JP2012227104A - Fuel battery cell device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery cell device configured to suppress separation between a collector member and a fuel battery cell.SOLUTION: The fuel battery cell device includes: a fuel battery cell; a collector member 4 having recesses 15 in the surface thereof; and a conductive bonding material which is disposed partially inside the recesses 15, and bonds the fuel battery cell and the collector member 4. When the recesses 15 are viewed in an optional cross-section including individual openings of the recesses 15, each of the recesses 15 includes an inflow part behind a surface thereof located inwardly of the opening and around the opening. A part of the conductive bonding material is stored in the inflow part.

Description

本発明は、燃料電池セル装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気等)とを用いて600℃〜1000℃の高温下で発電する燃料電池セルを集電部材を介して複数個立設して電気的に直列に接続してなる燃料電池セル装置が知られている。そして、燃料電池セルと集電部材とを導電性接合材を用いて接合することが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, as next-generation energy, a plurality of fuel cells that generate power at a high temperature of 600 ° C. to 1000 ° C. using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.) are installed through current collecting members. 2. Description of the Related Art There are known fuel cell devices that are installed and electrically connected in series. And it is known to join a fuel battery cell and a current collection member using a conductive joining material (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−339904号公報JP 2005-339904 A

しかしながら、燃料電池セルと集電部材とを導電性接合材を介して接合した場合に、集電部材の表面が平らであることから、集電部材と導電性接合材との接合強度が弱く、燃料電池装置の作製時や運搬時などに集電部材と燃料電池セルとが剥離する問題があった。   However, when the fuel cell and the current collecting member are joined via the conductive joining material, the surface of the current collecting member is flat, so the joining strength between the current collecting member and the conductive joining material is weak, There has been a problem that the current collecting member and the fuel cell are peeled off when the fuel cell device is manufactured or transported.

本発明の燃料電池セル装置は、燃料電池セルと、表面に凹部を有する集電部材と、一部が凹部内に設けられ、燃料電池セルと集電部材とを接合する導電性接合材とを備え、凹部は、凹部の開口部を含む任意の断面で断面視したとき、開口部よりも内方で開口部の周囲の表面の背後に位置する流入部を有しており、流入部に導電性接合材の一部が収容されている。   The fuel battery cell device of the present invention comprises a fuel battery cell, a current collecting member having a recess on the surface, and a conductive bonding material partly provided in the recess and joining the fuel battery cell and the current collecting member. The recessed portion has an inflow portion located behind the surface around the opening portion inward of the opening portion when viewed in cross section in an arbitrary cross section including the opening portion of the recessed portion. A part of the bonding material is accommodated.

本発明によれば、集電部材と導電性接合材との接合強度を向上させることができ、集電部材と燃料電池セルとの剥離を抑えることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the joining strength of a current collection member and an electroconductive joining material can be improved, and peeling with a current collection member and a fuel cell can be suppressed.

本発明の一実施形態である燃料電池セル装置を示す図で、(a)は燃料電池セル装置を概略的に示す側面図、(b)は(a)の一部を拡大して示す平面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the fuel cell apparatus which is one Embodiment of this invention, (a) is a side view which shows a fuel cell apparatus roughly, (b) is a top view which expands and shows a part of (a) It is. 図1に示す集電部材を抜粋して示す斜視図である。It is a perspective view which extracts and shows the current collection member shown in FIG. (a)は図2に示す集電部材のA−A線断面図、(b)は図2に示す集電部材のB−B線断面図である。(A) is the sectional view on the AA line of the current collection member shown in FIG. 2, (b) is the sectional view on the BB line of the current collection member shown in FIG. 図3(b)に示す集電部材の集電部を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the current collection part of the current collection member shown in FIG.3 (b). 図1に示す燃料電池セル装置における燃料電池セルと集電部材との接合状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the joining state of the fuel cell and current collection member in the fuel cell apparatus shown in FIG. 本発明の他の実施形態に係る燃料電池セル装置における燃料電池セルと集電部材との接合状態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the joining state of the fuel cell and current collection member in the fuel cell apparatus which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態である燃料電池セル装置を構成する集電部材の集電部を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the current collection part of the current collection member which comprises the fuel cell apparatus which is other embodiment of this invention. 図7に示す集電部材を用いて構成される燃料電池セル装置の一部を抜粋して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which extracts and shows a part of fuel cell apparatus comprised using the current collection member shown in FIG. 図1に示す燃料電池セル装置を収納容器に収納してなる燃料電池モジュールを分解して示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which decomposes | disassembles and shows the fuel cell module formed by accommodating the fuel battery cell apparatus shown in FIG. 1 in a storage container. 図9に示す燃料電池モジュールを外装ケースに収納してなる燃料電池装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fuel cell apparatus formed by accommodating the fuel cell module shown in FIG. 9 in an exterior case.

本発明の第1の実施形態である燃料電池セル装置1について図1を用いて説明する。   A fuel cell device 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

燃料電池セル装置1(以下、セルスタック装置1と称する場合がある。)は、内部にガス流路12を有して、一対の対向する主面をもつ全体的に見て柱状の導電性支持体7の一方の主面上に内側電極層である燃料極層8と、固体電解質層9と、外側電極層である空気極層10とをこの順に積層してなる発電部を備える燃料電池セル3を有している。そして燃料電池セル3は他方の主面のうち外側電極層が形成されていない部位にインターコネクタ11を積層してなる柱状(中空平板状)であり、これらの燃料電池セル3の複数個を1列に配列し、隣接する燃料電池セル3間に集電部材4を配置することで、燃料電池セル3同士を電気的に直列に接続してなるセルスタック2を備えている。   The fuel cell device 1 (hereinafter sometimes referred to as a cell stack device 1) has a gas flow path 12 inside and has a pair of opposed main surfaces as a whole in a columnar conductive support. A fuel cell including a power generation unit in which a fuel electrode layer 8 that is an inner electrode layer, a solid electrolyte layer 9, and an air electrode layer 10 that is an outer electrode layer are laminated in this order on one main surface of the body 7. 3. The fuel cell 3 has a columnar shape (hollow flat plate shape) formed by laminating the interconnector 11 at a portion of the other main surface where the outer electrode layer is not formed. By arranging the current collecting member 4 between the adjacent fuel cells 3 arranged in a row, the cell stack 2 is provided in which the fuel cells 3 are electrically connected in series.

燃料電池セル3と集電部材4とは詳しくは後述するが、導電性接合材13を介して接合されており、それにより、複数個の燃料電池セル3を集電部材4を介して電気的および機械的に接合して、セルスタック2を形成している。   Although the fuel cell 3 and the current collecting member 4 will be described in detail later, the fuel cell 3 and the current collecting member 4 are joined via a conductive joining material 13, whereby a plurality of fuel cells 3 are electrically connected via the current collecting member 4. And the cell stack 2 is formed by mechanically joining.

また、インターコネクタ11の外面にはP型半導体層(図示せず)を設けることもできる。集電部材4を、P型半導体層を介してインターコネクタ11に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくすることができる。このP型半導体層は、空気極層10の外面にも設けてもよい。   Further, a P-type semiconductor layer (not shown) can be provided on the outer surface of the interconnector 11. By connecting the current collecting member 4 to the interconnector 11 via the P-type semiconductor layer, the contact between them becomes an ohmic contact, and the potential drop can be reduced. This P-type semiconductor layer may also be provided on the outer surface of the air electrode layer 10.

