JP2017073346A - Fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.
従来の燃料電池としては、例えば特許文献1に記載されている技術が知られている。特許文献1に記載の燃料電池は、上下一対のインターコネクタと、各インターコネクタ間に位置し、電解質の一方の面に空気極が形成されると共に電解質の他方の面に燃料極が形成されたセル本体と、空気極及び燃料極とインターコネクタとの間に配置され、空気極及び燃料極とインターコネクタとを電気的に接続する上下一対の集電部材とを備えている。燃料電池は、下のインターコネクタと燃料極絶縁フレームと燃料極フレームとセパレータと空気極絶縁フレームと上のインターコネクタとによって燃料室及び空気室を形成し、その燃料室及び空気室を電解質で仕切って相互に独立させた構造を有している。下のインターコネクタ、燃料極絶縁フレーム、燃料極フレーム、セパレータ、空気極絶縁フレーム及び上のインターコネクタには、空気室の内部に空気を供給するための空気供給通孔と、空気室から空気を外部に排出するための空気排気通孔と、燃料室の内部に燃料ガスを供給するための燃料供給通孔と、燃料室から燃料ガスを外部に排出するための燃料排気通孔とが設けられている。
As a conventional fuel cell, for example, a technique described in
上記従来技術においては、インターコネクタとフレームとをロウ付けにより接合することが考えられる。インターコネクタとフレームとをロウ付けにより接合するときは、インターコネクタ及びフレームに上下両側から荷重が加えられる。このとき、インターコネクタまたはフレームの構造によってはインターコネクタまたはフレームが撓み、安定したロウ付けが困難になることがある。 In the above prior art, it is conceivable to join the interconnector and the frame by brazing. When the interconnector and the frame are joined by brazing, a load is applied to the interconnector and the frame from both the upper and lower sides. At this time, depending on the structure of the interconnector or the frame, the interconnector or the frame may be bent, and stable brazing may be difficult.
本発明の目的は、インターコネクタにおいて安定したロウ付けを実現することができる燃料電池を提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of realizing stable brazing in an interconnector.
本発明の一態様の燃料電池は、電解質の一面側に配置された燃料極と電解質の他面側に配置された空気極とを有し、燃料と空気とを発電反応させるセル本体と、セル本体を燃料極側及び空気極側から挟むように配置され、燃料極と対向する燃料流路形成部と空気極と対向する空気流路形成部とを有するインターコネクタとを備え、インターコネクタには、燃料を導入する燃料導入通路と、燃料を導出する燃料導出通路と、空気を導入する空気導入通路と、空気を導出する空気導出通路と、燃料導入通路から燃料導出通路に燃料を流すための燃料流路と、空気導入通路から空気導出通路に空気を流すための空気流路とが設けられており、インターコネクタは、燃料流路の一部を画成する第1凹状部を有する第1枠状部材と、空気流路の一部を画成する第2凹状部を有する第2枠状部材と、第1枠状部材と第2枠状部材との間に配置され、燃料流路形成部及び空気流路形成部を有する中間部材とを備え、第1枠状部材及び第2枠状部材と中間部材とは、ロウ付けにより接合されており、第1凹状部の底面には第1突起部が突設され、第2凹状部の底面には第2突起部が突設されていることを特徴とする。 A fuel cell according to an aspect of the present invention includes a cell main body that has a fuel electrode disposed on one side of an electrolyte and an air electrode disposed on the other side of the electrolyte, and that causes a power generation reaction between the fuel and air. The main body is disposed so as to be sandwiched between the fuel electrode side and the air electrode side, and includes an interconnector having a fuel flow path forming part facing the fuel electrode and an air flow path forming part facing the air electrode. A fuel introduction passage for introducing fuel, a fuel introduction passage for deriving fuel, an air introduction passage for introducing air, an air introduction passage for deriving air, and a flow of fuel from the fuel introduction passage to the fuel extraction passage A fuel flow path and an air flow path for flowing air from the air introduction path to the air discharge path are provided, and the interconnector has a first concave portion that defines a part of the fuel flow path. The frame-shaped member and part of the air flow path are defined. A second frame-shaped member having a second concave portion, and an intermediate member disposed between the first frame-shaped member and the second frame-shaped member and having a fuel flow path forming portion and an air flow path forming portion. The first frame-shaped member, the second frame-shaped member, and the intermediate member are joined by brazing, and a first protrusion is projected from the bottom surface of the first concave portion, and the bottom surface of the second concave portion is formed. Is characterized in that a second protrusion is provided.
