JP2013232385A - Seal structure and fuel cell stack structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シール構造体及び燃料電池スタック構造体に関する。更に詳細には、本発明は、優れたガスシール性を発揮し得るシール構造体及び燃料電池スタック構造体に関する。 The present invention relates to a seal structure and a fuel cell stack structure. More specifically, the present invention relates to a seal structure and a fuel cell stack structure that can exhibit excellent gas sealing properties.
従来、接合方法や接合工程の自由度の拡大及び接合工程の歩留りの向上を実現したうえで、ガスリークが生じる懸念をほとんど皆無とすることが可能である固体電解質型燃料電池のスタック構造体が提案されている(特許文献1参照。)。 Conventionally, a stack structure of a solid oxide fuel cell has been proposed, which can increase the degree of freedom of the joining method and joining process and improve the yield of the joining process, and can eliminate almost no concern about gas leakage. (See Patent Document 1).
このスタック構造体は、単セルと、円形薄板状を成し且つ中心部分にガス導入口及び排出口を有すると共に単セルを固定するセル取付部を有する一方の金属製セパレータと、円形薄板状を成し且つ中心部分にガス導入口及び排出口を有する他方の金属製セパレータと、両セパレータ間に形成される空間内に収容されて両セパレータのガス導入口及び排出口と連通して空間内に対するガス供給及び排出を行う流路部品を備える。そして、このスタック構造体は、この流路部品が両セパレータのうちの少なくとも一方のセパレータに空間の内部側で接合した固体電解質型燃料電池を積層して成るものである。また、このスタック構造体は、互いに重なり合う固体電解質型燃料電池が、各々のセパレータの中心部分に位置する段差部同士の溶接による接合により固定してある。 This stack structure has a single cell, one metal separator having a circular thin plate shape and having a gas introduction port and a discharge port in the central portion and a cell mounting portion for fixing the single cell, and a circular thin plate shape. The other metal separator having a gas inlet and outlet at the center and a space formed between the two separators and communicating with the gas inlet and outlet of both separators. A flow path component for supplying and discharging gas is provided. The stack structure is formed by laminating a solid oxide fuel cell in which the flow path component is joined to at least one of the separators on the inner side of the space. Further, in this stack structure, solid oxide fuel cells that overlap each other are fixed by welding of stepped portions located at the central portion of each separator.
しかしながら、本発明者らが検討したところ、上記特許文献1に記載されたスタック構造体にあっては、溶接ビードの突出や溶接時の入熱による変形が生じていることが分かった。そして、より厳密なガスシール性の確保を図るにあたっては、平面度の確保が十分でなく、ガスシール性について改善の余地があった。 However, as a result of studies by the present inventors, it has been found that the stack structure described in Patent Document 1 is deformed due to protrusion of the weld bead and heat input during welding. And in ensuring more strict gas-sealing performance, the flatness is not sufficiently ensured, and there is room for improvement in gas-sealing performance.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、その目的とするところは、優れたガスシール性を発揮し得るシール構造体及び燃料電池スタック構造体を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. And the place made into the objective is to provide the sealing structure and fuel cell stack structure which can exhibit the outstanding gas-sealing property.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、一方のセパレータ側に配設される流路部材と他方のセパレータ側に配設される流路部材と、該2つの流路部材の間に配設されるシール部材とを備え、該流路部材の少なくとも一方を、2以上の部材の少なくとも1つに形成された少なくとも1つの凹部内に形成された溶接ビードで溶接された溶接接合部材とした構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, a flow path member disposed on one separator side, a flow path member disposed on the other separator side, and a seal member disposed between the two flow path members, By configuring at least one of the flow path members as a welded joint member welded with a weld bead formed in at least one recess formed in at least one of the two or more members, the above object is achieved. The inventors have found that this can be achieved and have completed the present invention.