そして、セルスタック2を構成する各燃料電池セル3の下端が、燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路12を介して燃料電池セル3に燃料ガスを供給するためのガスタンク6に、ガラス等のシール材(図示せず)により固定されている。   And the lower end of each fuel cell 3 constituting the cell stack 2 is connected to a gas tank 6 for supplying fuel gas to the fuel cell 3 via the gas flow path 12 provided inside the fuel cell 3. It is fixed by a sealing material (not shown) such as glass.

図1に示すセルスタック装置1においては、燃料電池セル3のガス流路12の内部を燃料ガスとして水素含有ガスを流れるとともに、燃料電池セル3の間に配置された集電部材4の内部を酸素含有ガス(空気)が流れる構成となる。それにより、燃料極層8にガスタンク6から燃料ガスが供給され、空気極層10に集電部材4の内部を通じて酸素含有ガスが供給されることで、燃料電池セル3の発電が行なわれる。以下の説明においては、外側電極層を空気極層10、内側電極層を燃料極層8として説明する。   In the cell stack device 1 shown in FIG. 1, the hydrogen-containing gas flows through the gas flow path 12 of the fuel cell 3 as a fuel gas, and the inside of the current collecting member 4 disposed between the fuel cells 3 An oxygen-containing gas (air) flows. As a result, the fuel gas is supplied from the gas tank 6 to the fuel electrode layer 8, and the oxygen-containing gas is supplied to the air electrode layer 10 through the inside of the current collecting member 4, thereby generating power in the fuel cell 3. In the following description, the outer electrode layer is described as the air electrode layer 10 and the inner electrode layer is described as the fuel electrode layer 8.

セルスタック装置1は、図1に示す第1の方向である燃料電池セル3の配列方向の両端から集電部材4を介してセルスタック2を挟持するように、ガスタンク6に下端が固定された弾性変形可能な導電部材5を具備している。ここで、図1に示す導電部材5は、セルスタック2の端部に位置するように設けられた平板部5aと、第1の方向に沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック2(燃料電池セル3)の発電により生じる電流を引出すための電流引出部5bとを有している。なお、第1の方向とは燃料電池セル装置1で発電した電流の流れ方向である。   The cell stack device 1 has a lower end fixed to the gas tank 6 so as to sandwich the cell stack 2 from both ends in the arrangement direction of the fuel cells 3 which is the first direction shown in FIG. A conductive member 5 that can be elastically deformed is provided. Here, the conductive member 5 shown in FIG. 1 has a flat plate portion 5a provided at an end portion of the cell stack 2, and a shape extending outward in the first direction. A current extraction portion 5b for extracting a current generated by the power generation of the (fuel cell 3). The first direction is the flow direction of current generated by the fuel cell device 1.

以下に、図1において示す燃料電池セル3を構成する各部材について説明する。   Below, each member which comprises the fuel cell 3 shown in FIG. 1 is demonstrated.

燃料極層8は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているZrO(安定化ジルコニアと称する)とNiおよび/またはNiOとから形成することができる。 As the fuel electrode layer 8, generally known ones can be used. Porous conductive ceramics such as ZrO 2 (referred to as stabilized zirconia) in which a rare earth element is dissolved and Ni and / or NiO are used. And can be formed from

固体電解質層9は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOから形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer 9 has a function as an electrolyte that bridges electrons between the electrodes, and at the same time, has to have a gas barrier property in order to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. , 3 to 15 mol% of rare earth elements are formed from ZrO 2 as a solid solution. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.

空気極層10は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気極層10はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲とすることができる。 The air electrode layer 10 is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the air electrode layer 10 can be formed of a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The air electrode layer 10 needs to have gas permeability, and can have an open porosity of 20% or more, particularly 30 to 50%.

インターコネクタ11は、導電性セラミックスから形成することができるが、燃料ガス(水素含有ガス)および酸素含有ガス(空気等)と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、それゆえランタンクロマイト(LaCrO)を使用することができる。インターコネクタ11は、導電性支持体7に形成された複数のガス流路12を流通する燃料ガス、および導電性支持体7の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度であることが好ましい。 Although the interconnector 11 can be formed from conductive ceramics, it needs to have reduction resistance and oxidation resistance because it comes in contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air, etc.). Therefore, lanthanum chromite (LaCrO 3 ) can be used. The interconnector 11 is dense in order to prevent leakage of fuel gas flowing through the plurality of gas flow paths 12 formed in the conductive support 7 and oxygen-containing gas flowing outside the conductive support 7. The relative density is preferably 93% or more, particularly 95% or more.

導電性支持体7としては、燃料ガスを燃料極層8まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ11を介して集電するために導電性であることが必要とされる。したがって、導電性支持体7としては、かかる要求を満足するものを材質を用いる必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。   The conductive support 7 is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas up to the fuel electrode layer 8 and to be conductive in order to collect current through the interconnector 11. The Therefore, as the conductive support 7, it is necessary to use a material that satisfies this requirement, and for example, conductive ceramics, cermets, and the like can be used.

なお、燃料電池セル3を作製するにあたり、燃料極層8または固体電解質層9との同時焼成により導電性支持体7を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類酸化物とから導電性支持体7を形成することができる。また、導電性支持体7は、所要ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は50S/cm以上、さらには300S/cm以上、440S/cm以上にしてもよい。   When the fuel cell 3 is manufactured, in the case where the conductive support 7 is manufactured by co-firing with the fuel electrode layer 8 or the solid electrolyte layer 9, the conductivity is made from the iron group metal component and the specific rare earth oxide. A support 7 can be formed. Further, the conductive support 7 preferably has an open porosity of 30% or more, particularly 35 to 50% in order to have the required gas permeability, and the conductivity is 50 S / cm or more. Further, it may be 300 S / cm or more and 440 S / cm or more.

さらに、P型半導体層(図示せず)としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ11を構成するランタンクロマイトよりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するランタンマンガナイト(LaSrMnO)、ランタンフェライト(LaSrFeO)、ランタンコバルタイト(LaSrCoO)などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲とすることが好ましい。 Furthermore, as a P-type semiconductor layer (not shown), a layer made of a transition metal perovskite oxide can be exemplified. Specifically, those having higher electron conductivity than lanthanum chromite constituting the interconnector 11, for example, lanthanum manganite (LaSrMnO 3 ), lanthanum ferrite (LaSrFeO 3 ) in which Mn, Fe, Co, etc. exist at the B site. P-type semiconductor ceramics made of at least one of lanthanum cobaltite (LaSrCoO 3 ) and the like can be used. In general, the thickness of such a P-type semiconductor layer is preferably in the range of 30 to 100 μm.

導電性接合材13は、燃料電池セル3と集電部材4とを接合するために設けられており、導電性セラミックス等を用いて形成することができる。導電性セラミックスとしては、空気極層10を形成するものと同様のものを用いることができ、空気極層10と同じ成分により形成すると、空気極層10と導電性接合材13との接合強度が高くなるため空気極層10と同じ成分により形成することが好ましい。   The conductive bonding material 13 is provided for bonding the fuel cell 3 and the current collecting member 4 and can be formed using conductive ceramics or the like. As the conductive ceramics, the same ceramics as those forming the air electrode layer 10 can be used. When the conductive ceramic is formed of the same component as the air electrode layer 10, the bonding strength between the air electrode layer 10 and the conductive bonding material 13 is increased. Since it becomes high, it is preferable to form with the same component as the air electrode layer 10.

