JP2018147649A - Assembly method of fuel battery stack and fuel battery stack, and power generation module - Google Patents
Assembly method of fuel battery stack and fuel battery stack, and power generation module Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018147649A JP2018147649A JP2017040288A JP2017040288A JP2018147649A JP 2018147649 A JP2018147649 A JP 2018147649A JP 2017040288 A JP2017040288 A JP 2017040288A JP 2017040288 A JP2017040288 A JP 2017040288A JP 2018147649 A JP2018147649 A JP 2018147649A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- fuel
- fuel cell
- fuel cells
- sealing material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
本発明は、燃料電池スタックの組み付け方法および燃料電池スタック並びに発電モジュールに関する。 The present invention relates to a method for assembling a fuel cell stack, a fuel cell stack, and a power generation module.
従来、この種の燃料電池スタックとしては、筒状の電解質層と電解質層の内面側に積層され燃料ガスが供給される内側電極層と電解質層の外面側に積層され酸化剤ガスが供給される外側電極層とを有する燃料電池セルと、複数の燃料電池セルを立設状態で支持する絶縁性支持部を上面に有し各燃料電池セルの内側電極層に燃料ガスを分配するマニホールドと、各燃料電池セルの被支持部とマニホールドの絶縁性支持部との間をシールする結晶化ガラスシール材(ガラスシール材)と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。燃料電池セルの下端部には内側電極層と電気的に接続される内側電極端子(被支持部)が設けられ、内側電極端子の底面(押さえ部)と絶縁性支持部の上面との間にガラスシール材が配置される。これにより、ガラスシール材には押さえ部からの荷重がかかるため、濡れ性の悪い結晶化ガラスであっても、接着面積を広げて、マニホールドの内外のガスを確実に遮断することができる、としている。 Conventionally, in this type of fuel cell stack, a cylindrical electrolyte layer and an inner electrode layer that is stacked on the inner surface side of the electrolyte layer and a fuel gas are supplied and an oxidant gas that is stacked on the outer surface side of the electrolyte layer are supplied. A fuel cell having an outer electrode layer, a manifold having an insulating support for supporting a plurality of fuel cells in a standing state on the upper surface, and distributing fuel gas to the inner electrode layer of each fuel cell; and A device including a crystallized glass sealing material (glass sealing material) that seals between a supported portion of a fuel cell and an insulating support portion of a manifold has been proposed (for example, see Patent Document 1). An inner electrode terminal (supported portion) that is electrically connected to the inner electrode layer is provided at the lower end of the fuel cell, and between the bottom surface (pressing portion) of the inner electrode terminal and the upper surface of the insulating support portion. A glass seal is placed. As a result, since the load from the pressing part is applied to the glass seal material, even in the case of crystallized glass with poor wettability, it is possible to widen the adhesion area and reliably shut off the gas inside and outside the manifold. Yes.
しかしながら、上述した燃料電池スタックでは、押さえ部の自重のみによってガラスシール材に荷重をかける構造であるため、組み付け時において押さえ部が片当たり等すると、十分なシール性能を確保できない場合がある。また、構成部品の寸法のバラツキによってガラスシール材にかかる荷重が変化するため、品質にバラツキが生じ易い。 However, since the fuel cell stack described above has a structure in which a load is applied to the glass sealing material only by its own weight, there may be a case where sufficient sealing performance cannot be ensured if the pressing portion comes into contact with one piece during assembly. In addition, since the load applied to the glass sealing material changes due to the variation in the dimensions of the component parts, the quality tends to vary.
本発明の燃料電池スタックの組み付け方法および燃料電池スタック並びに発電モジュールは、組み付けが容易で、良好なガスシール性を確保して、信頼性の高いスタックを提供することを主目的とする。 The main object of the fuel cell stack assembly method, fuel cell stack, and power generation module of the present invention is to provide a highly reliable stack that is easy to assemble, ensures good gas sealability.
本発明の燃料電池スタックの組み付け方法および燃料電池スタック並びに発電モジュールは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The fuel cell stack assembling method, the fuel cell stack, and the power generation module of the present invention employ the following means in order to achieve the above-mentioned main object.
