JP2017117659A - Manifold, and fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マニホールド、及び燃料電池スタックに関するものである。 The present invention relates to a manifold and a fuel cell stack.
燃料電池スタックは、マニホールドと、複数の燃料電池セルとを備えている(特許文献1参照)。各燃料電池セルは、マニホールドから上方に延びるように、マニホールドに支持されている。 The fuel cell stack includes a manifold and a plurality of fuel cells (see Patent Document 1). Each fuel cell is supported by the manifold so as to extend upward from the manifold.
上述したような燃料電池スタックでは、複数の燃料電池セルが上方に延びているため、重心が高くなって不安定になり、倒れてしまうおそれがある。 In the fuel cell stack as described above, since the plurality of fuel cells extend upward, the center of gravity becomes high and becomes unstable and may fall down.
本発明の課題は、燃料電池スタックの倒れを防止することにある。 An object of the present invention is to prevent the fuel cell stack from collapsing.
本発明の第1側面に係るマニホールドは、燃料電池セルにガスを分配するためのマニホールドである。このマニホールドは、マニホールド本体と、蓋部材と、一対の脚部と、を備える。マニホールド本体は、底壁、及び一対の第1側壁を有する。底壁は、載置面上に載置される。一対の第1側壁は、底壁の長手方向に延びる一対の縁部のそれぞれから上方に延びている。蓋部材は、燃料電池セルの下端部が挿入される挿入孔を有する。蓋部材は、マニホールド本体の上面を塞ぐ。一対の脚部は、各第1側壁の外方に配置され、載置面と当接するように構成される。 The manifold according to the first aspect of the present invention is a manifold for distributing gas to fuel cells. The manifold includes a manifold body, a lid member, and a pair of legs. The manifold body has a bottom wall and a pair of first side walls. The bottom wall is placed on the placement surface. The pair of first side walls extends upward from each of the pair of edges extending in the longitudinal direction of the bottom wall. The lid member has an insertion hole into which the lower end portion of the fuel battery cell is inserted. The lid member closes the upper surface of the manifold body. The pair of leg portions are disposed outside the first side walls and are configured to contact the placement surface.
この構成によれば、一対の脚部が、マニホールド本体の第1側壁の外方に配置されており、載置面上に当接する。このため、マニホールドが燃料電池セルを支持して重心が高くなった場合であっても、この燃料電池スタックの倒れを防止することができる。 According to this structure, a pair of leg part is arrange | positioned on the outer side of the 1st side wall of a manifold main body, and contact | abuts on a mounting surface. For this reason, even when the manifold supports the fuel battery cells and the center of gravity becomes high, the fuel cell stack can be prevented from falling.
各脚部は、例えば蓋部材から下方に延びている。この場合、各脚部と蓋部材とは、1つの部材によって構成されることが好ましい。 Each leg portion extends downward from the lid member, for example. In this case, each leg portion and the lid member are preferably constituted by one member.
また、各脚部は、第1側壁から下方に延びていてもよい。この場合、各壁部と各第1側壁とは、1つの部材によって構成されることが好ましい。 Further, each leg may extend downward from the first side wall. In this case, it is preferable that each wall part and each first side wall are constituted by one member.
また、各第1側壁は、底壁から上方に延びる側壁本体部と、側壁本体部の上端部から外方に延びるフランジ部と、を有していることが好ましい。そして、脚部は、フランジ部から下方に延びていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that each 1st side wall has a side wall main-body part extended upwards from a bottom wall, and a flange part extended outward from the upper end part of a side wall main-body part. The leg portion preferably extends downward from the flange portion.
本発明の第2側面に係る燃料電池スタックは、上記いずれかに記載のマニホールドと、燃料電池セルと、を備える。各燃料電池セルは、下端部が挿入孔に挿入され、蓋部材から上方に延びる。 A fuel cell stack according to a second aspect of the present invention includes any of the manifolds described above and a fuel cell. Each fuel cell has a lower end inserted into the insertion hole and extends upward from the lid member.
本発明によれば、燃料電池スタックの倒れを防止することができる。 According to the present invention, the fuel cell stack can be prevented from falling down.