すなわち、本発明のシール構造体は、燃料電池スタック構造体において単セルを挟む2つのセパレータの間に配設されるシール構造体である。
そして、本発明のシール構造体は、一方のセパレータ側に配設される流路部材と他方のセパレータ側に配設される流路部材と、2つの流路部材の間に配設されるシール部材とを備える。
また、本発明のシール構造体においては、流路部材の少なくとも一方が、2以上の部材の少なくとも1つに形成された少なくとも1つの凹部内に形成された溶接ビードで溶接された溶接接合部材である。
That is, the seal structure of the present invention is a seal structure disposed between two separators sandwiching a single cell in a fuel cell stack structure.
The seal structure of the present invention includes a flow path member disposed on one separator side, a flow path member disposed on the other separator side, and a seal disposed between the two flow path members. A member.
In the seal structure of the present invention, at least one of the flow path members is a welded joint member welded with a weld bead formed in at least one recess formed in at least one of the two or more members. is there.
また、本発明の燃料電池スタック構造体は、上記本発明のシール構造体を備える。 The fuel cell stack structure of the present invention includes the above-described seal structure of the present invention.
本発明によれば、一方のセパレータ側に配設される流路部材と他方のセパレータ側に配設される流路部材と、該2つの流路部材の間に配設されるシール部材とを備え、該流路部材の少なくとも一方を、2以上の部材の少なくとも1つに形成された少なくとも1つの凹部内に形成された溶接ビードで溶接された溶接接合部材とすることなどとした。
そのため、優れたガスシール性を発揮し得るシール構造体及び燃料電池スタック構造体を提供することができる。このような燃料電池スタック構造体は、優れたガスシール性を発揮させて燃料利用率を向上させることができる。
According to the present invention, the flow path member disposed on one separator side, the flow path member disposed on the other separator side, and the seal member disposed between the two flow path members. And at least one of the flow path members is a weld joint member welded with a weld bead formed in at least one recess formed in at least one of the two or more members.
Therefore, it is possible to provide a seal structure and a fuel cell stack structure that can exhibit excellent gas sealing properties. Such a fuel cell stack structure can improve fuel utilization by exhibiting excellent gas sealing properties.
以下、本発明の一実施形態に係るシール構造体及び燃料電池スタック構造体について、固体酸化物形燃料電池スタック構造体に適用した場合を例に挙げて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, a seal structure and a fuel cell stack structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example a case where the structure is applied to a solid oxide fuel cell stack structure. In addition, the dimension ratio of drawing quoted by the following embodiment is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池スタック構造体の一例を示す概略斜視図、図2は、第1の実施形態に係る燃料電池スタック構造体における部分断面図、図3は、図3のA線に囲まれた領域の一例を示す部分拡大図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a fuel cell stack structure according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack structure according to the first embodiment. FIG. 4 is a partially enlarged view showing an example of a region surrounded by line A in FIG. 3.
本実施形態の燃料電池スタック構造体(以下「セルスタック」という。)1は、複数の固体酸化物形燃料電池(以下「セルユニット」という。)10を互いに所要の間隙をもって積層してなるものであり、それらセルユニット10内外に、ガス導入口及びガス排出口を配置した構成となっているホルダ部を介して二種類の反応用ガスを互いに分離して流通させることによる発電を行うようにしたものである。
A fuel cell stack structure (hereinafter referred to as “cell stack”) 1 of the present embodiment is formed by laminating a plurality of solid oxide fuel cells (hereinafter referred to as “cell units”) 10 with a predetermined gap therebetween. So that power generation is performed by separating and circulating two kinds of reaction gases from each other through a holder portion in which a gas inlet and a gas outlet are arranged inside and outside the
本実施形態においては、一方の反応用ガスが炭化水素燃料(燃料ガス)であり、他方の反応用ガスが空気であるが、詳細を後述するセルユニットの空気極、燃料極の相対的な配置に応じ、一方の反応用ガスを空気、他方の反応用ガスを炭化水素燃料としてもよい。 In the present embodiment, one reaction gas is a hydrocarbon fuel (fuel gas) and the other reaction gas is air, but the relative arrangement of the air electrode and fuel electrode of the cell unit, which will be described in detail later. Accordingly, one reaction gas may be air and the other reaction gas may be a hydrocarbon fuel.