具体的には、LaSrCoFeO、LaSrMnO、LaSrCoO等を用いることができる。これらの材料を単一の材料を用いて作製してもよく、2種以上組み合わせて導電性接合材13を作製してもよい。 Specifically, LaSrCoFeO 3 , LaSrMnO 3 , LaSrCoO 3 or the like can be used. These materials may be produced using a single material, or the conductive bonding material 13 may be produced by combining two or more kinds.

また、導電性接合材13は、粒径の異なる異種材料により構成してもよく、粒径の同じ異種材料により構成してもよい。さらに、粒径の異なる同材料により構成してもよく、粒
径の同じ同材料により構成してもよい。異なる粒径を用いた場合には微粒の粒径を0.1〜0.5μm、粗粒の粒径を1.0〜3.0μmとすることが好ましい。また同じ粒径で導電性接合材13を構成する場合は、粒径が0.5〜3μmとすることが好ましい。
Further, the conductive bonding material 13 may be made of different materials having different particle diameters, or may be made of different materials having the same particle diameter. Furthermore, it may be composed of the same material having different particle diameters, or may be composed of the same material having the same particle diameter. When different particle diameters are used, it is preferable that the fine particle diameter is 0.1 to 0.5 μm and the coarse particle diameter is 1.0 to 3.0 μm. Moreover, when comprising the electroconductive joining material 13 with the same particle size, it is preferable that a particle size shall be 0.5-3 micrometers.

このように、異なる粒径の材料を用いて導電性接合材13を作製することにより、粒径の大きな粗粒が導電性接合材13の強度を向上させるとともに、粒径の小さな微粒が導電性接合材13の焼結性を向上させることができる。   Thus, by producing the conductive bonding material 13 using materials having different particle sizes, coarse particles having a large particle size improve the strength of the conductive bonding material 13, and fine particles having a small particle size are made conductive. The sinterability of the bonding material 13 can be improved.

次に、集電部材4について図2〜4を用いて説明する。図2においては集電部材4の表面に設けられた凹部15を省略して示している。また、矢印にて第1の方向を示す。   Next, the current collecting member 4 will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, the recess 15 provided on the surface of the current collecting member 4 is omitted. The first direction is indicated by an arrow.

図2に示す集電部材4は、隣接する一方の燃料電池セル3と接合される複数の第1集電片4aと、隣接する他方の燃料電池セル3と接合される複数の第2集電片4bと、複数の第1集電片4aおよび複数の第2集電片4bの一端同士を連結する第1連結部4cと、複数の第1集電片4aおよび複数の第2集電片4bの他端同士を連結する第2連結部4dとを一組のユニットとし、これらのユニットの複数組が、燃料電池セル3の長手方向に導電性連結片4eにより連結されて構成されている。第1集電片4aおよび第2集電片4bは、燃料電池セル3に接合される部位を示し、これらの部位が燃料電池セル3の発電により電力を取り出す集電部4fとなっている。   A current collecting member 4 shown in FIG. 2 includes a plurality of first current collecting pieces 4 a joined to one adjacent fuel cell 3 and a plurality of second current collecting joined to the other adjacent fuel cell 3. A piece 4b, a first connecting portion 4c for connecting ends of the plurality of first current collecting pieces 4a and a plurality of second current collecting pieces 4b, a plurality of first current collecting pieces 4a and a plurality of second current collecting pieces The second connecting portion 4d that connects the other ends of 4b is a unit, and a plurality of sets of these units are connected in the longitudinal direction of the fuel cell 3 by the conductive connecting piece 4e. . The 1st current collection piece 4a and the 2nd current collection piece 4b show the part joined to fuel cell 3, and these parts serve as current collection part 4f which takes out electric power by the power generation of fuel cell 3.

燃料電池セル3において、上述したように、固体電解質層9を介して燃料極層8と、空気極層10とが対向する部位が発電する部位となる。それゆえ、燃料電池セル3の発電部で発電された電流を効率よく集電するにあたり、集電部材4の燃料電池セル3の長手方向に沿った長さは、燃料電池セル3における外側電極層10の長手方向における長さと同等以上とすることがよい。   In the fuel cell 3, as described above, the portion where the fuel electrode layer 8 and the air electrode layer 10 face each other through the solid electrolyte layer 9 is a portion that generates power. Therefore, in order to efficiently collect the current generated by the power generation unit of the fuel cell 3, the length of the current collecting member 4 along the longitudinal direction of the fuel cell 3 is the outer electrode layer in the fuel cell 3. It is preferable that the length is equal to or greater than 10 in the longitudinal direction.

集電部材4は、耐熱性および導電性を有する必要があり、例えば合金または導電性セラミックスやサーメット等により作製することができる。特には、集電部材4は、高温の酸化雰囲気に曝されることから4〜30%の割合でCrを含有する合金から作製することができ、Fe−Crの合金やNi−Crの合金等により作製できる。   The current collecting member 4 needs to have heat resistance and conductivity, and can be made of, for example, an alloy, conductive ceramics, cermet, or the like. In particular, the current collecting member 4 can be produced from an alloy containing Cr at a rate of 4 to 30% because it is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere, such as an Fe—Cr alloy or an Ni—Cr alloy. Can be produced.

また、集電部材4は、燃料電池セル装置1の作動時に高温の酸化雰囲気に曝されることから、集電部材4の表面に、耐酸化性のコーティングを施してもよい。それにより、集電部材4の劣化を低減することができる。耐酸化性のコーディングを施す部位としては、集電部材4の全表面に施すことが好ましい。それにより、集電部材4の表面が高温の酸化雰囲気に曝されることを抑えることができる。また、凹部15を構成する内壁の表面にも設けてもよい。その場合においても、集電部材4の表面が高温の酸化雰囲気に曝されることを抑えることができる。   Further, since the current collecting member 4 is exposed to a high-temperature oxidizing atmosphere when the fuel cell device 1 is operated, an oxidation resistant coating may be applied to the surface of the current collecting member 4. Thereby, deterioration of the current collecting member 4 can be reduced. It is preferable to apply the oxidation resistant coating to the entire surface of the current collecting member 4. Thereby, it can suppress that the surface of the current collection member 4 is exposed to high temperature oxidation atmosphere. Moreover, you may provide also on the surface of the inner wall which comprises the recessed part 15. FIG. Even in that case, exposure of the surface of the current collecting member 4 to a high-temperature oxidizing atmosphere can be suppressed.

集電部材4を、Crを含有する合金で作製する場合には、合金に含まれるCrが燃料電池セル3に拡散することを低減するために、Cr拡散抑制層(図示せず)をコーティングにて形成してもよい。Cr拡散抑制層としては、Znの酸化物、あるいはLaおよびSrを含有するペロブスカイト型酸化物を用いることができる。Cr拡散抑制層は後述する凹部を形成した後に、作製することが好ましい。   When the current collecting member 4 is made of an alloy containing Cr, a Cr diffusion suppression layer (not shown) is coated on the coating in order to reduce the diffusion of Cr contained in the alloy into the fuel cell 3. May be formed. As the Cr diffusion suppressing layer, a Zn oxide or a perovskite oxide containing La and Sr can be used. It is preferable to produce the Cr diffusion suppression layer after forming a concave portion to be described later.