以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell stack according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、燃料電池スタック100は、複数の燃料電池セル10と、マニホールド20と、を備えている。各燃料電池セル10は、マニホールド20によって支持されている。マニホールド20は、各燃料電池セル10にガスを分配する。
As shown in FIG. 1, the
[燃料電池セル]
各燃料電池セル10は、マニホールド20から上方に延びている。燃料電池セル10の長手方向(x軸方向)は、上下方向に延びている。また、各燃料電池セル10は、マニホールド20の長手方向(z軸方向)に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。各燃料電池セル10は、集電部材(図示省略)を介して互いに電気的に接続されている。集電部材は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、集電部材は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。
[Fuel battery cell]
Each
図2に示すように、燃料電池セル10は、複数の発電素子部11と、支持基板12とを備えている。各発電素子部11は、支持基板12の両面に支持されている。なお、各発電素子部11は、支持基板12の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部11は、燃料電池セル10の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル10は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部11は、電気的接続部17(図3参照)によって互いに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
支持基板12は、燃料電池セル10の長手方向に延びる複数のガス流路121を内部に有している。なお、支持基板12の長手方向(x軸方向)は、燃料電池セル10の長手方向と同じ方向である。各ガス流路121は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路121は、燃料電池セル10の長手方向の両端部において開口している。各ガス流路121は、燃料電池セル10の幅方向(y軸方向)の両端部122に形成されていない。このガス流路121が形成されていない燃料電池セル10の幅方向の両端部122は、後述する第1側壁32の第1フランジ部322上に載置されている。
The
図3に示すように、支持基板12は、複数の第1凹部123を有している。各第1凹部123は、支持基板12の両面に形成されている。各第1凹部123は支持基板12の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。
As shown in FIG. 3, the
支持基板12は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。支持基板12は、例えば、CSZ(カルシア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、支持基板12は、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とY2O3(イットリア)とから構成されてもよいし、MgO(酸化マグネシウム)とMgAl2O4(マグネシアアルミナスピネル)とから構成されてもよい。支持基板12の気孔率は、例えば、20〜60%程度である。
The
各発電素子部11は、燃料極13、電解質14、及び空気極15を有している。また、各発電素子部11は、反応防止膜16をさらに有している。燃料極13は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極13は、燃料極集電部131と燃料極活性部132とを有する。
Each power
燃料極集電部131は、第1凹部123内に配置されている。詳細には、燃料極集電部131は、第1凹部123内に充填されており、第1凹部123と同様の外形を有する。各燃料極集電部131は、第2凹部131a及び第3凹部131bを有している。燃料極活性部132は、第2凹部131a内に配置されている。詳細には、燃料極活性部132は、第2凹部131a内に充填されている。
The fuel electrode
燃料極集電部131は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極集電部131は、NiO(酸化ニッケル)とY2O3(イットリア)とから構成されてもよいし、NiO(酸化ニッケル)とCSZ(カルシア安定化ジルコニア)とから構成されてもよい。燃料極集電部131の厚さ、並びに第1凹部123の深さは、50〜500μm程度である。
The fuel electrode
燃料極活性部132は、例えば、NiO(酸化ニッケル)とYSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)とから構成され得る。或いは、燃料極活性部132は、NiO(酸化ニッケル)とGDC(ガドリニウムドープセリア)とから構成されてもよい。燃料極活性部132の厚さは、5〜30μmである。
The fuel electrode
電解質14は、燃料極13上を覆うように配置されている。詳細には、電解質14は、あるインターコネクタ171から他のインターコネクタ171まで燃料電池セル10の長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル10の長手方向において、電解質14とインターコネクタ171とが交互に配置されている。
