JP2013114784A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池40は,空気極層55,電解質層56,および燃料極層57を有する平板状の燃料電池セル本体44と,空気極層と電気的に接続される板状の第1の導電性部材41と,燃料極層と電気的に接続される板状の第2の導電性部材45と,第1,第2の導電性部材の間に配置される板状の絶縁性部材52と,を具備する燃料電池であって,燃料電池本体,第1,第2の導電性部材,絶縁性部材52が厚み方向に沿って一体に積層されており,絶縁性部材52が,第1,第2の導電性部材の何れの外周よりも,面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する。
【選択図】図3
Description
なお,溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell)でも,SOFCと同様に,高温で使用されることから,スケールの成長,剥離等により,導電性部材間の絶縁性が維持されなくなる可能性がある。
本発明は,導電性部材間での絶縁性の確保の確実性を向上した燃料電池を提供することを目的とする。
また,貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され,この一部が前記第1〜3の貫通孔の内周面に接触することで,絶縁部材の位置決めと,第1,第2の導電性部材間の絶縁性と,の両立が容易となる。
第1〜第3の貫通孔を,位置決め,ガス流路の双方に利用可能となる。
貫通部材を通して,燃料ガスまたは酸化剤ガスを通過させることができる。
第1〜3の貫通孔と貫通部材との間をガス流路として利用できる。
絶縁性部材の位置決めと,燃料電池本体等の締め付けの双方に,貫通部材を利用できる。
貫通部材と締結部材の組み合わせを,絶縁性部材の位置決めと,燃料電池本体等の締め付けの双方に利用できる。
なお,第1或いは第2の導電性部材と絶縁性部材との間に「他の部材」が介在されている場合では,前述した凹部または凸部に対応する(係合可能となる)ように,「他の部材」の表面にも「凸部」または「凹部」を形成してもよい。
また,位置決め手段として,「凸部」と「凹部」のいずれか一種を採用してもよく,両方を採用しても良い。
第3の貫通孔を第1,第2の貫通孔よりも小さい径とすることにより,の内部に配置することが可能となり,第1,第2の貫通孔間での絶縁性の確保の確実性が向上する。
マイカ,バーミキュライト,ガラスを用いて,燃料電池の使用時での耐高温性を確保しつつ,第1,第2の導電性部材間の絶縁性を確保できる。
図1は,本発明の第1実施形態に係る固体酸化物形燃料電池10を表す斜視図である。固体酸化物形燃料電池10は,燃料ガス(例えば,水素)と酸化剤ガス(例えば,空気(詳しくは空気中の酸素))との供給を受けて発電を行う装置である。
エンドプレート11,12は,積層される燃料電池セル40(1)〜40(4)を押圧,保持する保持板であり,かつ燃料電池セル40(1)〜40(4)からの電流の出力端子でもある。
絶縁フレーム52は,インターコネクタ41,45間を電気的に絶縁する,セラミックス製のフレームである。具体的には,絶縁フレーム52は,インターコネクタ41,45の間において,一方の面が空気極フレーム51に,他方の面がセパレータ53に接触して配置されている。この結果,絶縁フレーム52により,インターコネクタ41,51間が電気的に絶縁されている。なお,絶縁フレーム52は,本発明の絶縁性部材を構成するものである。
セパレータ53は,セル本体44を接合し,かつ酸化剤ガス流路47,燃料ガス流路48を遮断する金属製のフレームである。
燃料極フレーム54は,燃料ガス流路48側に配置される絶縁材料(セラミック)製のフレームである。なお,後述のように,燃料極フレーム54を金属等の導電性材料から構成することも可能である。
第1の貫通孔:インターコネクタ41(第1の導電性部材)の貫通孔31〜33のいずれか
第2の貫通孔:インターコネクタ45(第2の導電性部材)の貫通孔31〜33のいずれか(第2の貫通孔)
第3の貫通孔:絶縁フレーム52,燃料極フレーム54(絶縁性部材)の貫通孔31〜33のいずれか
ボルト21は,積層されたエンドプレート11,12,燃料電池セル40(1)〜40(4)を押圧,固定するための部材である。
図5(a)は,ボルト21の一例を表す斜視図である。この例では,ボルト21は,略円柱形状を有する。この場合,ボルト21が位置決め手段を構成する貫通部材として機能する。
既述のように,ボルト21の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され,絶縁部材で構成された一部が貫通孔31の内周面に接触しても良い。
なお,ボルト21として,後述の図6(a)〜(c),図7(a),(b)に対応する形状を採用することも可能である。
ボルト23(23a,23b)は酸化剤ガス流路25(25a,25b)と接続された酸化剤ガス流入出口28を有する。酸化剤ガス流入出口28は,酸化剤ガス流路25(25a,25b)に酸化剤ガスを流入流出させる。
燃料ガス流入出口26,酸化剤ガス流入出口28は,燃料ガス流路24,酸化剤ガス流路25と連通するように,ボルト22,23の側部に設けられた貫通穴である。
既述のように,ボルト22,23の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成され,絶縁部材で構成された一部が貫通孔32,33の内周面に接触しても良い。
即ち,ボルト22(22a,22b)内の燃料ガス流路24(24a,24b)の燃料ガス流入出口26から燃料極フレーム54の開口46(燃料ガス流路48)内に燃料ガスが流入,流出する。ボルト23(23a,23b)内の酸化剤ガス流路25(25a,25b)の酸化剤ガス流入出口28から空気極フレーム51の開口46(酸化剤ガス流路47)内に酸化剤ガスが流入,流出する。