セルユニット10は、固体酸化物形の単セル11、薄型流路部材12、流路形成体13及びセパレータ14を主要の構成としたものである。
The
単セル11は、上記した燃料極(アノード極)11Aと空気極(カソード極)11Cとを電解質11Bの上下両側に互いに対設したものであり、貫通孔11aを中心に配設した円環形に形成されている。
The
セパレータ14は、単セル11の外径よりも大きな外径にした金属製の板体であり、これの中心に円形孔14aが形成されているとともに、その中間部の外周縁部内外面(下面)に、単セル11の燃料極11Aに当接する集電用の金属多孔質体14Aが配設されている。
このセパレータ14の外周縁部には、図示しないが、これの全周にわたる円環形にしたスペーサが固定されているとともに、そのスペーサの上面に、円環形の内周板が内方に延出した状態で固定されている。また、スペーサの下面と電解質の外周縁部上面を、これらの間に介在させたガラス接着剤によって接着固定している。
The
Although not shown in the figure, an annular spacer is fixed to the outer peripheral edge of the
流路形成体13は、流路部材13A、13Bを有しており、これらには、上記したガス流通空間βに上記いずれかの反応用ガスを給排送するための流路を共通に連通させて形成している。
The flow
流路部材13Aは、単セル11の貫通孔11aの内径よりもやや小さい外径にした円柱形のものである。
流路部材13Bは、これの下面に、ガス流通用溝13cが流路13bとガス流通空間βとを連通させて形成されており、後記する薄型流路部材12よりもやや大きな外径の円板形にして形成されている。
The
The
薄型流路部材12は、単セル11の貫通孔11aよりも大きな外径の円環形にした金属製の板体である。
すなわち、単セル11の貫通孔11aよりも大きな外径の円環形に形成することにより、平面視において単セル11の内周縁部に重ね合わせ、この重ね合わせた部分において、ガラス接着剤15を介して単セル10の内周縁部上面に接着されている。
上記した流路形成体13、薄型流路部材12及びセパレータ14は、ともに軸線Oを中心とした同心配置にしている。
The
That is, by forming an annular shape having an outer diameter larger than the through-
The flow
なお、ガラス接着剤15を介して単セル11の内周縁部上面に接着した状態において、単セル11の燃料極11Aの下面と、流路部材13Bとの間に空隙を生じさせるように流路部材13Aの高さを設定している。
In addition, in a state where it is adhered to the upper surface of the inner peripheral edge of the
上記の構成からなる流路形成体13には、これと別体に形成され、シールを確保するためのシール構造体20を一体的に固着している。
このシール構造体20は、隣接する他のセルユニット10間におけるシールを確保するためのものである。
The flow
This
シール構造体20は、積み重ねた複数枚のセルユニット10同士を、これらの図示上下両側から弾圧(挟圧)する力の作用によって、単セル11に変形や破損を生じさせないように、その単セル11の内周縁領域を押さえる直径にした平面視円形にし、かつ、所要の厚さにして形成されている。また、このシール構造体20には、流路形成体13の流路に対向連通する流通孔20aを貫通形成している。
The
すなわち、上記したシールを確保することにより、隣接積層される他のセルユニット10との密着性を高めることができ、それらのシール性を環境温度に因らず良好に保つことができるとともに、積層荷重の低減を図ることができる。
That is, by securing the above-described seal, it is possible to improve the adhesion with
本実施形態においては、薄型流路部材12の上面(外面)にシール構造体20を一体的に固着しているとともに、セパレータ14の下面(外面)にも一体的に固着している。
In the present embodiment, the
シール構造体20について、図3により具体的に説明する。シール構造体20は、一方のセパレータ側に配設される流路部材21と、他方のセパレータ側に配設される流路部材22と、2つの流路部材の間に配設されるシート状のシール部材23とを備える。そして、一方の流路部材22は、2つの部材22A,22Bのうち部材22Aのシール部材に対向する位置に形成された凹部22a内に形成された溶接ビード24で溶接されて溶接接合部材となる。
このように、溶接ビードを溝状の凹部内に形成することによって、溶接ビードが突出せず、シール面を平坦にすることができるため、ガスシール性を向上させることができる。
なお、溝状の凹部は円形に連続して形成されたものであってもよく、不連続に形成されたものであってもよい。溶接に際しては、例えば、レーザー溶接を適用することが好ましいが、これに限定されるものではない。
また、溶接に際しては、凹部を溶接するので、溶接時の入熱量が低減し、溶接時の反り上がり(収縮)が抑制される。これによっても、シール面の平坦度が確保され、ガスシール性を向上させることができる。
The
Thus, by forming the weld bead in the groove-shaped recess, the weld bead does not protrude and the sealing surface can be flattened, so that the gas sealability can be improved.