本発明の燃料電池スタックの組み付け方法は、
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され燃料ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルが立設される支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
を備える燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にガラスシール材をそれぞれ配置し、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材を配置し、
前記複数の燃料電池セルが付勢された状態で前記ガラスシール材を焼成する、
ことを要旨とする。
The method for assembling the fuel cell stack according to the present invention includes:
A cylindrical electrolyte layer; an inner electrode layer that is laminated on the inner surface side of the electrolyte layer and supplied with one of the fuel gas and the oxidant gas; and the fuel gas and the outer layer laminated on the outer surface side of the electrolyte layer A plurality of fuel cells having an outer electrode layer to which the other gas of the oxidant gas is supplied;
A manifold that has a support portion on which the plurality of fuel cells are erected, and distributes the one gas to the inner electrode layer of the plurality of fuel cells;
A fuel cell stack assembly method comprising:
A glass sealing material is disposed between the support portion of the manifold and the supported portions of the plurality of fuel cells supported by the support portion, respectively.
A spring member is arranged so that the plurality of fuel cells are biased in a direction in which the glass sealing material is compressed,
Firing the glass sealing material in a state where the plurality of fuel cells are energized,
This is the gist.
この本発明の燃料電池スタックの組み付け方法では、マニホールドの支持部とこれに支持される複数の燃料電池セルの被支持部との間にガラスシール材をそれぞれ配置し、ガラスシール材が圧縮される方向に複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材を配置し、複数の燃料電池セルが付勢された状態でガラスシール材を焼成する。これにより、バネ部材を用いてガラスシール材に圧縮荷重をかけた状態でガラスシール材を焼成できるため、ガラスシール材を濡れ広がらせることができ、接着面積を増やして、良好なガスシール性を確保することができる。この結果、組み付けが容易で、良好なガスシール性を確保して、信頼性の高いスタックを提供することができる。 In the method of assembling the fuel cell stack according to the present invention, the glass sealing material is disposed between the supporting portion of the manifold and the supported portions of the plurality of fuel cells supported by the manifold, and the glass sealing material is compressed. The spring member is disposed so that the plurality of fuel cells are biased in the direction, and the glass sealing material is fired in a state where the plurality of fuel cells are biased. Thereby, since the glass sealing material can be baked in a state where a compression load is applied to the glass sealing material using the spring member, the glass sealing material can be wetted and spread, the adhesion area can be increased, and a good gas sealing property can be obtained. Can be secured. As a result, it is easy to assemble, secure a good gas sealing property, and provide a highly reliable stack.
こうした本発明の燃料電池スタックの組み付け方法において、前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するようにバネ支持部材を設け、前記複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に前記バネ部材を配置するものとしてもよい。こうすれば、ガラスシール材の端面に概ね均一に圧縮荷重をかけることができる。この場合、前記燃料電池セルのセル長さに応じて該燃料電池セルの前記端部と前記バネ支持部材との間に、スペーサを配置するものとしてもよい。こうすれば、燃料電池セルのセル長さのバラツキに拘わらず、ガラスシール材に適切な圧縮荷重をかけることができる。 In such a method of assembling the fuel cell stack of the present invention, a spring support member is provided so as to face the support portion of the manifold across the plurality of fuel cells, and the supported portions of the plurality of fuel cells are The spring member may be disposed between the opposite end and the spring support member. If it carries out like this, a compressive load can be applied to the end surface of a glass sealing material substantially uniformly. In this case, a spacer may be disposed between the end of the fuel cell and the spring support member according to the cell length of the fuel cell. In this way, an appropriate compressive load can be applied to the glass sealing material regardless of variations in the cell length of the fuel cells.
また、本発明の燃料電池スタックの組み付け方法において、前記バネ部材として、セラミック製のバネを用いるものとしてもよい。こうすれば、焼成時にバネ部材が高温に曝されても、ガラスシール材に適切な圧縮荷重をかけることができる。 In the fuel cell stack assembling method of the present invention, a ceramic spring may be used as the spring member. If it carries out like this, even if a spring member is exposed to high temperature at the time of baking, an appropriate compressive load can be applied to a glass sealing material.