図3に示すように、第1集電片4aおよび第2集電片4bは、第1の方向に対して異なる角度で交差する第1表面4g、第2表面4hおよび第3表面4iを有している。言い換えると、燃料電池セル3と対向する第1表面4gと、第1表面4gの両側に隣り合う第2表面4hおよび第3表面4iとを有している。そして、第1集電片4aおよび第2集電片4bの第2表面4hおよび第3表面4iにそれぞれ複数の凹部15が設けられている。図
3(b)、図4に示すように、凹部15は、内部に向かうにつれて先細り形状に形成されており、燃料電池セル3と対向する第1表面4gに対して、第1表面4gと反対側に向けて斜めに設けられている。
As shown in FIG. 3, the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b have a first surface 4g, a second surface 4h, and a third surface 4i that intersect at different angles with respect to the first direction. doing. In other words, it has the 1st surface 4g which opposes the fuel cell 3, and the 2nd surface 4h and the 3rd surface 4i which adjoin the both sides of the 1st surface 4g. And the some recessed part 15 is provided in the 2nd surface 4h and the 3rd surface 4i of the 1st current collection piece 4a and the 2nd current collection piece 4b, respectively. As shown in FIGS. 3B and 4, the recess 15 is formed in a tapered shape toward the inside, and is opposite to the first surface 4 g with respect to the first surface 4 g facing the fuel cell 3. It is provided obliquely toward the side.

そのため、第2表面4hに設けられた凹部15は、凹部15の開口部15aを含む断面で断面視したとき、開口部15aよりも内方で、開口部15aの周囲に位置する表面の背後に流入部15bを有している。同様に、第3表面4iに設けられた凹部15は、凹部15の開口部15aを含む断面で断面視したとき、開口部15aよりも内方で、開口部15aの周囲に位置する表面の背後に流入部15bを有している。   Therefore, the recess 15 provided in the second surface 4h is inward of the opening 15a and behind the surface located around the opening 15a when viewed in a cross section including the opening 15a of the recess 15. An inflow portion 15b is provided. Similarly, the recess 15 provided in the third surface 4i is behind the surface located around the opening 15a inwardly of the opening 15a when viewed in cross section including the opening 15a of the recess 15. Has an inflow portion 15b.

また、凹部15が集電部4fの表面から内方に向かうにつれて先細り形状を有している。なお、図4に示すように、凹部15が断面視して鋭角な略三角形状をした先細り形状となっており、凹部15の先細りとなっている先の角度15cは10〜30°とすることが好ましい。また、開口部15aを含む断面で断面視して略三角形状の例を示したが、凹部15の形状は三角形状に限定されるものではない。また、先細り形状が漸次細くなる形状でなく、集電部材4の内方に向かうにつれて段階的に細くなっていてもよい。   Further, the concave portion 15 has a tapered shape as it goes inward from the surface of the current collecting portion 4f. In addition, as shown in FIG. 4, the recessed part 15 becomes the taper shape which carried out the cross sectional view and made the acute-angled substantially triangular shape, and the angle 15c where the recessed part 15 is tapered shall be 10-30 degrees. Is preferred. Moreover, although the cross-sectional view including the opening 15a shows a substantially triangular example, the shape of the concave portion 15 is not limited to the triangular shape. In addition, the tapered shape may be gradually reduced as it goes inward of the current collecting member 4, instead of the gradually narrowing shape.

ここで、開口部15aを含む任意の断面で断面視したとき、開口部15aよりも内方に位置し、第2表面4hおよび第3表面4iの周囲に位置する表面の背後に流入部を有するとは、図4に示すように、第2表面4hまたは第3表面4iの周囲の表面の背後に位置する凹部の壁と、第2表面4hまたは第3表面4iに設けられた開口部15aの周縁からおろした二点鎖線にて示す垂線とで囲まれる領域のことをいう。   Here, when viewed in a cross-section in an arbitrary cross section including the opening 15a, the inflow portion is located behind the surface located inward of the opening 15a and around the second surface 4h and the third surface 4i. Then, as shown in FIG. 4, the wall of the recess located behind the surface around the second surface 4h or the third surface 4i and the opening 15a provided in the second surface 4h or the third surface 4i It means a region surrounded by a vertical line indicated by a two-dot chain line drawn from the periphery.

凹部15は、導電性接合材13との接合強度の観点から、集電部7fの第2表面4hから内部に向けて5〜100μmの深さ(図4で示すL)で設けることが好ましく、凹部15の開口部15aは5〜50μmの大きさ(図4で示すW)で設けることが好ましい。これにより、後述するように導電性接合材13の一部を凹部15内へ充填するにあたり、凹部15の内部へ充填し易くなり、また、アンカー効果による集電部材4と導電性接合材13との接合強度を向上させることができる。   The concave portion 15 is preferably provided at a depth of 5 to 100 μm (L shown in FIG. 4) from the second surface 4 h of the current collecting portion 7 f toward the inside from the viewpoint of bonding strength with the conductive bonding material 13. The opening 15a of the recess 15 is preferably provided with a size of 5 to 50 μm (W shown in FIG. 4). As a result, as described later, when a part of the conductive bonding material 13 is filled into the recess 15, it becomes easier to fill the recess 15, and the current collecting member 4 and the conductive bonding material 13 due to the anchor effect It is possible to improve the bonding strength.

ここで、集電部材4の作製方法について説明する。一枚の矩形状をした板部材にプレス加工を施して板部材の幅方向に延びるスリットを板部材の長手方向に複数形成する。そして、第1集電片4aおよび第2集電片4bとなるスリット間の部位を交互に引き出すことにより、図2に示す集電部材4を作製することができる。そして、凹部15に対応する凸部を有した部材を第2表面4hおよび第3表面4iに押し付けてめり込ませることにより、凹部15を形成する。凹部15を先細り形状とすることで、集電部材4に凹部15を容易に設けることができる。   Here, a method for producing the current collecting member 4 will be described. A single rectangular plate member is pressed to form a plurality of slits extending in the width direction of the plate member in the longitudinal direction of the plate member. And the current collection member 4 shown in FIG. 2 is producible by pulling out the site | part between the slits used as the 1st current collection piece 4a and the 2nd current collection piece 4b alternately. Then, the concave portion 15 is formed by pressing a member having a convex portion corresponding to the concave portion 15 against the second surface 4h and the third surface 4i so as to be recessed. By forming the recess 15 in a tapered shape, the recess 15 can be easily provided in the current collecting member 4.

また、第1集電片4aおよび第2集電片4bとなるスリット間の部位をはさんで引き出す部材の第2表面4hおよび第3表面4iと対向する面に凹部15に対応する凸部を設け、引き出す際に凸部をめり込ませて凹部15を形成しながら交互に引き出してもよい。   In addition, a convex portion corresponding to the concave portion 15 is formed on the surface facing the second surface 4h and the third surface 4i of the member that is pulled out across the portion between the slits serving as the first current collecting piece 4a and the second current collecting piece 4b. It is also possible to pull out alternately while forming the concave portion 15 by inserting the convex portion when forming and pulling out.