In addition, the groove-shaped recessed part may be formed continuously in a circle or may be formed discontinuously. In welding, for example, laser welding is preferably applied, but the present invention is not limited to this.
In addition, since the recess is welded during welding, the amount of heat input during welding is reduced, and warping (shrinkage) during welding is suppressed. This also ensures the flatness of the sealing surface and improves the gas sealing performance.
図4は、溝を形成した場合と形成しなかった場合の流路部材の反り量を示すグラフであり、図5は、溝を形成した場合と形成しなかった場合の流路部材の収縮量を示すグラフであり、図6は、溝を形成した場合と形成しなかった場合の2段スタックにおけるガスリーク量を示すグラフである。なお、溝を形成しなかった場合には、深さ0.95mmまで入熱して溶接するのに9Vの電圧を要し、溝を形成した場合には、深さ0.7mmまで入熱して溶接するのに6vの電圧を要した。また、ガスリーク量を求める試験においては、常温(20℃)において、ヘリウムを10kPaの圧力で供給する加速試験を行った。 FIG. 4 is a graph showing the warpage amount of the flow path member when the groove is formed and not formed, and FIG. 5 is the contraction amount of the flow path member when the groove is formed and not formed. FIG. 6 is a graph showing the amount of gas leak in the two-stage stack when the groove is formed and when the groove is not formed. If no groove was formed, a voltage of 9 V was required to heat and weld to a depth of 0.95 mm. If a groove was formed, heat was applied to a depth of 0.7 mm and welding was performed. It took 6v to do this. In the test for determining the amount of gas leak, an acceleration test was performed in which helium was supplied at a pressure of 10 kPa at room temperature (20 ° C.).
図4より、反り量が25.7μmから18.2μmとなり、29%低減できることが分かる。また、図5より、収縮量が36.7μmから25.7μmとなり、30%低減できることが分かる。更に、要する電圧としては26%低減できることが分かる。これにより、製造コストを低減できるという利点が得られることも分かる。更に、図6より、ガスリーク量が2.5cc/minから0.2cc/minとなり、92%低減できることが分かる。 From FIG. 4, it can be seen that the amount of warpage is 25.7 μm to 18.2 μm, which can be reduced by 29%. Further, it can be seen from FIG. 5 that the contraction amount is changed from 36.7 μm to 25.7 μm, which can be reduced by 30%. Furthermore, it can be seen that the required voltage can be reduced by 26%. This also shows that the advantage that manufacturing cost can be reduced is obtained. Furthermore, it can be seen from FIG. 6 that the gas leak amount is reduced from 2.5 cc / min to 0.2 cc / min, which can be reduced by 92%.