The
電解質14は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。電解質14は、例えば、YSZ(8YSZ)(イットリア安定化ジルコニア)から構成され得る。或いは、電解質14は、LSGM(ランタンガレート)から構成されてもよい。電解質14の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。
The
反応防止膜16は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視(z軸方向視)において、燃料極活性部132と略同一の形状であり、燃料極活性部132と略同じ位置に配置されている。反応防止膜16は、電解質14内のYSZと空気極15内のSrとが反応して電解質14と空気極15との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜16は、例えば、GDC=(Ce,Gd)O2(ガドリニウムドープセリア)から構成され得る。反応防止膜16の厚さは、例えば、3〜50μm程度である。
The
空気極15は、反応防止膜16上に配置されている。空気極15は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極15は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極15は、LSF=(La,Sr)FeO3(ランタンストロンチウムフェライト)、LNF=La(Ni,Fe)O3(ランタンニッケルフェライト)、又は、LSC=(La,Sr)CoO3(ランタンストロンチウムコバルタイト)等から構成されてもよい。空気極15は、LSCFからなる第1層(内側層)とLSCからなる第2層(外側層)との2層によって構成されてもよい。空気極15の厚さは、例えば、10〜100μmである。
The
電気的接続部17は、隣り合う発電素子部11を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部17は、インターコネクタ171及び空気極集電膜172を有する。インターコネクタ171は、第3凹部131b内に配置されている。詳細には、インターコネクタ171は、第3凹部131b内に埋設(充填)されている。インターコネクタ171は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ171は、例えば、LaCrO3(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、インターコネクタ171は、(Sr,La)TiO3(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ171の厚さは、例えば、10〜100μmである。
The
空気極集電膜172は、隣り合う発電素子部11のインターコネクタ171と空気極15との間を延びるように配置される。例えば、図3の左側に配置された発電素子部11の空気極15と、図3の右側に配置された発電素子部11のインターコネクタ171とを電気的に接続するように、空気極集電膜172が配置されている。空気極集電膜172は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。
The air electrode
空気極集電膜172は、例えば、LSCF=(La,Sr)(Co,Fe)O3(ランタンストロンチウムコバルトフェライト)から構成され得る。或いは、空気極集電膜172は、LSC=(La,Sr)CoO3(ランタンストロンチウムコバルタイト)から構成されてもよい。或いは、空気極集電膜172は、Ag(銀)、Ag−Pd(銀パラジウム合金)から構成されてもよい。空気極集電膜172の厚さは、例えば、50〜500μm程度である。
The air electrode
[マニホールド]
図1及び図4に示すように、マニホールド20は、各燃料電池セル10にガスを分配するように構成されている。マニホールド20は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド20の内部空間には、導入管201を介して燃料ガスなどのガスが供給される。マニホールド20は、各燃料電池セル10を支持している。マニホールド20は、マニホールド本体3と、蓋部材4と、脚部5とを備えている。
[Manifold]
As shown in FIGS. 1 and 4, the manifold 20 is configured to distribute gas to each
マニホールド本体3は、直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。詳細には、マニホールド本体3は、底壁31と、一対の第1側壁32と、一対の第2側壁33とを有している。なお、マニホールド本体3は、1つの部材によって構成されている。すなわち、底壁31と、一対の第1側壁32と、一対の第2側壁33とは、1つの部材によって構成されている。マニホールド本体3は、例えば、耐熱性を有するような金属によって形成される。より具体的には、マニホールド本体3は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びNi基合金よりなる群から選ばれる少なくとも1種から形成されている。
The
底壁31は、平面視(x軸方向視)が矩形状である。底壁31は、平面視において、長手方向(z軸方向)と短手方向(y軸方向)を有している。マニホールド20を載置面300上に載置したとき、底壁31は、載置面300上に載置される。すなわち、底壁31は、載置面300と当接する。
The