次に、集電部材4と燃料電池セル3との導電性接合材13による接合状態について、図5を用いて説明する。   Next, the joining state of the current collecting member 4 and the fuel cell 3 by the conductive joining material 13 will be described with reference to FIG.

図5に示すように集電部材4と燃料電池セル3とは導電性接合材13を介して接合されている。つまり、導電性接合材13により、集電部材4と燃料電池セル3とは電気的および機械的に接続されている。導電性接合材13は、集電部4fの第1表面4g、第2表面4hおよび第3表面4iと接するように設けられており、第2表面4hおよび第3表面4iに接する導電性接合材13はそれぞれ接合される燃料電池セル3側の方に多く配置され
ている。また、集電部材4の全周を被覆することにより、集電部4fを完全に覆うように導電性接合材13を設けてもよい。
As shown in FIG. 5, the current collecting member 4 and the fuel cell 3 are joined via a conductive joining material 13. That is, the current collecting member 4 and the fuel cell 3 are electrically and mechanically connected by the conductive bonding material 13. The conductive bonding material 13 is provided so as to be in contact with the first surface 4g, the second surface 4h, and the third surface 4i of the current collector 4f, and is in contact with the second surface 4h and the third surface 4i. A large number 13 is arranged on the side of the fuel cell 3 to be joined. Alternatively, the conductive bonding material 13 may be provided so as to completely cover the current collector 4f by covering the entire circumference of the current collector 4.

導電性接合材13は、燃料電池セル3と集電部材4とを接合するために配置されており、燃料電池セル3の空気極層10側には、空気極層10の全面にわたり設けられている。燃料電池セル3のインターコネクタ11側には、導電性接合材13がインターコネクタ11の全面にわたり設けられている。なお、空気極層10やインターコネクタ11の一部にのみ導電性接合材13を設けて、集電部材4と燃料電池セル3とを接合してもよい。   The conductive bonding material 13 is arranged to bond the fuel cell 3 and the current collecting member 4, and is provided on the air electrode layer 10 side of the fuel cell 3 over the entire surface of the air electrode layer 10. Yes. On the interconnector 11 side of the fuel cell 3, a conductive bonding material 13 is provided over the entire surface of the interconnector 11. Note that the conductive bonding material 13 may be provided only in part of the air electrode layer 10 and the interconnector 11 to bond the current collecting member 4 and the fuel cell 3.

そのため、図5に示すように、凹部15の内部には、導電性接合材13が収容されることとなり、流入部にも導電性接合材13が収容され、アンカー効果により、集電部材4と導電性接合材13との接合強度を向上させることができる。   Therefore, as shown in FIG. 5, the conductive bonding material 13 is accommodated in the concave portion 15, and the conductive bonding material 13 is also accommodated in the inflow portion. The bonding strength with the conductive bonding material 13 can be improved.

凹部15は、開口部15aよりも内方で、開口部15aの周囲に位置する表面の背後に流入部を有しており、この流入部に導電性接合材13の一部が収容されている。言い換えると、集電部材4の開口部15aが設けられた第2表面4hまたは第3表面4iから透視して、開口部15aよりも外側の領域に凹部15の一部が設けられており、この凹部15の一部にも導電性接合材13が収容されている。   The concave portion 15 is inward of the opening portion 15a and has an inflow portion behind the surface located around the opening portion 15a, and a part of the conductive bonding material 13 is accommodated in the inflow portion. . In other words, a part of the recess 15 is provided in a region outside the opening 15a as seen through the second surface 4h or the third surface 4i where the opening 15a of the current collecting member 4 is provided. The conductive bonding material 13 is also accommodated in a part of the recess 15.

そのため、集電部材4は、第1表面4gに対して第1の方向における集電部材4と燃料電池セル3との接合強度を向上させることができるとともに、第1表面4gに沿う方向における集電部材4と燃料電池セル3との接合強度を向上させることができる。それにより、接続信頼性の向上した燃料電池セル装置1とすることができる。   Therefore, the current collecting member 4 can improve the bonding strength between the current collecting member 4 and the fuel cell 3 in the first direction with respect to the first surface 4g, and the current collecting member 4 in the direction along the first surface 4g. The joining strength between the electric member 4 and the fuel cell 3 can be improved. Thereby, it can be set as the fuel cell apparatus 1 with improved connection reliability.

また、集電部材4は、隣り合う燃料電池セル3とそれぞれ接合するために、複数の集電部4fを備えており、一方の燃料電池セル3と接合される、隣り合う一方の集電部4fの第2表面4hと隣り合う他方の集電部4fの第3表面4iとが向かい合うように配置されている。そして、一方の集電部4fの第2表面4hおよび他方の集電部4fの第3表面4iに凹部15が設けられている。言い換えると複数の集電部4f同士が対向する表面に凹部15設けられている。そして、第2表面4hに設けられた凹部15および第3表面4iに設けられた凹部15は、第1表面4gの反対側に向けて傾いた状態で形成されている。   In addition, the current collecting member 4 includes a plurality of current collecting portions 4 f for joining with adjacent fuel cells 3, and one adjacent current collecting portion joined with one fuel cell 3. The second surface 4h of 4f and the third surface 4i of the other current collector 4f adjacent to each other are arranged to face each other. And the recessed part 15 is provided in the 2nd surface 4h of the one current collection part 4f, and the 3rd surface 4i of the other current collection part 4f. In other words, the recess 15 is provided on the surface where the plurality of current collectors 4f face each other. And the recessed part 15 provided in the 2nd surface 4h and the recessed part 15 provided in the 3rd surface 4i are formed in the state inclined toward the other side of the 1st surface 4g.

凹部15が、一方の集電部4fの第2表面4hおよび他方の集電部4fの第3表面4iに設けられていることから、集電部4fの配列方向(第1表面4gに沿う方向)における燃料電池セル3と集電部材4との接合強度を向上することができる。また、第2表面4hおよび第3表面4iに設けられた凹部15が、それぞれ第1表面4gの反対側に向けて傾いた状態で形成されていることから、例えば、第2表面4hに設けられた凹部15の開口部15aから凹部15の底部側に向けて延びる方向に応力が働いた場合においても、第3表面4iに設けられた凹部15により、集電部材4と導電性接合材13とが剥離することを抑えることができる。   Since the recess 15 is provided on the second surface 4h of the one current collector 4f and the third surface 4i of the other current collector 4f, the arrangement direction of the current collector 4f (the direction along the first surface 4g) ), The bonding strength between the fuel cell 3 and the current collecting member 4 can be improved. Further, since the recesses 15 provided in the second surface 4h and the third surface 4i are formed in a state inclined toward the opposite side of the first surface 4g, for example, provided in the second surface 4h. Even when stress is applied in a direction extending from the opening 15a of the recessed portion 15 toward the bottom side of the recessed portion 15, the current collecting member 4 and the conductive bonding material 13 are formed by the recessed portion 15 provided on the third surface 4i. Can be prevented from peeling.