図7は、第1の実施形態に係る燃料電池スタック構造体のA線に囲まれた領域の他の一例を示す部分拡大図である。なお、本例の燃料電池スタック構造体は、A線に囲まれた領域以外の構成については、上記の例と同一の構成であるため、その説明を省略する。
本例におけるシール構造体20は、一方のセパレータ側に配設される流路部材21と、他方のセパレータ側に配設される流路部材22と、2つの流路部材の間に配設されるシール部材23とを備える。そして、一方の流路部材22は、2つの部材22A,22Bのうち部材22Aに形成された複数の凹部22a内のうちの1つに形成された溶接ビード24で溶接されて溶接接合部材となる。
このように、溶接ビードを複数の溝状の凹部内の少なくとも1つに形成することによっても、溶接ビードが突出せず、シール面を平坦にすることができるため、ガスシール性を向上させることができる。また、漏れ出たガスが複数の溝を通過する際に圧力が低下するため、ガスシール性がより向上する。更に、溶接に際しては、凹部を溶接するので、溶接時の入熱量が低減し、溶接時の反り上がり(収縮)が抑制される。これによっても、シール面の平坦度が確保され、ガスシール性を向上させることができる。
FIG. 7 is a partially enlarged view showing another example of the region surrounded by the A line of the fuel cell stack structure according to the first embodiment. Note that the fuel cell stack structure of this example has the same configuration as that of the above example except for the region surrounded by the A line, and the description thereof will be omitted.
The
Thus, even if the weld bead is formed in at least one of the plurality of groove-shaped recesses, the weld bead does not protrude and the sealing surface can be flattened, so that the gas sealing property is improved. Can do. Moreover, since the pressure decreases when the leaked gas passes through the plurality of grooves, the gas sealing performance is further improved. Furthermore, since the concave portion is welded during welding, the amount of heat input during welding is reduced, and warping (shrinkage) during welding is suppressed. This also ensures the flatness of the sealing surface and improves the gas sealing performance.
図8は、第1の実施形態に係る燃料電池スタック構造体のA線に囲まれた領域の更に他の一例を示す部分拡大図である。なお、本例の燃料電池スタック構造体は、A線に囲まれた領域以外の構成については、上記の例と同一の構成であるため、その説明を省略する。
本例におけるシール構造体20は、一方のセパレータ側に配設される流路部材21と、他方のセパレータ側に配設される流路部材22と、2つの流路部材の間に配設されるシール部材23とを備える。そして、一方の流路部材22は、2つの部材22A,22Bのうち部材22Aに形成された複数の凹部22a内のうちの全てに形成された溶接ビード24で溶接されて溶接接合部材となる。
このように、溶接ビードを複数の溝状の凹部内の全てに形成することによっても、溶接ビードが突出せず、シール面を平坦にすることができるため、ガスシール性を向上させることができる。また、溶接に際しては、凹部を溶接するので、溶接時の入熱量が低減し、溶接時の反り上がり(収縮)が抑制される。これによっても、シール面の平坦度が確保され、ガスシール性を向上させることができる。
FIG. 8 is a partially enlarged view showing still another example of the region surrounded by the A line of the fuel cell stack structure according to the first embodiment. Note that the fuel cell stack structure of this example has the same configuration as that of the above example except for the region surrounded by the A line, and the description thereof will be omitted.
The
Thus, even if the weld bead is formed in all of the plurality of groove-shaped recesses, the weld bead does not protrude and the sealing surface can be flattened, so that the gas sealing property can be improved. . In addition, since the recess is welded during welding, the amount of heat input during welding is reduced, and warping (shrinkage) during welding is suppressed. This also ensures the flatness of the sealing surface and improves the gas sealing performance.
