JP2018092910A - マニホールド、及び燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明に係るマニホールド及び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。図1〜図3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1と、マニホールド2と、を備えている。
マニホールド2は、各燃料電池セル1にガスを分配するように構成されている。マニホールド2は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド2の内部空間には、導入管210を介して燃料ガスなどのガスが導入される。マニホールド2は、この内部空間と外部とを連通する複数の貫通孔27を有している。
図1から図3に示すように、各燃料電池セル1は、マニホールド2に取り付けられている。各燃料電池セル1は、マニホールド2から上方に延びている。詳細には、各燃料電池セル1は、マニホールド2の上壁22から上方に延びている。燃料電池セル1の下端部101は、貫通孔27内に挿入されている。この際、燃料電池セル1の下端部は上壁22から5mmほど下方に突出していてもよい。燃料電池セル1の長手方向(x軸方向)の長さは100〜300mm程度とすることができる。なお、燃料電池セル1の下端部101が貫通孔27内に挿入された状態において、燃料電池セル1の下端部101の外周面と貫通孔27の内壁面との間には隙間が形成されている。この隙間に第1接合材3が充填されていてもよい。
第1接合材3は、燃料電池セル1をマニホールド2に固定する。詳細には、第1接合材3は、燃料電池セル1とマニホールド2の上壁22とを接合している。第1接合材3は、燃料電池セル1の下端部101とマニホールド2の上壁22とを接合している。また、第1接合材3は、緻密膜18と接触している。
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2を介して各燃料電池セル1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)
次に、上述したように構成された燃料電池スタックの製造方法について説明する。
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。
上記実施形態では、燃料極集電部131が第2凹部131a及び第3凹部131bを有しているが、燃料極集電部131の構成はこれに限定されない。例えば、燃料極集電部131は第2凹部131a及び第3凹部131bなどの凹部を有していなくてもよい。この場合、燃料極活性部132は、燃料極集電部131上に形成されており、燃料極集電部131に埋設されていない。また、インターコネクタ171は、燃料極集電部131上に形成されており、燃料極集電部131に埋設されていない。
上記実施形態では、燃料電池セル1は、複数の発電素子部11を有している横縞型であったが、燃料電池セル1の構成はこれに限定されない。例えば、燃料電池セル1は、長手方向に延びる一つの発電素子部を有するような縦縞型であってもよい。また、燃料電池セル1は、横縞円筒型であってもよい。
上記実施形態では、ガス導入口241は円形状であったが、ガス導入口241の形状は特にこれに限定されず、例えば、楕円形や矩形状であってもよい。また、上記実施形態では、ガス流路121は円形状であったが、ガス流路121の形状がこれに限定されず、例えば、楕円形状や矩形状であってもよい。
上記実施形態では、第1端部空間201と第2端部空間202とは、対称的な形状となっているが、内部空間の形状はこれに限定されない。例えば、図14に示すように、第2端部空間202の幅は奥行き方向(z軸方向)において一定であってもよい。
上記実施形態では、第1端部空間201の平面視形状は、略三角形状であったが、第1端部空間201の平面視形状はこれに限定されない。例えば、図15に示すように、第1端部空間201の平面視形状は、半円形状、又は半楕円形状であってもよい。すなわち、第1側壁24は、平面視において、湾曲していてもよい。詳細には、第1側壁24の平面視形状は、円弧状であってもよい。
上記実施形態では、第1及び第2側壁24,25は上方に向かって外方に傾斜しているが、第1及び第2側壁24,25は外方に傾斜していなくてもよい。すなわち、第1及び第2側壁24,25は、底壁23から略垂直に上方に延びていてもよい。
上記実施形態では、マニホールド本体21の上面が開口しており、上壁22によってマニホールド本体21の上面が封鎖されているが、マニホールド2の構成はこれに限定されない。
上記実施形態では、各燃料電池セル1の幅は互いに同じであったが、各燃料電池セル1の幅は互いに異なっていてもよい。例えば、図18に示すように、複数の燃料電池セル1のうち、第1端部空間201と連通する端部燃料電池セル1aの幅は、奥行き方向(z軸方向)の中央部に配置される中央部燃料電池セル1bの幅よりも小さい。なお、奥行き方向の中央部とは、奥行き方向の両端部に配置された各燃料電池セル間の領域を3等分し、その中央の領域とすることができる。そして、本変形例のように中央部に配置される中央部燃料電池セル1bが複数ある場合は、例えば、中央部燃料電池セル1bの幅の平均値よりも、端部燃料電池セル1aの幅の方が小さい。また、端部燃料電池セル1aが複数ある場合、ガス導入口241に近い端部燃料電池セル1aの幅ほど小さくすることができる。なお、第2端部空間202と連通する燃料電池セル1も同様の構成とすることができる。