また、第1表面4gに凹部15が設けられておらず、第2表面4hおよび第3表面4iにそれぞれ凹部15が設けられていることから、第1表面4gよりも第1の方向との交差角が小さくなる方向に沿って配置された第2表面4hおよび第3表面iに、凹部15が多く設けられている。言い換えると、集電部4fは、第1の方向との交差角が大きい表面よりも、第1の方向との交差角が小さい表面に凹部15が多く設けられている。   Moreover, since the recessed part 15 is not provided in the 1st surface 4g and the recessed part 15 is provided in the 2nd surface 4h and the 3rd surface 4i, respectively, it cross | intersects a 1st direction rather than the 1st surface 4g. Many concave portions 15 are provided on the second surface 4h and the third surface i arranged along the direction in which the corners are reduced. In other words, the current collector 4f is provided with more recesses 15 on the surface having a smaller intersection angle with the first direction than on the surface having a larger intersection angle with the first direction.

それにより、燃料電池セル3と向かい合う第1表面4gに設けられる凹部15の数が、
集電部4fの他の表面(例えば第2表面4hあるいは第3表面4i)に設けられる凹部15の数よりも少ないこととなる。そのため、第1の方向に流れる電流を妨げず、集電部材
4と導電性接合材13との接合強度を向上させることができる。つまり、集電部材4における電気的な抵抗の増大を抑えることができる。
Thereby, the number of recesses 15 provided on the first surface 4g facing the fuel cell 3 is
This is less than the number of recesses 15 provided on the other surface (for example, the second surface 4h or the third surface 4i) of the current collector 4f. Therefore, it is possible to improve the bonding strength between the current collecting member 4 and the conductive bonding material 13 without disturbing the current flowing in the first direction. That is, an increase in electrical resistance in the current collecting member 4 can be suppressed.

集電部4fの各表面に設ける凹部15は、集電部材4の形状や大きさによりその形状や設ける数を適宜設定することができるが、例えば、第1表面4gに凹部15を設ける場合、開口部15aが第1表面4gの面積の1〜5%となるように設けることが好ましい。その場合において、第2表面4hおよび第3表面4iに設ける凹部15は、それぞれの表面の面積の3〜10%となるように設けることが好ましい。   The recesses 15 provided on each surface of the current collector 4f can be appropriately set in shape and number depending on the shape and size of the current collecting member 4. For example, when the recess 15 is provided on the first surface 4g, The opening 15a is preferably provided so as to be 1 to 5% of the area of the first surface 4g. In that case, it is preferable to provide the recess 15 provided on the second surface 4h and the third surface 4i so as to be 3 to 10% of the area of each surface.

また、第1表面4gに凹部15を設ける場合、それぞれの凹部15の開口部15aの面積の総和が、第2表面4hおよび第3表面4iに設けるそれぞれの凹部15の開口部15aの面積の総和よりも小さくなるように設けることが好ましい。それにより、第1の方向における集電部4fの電気抵抗の増大を抑えることができる。さらに、第1表面4gに設ける凹部15の深さLを他の表面における凹部15よりも深くすることで、集電部材4と導電性接合材13との接合強度を強固にしつつ、電気抵抗の増大を抑えることができる。   When the recess 15 is provided on the first surface 4g, the total area of the openings 15a of the respective recesses 15 is the sum of the areas of the openings 15a of the respective recesses 15 provided on the second surface 4h and the third surface 4i. It is preferable to provide a smaller size. Thereby, an increase in electrical resistance of the current collector 4f in the first direction can be suppressed. Furthermore, by making the depth L of the concave portion 15 provided on the first surface 4g deeper than the concave portion 15 on the other surface, the bonding strength between the current collecting member 4 and the conductive bonding material 13 is strengthened, and the electric resistance is reduced. The increase can be suppressed.

第1の方向と第1表面4gまたは第2表面4hとの交差角とは、第1表面4gまたは第2表面4hと第1の方向に沿った直線とにより形成される角度である。ここで、第1の方向との交差角が小さい第2表面としては、第1の方向に対して斜めに配置されているものも含み、第1の方向と平行な第2表面も含む。   The intersection angle between the first direction and the first surface 4g or the second surface 4h is an angle formed by the first surface 4g or the second surface 4h and a straight line along the first direction. Here, the second surface having a small intersection angle with the first direction includes those arranged obliquely with respect to the first direction, and also includes a second surface parallel to the first direction.

なお、図5においては第1表面4gに凹部15を設けていない例を示したが、第1表面4gに、第2表面4hまたは第3表面4iに設けられる凹部15よりも少なく凹部15を設けてもよい。それにより、第1の方向の接合強度を向上させることができる。   Although FIG. 5 shows an example in which the recesses 15 are not provided on the first surface 4g, the recesses 15 are provided on the first surface 4g less than the recesses 15 provided on the second surface 4h or the third surface 4i. May be. Thereby, the joint strength in the first direction can be improved.

図6を用いて本発明の第2の実施形態である燃料電池セル装置17(セルスタック装置17)について説明する。   A fuel cell device 17 (cell stack device 17) according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

セルスタック装置17は、集電部材18に設けられた凹部15の配置および傾きの向きが、セルスタック装置1とは異なり、その他の構成は、セルスタック装置1と同様である。以下、同様の部材については同じ番号を付して示す。   The cell stack device 17 is different from the cell stack device 1 in the arrangement and inclination directions of the recesses 15 provided in the current collecting member 18, and the other configuration is the same as that of the cell stack device 1. Hereinafter, similar members are denoted by the same reference numerals.

集電部材18は、燃料電池セル3の空気極10と接合する側の第2集電片18bに設けられた凹部15が、第2表面18hおよび第3表面18iのうち第1表面18gと反対にある表面側に設けられている。また、凹部15が第1表面18g側に傾斜している点で集電部材4と構成が異なる。つまり、第2集電片18bにおいて、第2表面18hのうち第1表面18g側には凹部15が設けられておらず、凹部15が、第2表面18hのうち第1表面18gと反対側にある表面側に設けられている。また、第3表面18iに設けられた凹部15も同様に、第3表面18iのうち第1表面18gと反対にある表面側に設けられており、第2集電片18bにおいて、第3表面18iのうち第1表面18g側には凹部15が設けられていない。この場合においても、導電性接合材13と集電部材4との接合強度を向上させることができる。   In the current collecting member 18, the concave portion 15 provided in the second current collecting piece 18b on the side to be joined to the air electrode 10 of the fuel cell 3 is opposite to the first surface 18g of the second surface 18h and the third surface 18i. It is provided on the surface side. Further, the configuration is different from that of the current collecting member 4 in that the concave portion 15 is inclined toward the first surface 18g. That is, in the second current collecting piece 18b, the recess 15 is not provided on the first surface 18g side of the second surface 18h, and the recess 15 is on the opposite side of the second surface 18h from the first surface 18g. It is provided on a certain surface side. Similarly, the concave portion 15 provided on the third surface 18i is also provided on the surface side of the third surface 18i opposite to the first surface 18g. In the second current collecting piece 18b, the third surface 18i is provided. Of these, no recess 15 is provided on the first surface 18g side. Even in this case, the bonding strength between the conductive bonding material 13 and the current collecting member 4 can be improved.