一対の第1側壁32は、底壁31の対向する一対の縁部のそれぞれから上方に延びている。詳細には、各第1側壁32は、底壁31の縁部のうち、長手方向(z軸方向)に延びる一対の縁部から上方に延びている。第1側壁32は、マニホールド20の長手方向(z軸方向)に延びている。すなわち、複数の燃料電池セル10の並ぶ方向に延びている。一対の第1側壁32は、互いに対向している。
The pair of
第1側壁32は、第1側壁本体部321と、第1フランジ部322と、を有している。第1側壁本体部321は、底壁31から上方に延びる部分である。第1フランジ部322は、第1側壁本体部321の上端部から外方に延びる部分である。なお、第1側壁本体部321と第1フランジ部322とは一体的に延びている。
The
一対の第2側壁33は、底壁31の残りの対向する縁部から上方に延びている。また、各第2側壁33は、マニホールド20の幅方向(y軸方向)に延びている。すなわち、各第2側壁33は、燃料電池セル10の幅方向に延びている。各第2側壁33は、互いに対向している。第2側壁33は、第1側壁32と同様に、第2側壁本体部と、第2フランジ部とを有している。第2側壁本体部は、第1側壁本体部321と連続しており、第2フランジ部は、第1フランジ部322と連続している。
The pair of
蓋部材4は、マニホールド本体3の上面を塞ぐように構成されている。蓋部材4の外周縁部は、第1フランジ部322及び第2フランジ部上に配置されており、第1フランジ部322及び第2フランジ部に接合されている。蓋部材4は、例えば、溶接によって、第1フランジ部322及び第2フランジ部に接合されている。
The
図5に示すように、蓋部材4は、複数の挿入孔41を有している。各挿入孔41には、各燃料電池セル10の下端部が挿入される。各挿入孔41は、マニホールド20の幅方向(y軸方向)に延びている。また、各挿入孔41は、マニホールド20の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。
As shown in FIG. 5, the
蓋部材4の短手方向(y軸方向)の長さは、マニホールド本体3の短手方向(y軸方向)の長さよりも長い。このため、蓋部材4の短手方向における両端部は、第1フランジ部322を超えて延びている。
The length of the
図1及び図4に示すように、一対の脚部5は、燃料電池スタック100の倒れを防止するように構成されている。各脚部5は、各第1側壁32の外方に配置されている。各脚部5は、載置面300と当接するように構成されている。一対の脚部5は、蓋部材4から下方に延びている。詳細には、各脚部5は、蓋部材4の短手方向の両端部から下方に延びている。なお、各脚部5は、載置面300まで延び、載置面300と当接している。
As shown in FIGS. 1 and 4, the pair of
各脚部5は、蓋部材4の長手方向に延びる縁部から下方に延びている各脚部5は、マニホールド20の長手方向に延びている。この各脚部5の長手方向(z軸方向)の長さは、特に限定されないが、例えば、100〜800mm程度である。また、載置面300上における各脚部5と各第1側壁32との間隔dは、特に限定されないが、例えば、5〜50mm程度である。各脚部5と蓋部材4とは、1つの板状の部材によって構成される。この場合、各脚部5は、蓋部材4の短手方向の端部を下方に折り曲げることによって形成される。なお、蓋部材4及び各脚部5は、例えば、耐熱性を有するような金属によって形成される。より具体的には、蓋部材4及び各脚部5は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びNi基合金よりなる群から選ばれる少なくとも1種から形成されている。
Each
以上のように構成されたマニホールド20に、各燃料電池セル10が支持されている。詳細には、各燃料電池セル10の下端部が、蓋部材4の各挿入孔41に挿入されている。なお、各燃料電池セル10の幅方向の両端部122は、第1フランジ部322上に載っていてもよい。そして、燃料電池セル10が挿入された状態の挿入孔41内には、接合材101が充填されている。
Each
接合材101は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、SiO2−B2O3系、SiO2−CaO系、又はSiO2−MgO系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合(結晶化度)が60%以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が40%未満のガラスを指す。なお、接合材101の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、接合材101は、SiO2−MgO−B2O5−Al2O3系及びSiO2−MgO−Al2O3−ZnO系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
The
以上のように構成された燃料電池スタック100は、次のようにして発電する。マニホールド20を介して各燃料電池セル10のガス流路121内に燃料ガス(水素ガス等)を流すとともに、支持基板12の両面を酸素を含むガス(空気等)に曝すことにより、電解質14の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック100を外部の負荷に接続すると、空気極15において下記(1)式に示す電気化学反応が起こり、燃料極13において下記(2)式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O2+2e−→O2 − …(1)
H2+O2 −→H2O+2e− …(2)
The
(1/2) · O 2 + 2e − → O 2 − (1)
H 2 + O 2 − → H 2 O + 2e − (2)
[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.