上記実施形態では、ガス導入口241は第1側壁24に形成されていたが、ガス導入口241の形成位置はこれに限定されない。例えば、ガス導入口241は、上壁22に形成されていてもよい。なお、ガス導入口241は、第1端部空間に開口している。
上記実施形態では、第1側壁24及び第2側壁25は、上方に向かって外方に広がるように傾斜しているが、この構成に限定されない。例えば、図19,20に示すように、第1側壁24及び第2側壁25は、下方に向かって外方に広がっていてもよい。この場合、特に限定されるものではないが、例えば、第1側壁24及び第2側壁25と、上壁22とがなす角度βは、90.1〜135°程度とすることができる。本変形例において、上壁22、第1側壁24、及び第2側壁25によって、マニホールド本体21を構成することが好ましい。そして、このマニホールド本体21の開口する下面を封鎖するように、底壁23はマニホールド本体21に取り付けられる。
2 マニホールド
20a 第1境界部
20b 第2境界部
20c 第3境界部
22 上壁
23 底壁
24 第1側壁
241 ガス導入口
25 第2側壁
26 第1フランジ部
28 第1隙間部
29 第2フランジ部
30 第2隙間部
201 第1端部領域
100 燃料電池スタック
Claims (17)
- 燃料電池セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
底壁と、
前記底壁から上方に延びる側壁と、
前記燃料電池セルが取り付けられるように構成された上壁と、
を備え、
前記底壁、側壁、及び上壁は、前記マニホールドの内部空間を画定しており、
前記内部空間は、第1方向の第1端部側において、第1端部空間を有しており、
前記第1端部空間は、前記第1方向において前記第1端部から離れるにつれて幅が大きくなり、
前記側壁及び上壁の少なくとも一方は、前記第1端部空間に開口するガス導入口を有する、
マニホールド。
- 前記側壁は、前記ガス導入口を有し、
前記ガス導入口は、前記第1方向に開口する、
請求項1に記載のマニホールド。
- 前記側壁のうち前記第1端部空間と対向する部分は、平面視において湾曲している、
請求項1又は2に記載のマニホールド。
- 前記側壁のうち前記第1端部空間と対向する部分は、平面視において直線的に延びる、
請求項1又は2に記載のマニホールド。
- 前記側壁は、上方に向かって外方に広がるように傾斜する、
請求項1から4のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記側壁は、下方に向かって外方に広がるように傾斜する、
請求項1から4のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記側壁は、
前記第1方向において互いに対向する一対の第1側壁と、
前記第2方向において互いに対向する一対の第2側壁と、
を有する、
請求項1から6のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記第1側壁と前記第2側壁との第1境界部の内側面は、R形状である、
請求項7に記載のマニホールド。
- 前記底壁と前記側壁との第2境界部の内側面は、R形状である、
請求項1から8のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記側壁の上端部から外方に延びる第1フランジ部をさらに備え、
前記上壁は、前記第1フランジ部に固定される、
請求項1から9のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記側壁と前記第1フランジ部との第3境界部の内側面は、R形状である、
請求項10に記載のマニホールド。
- 前記第3境界部と前記上壁との間に第1隙間部が形成される、
請求項11に記載のマニホールド。
- 前記上壁と前記側壁との第4境界部の内側面は、R形状である、
請求項1から12のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記側壁の下端部から外方に延びる第2フランジ部をさらに備え、
前記底壁は、前記第2フランジ部に固定される、
請求項1から13のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記側壁と前記第2フランジ部との第5境界部の内側面は、R形状である、
請求項14に記載のマニホールド。
- 前記第5境界部と前記底壁との間に第2隙間部が形成される、
請求項15に記載のマニホールド。
- 請求項1から16に記載のマニホールドと、
前記上壁から上方に延びる複数の燃料電池セルと、
を備え、
前記各燃料電池セルは、前記第1方向に間隔をあけて配置され、
前記複数の燃料電池セルのうち、前記第1端部空間と連通する端部燃料電池セルの幅は、前記第1方向の中央部に配置される中央部燃料電池セルの幅よりも小さい、
燃料電池スタック。
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