本発明の燃料電池スタックは、
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され燃料ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルを付勢するバネ部材と、
を備えることを要旨とする。
The fuel cell stack of the present invention comprises:
A cylindrical electrolyte layer; an inner electrode layer that is laminated on the inner surface side of the electrolyte layer and supplied with one of the fuel gas and the oxidant gas; and the fuel gas and the outer layer laminated on the outer surface side of the electrolyte layer A plurality of fuel cells having an outer electrode layer to which the other gas of the oxidant gas is supplied;
A manifold that supports the plurality of fuel cells in an upright state, and distributes the one gas to the inner electrode layers of the plurality of fuel cells;
A glass sealing material disposed between the support part of the manifold and the supported parts of the plurality of fuel cells supported by the support part,
A spring member for urging the plurality of fuel cells in a direction in which the glass sealing material is compressed;
It is a summary to provide.
この本発明の燃料電池スタックでは、マニホールドの支持部とこれに支持される複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれガラスシール材が配置され、ガラスシール材が圧縮される方向に複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材が設けられる。ガラスシール材には、バネ部材によって燃料電池セルが付勢されることにより、常時圧縮荷重がかけられた状態となる。これにより、燃料電池スタックの運転状態の変化によってガラスシール材に大きな熱応力が作用しても、ガラスシール材の剥離を抑制することができ、信頼性の高いスタックを提供することができる。 In the fuel cell stack of the present invention, glass seal materials are respectively disposed between the support portion of the manifold and the supported portions of the plurality of fuel cells supported by the manifold, and a plurality of glass seal materials are compressed in the direction in which the glass seal material is compressed. A spring member is provided so as to bias the fuel cell. The glass sealing material is constantly subjected to a compressive load by urging the fuel cell by the spring member. Thereby, even if a large thermal stress acts on the glass sealing material due to a change in the operating state of the fuel cell stack, it is possible to suppress peeling of the glass sealing material and provide a highly reliable stack.
本発明の発電モジュールは、
原燃料ガスを水蒸気改質により改質して改質ガスを生成する改質器と、
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され前記改質ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記改質ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有し、前記改質ガスと前記酸化剤ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの反応に利用されなかった余剰の改質ガスおよび酸化剤ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するよう設けられたバネ支持部材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるよう該複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に配置されたバネ部材と、
を備える発電モジュールであって、
前記バネ支持部材は、金属製の部材であり、
前記改質器は、前記バネ支持部材の前記バネ部材を支持する面とは反対側の面に設置される、
ことを要旨とする。
The power generation module of the present invention is
A reformer that reforms the raw fuel gas by steam reforming to generate a reformed gas;
A cylindrical electrolyte layer, an inner electrode layer that is laminated on the inner surface side of the electrolyte layer and supplied with one of the reformed gas and oxidant gas, and a reformer that is laminated on the outer surface side of the electrolyte layer A plurality of fuel cells that generate electricity by reaction of the reformed gas and the oxidant gas, and an outer electrode layer to which the other gas of the gas and the oxidant gas is supplied.
A combustion section for burning surplus reformed gas and oxidant gas that have not been used for reaction of the plurality of fuel cells;
A manifold that supports the plurality of fuel cells in an upright state, and distributes the one gas to the inner electrode layers of the plurality of fuel cells;
A glass sealing material disposed between the support part of the manifold and the supported parts of the plurality of fuel cells supported by the support part,
A spring support member provided to face the support portion of the manifold across the plurality of fuel cells;
It arrange | positions between the edge part on the opposite side to the said to-be-supported part of this some fuel cell, and the said spring support member so that these fuel cell may be urged | biased in the direction in which the said glass sealing material is compressed. A spring member,
A power generation module comprising:
The spring support member is a metal member,
The reformer is installed on a surface of the spring support member opposite to a surface that supports the spring member.
This is the gist.
