JP2012079519A - 固体酸化物型燃料電池セル用集電体及びそれを用いた固体酸化物型燃料電池セル集合体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体酸化物形燃料電池セル16は、弾性力を有し把持機能を有する集電体102により集合化されている。集電体102は薄板状の把持部を備え、把持部の開口部側の先端には曲率部が設けてあるので、集電体102が熱膨張により固体酸化物形燃料電池セル上をずれる際にも、固体酸化物型燃料電池セルを傷つけることがない構造となる。
【選択図】図5
Description
具体的には燃料電池の運転時など高温になると、固体酸化物型燃料電池セルと集電体との熱膨張差から、集電体が膨張するときに先端で固体酸化物型燃料電池セルを傷つけてしまう。集電体が配置されている箇所は電極部分であり、電極を傷つけることで固体酸化物型燃料電池にきわめて大きな損傷を与えてしまうことが今回明らかとなった。
熱膨張差をもった集電体を用いて集電する際に、高い運転温度での運転を行う固体酸化物型燃料電池セル集合体特有の課題である。
前記集電体は前記固体酸化物型燃料電池セルをはめ入れる開口部を備えるとともに、
前記固体酸化物型燃料電池セルを弾性力で把持する薄板状の把持部と、を備え、
前記把持部の前記開口部側の先端には前記固体酸化物型燃料電池セルへの傷つきを防止する傷つき防止部を備えることを特徴としている。
このように構成された本発明においては、固体酸化物型燃料電池セルに弾性力を有し把持する集電体の場合、固体酸化物型燃料電池セルとの接触面積の確保は確実になるものの、弾性力を持たせたことにより集電体の先端部分で固体酸化物型燃料電池セルを傷つけてしまう。具体的には固体酸化物型燃料電池セル集合体の運転時など高温になると、固体酸化物型燃料電池セルと集電体との熱膨張差から、集電体が膨張するときに開口部側の先端で固体酸化物型燃料電池セルを傷つけてしまう。集電体が配置されている箇所は電極部分であり、電極を傷つけることで固体酸化物型燃料電池セルにきわめて大きな損傷を与えてしまう。今回開口部側の先端に傷つき防止部を設けたので、集電体が熱膨張により固体酸化物型燃料電池セル上をずれる際に生ずる固体酸化物型燃料電池セルへの傷つきを防止することができる。
このような構成された本発明において、薄板状の把持部の先端形状を変えるのみで集電体の燃料電池セルへの傷つけを防止できる。よって、傷つけ防止のために薄板状の把持部以外の構造部を用いるわけではないので、薄板状の把持部はそのままであるため弾性力の維持は確保したまま、固体酸化物型燃料電池セルへの傷つけ防止が可能となる。
さらに、薄板状の把持部の先端をR形状とするよりも、より大きな曲面部を燃料電池セル側へ配置させることができ、より簡便な形状で燃料電池セルに対して傷をつけにくくすることができる。さらに他の部材を用いることもないので弾性力も損なうことなく達成することができる
従って、集電体の熱膨張に伴うセルへの傷つけを効果的に防止できるので、良好な発電を維持することができる。
本発明では、そのようなセルへの損傷を防止することを目的とする。
また、燃料電池モジュール2には、燃料ガスの供給量等を制御するための制御ボックス52が取り付けられている。
さらに、燃料電池モジュール2には、燃料電池モジュールにより発電された電力を外部に供給するための電力取出部(電力変換部)であるインバータ54が接続されている。
図2及び図3に示すように、燃料電池モジュール2のハウジング6内の密閉空間8には、上述したように、下方から順に、固体酸化物型燃料電池セル集合体12、改質器20、空気用熱交換器22が配置されている。
空気分配室72のそれぞれには、空気導入管76が接続され、この空気導入管76は、下方に延び、その下端側が、発電室10の下方空間に連通し、発電室10に余熱された空気を導入する。
図4に示すように、燃料電池セルユニット16は、燃料電池セル84と、この燃料電池セル84の上下方向端部にそれぞれ接続された内側電極端子86とを備えている。