以上のような燃料電池において、第1枠状部材及び第2枠状部材と中間部材とをロウ付けにより接合するときは、第1枠状部材、第2枠状部材及び中間部材に上下両側から荷重が加えられる。このとき、第1枠状部材の第1凹状部の底面には第1突起部が突設され、第2枠状部材の第2凹状部の底面には第2突起部が突設されているので、第1突起部及び第2突起部が荷重を受けることになる。従って、燃料流路の一部を画成する第1凹状部が第1板状部材に設けられ、空気流路の一部を画成する第2凹状部が第2板状部材に設けられていても、第1枠状部材及び第2枠状部材が撓みにくい。これにより、インターコネクタにおいて安定したロウ付けを実現することができる。 In the fuel cell as described above, when the first frame-shaped member, the second frame-shaped member, and the intermediate member are joined by brazing, the first frame-shaped member, the second frame-shaped member, and the intermediate member are joined to both the upper and lower sides. A load is applied. At this time, a first protrusion protrudes from the bottom surface of the first concave portion of the first frame member, and a second protrusion protrudes from the bottom surface of the second concave portion of the second frame member. Therefore, the first protrusion and the second protrusion receive a load. Therefore, the first concave portion that defines a part of the fuel flow path is provided in the first plate member, and the second concave portion that defines a part of the air flow path is provided in the second plate member. However, the first frame member and the second frame member are not easily bent. Thereby, stable brazing can be realized in the interconnector.
燃料導入通路から燃料導出通路に燃料が流れる方向と空気導入通路から空気導出通路に空気が流れる方向とは交差しており、空気導入通路側の領域に配置された第1突起部の総体積は、空気導出通路側の領域に配置された第1突起部の総体積よりも大きくてもよい。 The direction in which fuel flows from the fuel introduction passage to the fuel lead-out passage intersects the direction in which air flows from the air introduction passage to the air lead-out passage, and the total volume of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side is The total volume of the first protrusions arranged in the region on the air outlet passage side may be larger.
セル本体における燃料導入通路及び空気導入通路が隣り合う側の領域に対応する領域では、セル本体における燃料導出通路及び空気導出通路が隣り合う側の領域に対応する領域に比べて、発電反応が起こりやすい。そこで、空気導入通路側の領域に配置された第1突起部の総体積を、空気導出通路側の領域に配置された第1突起部の総体積よりも大きくすることにより、燃料導入通路及び空気導入通路が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失が、燃料導出通路及び空気導出通路が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失よりも大きくなる。従って、セル本体における発電反応の均一性を向上させることができる。 In the region corresponding to the region where the fuel introduction passage and the air introduction passage in the cell body are adjacent to each other, a power generation reaction occurs compared to the region corresponding to the region in which the fuel lead-out passage and the air introduction passage in the cell body are adjacent. Cheap. Therefore, by making the total volume of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side larger than the total volume of the first projections arranged in the region on the air lead-out passage side, the fuel introduction passage and the air The pressure loss of fuel and air in the region adjacent to the introduction passage is larger than the pressure loss of fuel and air in the region adjacent to the fuel extraction passage and air extraction passage. Therefore, the uniformity of the power generation reaction in the cell body can be improved.
燃料導入通路から燃料導出通路に燃料が流れる方向と空気導入通路から空気導出通路に空気が流れる方向とは交差しており、燃料導入通路側の領域に配置された第2突起部の総体積は、燃料導出通路側の領域に配置された第2突起部の総体積よりも大きくてもよい。 The direction in which fuel flows from the fuel introduction passage to the fuel lead-out passage intersects the direction in which air flows from the air introduction passage to the air lead-out passage, and the total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel introduction passage side is The total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel outlet passage side may be larger.
セル本体における燃料導入通路及び空気導入通路が隣り合う側の領域に対応する領域では、セル本体における燃料導出通路及び空気導出通路が隣り合う側の領域に対応する領域に比べて、発電反応が起こりやすい。そこで、燃料導入通路側の領域に配置された第2突起部の総体積を、燃料導出通路側の領域に配置された第2突起部の総体積よりも大きくすることにより、燃料導入通路及び空気導入通路が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失が、燃料導出通路及び空気導出通路が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失よりも大きくなる。従って、セル本体における発電反応の均一性を向上させることができる。 In the region corresponding to the region where the fuel introduction passage and the air introduction passage in the cell body are adjacent to each other, a power generation reaction occurs compared to the region corresponding to the region in which the fuel lead-out passage and the air introduction passage in the cell body are adjacent. Cheap. Therefore, by making the total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel introduction passage side larger than the total volume of the second projections arranged in the region on the fuel lead-out passage side, the fuel introduction passage and the air The pressure loss of fuel and air in the region adjacent to the introduction passage is larger than the pressure loss of fuel and air in the region adjacent to the fuel extraction passage and air extraction passage. Therefore, the uniformity of the power generation reaction in the cell body can be improved.
燃料導入通路から燃料導出通路に燃料が流れる方向と空気導入通路から空気導出通路に空気が流れる方向とは交差しており、空気導入通路側の領域に配置された第1突起部の総体積は、空気導出通路側の領域に配置された第1突起部の総体積よりも大きく、燃料導入通路側の領域に配置された第2突起部の総体積は、燃料導出通路側の領域に配置された第2突起部の総体積よりも大きくてもよい。 The direction in which fuel flows from the fuel introduction passage to the fuel lead-out passage intersects the direction in which air flows from the air introduction passage to the air lead-out passage, and the total volume of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side is The total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel introduction passage side is larger than the total volume of the first protrusions arranged in the region on the air lead-out passage side, and is arranged in the region on the fuel lead-out passage side. The total volume of the second protrusions may be larger.