変形例1
上記実施形態では、各脚部5は、蓋部材から下方に垂直に延びる板状部材であるが、各脚部5の構造は特にこれに限定されない。例えば、図6に示すように、各脚部5の下端部は載置面300に沿って外方に延びる当接部51を有していてもよい。これによって、より安定的に、燃料電池スタック100を支持することができる。
In the above embodiment, each
また、図7に示すように各脚部5は、下方に向かって外方に広がっていてもよい。すなわち、各脚部5は、下方に向かって第1側壁32から離れるように傾斜していてもよい。これによって、より安定的に、燃料電池スタック100を支持することができる。
Moreover, as shown in FIG. 7, each
変形例2
上記実施形態では、各脚部5は、蓋部材4から下方に延びていたが、特にこれに限定されない。例えば、図8及び図9に示すように、各脚部5は、第1側壁32から下方に延びていてもよい。詳細には、各脚部5は、第1側壁32の第1フランジ部322から下方に延びている。各脚部5と各第1側壁32とは、1つの部材によって構成することができる。例えば、各第1側壁32の第1フランジ部322の先端部を下方に折り曲げることによって、各脚部5を形成することができる。
Modification 2
In the said embodiment, although each
変形例3
上記変形例1において、各脚部5は、第1フランジ部322から下方に垂直に延びているが、各脚部5の構造は特にこれに限定されない。例えば、図10に示すように、各脚部5の下端部は外方に延びる当接部51を有していてもよい。これによって、より安定的に、燃料電池スタックを支持することができる。
In the first modification, each
また、図11に示すように各脚部5は、下方に向かって外方に広がっていてもよい。すなわち、各脚部5は、下方に向かって第1側壁32から離れるように傾斜していてもよい。これによって、より安定的に、燃料電池スタック100を支持することができる。
Moreover, as shown in FIG. 11, each
変形例4
上記実施形態では、燃料電池セル10は、第1フランジ部322上に載っているが、図12に示すように、燃料電池セル10は、第1フランジ部322上に載っていなくてもよい。
In the above embodiment, the
3 :マニホールド本体
31 :底壁
32 :第1側壁
4 :蓋部材
41 :挿入孔
5 :脚部
10 :燃料電池セル
20 :マニホールド
100 :燃料電池スタック
300 :載置面
3: Manifold body 31: Bottom wall 32: First side wall 4: Cover member 41: Insertion hole 5: Leg 10: Fuel cell 20: Manifold 100: Fuel cell stack 300: Mounting surface
Claims (9)
載置面上に載置される底壁、及び底壁の長手方向に延びる一対の縁部のそれぞれから上方に延びる一対の第1側壁、を有するマニホールド本体と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される挿入孔を有し、前記マニホールド本体の上面を塞ぐ蓋部材と、
前記各第1側壁の外方に配置され、前記載置面と当接するように構成される一対の脚部と、
を備える、マニホールド。 A manifold for distributing gas to fuel cells,
A manifold body having a bottom wall placed on the placement surface and a pair of first side walls extending upward from each of a pair of edges extending in the longitudinal direction of the bottom wall;
A lid member that has an insertion hole into which a lower end portion of the fuel battery cell is inserted, and closes an upper surface of the manifold body;
A pair of legs arranged outside the first side walls and configured to contact the mounting surface;
A manifold.
請求項1に記載のマニホールド。 Each of the legs extends downward from the lid member.
The manifold according to claim 1.
請求項2に記載のマニホールド。 The manifold according to claim 2, wherein each of the leg portions and the lid member is constituted by one member.
請求項1に記載のマニホールド。 Each of the legs extends downward from the first side wall.
The manifold according to claim 1.
請求項4に記載のマニホールド。 Each said leg and each said 1st side wall are comprised by one member,
The manifold according to claim 4.
前記脚部は、前記フランジ部から下方に延びる、
請求項4又は5に記載のマニホールド。 Each of the first side walls includes a side wall main body portion extending upward from the bottom wall, and a flange portion extending outward from an upper end portion of the side wall main body portion,
The leg portion extends downward from the flange portion,
The manifold according to claim 4 or 5.
請求項1から6のいずれかに記載のマニホールド。 Each of the leg portions has an abutting portion extending outward along the placement surface.
The manifold according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれかに記載のマニホールド。 Each of the legs spread outwardly downward,
The manifold according to any one of claims 1 to 7.
下端部が前記挿入孔に挿入され、前記蓋部材から上方に延びる燃料電池セルと、
を備える、燃料電池スタック。 A manifold according to any of claims 1 to 8,
A fuel cell that has a lower end inserted into the insertion hole and extends upward from the lid member;
A fuel cell stack comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015252091A JP6077094B1 (en) | 2015-12-24 | 2015-12-24 | Manifold and fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015252091A JP6077094B1 (en) | 2015-12-24 | 2015-12-24 | Manifold and fuel cell stack |
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