燃料電池セル84は、上下方向に延びる管状構造体であり、内部に燃料ガス流路88を形成する円筒形の内側電極層90と、円筒形の外側電極層92と、内側電極層90と外側電極層92との間にある電解質層94とを備えている。この内側電極層90は、燃料ガスが通過する燃料極であり、(−)極となり、一方、外側電極層92は、空気と接触する空気極であり、(+)極となっている。
なおここでの集電体は、固体酸化物型燃料電池用集電体であり、以下単に集電体という。
ここで空気極は断面面形状であり、曲面部を備えている。
さらに、突出部210aは、この突出部210aの先端に集電部103内側方向から外側方向へ延びる曲面部を有した爪部310aを備えている。また、突出部210b、210cについては、突出部210aと同様の構成となっており、それぞれ爪部310b、爪部310cを備えている。ここで曲面部はセルへの傷つきを防止する傷つき防止部として作用する。
集電体は把持部に弾性力を有しているので、曲面を有した燃料電池セルであってもその外形に沿って密着することができ、確実な集電をすることができる。
しかしここで、本実施例のように外側方向へ伸びる曲面部を有していないと、温度が高い時に集電体自体が熱膨張を起こし、燃料電池セルに対してずれを生ずる。そのずれにより燃料電池セルに対して傷をつけてしまうという不具合を生じる。
今回集電体が曲面部を有しており、傷つけを防止することができる。
さらに、薄板状の把持部の先端形状を変えるのみで集電体の燃料電池セルへの傷つけを防止できる。よって、傷つけ防止のために薄板状の把持部以外の構造部を用いるわけではないので、薄板状の把持部はそのままであるため弾性力の維持は確保したまま、燃料電池セルへの傷つけ防止を防止できる。
さらに、薄板状の把持部にR部を設けるよりも、より大きな曲面部を燃料電池セル側へ配置させることができ、より簡便な形状で燃料電池セルに対して傷をつけにくくすることができる
先ず、集電体102において、第1の燃料電池セルユニット16(120)の中央外周部である外側電極層92と第1の燃料電池セルユニット16(120)に隣接する第2の燃料電池セルユニット16(122)の端部とを、集電体102を用いて接続し、これを複数接続することによって、燃料電池セルスタック14を得ることができる。
従って固体酸化物型燃料電池セル集合体の発電性能も確実に維持することができる。
性能を維持しつつ、熱による膨張及び収縮を緩和することができる。
なお図示しないが外部へ電気集電するブスバーと本発明の集電体を一体とすると、ツウ電ロスを低減することができる。
また燃焼部に近い集電部材は電気抵抗が大となるため、下側に配置されている集電体などの集電部材よりも厚みを厚くすることで電気抵抗低減が図れる。
またブスバーとモジュール壁との間の電気的短絡を防止するため絶縁体を配置してもよい。
2 燃料電池モジュール
12 固体酸化物型燃料電池セル集合体
14 燃料電池セルスタック
16 燃料電池セルユニット
68 下支持板
68a 貫通穴
84 燃料電池セル
86 内側電極端子
100 上支持板
102 集電体
104 連接部
Claims (3)
- 固体酸化物型燃料電池セルに電気的に接続され、前記固体酸化物型燃料電池外へ電流を流す固体酸化物型燃料電池セル用集電体において、
前記集電体は前記固体酸化物型燃料電池セルをはめ入れる開口部を備えるとともに、
前記固体酸化物型燃料電池セルを弾性力で把持する薄板状の把持部と、を備え、
前記把持部の前記開口部側の先端には前記固体酸化物型燃料電池セルへの傷つきを防止する傷つき防止部を備えることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セル用集電体。 - 前記傷つき防止部は前記薄板状の把持部を、前記開口部の外側へ曲げることで得られる曲面部であることを特徴とする請求項1記載の固体酸化物型燃料電池セル用集電体。
- 請求項1または2に記載の固体酸化物型燃料電池セル用集電体により複数の固体酸化物型燃料電池セルが電気的に接続されることを特徴とする固体酸化物型燃料電池セル集合体。
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