図7、8を用いて、本発明の第3の実施形態であるセルスタック装置19を構成する集電部材4´について説明する。   A current collecting member 4 ′ constituting the cell stack device 19 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

凹部15´を含む任意の断面で断面視したとき、凹部15´は、開口部15´aを上面として、底部(図示せず)を底面とする台形形状を有しており、凹部15´を構成する側壁が内部へ向かうにつれて外側に広がるテーパー状となっている。そのため、開口部15´aよりも内方に位置する流入部15´bが、集電部材4´の第2表面4´hまたは第3
表面4´iの周囲の背後に位置している。また、凹部15´の内部に導電性接合材13が充填され、収容されている。
When viewed in a cross section with an arbitrary cross section including the recess 15 ', the recess 15' has a trapezoidal shape with the opening 15'a as the top surface and the bottom (not shown) as the bottom surface. The side wall which comprises comprises the taper shape which spreads outside as it goes inside. Therefore, the inflow portion 15 ′ b located inward of the opening 15 ′ a is formed on the second surface 4 ′ h or the third surface of the current collecting member 4 ′.
Located behind the periphery of the surface 4'i. In addition, the conductive bonding material 13 is filled and accommodated in the recess 15 ′.

そのため、充填された導電性接合材13が、導電性接合材13と集電部材4´とに生じた応力に対して凹部15´内で引っかかり、燃料電池セル3と集電部材4との接合強度を向上させることができる。また、第1表面4´gの延びる方向にそれぞれ流入部15´b
が設けられていることから、さらに燃料電池セル3と集電部材4との接合強度を向上させることができる。
Therefore, the filled conductive bonding material 13 is caught in the recess 15 ′ with respect to the stress generated in the conductive bonding material 13 and the current collecting member 4 ′, and the fuel cell 3 and the current collecting member 4 are bonded to each other. Strength can be improved. Also, the inflow portions 15'b in the extending direction of the first surface 4'g, respectively.
Therefore, the joining strength between the fuel cell 3 and the current collecting member 4 can be further improved.

凹部15´の底部は、開口部15´aよりも大きければよく、開口部15´aの径の大きさ(図7で示すW)の1.5〜2.5倍であることが好ましい。また、凹部15´の深さ(図7で示すL)は、5〜100μmであることが好ましい。それにより、導電性接合材13と、凹部15の内壁との接触面積を増加させることができ、集電部材4と導電性接合材13との接合強度を向上させることができる。   The bottom of the recess 15 ′ may be larger than the opening 15′a, and is preferably 1.5 to 2.5 times the size of the diameter of the opening 15′a (W shown in FIG. 7). Moreover, it is preferable that the depth (L shown in FIG. 7) of recessed part 15 'is 5-100 micrometers. Accordingly, the contact area between the conductive bonding material 13 and the inner wall of the recess 15 can be increased, and the bonding strength between the current collecting member 4 and the conductive bonding material 13 can be improved.

次に、集電部材4´と燃料電池セル3との接合状態について図8を用いて説明する。   Next, a joined state between the current collecting member 4 ′ and the fuel battery cell 3 will be described with reference to FIG. 8.

図8に示すセルスタック装置19は、集電部材4´を用いている点で第2の実施形態に係るセルスタック装置17と異なり、その他の点はセルスタック装置17と同じである。   The cell stack device 19 shown in FIG. 8 is different from the cell stack device 17 according to the second embodiment in that the current collecting member 4 ′ is used, and the other points are the same as the cell stack device 17.

集電部材4´は、燃料電池セル3の空気極10と接合する側の第2集電片4´bに設けられた凹部15´が、第2集電片4´bにおける第2表面4´hおよび第3表面4´iの第1表面4´g側には凹部15´が設けられておらず、第2表面4´hおよび第3表面4´iの第1表面4´gと反対側に設けられている点が集電部材4と構成が異なる。そして、集電部材4´に設けられている凹部15´は、開口15aを含む任意の断面で断面視したとき台形形状を有している。   The current collecting member 4 ′ has a recess 15 ′ provided in the second current collecting piece 4 ′ b on the side where the fuel cell 3 is joined to the air electrode 10, and the second surface 4 of the second current collecting piece 4 ′ b. The concave portion 15 'is not provided on the first surface 4'g side of' h and the third surface 4'i, and the first surface 4'g of the second surface 4'h and the third surface 4'i The configuration is different from the current collecting member 4 in that it is provided on the opposite side. The concave portion 15 ′ provided in the current collecting member 4 ′ has a trapezoidal shape when viewed in cross section with an arbitrary cross section including the opening 15 a.

凹部15´が台形形状を有していることから、開口部15´aを含むように断面視して、開口部15´aの両方の外側に凹部15´の流入部15´bがその内部にも形成されており、導電性接合材13が充填されていることから、集電部材4´と導電性接合材13との接合強度をさらに向上させることができる。   Since the concave portion 15 'has a trapezoidal shape, the inflow portion 15'b of the concave portion 15' is inside of the opening 15'a when viewed in cross section so as to include the opening portion 15'a. Since the conductive bonding material 13 is filled, the bonding strength between the current collecting member 4 ′ and the conductive bonding material 13 can be further improved.

次に、セルスタック装置1を収納容器21内に収納してなる燃料電池モジュール20について図9を用いて説明する。   Next, the fuel cell module 20 in which the cell stack device 1 is stored in the storage container 21 will be described with reference to FIG.

図9に示す燃料電池モジュール20は、燃料電池セル3にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器22をセルスタック2の上方に配置している。そして、改質器22で生成された燃料ガスは、ガス流通管23を介してガスタンク6に供給され、ガスタンク6を介して燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路(図示せず)に供給される。   The fuel cell module 20 shown in FIG. 9 includes a reformer 22 for reforming raw fuel such as natural gas or kerosene to generate fuel gas in order to obtain fuel gas used in the fuel cell 3. It is arranged above the cell stack 2. The fuel gas generated by the reformer 22 is supplied to the gas tank 6 through the gas circulation pipe 23, and a gas flow path (not shown) provided inside the fuel battery cell 3 through the gas tank 6. To be supplied.

なお、図9においては、収納容器21の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置1および改質器22を後方に取り出した状態を示している。ここで、図9に示した燃料電池モジュール20においては、セルスタック装置1を、収納容器21内にスライドして収納することが可能である。   FIG. 9 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 21 is removed and the cell stack device 1 and the reformer 22 housed inside are taken out rearward. Here, in the fuel cell module 20 shown in FIG. 9, the cell stack device 1 can be slid and stored in the storage container 21.

また収納容器21の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材24は、図9においてはガスタンク6に並置されたセルスタック2の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが、燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル3の側方を下端部側(一端部側)から上端部側(他端部側)に向かって流れるように、燃料電池セル3の下端部側に酸素含有ガスを供給す
るように構成されている。そして、燃料電池セル3のガス流路より排出される発電に使用されなかった余剰の燃料ガス(燃料オフガス)を燃料電池セル3の上端部の上方で燃焼させることにより、セルスタック2の温度を効果的に上昇させることができ、セルスタック装置1の起動を早めることができる。また、燃料電池セル3の上端部の上方にて、燃料電池セル3のガス流路から排出される発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることにより、セルスタック2の上方に配置された改質器22を温めることができる。それにより、改質器22で効率よく改質反応を行うことができる。
Further, the oxygen-containing gas introduction member 24 provided inside the storage container 21 is arranged between the cell stacks 2 juxtaposed in the gas tank 6 in FIG. 9, and the oxygen-containing gas is adapted to the flow of the fuel gas. Thus, an oxygen-containing gas is supplied to the lower end portion side of the fuel cell 3 so that the fuel cell 3 flows laterally from the lower end portion side (one end portion side) toward the upper end portion side (the other end portion side). It is configured as follows. The surplus fuel gas (fuel offgas) that has not been used for power generation discharged from the gas flow path of the fuel battery cell 3 is burned above the upper end of the fuel battery cell 3, so that the temperature of the cell stack 2 is increased. As a result, the cell stack device 1 can be started up quickly. In addition, the fuel gas that has not been used for power generation discharged from the gas flow path of the fuel cell 3 is burned above the upper end of the fuel cell 3, thereby improving the fuel cell 3. The quality device 22 can be warmed. Thereby, the reforming reaction can be efficiently performed in the reformer 22.