この本発明の発電モジュールでは、上述の燃料電池スタックに加えて、改質器と、燃焼部と、バネ支持部材とを備え、改質器は、金属製の部材として構成されたバネ支持部材のバネ部材を支持する面とは反対側の面に設置される。これにより、改質器を支持するための支持部材を別途必要としないため、上述の燃料電池スタックが奏する効果に加えて、発電モジュールをコンパクトにすることができる効果を奏することができる。 The power generation module of the present invention includes a reformer, a combustion section, and a spring support member in addition to the fuel cell stack described above, and the reformer is a spring support member configured as a metal member. It is installed on the surface opposite to the surface that supports the spring member. Thereby, since a support member for supporting the reformer is not required separately, in addition to the effect produced by the fuel cell stack described above, the effect that the power generation module can be made compact can be produced.
本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 The form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は本発明の一実施例としての燃料電池スタック30を有する発電モジュール10の構成の概略を示す構成図であり、図2は燃料電池セル40の構成の概略を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
発電モジュール10は、図1に示すように、水蒸気を生成する気化器22と、天然ガスやLPガスなどの原燃料ガスを水蒸気改質反応により改質して水素を含む燃料ガス(改質ガス)を生成する改質器24と、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを反応させて発電する複数の燃料電池セル40がスタッキングされた燃料電池スタック30と、燃料ガス供給管26を介して改質器24と接続され改質器24からの燃料ガスを各燃料電池セル40に分配する燃料ガスマニホールド34と、酸化剤ガスを各燃料電池セル40に分配する酸化剤ガスマニホールド38と、を備え、これらは、モジュールケース11に収容されている。なお、発電モジュール10は、その発電に伴って発生した熱を回収して給湯する図示しない給湯ユニット(貯湯タンク)と組み合わされることにより、燃料電池システムを構成する。
As shown in FIG. 1, the
モジュールケース11は、断熱性材料により箱形に形成され、原燃料ガス供給管12と改質水供給管14と空気供給管16とが接続されている。原燃料ガス供給管12は、供給源からの原燃料ガスを気化器22へ供給する配管であり、その配管には開閉弁やポンプ、流量計、圧力計、脱硫器などが設けられている。改質水供給管14は、改質水を気化器22へ供給する配管であり、その配管には改質水タンクやポンプなどが設けられている。空気供給管16は、酸化剤ガスとしてのエアを酸化剤ガスマニホールド38へ供給する配管であり、その配管にはエアブロワや流量計などが設けられている。
The
また、モジュールケース11には、気化器22による水蒸気の生成や改質器24による水蒸気改質反応などに必要な熱を供給するための燃焼部28が設けられている。燃焼部28は、燃料電池セル40の発電反応に利用されなかった余剰の燃料ガス(アノードオフガス)および酸化剤ガス(カソードオフガス)を点火して燃焼させることにより、燃焼熱を用いて気化器22や改質器24を加熱する。燃焼部28の燃焼により生成される燃焼排ガスは、モジュールケース11の上部に設けられた燃焼排ガス排出管18を介してケース外へ排出される。なお、燃焼排ガス排出管18には図示しない熱交換器が接続され、熱交換器は、循環配管を介して貯湯タンクから供給される貯湯水を燃焼排ガスとの熱交換によって加温する。また、熱交換器を通過した燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換によって凝縮され、その水蒸気成分が改質水タンクへ回収される。
Further, the
燃料電池セル40は、図2に示すように、酸素イオン伝導体からなる緻密構造の円筒状の電解質層42と、電解質層42の内側に積層されたアノードとしての多孔質構造の燃料電極層(内側電極層)44と、電解質層42の外側に積層されたカソードとしての多孔質構造の酸化剤極層(外側電極層)46と、長手方向における両端部に取り付けられた集電用のキャップ48と、を備える円筒型の固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)セルとして構成されている。燃料電極層44の内部には燃料ガスが流れる燃料ガス流路44aが形成されており、燃料電池セル40は、燃料ガス流路44と燃料ガスマニホールド34とが連通するように燃料ガスマニホールド34の支持板36に立設されている。