セル本体における燃料導入通路及び空気導入通路が隣り合う側の領域に対応する領域では、セル本体における燃料導出通路及び空気導出通路が隣り合う側の領域に対応する領域に比べて、発電反応が起こりやすい。そこで、空気導入通路側の領域に配置された第1突起部の総体積を、空気導出通路側の領域に配置された第1突起部の総体積よりも大きくすると共に、燃料導入通路側の領域に配置された第2突起部の総体積を、燃料導出通路側の領域に配置された第2突起部の総体積よりも大きくすることにより、燃料導入通路及び空気導入通路が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失が、燃料導出通路及び空気導出通路が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失よりも大きくなる。従って、セル本体における発電反応の均一性を向上させることができる。 In the region corresponding to the region where the fuel introduction passage and the air introduction passage in the cell body are adjacent to each other, a power generation reaction occurs compared to the region corresponding to the region in which the fuel lead-out passage and the air introduction passage in the cell body are adjacent. Cheap. Therefore, the total volume of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side is made larger than the total volume of the first projections arranged in the region on the air lead-out passage side, and the region on the fuel introduction passage side By making the total volume of the second protrusions disposed in the region larger than the total volume of the second protrusions disposed in the region on the fuel outlet passage side, the region on the side where the fuel introduction passage and the air introduction passage are adjacent to each other The pressure loss of the fuel and air in the fuel is larger than the pressure loss of the fuel and air in the region where the fuel outlet passage and the air outlet passage are adjacent to each other. Therefore, the uniformity of the power generation reaction in the cell body can be improved.
このとき、空気導入通路側の領域に配置された第1突起部の数は、空気導出通路側の領域に配置された第1突起部の数よりも多く、燃料導入通路側の領域に配置された第2突起部の数は、燃料導出通路側の領域に配置された第2突起部の数よりも多くてもよい。この場合には、各第1突起部の体積を等しくしても、空気導入通路側の領域に配置された第1突起部の総体積が、空気導出通路側の領域に配置された第1突起部の総体積よりも大きくなる。また、各第2突起部の体積を等しくしても、燃料導入通路側の領域に配置された第2突起部の総体積が、燃料導出通路側の領域に配置された第2突起部の総体積よりも大きくなる。 At this time, the number of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side is larger than the number of the first protrusions arranged in the region on the air lead-out passage side, and is arranged in the region on the fuel introduction passage side. The number of the second protrusions may be larger than the number of the second protrusions arranged in the region on the fuel outlet passage side. In this case, even if the volumes of the first protrusions are made equal, the total volume of the first protrusions arranged in the area on the air introduction passage side is the first protrusion arranged in the area on the air lead-out passage side. It becomes larger than the total volume of the part. Even if the volumes of the second protrusions are equal, the total volume of the second protrusions disposed in the region on the fuel introduction passage side is the total volume of the second protrusions disposed in the region on the fuel lead-out passage side. It becomes larger than the volume.
第1突起部の側面は、第1突起部が燃料導入通路側から燃料導出通路側に向けて先細りとなるようなテーパ面となっており、第2突起部の側面は、第2突起部が空気導入通路側から空気導出通路側に向けて先細りとなるようなテーパ面となっていてもよい。この場合には、燃料導入通路から燃料導出通路に燃料が流れやすくなると共に、空気導入通路から空気導出通路側に空気が流れやすくなる。 The side surface of the first projection portion is a tapered surface such that the first projection portion tapers from the fuel introduction passage side toward the fuel lead-out passage side. The side surface of the second projection portion is the second projection portion. The tapered surface may be tapered from the air introduction passage side toward the air lead-out passage side. In this case, the fuel easily flows from the fuel introduction passage to the fuel outlet passage, and the air easily flows from the air introduction passage to the air outlet passage.
