32B, 136A, 136B, 158A, 158B, 198A, 198B,
204A, 204B, 232 ... clamping parts 34A, 34B ... oxidant gas passages 36A, 36B ... fuel gas passages 38A, 38B ... fuel gas supply passages 40, 48, 164, 178, 234, 244 ... disc parts 42A, 42B, 50A, 50B, 166A, 166B, 182A, 182B, 236, 248 ... meandering long plate portions 44A, 44B, 52A, 52B, 168A, 168B, 184A, 184B ... rectangular portions 60A, 60B ... fuel gas supply holes 64A, 64B ... Fuel gas discharge holes 68A, 68B, 174A, 174B, 206A, 206B ... Detour forming wall 70 ... Oxidant gas supply communication hole 74 ... Exhaust gas discharge communication hole 82 ... Laminate 84, 86A, 86B ... Applying tightening load Mechanism 88 ... Housing 154, 194 ... Reaction gas supply unit 170A, 170B ... Oxidant gas supply hole 72A, 172B ... oxygen-containing gas outlets 186A, 186B ... oxidant gas supply passage 238,250 ... disk-shaped portion

Claims (10)

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及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積層方向に形成される反応ガス供給部と、
を備え、
前記橋架部は、前記挟持部と前記反応ガス供給部との間で、前記セパレータの面方向に蛇行する蛇行形状に設定されることを特徴とする燃料電池。
An electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode is a fuel cell in which separators are stacked,
The separator sandwiches the electrolyte / electrode assembly, and supplies a fuel gas along the electrode surface of the anode electrode and an oxidant that supplies an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode. A clamping part in which gas passages are individually provided;
A bridge portion connected to the sandwiching portion and formed with a reaction gas supply passage for supplying the fuel gas to the fuel gas passage or the oxidant gas to the oxidant gas passage;
A reaction gas supply unit that is connected to the bridge part and has a reaction gas supply communication hole formed in the stacking direction for supplying the fuel gas or the oxidant gas to the reaction gas supply passage;
With
The fuel cell according to claim 1, wherein the bridge portion is set in a meandering shape that meanders in the surface direction of the separator between the sandwiching portion and the reaction gas supply portion.
請求項1記載の燃料電池において、前記橋架部は、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する方向に沿って往復する蛇行形状に設定されることを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the bridge portion is set in a meandering shape that reciprocates along a direction intersecting an imaginary straight line connecting the center of the clamping portion and the center of the reaction gas supply portion. A fuel cell. 請求項1又は2記載の燃料電池において、前記橋架部は、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが異なる長さに設定されることを特徴とする燃料電池。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the bridge portion extends over a virtual straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion, and protrudes in one direction and protrudes in the other direction. A fuel cell, characterized in that the length is set to a different length. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池において、前記橋架部は、前記挟持部に近づく程、蛇行形状の突出長さが小さく設定されることを特徴とする燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the bridge portion is set to have a meander-shaped protruding length that is smaller as the bridge portion is closer to the clamping portion. 請求項1又は2記載の燃料電池において、前記橋架部は、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線を跨いで、一方向への突出長さと他方向への突出長さとが同一の長さに設定されることを特徴とする燃料電池。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the bridge portion extends over a virtual straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion, and protrudes in one direction and protrudes in the other direction. A fuel cell characterized in that the length is set to the same length. 請求項4又は5記載の燃料電池において、前記橋架部と前記挟持部との間には、前記酸化剤ガス通路に供給される前記酸化剤ガスを、積層方向に流通させる酸化剤ガス供給連通孔が形成されることを特徴とする燃料電池。   6. The fuel cell according to claim 4, wherein the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas passage is circulated in the stacking direction between the bridge portion and the sandwiching portion. A fuel cell characterized in that is formed. 請求項4又は5記載の燃料電池において、前記橋架部と前記挟持部との間には、反応に使用された燃料ガス及び酸化剤ガスを、排ガスとして積層方向に排出する排ガス排出連通孔が形成されることを特徴とする燃料電池。   6. The fuel cell according to claim 4, wherein an exhaust gas discharge communication hole for discharging the fuel gas and the oxidant gas used in the reaction as exhaust gas in the stacking direction is formed between the bridge portion and the sandwiching portion. A fuel cell. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の燃料電池において、前記セパレータは、単一の前記反応ガス供給部に複数の前記橋架部が設けられるとともに、
各橋架部には、それぞれ前記挟持部が設けられ、
各挟持部は、各電解質・電極接合体に対応する形状に設定され、且つ、互いに分離して構成されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the separator is provided with a plurality of the bridge portions in a single reactive gas supply portion,
Each bridge part is provided with the clamping part,
Each of the sandwiching portions is configured to have a shape corresponding to each electrolyte / electrode assembly, and is configured to be separated from each other.
請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池において、前記橋架部は、前記挟持部の中心と前記反応ガス供給部の中心とを結ぶ仮想直線に交差する前記挟持部の幅寸法内で蛇行することを特徴とする燃料電池。   9. The fuel cell according to claim 1, wherein the bridge portion is within a width dimension of the sandwiching portion that intersects an imaginary straight line connecting the center of the sandwiching portion and the center of the reaction gas supply portion. A fuel cell, meandering with 請求項1〜9のいずれか1項に記載の燃料電池において、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。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.
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