次に、燃料電池モジュール20と、燃料電池モジュール20を作動させるための補機(図示せず)とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置25について図10を用いて説明する。   Next, a fuel cell device 25 in which the fuel cell module 20 and an auxiliary machine (not shown) for operating the fuel cell module 20 are housed in an outer case will be described with reference to FIG.

図10に示す燃料電池装置25は、支柱26と外装板27から構成される外装ケース内を仕切板28により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール20を収納するモジュール収納室29とし、下方側を燃料電池モジュール20を作動させるための補機を収納する補機収納室30として構成されている。なお、補機収納室30に収納する補機を省略して示している。   The fuel cell device 25 shown in FIG. 10 has a module housing chamber 29 in which the inside of an exterior case composed of a support column 26 and an exterior plate 27 is vertically divided by a partition plate 28 and the upper side thereof houses the above-described fuel cell module 20. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 30 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 20. In addition, the auxiliary machine accommodated in the auxiliary machine storage chamber 30 is abbreviate | omitted and shown.

また、仕切板28には、補機収納室30の空気をモジュール収納室29側に流すための空気流通口31が設けられており、モジュール収納室29を構成する外装板27の一部に、モジュール収納室29内の空気を排気するための排気口32が設けられている。   Further, the partition plate 28 is provided with an air circulation port 31 for flowing the air in the auxiliary machine storage chamber 30 to the module storage chamber 29 side, and a part of the exterior plate 27 constituting the module storage chamber 29 An exhaust port 32 for exhausting air in the module storage chamber 29 is provided.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、上述したセルスタック装置1においては、燃料電池セル3のガス流路12に燃料ガスを供給し、燃料電池セル3の外側に酸素含有ガスを供給する例を示したが、ガス流路12に酸素含有ガスを供給し、燃料電池セル3の外側に燃料ガスを供給する構成としてもかまわない。その場合においては、内側電極層を空気極層10とし、外側電極層を燃料極層8とする構成の燃料電池セル3とすればよい。その際は、導電性接合材13の成分を燃料極層8と同様の組成にすることにより、外側電極層としての燃料極層8と導電性接合材13との接合強度を向上させることができる。   For example, in the cell stack device 1 described above, the example in which the fuel gas is supplied to the gas flow path 12 of the fuel battery cell 3 and the oxygen-containing gas is supplied to the outside of the fuel battery cell 3 has been shown. Alternatively, an oxygen-containing gas may be supplied to the fuel cell 3 and the fuel gas may be supplied to the outside of the fuel cell 3. In that case, what is necessary is just to set it as the fuel cell 3 of the structure which makes an inner side electrode layer the air electrode layer 10, and makes an outer side electrode layer the fuel electrode layer 8. FIG. In this case, the bonding strength between the fuel electrode layer 8 as the outer electrode layer and the conductive bonding material 13 can be improved by setting the components of the conductive bonding material 13 to the same composition as that of the fuel electrode layer 8. .

集電部材4は表面の一部に凹部15を有するものであればよく、凹部15の形状は限定されるものではない。例えば、凹部15をくぼみやへこみ等の形状にした場合においても、アンカー効果により集電部材4と導電性接合材13との接合強度を向上させることができ、集電部材4と燃料電池セル3との剥離を抑えることができる。   The current collection member 4 should just have the recessed part 15 in a part of surface, and the shape of the recessed part 15 is not limited. For example, even when the recess 15 has a shape such as a dent or dent, the bonding strength between the current collecting member 4 and the conductive bonding material 13 can be improved by the anchor effect, and the current collecting member 4 and the fuel cell 3 can be improved. Peeling can be suppressed.

さらに、本明細書においては、長手方向に複数形成された集電部4fにより構成された集電部材4の例を示したが、一枚の集電部4fにより集電部材4を構成してもよい。   Furthermore, in the present specification, an example of the current collecting member 4 configured by a plurality of current collecting portions 4f formed in the longitudinal direction is shown, but the current collecting member 4 is configured by one current collecting portion 4f. Also good.

1、17、19:燃料電池セル装置
2:セルスタック
3:燃料電池セル
4、4´、18:集電部材
4a、4´a、18a:第1集電片
4b、4´b、18b:第2集電片
4f、4´c、18f:集電部
4g、4´d、18g:第1表面
4h、4´e、18h:第2表面
4i、4´f、18i:第3表面
6:ガスタンク
13:導電性接合材
15、15´:凹部
15a、15´a:開口部
15b、15´b:流入部
20:燃料電池モジュール
25:燃料電池装置
1, 17, 19: Fuel cell device 2: Cell stack 3: Fuel cell 4, 4 ', 18: Current collecting member 4a, 4'a, 18a: First current collecting piece 4b, 4'b, 18b: 2nd current collection piece 4f, 4'c, 18f: Current collection part 4g, 4'd, 18g: 1st surface 4h, 4'e, 18h: 2nd surface 4i, 4'f, 18i: 3rd surface 6 : Gas tank 13: Conductive bonding material 15, 15 ': Recess 15a, 15'a: Opening 15b, 15'b: Inflow part 20: Fuel cell module 25: Fuel cell device

Claims (2)

燃料電池セルと、
表面に凹部を有する集電部材と、
一部が前記凹部内に設けられ、前記燃料電池セルと前記集電部材とを接合する導電性接合材とを備え、
前記凹部は、該凹部の開口部を含む任意の断面で断面視したとき、
前記開口部よりも内方で、前記開口部の周囲に位置する表面の背後に流入部を有しており、該流入部に前記導電性接合材の一部が収容されていることを特徴とする燃料電池セル装置。
A fuel cell;
A current collecting member having a recess on the surface;
A part is provided in the recess, and includes a conductive bonding material that bonds the fuel cell and the current collecting member,
When the concave portion is viewed in cross section at an arbitrary cross section including the opening of the concave portion,
It has an inflow portion behind the surface located around the opening, inward of the opening, and a portion of the conductive bonding material is accommodated in the inflow portion. A fuel cell device.
前記燃料電池セルの複数個が間に前記集電部材を介して第1の方向に配列され、
前記集電部材は、前記燃料電池セルに向かい合う第1表面と、該第1表面よりも前記第1方向との交差角が小さくなる方向に沿って配置された第2表面とを備え、
前記第1表面よりも前記第2表面に前記凹部が多く設けられている請求項1に記載の燃料電池セル装置。
A plurality of the fuel cells are arranged in the first direction with the current collecting member interposed therebetween,
The current collecting member includes a first surface facing the fuel battery cell, and a second surface arranged along a direction in which an intersection angle with the first direction is smaller than the first surface,
2. The fuel cell device according to claim 1, wherein more of the recesses are provided on the second surface than on the first surface.
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