本発明によれば、インターコネクタにおいて安定したロウ付けを実現することができる燃料電池が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel cell which can implement | achieve the stable brazing in an interconnector is provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の外観を示す斜視図である。図1において、本実施形態の燃料電池1は、固体酸化物型燃料電池(SOFC)であり、燃料中の水素と空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う。
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
燃料電池1は、スタック2と、このスタック2を上下方向に挟むように配置されたエンドプレート3A,3Bとを備えている。スタック2とエンドプレート3A,3Bとの間には、絶縁プレート4が配置されている。エンドプレート3A,3B及び絶縁プレート4は、平面視正方形状を呈している。スタック2とエンドプレート3A,3Bとは、4つのボルト5により固定されている。
The
上側のエンドプレート3Aには、スタック2内に燃料を導入するための燃料導入管6と、スタック2内から燃料を導出するための燃料導出管7と、スタック2内に空気を導入するための空気導入管8と、スタック2内から空気を導出するための空気導出管9とが取り付けられている。燃料導入管6及び燃料導出管7は、エンドプレート3Aにおける一方の対向する2つの縁部近傍の中央部に取り付けられている。空気導入管8及び空気導出管9は、エンドプレート3Aにおける他方の対向する2つの縁部近傍の中央部に取り付けられている。
In the
図2(a)は、図1のA2−A2線断面図であり、図2(b)は、図1のB2−B2線断面図である。なお、図2(a)及び図2(b)では、エンドプレート3A,3B及び絶縁プレート4は省略している。
2A is a cross-sectional view taken along line A2-A2 in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line B2-B2 in FIG. In FIGS. 2A and 2B, the
図2において、スタック2は、セル本体10とインターコネクタ11とが複数ずつ交互に積層された構造を有している。スタック2の最上層及び最下層は、インターコネクタ11である。
In FIG. 2, the
セル本体10は、積層方向に隣り合う2つのインターコネクタ11間に配置されている。セル本体10は、電解質12と、この電解質12の下面側(一面側)に配置された燃料極(アノード)13と、電解質12の上面側(他面側)に配置された空気極(カソード)14とを有している。セル本体10は、燃料と空気とを発電反応させる。
The
インターコネクタ11は、セル本体10を燃料極13側及び空気極14側から挟むように配置されている。インターコネクタ11は、燃料極13と対向する燃料流路形成部15と、空気極14と対向する空気流路形成部16とを有している。燃料流路形成部15は、燃料極13に燃料を供給する流路を形成する。空気流路形成部16は、空気極14に空気を供給する流路を形成する。燃料流路形成部15及び空気流路形成部16は、例えば複数の柱状または壁状の突起が設けられた構造を有し、各突起間の空間が燃料及び空気の流路となる。
The
インターコネクタ11は、燃料導入管6から燃料を導入する燃料導入通路17と、燃料導出管7に燃料を導出する燃料導出通路18と、空気導入管8から空気を導入する空気導入通路19と、空気導出管9に空気を導出する空気導出通路20とを有している。燃料導入通路17、燃料導出通路18、空気導入通路19及び空気導出通路20は、何れも断面略長円形状を呈している(図3参照)。燃料導入通路17と燃料導出通路18とは、燃料流路形成部15及び空気流路形成部16を挟んで対向配置されている。空気導入通路19と空気導出通路20とは、燃料流路形成部15及び空気流路形成部16を挟んで燃料導入通路17と燃料導出通路18との対向方向に対して垂直な方向に対向配置されている。
The
また、インターコネクタ11は、燃料導入通路17と燃料流路形成部15との間に配置されると共に、壁部11aによりセル本体10に対して露出しないように形成された燃料用中空流路21と、燃料導出通路18と燃料流路形成部15との間に配置されると共に、壁部11bによりセル本体10に対して露出しないように形成された燃料用中空流路22と、空気導入通路19と空気流路形成部16との間に配置されると共に、壁部11cによりセル本体10に対して露出しないように形成された空気用中空流路23と、空気導出通路20と空気流路形成部16との間に配置されると共に、壁部11dによりセル本体10に対して露出しないように形成された空気用中空流路24とを有している。
Further, the
燃料用中空流路21は、燃料導入通路17及び燃料流路形成部15と連通されている。燃料用中空流路22は、燃料導出通路18及び燃料流路形成部15と連通されている。燃料用中空流路21,22は、燃料流路形成部15と協働して燃料導入通路17から燃料導出通路18に燃料を流すための燃料流路を構成している。
The fuel
空気用中空流路23は、空気導入通路19及び空気流路形成部16と連通されている。空気用中空流路24は、空気導出通路20及び空気流路形成部16と連通されている。空気用中空流路23,24は、空気流路形成部16と協働して空気導入通路19から空気導出通路20に空気を流すための空気流路を構成している。
The air
このようなインターコネクタ11において、燃料導入通路17から燃料導出通路18に燃料が流れる方向と空気導入通路19から空気導出通路20に空気が流れる方向とは、垂直に交差している。
In such an
燃料導入管6から燃料導入通路17に導入された燃料が燃料用中空流路21及び燃料流路形成部15を通ってセル本体10の燃料極13に供給されると共に、空気導入管8から空気導入通路19に導入された空気が空気用中空流路23及び空気流路形成部16を通ってセル本体10の空気極14に供給されることで、セル本体10において発電反応が起こる。そして、燃料流路形成部15を通過した燃料が燃料用中空流路22及び燃料導出通路18を通って燃料導出管7に導出されると共に、空気流路形成部16を通過した空気が空気用中空流路24及び空気導出通路20を通って空気導出管9に導出される。
The fuel introduced from the fuel introduction pipe 6 to the
インターコネクタ11は、図3及び図4に示されるように、枠状部材(第1枠状部材)25と、枠状部材(第2枠状部材)26と、中間部材27とを備えている。なお、図3は、インターコネクタ11の分解斜視図である。図4は、インターコネクタ11の分解断面図である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
中間部材27は、枠状部材25,26間に配置されている。枠状部材25,26及び中間部材27は、薄板で構成されている。枠状部材25,26及び中間部材27の外形は、平面視略正方形状を呈している。中間部材27の一面側には燃料流路形成部15が設けられ、中間部材27の他面側には空気流路形成部16が設けられている。
The