本実施形態では,本発明の「貫通部材」を,積層された各部材を一体に締め付けるためのボルト23(23a,23b)として説明したが,ボルト23に限らず,貫通孔31〜33(または,貫通孔31〜33とは別個に,燃料電池セル40(1)〜40(4)に設けられた貫通孔)に挿入して位置決めできるものであれば良い。例えば,位置決めピンなどが挙げられる。
図8は,第2の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池10aを表す模式断面図である。図9は,固体酸化物形燃料電池10aの燃料電池セル40aの断面図である。
図10は,第3の実施形態に係る固体酸化物形燃料電池10bの燃料電池セル40bの断面図および分解斜視図である。
また,位置決め手段としての凹凸部72は,積層される各部材(例えば,インターコネクタ41,45,セパレータ53,各フレーム51,52,54)の積層方向に沿って同じ位置に形成すると良い。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記実施形態では,固体酸化物形燃料電池を例として本発明を説明したが,本発明は,溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)等燃料電池一般に適用できる。
11,12 エンドプレート
21〜23 ボルト
24 燃料ガス流路
25 酸化剤ガス流路
26 燃料ガス流入出口
28 酸化剤ガス流入出口
31〜33 貫通孔
35 ナット
40 燃料電池セル
41,45 インターコネクタ
42 集電体
43 枠部
44 セル本体
46 開口
47 酸化剤ガス流路
48 燃料ガス流路
49 外周部
51 空気極フレーム
52 絶縁フレーム
53 セパレータ
54 燃料極フレーム
55 空気極
56 固体電解質体
57 燃料極
61 切欠
62 切欠
71 絶縁部材
72 凹凸部
Claims (11)
- 空気極層,電解質層,および燃料極層を有する平板状の燃料電池セル本体と,
前記空気極層と電気的に接続される板状の第1の導電性部材と,
前記燃料極層と電気的に接続される板状の第2の導電性部材と,
前記第1,第2の導電性部材の間に配置されている板状の絶縁性部材と,を具備する燃料電池であって,
前記燃料電池本体,前記第1,第2の導電性部材,前記絶縁性部材が厚み方向に沿って一体に積層されており,
前記絶縁性部材が,前記第1,第2の導電性部材の何れの外周よりも,面方向の全周に亘って張り出した外周部を有する
ことを特徴とする燃料電池。 - 前記第1,第2の導電性部材と前記絶縁性部材との相対位置を位置決めするための位置決め手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記位置決め手段は,
前記第1の導電性部材の厚み方向に形成される第1の貫通孔と,
前記第1の貫通孔の位置に対応するように,前記第2の導電性部材の厚み方向に形成される第2の貫通孔と,
前記第1及び第2の貫通孔の位置に対応するように,前記絶縁性部材の厚み方向に形成される第3の貫通孔と,
前記第1〜第3の貫通孔を貫通する貫通部材と,を有し,
前記貫通部材は,該貫通部材の外周面の少なくとも一部が絶縁部材で構成されており,前記絶縁部材で構成された前記一部が前記第1〜3の貫通孔の内周面に接触している
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。 - 前記第1〜第3の貫通孔が,燃料ガスまたは酸化剤ガスのいずれかを通過させるガス流路として機能する
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。 - 前記ガス流路は,前記貫通部材の内部に形成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池。 - 前記ガス流路は,前記貫通部材の前記外周面と前記第1〜3の貫通孔の前記内周面の間に形成されている
ことを特徴とする請求項4また5に記載の燃料電池。 - 前記貫通部材は,前記燃料電池本体,前記第1,第2の導電性部材,前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付けるためのボルトである
ことを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の燃料電池。 - 前記貫通部材は,筒状であり,かつ,内周側に,前記燃料電池本体,前記第1,第2の導電性部材,前記絶縁性部材を前記積層方向に貫通して一体に締め付ける棒状の締結部材が挿通されている
ことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。 - 前記位置決め手段が,
前記第1の導電性部材,
前記第2の導電性部材,及び,
前記絶縁性部材のそれぞれの表面に形成されている凸部及び/又は凹部を有する
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。 - 前記第3の貫通孔が,前記第1,第2の貫通孔の何れよりも,小さい径を有し,前記積層方向から見た際,前記第3の貫通孔は,前記第1,第2の貫通孔のいずれの内周で規定された領域の内側に位置する
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 - 前記絶縁性部材が,マイカ,バーミキュライト,ガラスの少なくとも何れかを含む
ことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の燃料電池。
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