(第2の実施形態)
図9は、第2の実施形態に係る燃料電池スタック構造体における部分断面図、図10は、第2の実施形態に係る燃料電池スタック構造体のB線に囲まれた領域の一例を示す部分拡大図である。なお、第1の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack structure according to the second embodiment, and FIG. 10 is a portion showing an example of a region surrounded by line B of the fuel cell stack structure according to the second embodiment. It is an enlarged view. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in 1st Embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本例におけるシール構造体20’は、一方のセパレータ側に配設される流路部材21と、他方のセパレータ側に配設される流路部材22と、2つの流路部材の間に配設されるシール部材23とを備える。そして、一方の流路部材21は、2つの部材21A,21Bのうち部材21Aに形成された凹部21a内に形成された溶接ビード24で溶接されて溶接接合部材となる。また、このとき、溶接ビード24が突出する側に配設されたシール部材23が破損しないように、他方の流路部材22の溶接ビードに対向する位置にも、凹部22aが形成されている。
このように、溶接ビードを溝状の凹部内に形成することによって、溶接ビードが突出せず、シール面を平坦にすることができるた、ガスシール性を向上させることができる。また、溶接ビードが形成される凹部とシール部材とが対向しない場合であっても、溶接ビードが突出する側に凹部を形成することによって、シール構造体としての平坦度を確保することができ、ガスシール性を向上させることができる。また、溶接に際しては、凹部を溶接するので、溶接時の入熱量が低減し、溶接時の反り上がり(収縮)が抑制される。これによっても、シール面の平坦度が確保され、ガスシール性を向上させることができる。
The
Thus, by forming the weld bead in the groove-shaped recess, the weld bead does not protrude and the sealing surface can be flattened, so that the gas sealability can be improved. Moreover, even when the concave portion where the weld bead is formed and the seal member do not face each other, by forming the concave portion on the side from which the weld bead protrudes, the flatness as the seal structure can be secured, Gas sealability can be improved. In addition, since the recess is welded during welding, the amount of heat input during welding is reduced, and warping (shrinkage) during welding is suppressed. This also ensures the flatness of the sealing surface and improves the gas sealing performance.
(第3の実施形態)
図11は、第3の実施形態に係る燃料電池スタック構造体における部分断面図、図12は、第3の実施形態に係る燃料電池スタック構造体のC線に囲まれた領域の一例を示す部分拡大図である。なお、第1又は第2の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack structure according to the third embodiment, and FIG. 12 is a portion showing an example of a region surrounded by the C line of the fuel cell stack structure according to the third embodiment. It is an enlarged view. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in 1st or 2nd embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本例におけるシール構造体20”は、一方のセパレータ側に配設される流路部材21と、他方のセパレータ側に配設される流路部材22と、2つの流路部材の間に配設されるシール部材23とを備える。そして、双方の流路部材21,22が、それぞれ2つの部材21A,21B、部材22A,22Bのうち部材21B,22Aに形成された凹部21b、22a内に形成された溶接ビード24で溶接されて溶接接合部材となる。
このように、溶接ビードを溝状の凹部内に形成することによって、溶接ビードが突出せず、シール面を平坦にすることができるため、ガスシール性を向上させることができる。また、溶接に際しては、凹部を溶接するので、溶接時の入熱量が低減し、溶接時の反り上がり(収縮)が抑制される。これによっても、シール面の平坦度が確保され、ガスシール性を向上させることができる。
The
Thus, by forming the weld bead in the groove-shaped recess, the weld bead does not protrude and the sealing surface can be flattened, so that the gas sealability can be improved. In addition, since the recess is welded during welding, the amount of heat input during welding is reduced, and warping (shrinkage) during welding is suppressed. This also ensures the flatness of the sealing surface and improves the gas sealing performance.
(第4の実施形態)
図13は、第4の実施形態に係る燃料電池スタック構造体における部分断面図、図14は、第4の実施形態に係る燃料電池スタック構造体のD線に囲まれた領域の一例を示す部分拡大図である。なお、第1〜第3の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a partial cross-sectional view of the fuel cell stack structure according to the fourth embodiment, and FIG. 14 is a portion showing an example of a region surrounded by the D line of the fuel cell stack structure according to the fourth embodiment. It is an enlarged view. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in 1st-3rd embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本例におけるシール構造体20’’’は、一方のセパレータ側に配設される流路部材21と、他方のセパレータ側に配設される流路部材22と、2つの流路部材の間であって、凹部内に配設されるリング状のシール部材23とを備える。そして、一方の流路部材22が、2つの部材22A,22Bのうち部材22Aに形成された凹部22a内に形成された溶接ビード24で溶接されて溶接接合部材となる。
このように、溶接ビードとリング状のシール部材とを、これらが干渉しないように、溝状の凹部内に配設することによって、溶接ビードが突出せず、ガスシール性を向上させることができる。また、溶接に際しては、凹部を溶接するので、溶接時の入熱量が低減し、溶接時の反り上がり(収縮)が抑制される。これによっても、シール面の平坦度が確保され、ガスシール性を向上させることができる。
The
As described above, by disposing the weld bead and the ring-shaped seal member in the groove-shaped recess so that they do not interfere with each other, the weld bead does not protrude and the gas sealability can be improved. . In addition, since the recess is welded during welding, the amount of heat input during welding is reduced, and warping (shrinkage) during welding is suppressed. This also ensures the flatness of the sealing surface and improves the gas sealing performance.