枠状部材25は、燃料導入通路17及び燃料導出通路18の一部をそれぞれ構成する1対の平面視略長円形状の燃料用貫通孔(第1燃料用貫通孔)29と、空気導入通路19及び空気導出通路20の一部をそれぞれ構成する1対の平面視略長円形状の空気用貫通孔(第1空気用貫通孔)30とを有している。空気用貫通孔30の長手方向と燃料用貫通孔29の長手方向とは直交している。枠状部材25の内側領域F1には、中間部材27の燃料流路形成部15が貫入される。
The frame-shaped
枠状部材25は、図5にも示されるように、燃料用中空流路21,22をそれぞれ画成する1対の凹状部(第1凹状部)28を有している。なお、図5(a)は、枠状部材25の底面図であり、図5(b)は、図5(a)のB5−B5線断面図である。凹状部28は、中間部材27側に開口している。枠状部材25における凹状部28の底面の中央部には、直方体形状の突起部(第1突起部)50が突設されている。突起部50の先端面は、枠状部材25の下面と面一となっている。
As shown in FIG. 5, the frame-
枠状部材26は、燃料導入通路17及び燃料導出通路18の一部をそれぞれ構成する1対の平面視略長円形状の燃料用貫通孔(第2燃料用貫通孔)32と、空気導入通路19及び空気導出通路20の一部をそれぞれ構成する1対の平面視略長円形状の空気用貫通孔(第2空気用貫通孔)33とを有している。空気用貫通孔33の長手方向と燃料用貫通孔32の長手方向とは直交している。枠状部材26の内側領域F2には、中間部材27の空気流路形成部16が貫入される。
The frame-shaped
枠状部材26は、図6にも示されるように、空気用中空流路23,24をそれぞれ画成する1対の凹状部(第2凹状部)31を有している。なお、図6(a)は、枠状部材26の平面図であり、図6(b)は、図6(a)のB6−B6線断面図である。凹状部31は、中間部材27側に開口している。枠状部材26における凹状部31の底面の中央部には、直方体形状の突起部(第2突起部)51が突設されている。突起部51の先端面は、枠状部材26の上面と面一となっている。
As shown also in FIG. 6, the frame-shaped
中間部材27は、燃料導入通路17及び燃料導出通路18の一部をそれぞれ構成する1対の平面視略長円形状の燃料用貫通孔(第3燃料用貫通孔)34と、空気導入通路19及び空気導出通路20の一部をそれぞれ構成する1対の平面視略長円形状の空気用貫通孔(第3空気用貫通孔)35とを有している。空気用貫通孔35の長手方向と燃料用貫通孔34の長手方向とは直交している。
The
インターコネクタ11の構成部品である枠状部材25,26及び中間部材27は、金属材料から構成されている。金属材料としては、例えば耐熱ステンレス鋼であるFe−Crフェライト系合金、Cr基合金またはNi基合金等が用いられる。これにより、電気伝導率が高く且つ安価なインターコネクタ11を得ることができる。
The frame-shaped
このような枠状部材25,26及び中間部材27という3つの部材を用いることで、燃料用中空流路21,22及び空気用中空流路23,24を有するインターコネクタ11を簡単に作ることができる。
By using three members such as the frame-shaped
枠状部材25,26と中間部材27とは、図3に示されるように、シート状のロウ材36,37を用いたロウ付けにより接合されている。ロウ材36は、枠状部材25と中間部材27との間に配置され、ロウ材37は、枠状部材26と中間部材27との間に配置される。ロウ材36,37としては、銀ロウまたはニッケルロウ等が用いられる。
As shown in FIG. 3, the
ロウ材36,37は、枠体形状を呈している。ロウ材36には、枠状部材25の空気用貫通孔30に対応する開口部38が設けられているが、枠状部材25の凹状部28に隣接する燃料用貫通孔29に対応する開口部は設けられていない。ロウ材37には、枠状部材26の燃料用貫通孔32に対応する開口部39が設けられているが、枠状部材26の凹状部31に隣接する空気用貫通孔33に対応する開口部は設けられていない。
The
このように枠状部材25,26と中間部材27とはシート状のロウ材36,37により接合されているので、枠状部材25,26及び中間部材27の接合面が凸凹になりにくい。従って、インターコネクタ11全体の厚みのばらつきを抑えることができる。
Thus, since the frame-shaped
図2に戻り、積層方向に隣り合う2つのインターコネクタ11間におけるセル本体10の周囲には、1対のシール部材40及び1対のシール部材41がセル本体10を取り囲むように配置されている。各シール部材40は、セル本体10を挟んで対向配置されている。各シール部材41は、セル本体10を挟んで各シール部材40の対向方向に対して垂直な方向に対向配置されている。
Returning to FIG. 2, a pair of
シール部材40,41は、何れも環状を呈している。シール部材40,41は、燃料と空気とが混合しないように隣り合う2つのインターコネクタ11間をシールすると共に、隣り合う2つのインターコネクタ11同士を電気的に絶縁する部材である。シール部材40,41は、電気絶縁性を有する材料(例えばガラス)から構成されている。シール部材40の内側領域S1は、燃料が通る通路となっている。シール部材41の内側領域S2は、空気が通る通路となっている。
The
図7は、比較例として、従来のインターコネクタ11において枠状部材25,26と中間部材27とをロウ付けにより接合するときの状態を示す拡大断面図である。図7において、枠状部材26における凹状部31の底面には、上記の突起部51は突設されていない。また、図示はしないが、枠状部材25における凹状部28の底面には、上記の突起部50は突設されていない。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a state when the frame-
枠状部材25,26と中間部材27とをロウ付けにより接合するときは、枠状部材25,26と中間部材27との間にロウ材36,37がそれぞれ介在された状態で、枠状部材25,26及び中間部材27に上下両側から荷重が加えられる。しかし、枠状部材25における凹状部28の底面には突起部50は突設されておらず、枠状部材26における凹状部31の底面には突起部51は突設されていない。従って、枠状部材25における凹状部28の底面と中間部材27との間の距離が長くなると共に、枠状部材26における凹状部31の底面と中間部材27との間の距離が長くなるため、枠状部材25,26が撓みやすくなり、安定したロウ付けを行うことが困難になる。その結果、ロウ付けによるインターコネクタ11の気密の確保を実現することが困難になる。
When the frame-shaped
これに対し本実施形態では、枠状部材25における凹状部28の底面には突起部50が突設され、枠状部材26における凹状部31の底面には突起部51が突設されているため、図8に示されるように、枠状部材25,26と中間部材27とをロウ付けにより接合するときには、突起部50,51が荷重を受けることになる。従って、燃料用中空流路21,22を画成する凹状部28が枠状部材25に設けられ、空気用中空流路23,24を画成する凹状部31が枠状部材26に設けられていても、枠状部材25,26が撓みにくい。これにより、インターコネクタ11において安定したロウ付けを実現することができる。その結果、ロウ付けによるインターコネクタ11の気密の確保を実現することが可能となる。
