JP2013093184A - 燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の集電突起13を両面にそれぞれ起立形成したセパレータ11を有する燃料電池スタックにおいて、上記複数の集電突起13を互いに対向させて配列したことを特徴としている。セパレータ11よりも集電突起13の強度を大きくし、かつ、その集電突起13よりも単セル22の強度を大きくすると、単セル22に反りや歪みがある場合、セパレータ11が変形することになるため、一方のガス流通路の高さだけが低くなるのを防止し、それらガス流通路の高さのばらつきを緩和することができる。
【選択図】図1
Description
特許文献1に開示された燃料電池ユニットは、単セルとセパレータ板との間に、外縁部を閉塞した扁平なガス室を有するディスク型のものであり、一方の面に複数の弾性突部を設け且つ他方の面を平坦面とした集電プレートを備え、セパレータ板の少なくとも単セル側の面に集電プレートの平坦面を接合して双方を一体化するとともにに、弾性突部を単セルに圧接させた構成のものである。
しかしながら、特許文献1に開示された燃料電池ユニットにおいて、インターコネクタを薄板化すると、脆弱となって積層時に変形が生じて、単セルへの集電構造体の押し付け圧力が不足し、また、集電構造体が単セルに接触しないこととなって、集電抵抗が増加、効率低下を招く。
また、ガス流路の高さ(セルとセパレータ間の間隔)として所要の値が得られなくなり、出力低下や温度分布の発生を招来するという未解決の課題がある。
この構成においては、複数の集電突起を互いに対向させて配列しているので、インターコネクタを薄型化したときにも、積層時の変形を防止できる。
セパレータ11は、図3(A)に示すように、それの両端部に発電用ガスの供給及び排出を行うためのマニホールド部M,Mがそれぞれ形成された横長方形のものである。
本実施形態において示す発電用ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスである。
本実施形態においては、後述する単セル22に対向する領域に、多数の集電突起13を配列している。
また、本実施形態において示す集電突起13は、上記図5に示す配列に限るものではなく、他の配列形態にすることができる。
なお、本実施形態においては、説明の簡略化のために、ガス流通方向α1において互いに一定の間隔で配列された7つの集電突起からなる突起列B1〜B10で示すものを例示している。
この集電突起13は、図3(C),図4に示すように、ガス流通方向α1から見たときに縦長方形に、かつ、ガス流通方向α1と直交する方向βから見たときに、基端部13aから先端部13bに向けてガス流通方向α1の下流側に傾斜させて形成しており、それらは基板14から切り起こすことにより形成している。
なお、集電突起13の形状は、上記図3に示すもの限るものではなく、他の公知の形状に形成できることは勿論である。
敷衍すると、図4に示すように、基板14の開口14aであってガス流通方向α1の上流側辺縁14bから、その開口14aの当該下流側辺縁14cに向けて傾けられている。
上記した集電突起13は、打ち抜き加工等の切断加工や、エッジング加工等のように材料の除去を伴う加工により縁取りした部分を折り曲げることにより微細構造に形成することができる。
すなわち、各集電突起13が、面接触部13dを介して単セル22に接触するようにしている。
すなわち、図3,6に示すように、セパレータ11の両面11a,11bに配設された二つの集電突起13,13は、これらの先端部13b,13bを揃えている。換言すると、それらの面接触部13d,13dどうしが平面視において重なる位置となるようにしている。
そして、それぞれの基板14,14をセパレータ11の両面に当接させ、かつ、集電突起13の先端部13bを単セル22に当接させることにより、その単セル22とセパレータ11との間にガス流通路S1(S2)を区画形成している。
換言すると、上記両集電板12,12の集電突起13,13は、これの鈍角をなす板面部00bをそれぞれガス流通方向α1,α2の各下流側に向けて配列している。
なお、セパレータ11の下面11bに接合した集電板12の集電突起13の形状は、上記した形態に限るものではなく、他の公知の形状に形成できることは勿論である、
単セル22は、固体電解質を燃料極と空気極で挟持した構造のものである。
それらマニホールド孔H1〜H3は、酸化剤ガス供給用(H1)、燃料ガス排出用(H2)及び酸化剤ガス供給用(H3)のものであり、図1に示す積層方向γにそれぞれの流路を形成している。
本実施形態においては、上記セパレータ11の両面に、互いに対向させて起立形成した複数の集電突起13を有しているとともに、それら各集電突起13が単セル22に接している面積を同一にしているので、その単セル22からセパレータ11への応力が上下から均等に作用するため、そのセパレータ11の変形を抑制することができる。
これにより、集電突起13の単セル22への適切な接触と押し付け力を確保できるとともに、適切なガス流路高さを確保できる。
また、集電突起(集電板)の材質としては、ステンレスに限らず耐熱鋼若しくはそれらに必要な被覆を施したものを用いることができる。