図15は、第4の実施形態に係る燃料電池スタック構造体のD線に囲まれた領域の他の一例を示す部分拡大図である。なお、本例の燃料電池スタック構造体は、D線に囲まれた領域以外の構成については、上記の例と同一の構成であるため、その説明を省略する。
本例におけるシール構造体20’’’は、一方のセパレータ側に配設される流路部材21と、他方のセパレータ側に配設される流路部材22と、2つの流路部材の間であって、凹部内に配設されるリング状のシール部材23とを備える。そして、一方の流路部材22が、2つの部材22A,22Bのうち部材22Aに形成された凹部22a内に形成された溶接ビード24で溶接されて溶接接合部材となる。このとき、凹部が形成された一方の流路部材22Aとシール部材23を介して対向する他方の流路部材21が、凹部22aに対向する位置に凸部21cを有し、凹部22aと凸部21cとが嵌合している。
このように、溶接ビードとリング状のシール部材とを、これらが干渉しないように、溝状の凹部内に配設することによって、溶接ビードが突出せず、ガスシール性を向上させることができる。このとき、対向して設けた凹部と凸部によって、よりガスシール性を向上させることもできる。また、溶接に際しては、凹部を溶接するので、溶接時の入熱量が低減し、溶接時の反り上がり(収縮)が抑制される。これによっても、シール面の平坦度が確保され、ガスシール性を向上させることができる。
FIG. 15 is a partially enlarged view showing another example of the region surrounded by the D line of the fuel cell stack structure according to the fourth embodiment. Note that the fuel cell stack structure of this example has the same configuration as that of the above example except for the region surrounded by the D line, and thus the description thereof is omitted.
The
As described above, by disposing the weld bead and the ring-shaped seal member in the groove-shaped recess so that they do not interfere with each other, the weld bead does not protrude and the gas sealability can be improved. . At this time, the gas sealing property can be further improved by the concave portion and the convex portion provided to face each other. In addition, since the recess is welded during welding, the amount of heat input during welding is reduced, and warping (shrinkage) during welding is suppressed. This also ensures the flatness of the sealing surface and improves the gas sealing performance.
(第5の実施形態)
図16は、第5の実施形態に係る燃料電池スタック構造体における溝の断面形状の説明図である。なお、第1〜第4の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 16 is an explanatory diagram of the cross-sectional shape of the groove in the fuel cell stack structure according to the fifth embodiment. In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in the 1st-4th embodiment, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本実施形態において、溝の長手方向に対して垂直な断面における形状としては、矩形((A)参照。)や半円形((B)参照。)とすることが好ましい。しかしながら、これらに限定されるものではない。矩形や半円形の溝は機械加工で形成することができる。また、半円形の溝はハーフエッチングにより容易に形成することができるという利点もある。加工性の観点から、断面形状が矩形である溝は、幅が狭い方が好ましく、現時点では0.4mm程度であり、また、厚板部材に適しており、断面形状が半円形である溝は、溶接ビードが突出しなければ、現時点では最小半径を0.1mmとすることができ、薄板部材に適している。 In the present embodiment, the shape in the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the groove is preferably rectangular (see (A)) or semicircular (see (B)). However, it is not limited to these. Rectangular or semicircular grooves can be formed by machining. In addition, there is an advantage that the semicircular groove can be easily formed by half etching. From the viewpoint of workability, the groove having a rectangular cross-sectional shape preferably has a narrow width, and is currently about 0.4 mm, and is suitable for a thick plate member. If the weld bead does not protrude, the minimum radius can be 0.1 mm at the present time, which is suitable for a thin plate member.