On the other hand, in the present embodiment, the
図9(a)は、図5(a)に示された枠状部材25の変形例を示す底面図である。図9(a)において、枠状部材25に設けられた突起部50の両側面は、突起部50が燃料導入通路17の一部を構成する燃料用貫通孔29側(上流側)から燃料導出通路18の一部を構成する燃料用貫通孔29側(下流側)に向けて先細りとなるようなテーパ面50aとなっている。これにより、燃料導入通路17から燃料導出通路18に燃料が流れやすくなる。
Fig.9 (a) is a bottom view which shows the modification of the frame-shaped
図9(b)は、図6(a)に示された枠状部材26の変形例を示す平面図である。図9(b)において、枠状部材26に設けられた突起部51の両側面は、突起部51が空気導入通路19の一部を構成する空気用貫通孔33側(上流側)から空気導出通路20の一部を構成する空気用貫通孔33側(下流側)に向けて先細りとなるようなテーパ面51aとなっている。これにより、空気導入通路19から空気導出通路20に空気が流れやすくなる。
FIG.9 (b) is a top view which shows the modification of the frame-shaped
なお、上流側の突起部50及び下流側の突起部50の何れか一方のみにテーパ面50aを設けたり、上流側の突起部51及び下流側の突起部51の何れか一方のみにテーパ面51aを設けてもよい。また、突起部50の一側面のみをテーパ面50aとしたり、突起部51の一側面のみをテーパ面51aとしてもよい。また、突起部50,51に、テーパ面50a,51aの代わりに面取りまたはRを設けてもよい。
Note that a
図10は、図6に示された枠状部材26の他の変形例を示す断面図である。図10において、枠状部材26に設けられた突起部51の両側面は、突起部51が基端側から先端側に向けて先細りとなるようなテーパ面51bとなっている。このように突起部51の両側面をテーパ状に削ることにより、空気の流路容積を大きくすることができる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another modification of the frame-shaped
なお、上流側の突起部51及び下流側の突起部51の何れか一方のみにテーパ面51bを設けてもよい。また、突起部51の一側面のみをテーパ面51bとしてもよい。
Note that the
また、特に図示はしないが、枠状部材25に設けられた突起部50の側面を、突起部50が基端側から先端側に向けて先細りとなるようなテーパ面としてもよい。この場合には、燃料の流路容積を大きくすることができる。
Although not particularly illustrated, the side surface of the
図11(a)は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池におけるインターコネクタの第1枠状部材の底面図である。図11(a)において、枠状部材25における凹状部28の底面には、複数(ここでは3つの)の直方体形状の突起部(第1突起部)60が突設されている。これらの突起部60の体積は等しい。空気導入通路19の一部を構成する空気用貫通孔30側(図示左側)の領域に配置された突起部60の数は、空気導出通路20の一部を構成する空気用貫通孔30側(図示右側)の領域に配置された突起部60の数よりも多い。従って、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の総体積は、空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の総体積よりも大きい。
FIG. 11A is a bottom view of a first frame member of an interconnector in a fuel cell according to another embodiment of the present invention. In FIG. 11A, a plurality (three in this case) of rectangular parallelepiped-shaped protrusions (first protrusions) 60 protrude from the bottom surface of the recessed
図11(b)は、本発明の他の実施形態に係る燃料電池におけるインターコネクタの第2枠状部材の平面図である。図11(b)において、枠状部材26における凹状部31の底面には、複数(ここでは3つの)の直方体形状の突起部(第2突起部)61が突設されている。これらの突起部61の体積は等しい。燃料導入通路17の一部を構成する燃料用貫通孔32側(図示上側)の領域に配置された突起部61の数は、燃料導出通路18の一部を構成する燃料用貫通孔32側(図示下側)の領域に配置された突起部61の数よりも多い。従って、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の総体積は、燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の総体積よりも大きい。
FIG. 11B is a plan view of the second frame-shaped member of the interconnector in the fuel cell according to another embodiment of the present invention. In FIG. 11B, a plurality of (three in this case) rectangular parallelepiped protrusions (second protrusions) 61 protrude from the bottom surface of the recessed
ところで、燃料導入通路17及び空気導入通路19が隣り合う側の領域では、燃料導出通路18及び空気導出通路20が隣り合う側の領域に比べて、燃料及び空気が多く流れる。このため、セル本体10における燃料導入通路17及び空気導入通路19が隣り合う側の領域に対応する領域では、セル本体10における燃料導出通路18及び空気導出通路20が隣り合う側の領域に対応する領域に比べて、発電反応が起こりやすい。従って、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の総体積が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の総体積と等しく、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の総体積が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の総体積と等しい場合には、セル本体10において発電反応の不均一が生じる。
By the way, in the region where the