集電突起の材質が、燃料極,空気極側で異ならせている場合にも、集電突起の反力を同じにして、セパレータに同じ応力を作用させればよい。
本実施形態においては、集電突起13よりもセパレータ11の強度を大きくし、かつ、そのセパレータ11よりも単セル22の強度を大きくした関係にしている。
集電突起13の応力を、上記したようにセパレータ11の同じ対向位置、同じ面積で受け止める構造としているので、薄く、かつ、剛性の低いセパレータであっても上記と同じ効果を得ることができる。
また、集電突起13の応力を、上記したセパレータ11の同じ位置、同面積で受け止める構造とすることにより、このような統制されたセパレータ11の変形が可能になる。
図9においては、上記セパレータ11よりも集電突起13の強度を大きくし、かつ、その集電突起13よりも単セル22の強度を大きくしたものである。
また、集電突起13の応力を、セパレータ11の同じ位置、同面積で受け止める構造とすることにより、このような統制されたセパレータ11の変形が可能になる。
集電板55は、基板56に曲面で形成されたドーム形の各集電突起57を一定の間隔にして形成したものである。
このような構造からなるインターコネクタ50であっても、上記したものと同様の効果を得ることができる。
第二の変形例に係るインターコネクタ60は、図10に示すセパレータ11を介することなく、集電板55,55どうしを、これらの複数のドーム形の各集電突起57,57を互いに対向させて直接接合した構成のものである。
このような構造からなるインターコネクタ70であっても、上記したものと同様の効果を得ることができる。
図示の燃料電池ユニットU2は平面視円形にしたディスク型のものであり、これを積層することにより燃料電池スタックを構成するものである。
燃料電池ユニットU2は、円形の単セル80と、この単セル80の片面(上面)に対向するインターコネクタ90を備え、単セル80とインターコネクタ90との間に外縁部を閉塞した袋綴じ構造の扁平なガス室を形成したものである。
なお、図13において示す(81)は、上記単セル80の中央孔に装着する内周リング、(82)は、単セル80とインターコネクタ90の外周部どうしを接合封止するための外周リング、(83)は、当該ユニットを積層した際に下段のユニットとの間に介装されるスペーサである。
すなわち、図14に矢印で示すように、中央部分において、供給路P1からの四つの供給部と排出路P2への四つの排出部とが周方向に交互に配置してあり、ユニット内全域に燃料ガスが均一に流通するようにしている。
集電板92,93は、上記区画材84bに対向する領域を平坦面に形成するとともに、各発電エリアの輪郭形状に一致させて、上記した集電突起13を扇形に配列してなる突起領域92a〜92hを形成したものである。
そして、上記構成を備えた集電プレート92,93は、起立形成した複数の集電突起を互いに対向させるようにしてセパレータ91の上下両面に接合されている。
この構成によっても、インターコネクタを薄型化したときにも、積層時の変形を防止することができる。
13,57,76 集電突起
22,80 単セル
S1,S2 ガス流通路
Claims (9)
- 複数の集電突起を両面にそれぞれ起立形成したセパレータを有する燃料電池スタックにおいて、
上記複数の集電突起を互いに対向させて配列していることを特徴とする燃料電池スタック。 - 各集電突起が弾性材で形成されている請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 各集電突起が曲面で形成されたドーム形に形成されている請求項1又は2に記載の燃料電池スタック。
- 各集電突起がメッシュ板で形成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
- セパレータと集電突起とが別体にして形成されており、
集電突起よりもセパレータの強度を大きくし、かつ、そのセパレータよりも単セルの強度を大きくしている請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。 - セパレータと集電突起とが別体にして形成されており、
上記セパレータよりも集電突起の強度を大きくし、かつ、その集電突起よりも単セルの強度を大きくしている請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。 - 一方の発電用ガスのガス流通路に臨む集電突起の強度が、他方の発電用ガスのガス流通路に臨む集電突起の強度よりも大きくしている請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
- 他方の発電用ガスのガス流通路に臨む集電突起の強度が、一方の発電用ガスのガス流通路に臨む集電突起の強度よりも大きくしている請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池スタック。
- 単セルとセパレータとの間に、外縁部を閉塞した扁平なガス流通路を有するディスク型の燃料電池スタックにおいて、
上記セパレータの両面に、互いに対向させて起立形成した複数の集電突起を有することを特徴とする燃料電池スタック。
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