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
例えば、上述した各実施形態に記載した構成は、各実施形態毎に限定されるものではなく、例えば凹部の位置や個数、形状などの構成の細部を変更したり、各実施形態の構成を上述した各実施形態以外の組み合わせにしたりすることができる。 For example, the configuration described in each embodiment described above is not limited to each embodiment. For example, the details of the configuration such as the position, the number, and the shape of the recesses are changed, or the configuration of each embodiment is described above. It is possible to make combinations other than the embodiments described above.
また、例えば、燃料電池スタック構造体において単セルを挟む2つのセパレータの間に配設されるシール構造体について説明したが、固体高分子形燃料電池において、セパレータ接合体の溶接部位とシール部材との接触によってガスシールを行う場合にも、本発明のシール構造体を適用することができる。具体的には、セパレータ接合体の片面に凹部を形成してその内部に溶接ビードが形成されるようにしたり、セパレータ接合体の両面に凹部を形成し、それらの内部に溶接ビードが形成されるようにしたりすることができる。 In addition, for example, a seal structure disposed between two separators sandwiching a single cell in a fuel cell stack structure has been described. In a polymer electrolyte fuel cell, a welded portion of a separator assembly, a seal member, The sealing structure of the present invention can also be applied when performing gas sealing by contacting the above. Specifically, a concave portion is formed on one side of the separator joined body so that a weld bead is formed inside thereof, or a concave portion is formed on both sides of the separator joined body, and a weld bead is formed inside them. And so on.
1…燃料電池スタック構造体、10…固体酸化物形燃料電池、11…単セル、11A…燃料極、11B…電解質、11C空気極、12…薄型流路部材、13…流路形成体、13A,13B…流路部材、14…セパレータ、14A…金属多孔質体、15…ガラス接着剤、20,20’,20”,20’’’…シール構造体、21,22…流路部材、21A,21B,22A,22B…部材、23…シール部材、21a,21b,22a…凹部、21c…凸部、24…溶接ビード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack structure, 10 ... Solid oxide fuel cell, 11 ... Single cell, 11A ... Fuel electrode, 11B ... Electrolyte, 11C air electrode, 12 ... Thin channel member, 13 ... Channel formation body, 13A , 13B ... flow path member, 14 ... separator, 14A ... metal porous body, 15 ... glass adhesive, 20, 20 ', 20 ", 20'" ... seal structure, 21, 22 ... flow path member, 21A , 21B, 22A, 22B ... member, 23 ... seal member, 21a, 21b, 22a ... concave portion, 21c ... convex portion, 24 ... weld bead
Claims (8)
一方のセパレータ側に配設される流路部材と他方のセパレータ側に配設される流路部材と、該2つの流路部材の間に配設されるシール部材とを備え、
上記流路部材の少なくとも一方が、2以上の部材の少なくとも1つに形成された少なくとも1つの凹部内に形成された溶接ビードで溶接された溶接接合部材である
ことを特徴とするシール構造体。 A seal structure disposed between two separators sandwiching a single cell in a fuel cell stack structure,
A flow path member disposed on one separator side, a flow path member disposed on the other separator side, and a seal member disposed between the two flow path members,
At least one of the flow path members is a welded joint member welded with a weld bead formed in at least one recess formed in at least one of two or more members.
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JP2012105135A JP2013232385A (en) | 2012-05-02 | 2012-05-02 | Seal structure and fuel cell stack structure |
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JP2019200878A (en) * | 2018-05-15 | 2019-11-21 | 日本特殊陶業株式会社 | Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack |
-
2012
- 2012-05-02 JP JP2012105135A patent/JP2013232385A/en active Pending
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