これに対し本実施形態では、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の総体積が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の総体積よりも大きく、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の総体積が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の総体積よりも大きい。このため、燃料導入通路17及び空気導入通路19が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失が、燃料導出通路18及び空気導出通路20が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失よりも大きくなる。従って、燃料導入通路17及び空気導入通路19が隣り合う側の領域と燃料導出通路18及び空気導出通路20が隣り合う側の領域とで、燃料及び空気が流れる量の差が少なくなる。これにより、セル本体10における発電反応の均一性を向上させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the total volume of the
このとき、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の数が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の数よりも多いので、各突起部60の体積を等しくしても、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の総体積が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の総体積よりも大きくなる。また、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の数が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の数よりも多いので、各突起部61の体積を等しくしても、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の総体積が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の総体積よりも大きくなる。
At this time, since the number of the
なお、本実施形態では、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の数が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の数よりも多く、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の数が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の数よりも多くなっているが、特にそれには限られない。例えば、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の数が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の数と等しく、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の数が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の数と等しくても、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の体積が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の体積よりも大きく、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の体積が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の体積よりも大きければよい。
In the present embodiment, the number of
また、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の総体積が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の総体積よりも大きければ、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の総体積が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の総体積と等しくてもよい。この場合にも、燃料導入通路17及び空気導入通路19が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失が、燃料導出通路18及び空気導出通路20が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失よりも大きくなる。これにより、セル本体10における発電反応の均一性を向上させることができる。
Further, if the total volume of the
同様に、燃料導入通路17側の領域に配置された突起部61の総体積が燃料導出通路18側の領域に配置された突起部61の総体積よりも大きければ、空気導入通路19側の領域に配置された突起部60の総体積が空気導出通路20側の領域に配置された突起部60の総体積と等しくてもよい。この場合にも、燃料導入通路17及び空気導入通路19が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失が、燃料導出通路18及び空気導出通路20が隣り合う側の領域における燃料及び空気の圧力損失よりも大きくなる。これにより、セル本体10における発電反応の均一性を向上させることができる。
Similarly, if the total volume of the
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、枠状部材25の凹状部28の底面に直方体形状の第1突起部が突設され、枠状部材26の凹状部31の底面に直方体形状の第2突起部が突設されているが、第1突起部及び第2突起部の形状としては、特に直方体形状には限られず、円柱状等であってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above-described embodiment, the rectangular parallelepiped first protrusion protrudes from the bottom surface of the
また、上記実施形態では、枠状部材の凹状部の底面に突設された突起部の先端面にはロウ材が設けられていないが、当該突起部の先端面に、別部材としてシート状のロウ材を設けてもよい。 Further, in the above embodiment, the brazing material is not provided on the tip surface of the protruding portion that protrudes from the bottom surface of the concave portion of the frame-shaped member. A brazing material may be provided.
さらに、上記実施形態では、インターコネクタ11が金属材料から構成されているが、インターコネクタ11の材料としては、特に金属には限られず、ロウ付けが可能な材料(導電性セラミック等)であればよい。
Furthermore, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態の燃料電池1は、セル本体10とインターコネクタ11とが複数ずつ交互に積層されてなるスタック2を有しているが、本発明は、1つのセル本体10と、このセル本体10を燃料極13側及び空気極14側から挟むように配置された2つのインターコネクタ11とを備えた単セル構造の燃料電池にも適用可能である。
The
1…燃料電池、10…セル本体、11…インターコネクタ、12…電解質、13…燃料極、14…空気極、15…燃料流路形成部、16…空気流路形成部、17…燃料導入通路、18…燃料導出通路、19…空気導入通路、20…空気導出通路、21,22…燃料用中空流路(燃料流路)、23,24…空気用中空流路(空気流路)、25…枠状部材(第1枠状部材)、26…枠状部材(第2枠状部材)、27…中間部材、28…凹状部(第1凹状部)、31…凹状部(第2凹状部)、50…突起部(第1突起部)、50a…テーパ面、51…突起部(第2突起部)、51a…テーパ面、60…突起部(第1突起部)、61…突起部(第2突起部)。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記セル本体を前記燃料極側及び前記空気極側から挟むように配置され、前記燃料極と対向する燃料流路形成部と前記空気極と対向する空気流路形成部とを有するインターコネクタとを備え、
前記インターコネクタには、燃料を導入する燃料導入通路と、燃料を導出する燃料導出通路と、空気を導入する空気導入通路と、空気を導出する空気導出通路と、前記燃料導入通路から前記燃料導出通路に燃料を流すための燃料流路と、前記空気導入通路から前記空気導出通路に空気を流すための空気流路とが設けられており、
前記インターコネクタは、前記燃料流路の一部を画成する第1凹状部を有する第1枠状部材と、前記空気流路の一部を画成する第2凹状部を有する第2枠状部材と、前記第1枠状部材と前記第2枠状部材との間に配置され、前記燃料流路形成部及び前記空気流路形成部を有する中間部材とを備え、
前記第1枠状部材及び前記第2枠状部材と前記中間部材とは、ロウ付けにより接合されており、
前記第1凹状部の底面には第1突起部が突設され、前記第2凹状部の底面には第2突起部が突設されていることを特徴とする燃料電池。 A cell body having a fuel electrode disposed on one surface side of the electrolyte and an air electrode disposed on the other surface side of the electrolyte, and generating and reacting fuel and air;
An interconnector disposed so as to sandwich the cell body from the fuel electrode side and the air electrode side, and having a fuel flow path forming part facing the fuel electrode and an air flow path forming part facing the air electrode; Prepared,
The interconnector includes a fuel introduction passage for introducing fuel, a fuel extraction passage for extracting fuel, an air introduction passage for introducing air, an air extraction passage for extracting air, and the fuel extraction from the fuel introduction passage. A fuel flow path for flowing fuel to the passage, and an air flow path for flowing air from the air introduction path to the air outlet path,
The interconnector has a first frame-like member having a first concave part that defines a part of the fuel flow path, and a second frame shape having a second concave part that defines a part of the air flow path. A member, and an intermediate member disposed between the first frame-shaped member and the second frame-shaped member and having the fuel flow path forming portion and the air flow path forming portion,
The first frame-shaped member, the second frame-shaped member, and the intermediate member are joined by brazing,
A fuel cell, wherein a first protrusion protrudes from the bottom surface of the first concave portion, and a second protrusion protrudes from the bottom surface of the second concave portion.
前記空気導入通路側の領域に配置された前記第1突起部の総体積は、前記空気導出通路側の領域に配置された前記第1突起部の総体積よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 The direction in which fuel flows from the fuel introduction passage to the fuel lead-out passage intersects the direction in which air flows from the air introduction passage to the air lead-out passage,
The total volume of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side is larger than the total volume of the first protrusions arranged in the region on the air lead-out passage side. The fuel cell according to 1.
前記燃料導入通路側の領域に配置された前記第2突起部の総体積は、前記燃料導出通路側の領域に配置された前記第2突起部の総体積よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 The direction in which fuel flows from the fuel introduction passage to the fuel lead-out passage intersects the direction in which air flows from the air introduction passage to the air lead-out passage,
The total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel introduction passage side is larger than the total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel lead-out passage side. The fuel cell according to 1.
前記空気導入通路側の領域に配置された前記第1突起部の総体積は、前記空気導出通路側の領域に配置された前記第1突起部の総体積よりも大きく、
前記燃料導入通路側の領域に配置された前記第2突起部の総体積は、前記燃料導出通路側の領域に配置された前記第2突起部の総体積よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の燃料電池。 The direction in which fuel flows from the fuel introduction passage to the fuel lead-out passage intersects the direction in which air flows from the air introduction passage to the air lead-out passage,
The total volume of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side is larger than the total volume of the first protrusions arranged in the region on the air lead-out passage side,
The total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel introduction passage side is larger than the total volume of the second protrusions arranged in the region on the fuel lead-out passage side. The fuel cell according to 1.
前記燃料導入通路側の領域に配置された前記第2突起部の数は、前記燃料導出通路側の領域に配置された前記第2突起部の数よりも多いことを特徴とする請求項4記載の燃料電池。 The number of the first protrusions arranged in the region on the air introduction passage side is larger than the number of the first protrusions arranged in the region on the air lead-out passage side,
5. The number of the second protrusions arranged in the region on the fuel introduction passage side is larger than the number of the second protrusions arranged in the region on the fuel lead-out passage side. Fuel cell.
前記第2突起部の側面は、前記第2突起部が前記空気導入通路側から前記空気導出通路側に向けて先細りとなるようなテーパ面となっていることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項記載の燃料電池。 The side surface of the first protrusion is a tapered surface such that the first protrusion is tapered from the fuel introduction passage side toward the fuel lead-out passage side,
The side surface of the second projecting portion has a tapered surface such that the second projecting portion tapers from the air introduction passage side toward the air lead-out passage side. The fuel cell according to any one of the above.
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