As shown in FIG. 2, the
電解質層42は、例えば、Y,Sc,Ceなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープした安定化ジルコニア、Gd,Y,Smなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープしたセリア、Ni,Sr,Mg,Co,Fe,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンガレート、などを用いることができる。
The
燃料電極層44は、例えば、NiやFeなどの触媒金属とY,Sc,Ceなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープした安定化ジルコニアとの混合体、NiやFeなどの触媒金属とGd,Y,Smなどの希土類元素から選ばれる1種または2種以上をドープしたセリアとの混合体、NiやFeなどの触媒金属とSr,Mg,Co,Fe,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンガレートとの混合体、などを用いることができる。
The
酸化剤極層46は、例えば、Sr,Caから選ばれる1種または2種をドープしたランタンマンガナイト、Sr,Co,Ni,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンフェライト、Sr,Fe,Ni,Cuから選ばれる1種または2種以上をドープしたランタンコバルタイト、Sr,Feから選ばれる1種または2種をドープしたバリウムコバルタイト、銀、銀−パラジウム合金、白金、などを用いることができる。
The
なお、電解質層42と酸化剤極層46との間には、ガドリニウムをドープしたセリア(GDC)、イットリアをドープしたセリア(YDC)、サマリウムをドープしたセリア(SDC)などの希土類をドープしたセリア混合体を用いた反応防止層を設けることができる。
Between the
キャップ48は、例えば、フェライト系ステンレスなどの金属材料やランタンクロマイトなどのセラミック材料により形成された中空の筒状体であり、有底の大径筒状部48aと、大径筒状部48aの底壁から大径筒状部48aの開口とは反対側に突設される小径筒状部48bとを有する。燃料電極層44の長手方向の両端部には電解質層42および酸化剤極層46が被覆されていない露出部44bが形成されており、キャップ48は、大径筒状部48aが露出部44bを覆うように設けられている。そして、大径筒状部48aの内壁面と露出部44bとの間は、導電性接着剤49によって、電気的に接続されると共に燃料ガス流路44a内の燃料ガスが外側(酸化剤極層46側)へリークしないようシールされる。なお、導電性接着剤49は、例えば、白金、銀、銅、銀−パラジウム合金などの導電性ペーストやランタンクロマイトなどの導電性セラミックスを用いることができる。
The
接続板32は、例えば、フェライト系ステンレスなどの金属材料により形成され、図1に示すように、互いに隣接する2つの燃料電池セル40のうち一方の燃料電池セル40のキャップ48(燃料電極層44)と他方の燃料電池セル40の酸化剤極層46とを電気的に接続する。複数の燃料電池セル40は、互いに隣接する2つの燃料電池セル40が接続板32を介して連結されることにより、電気的に直列に接続される。
The
燃料ガスマニホールド34は、上部が開口した箱型の部材であり、上部の開口を塞いで密閉空間を形成するよう支持板36が接合されている。支持板36は、複数の貫通孔36aが所定間隔で形成されており、それぞれの貫通孔36aにキャップ48の小径筒状部48bが貫通するよう燃料電池セル40が挿入されることにより、複数の燃料電池セル40を立設した状態で支持する。これにより、燃料ガスマニホールド34は、各燃料電池セル40の燃料ガス流路44aと中空のキャップ48を介して連通し、燃料ガス供給管26から供給される燃料ガスを各燃料電池セル40の燃料ガス流路44aに供給(分配)する。燃料ガス流路44aに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路44aを通過し、上側のキャップ48から上方へ排出される。支持板36は、例えば、フェライト系ステンレス鋼や、オーステナイト系ステンレス鋼などの金属材料により形成したり、絶縁性セラミックなど絶縁性材料により形成したりすることができる。なお、支持板36を金属材料により形成する場合、燃料電池セル40の下側のキャップ48と支持板36の貫通孔36aとを電気的に絶縁するため、貫通孔36aに絶縁性のシール部材を設けるものとしてもよい。
The
燃料電池セル40と支持板36との間、すなわちキャップ48の大径筒状部48aの端面(環状端面)と支持板36の上面との間には、ガラスシール材50によってシール層が形成されている。ガラスシール材50は、例えば、アルミナ−シリカ系結晶化ガラスなど、耐熱性およびシール性に優れた結晶化ガラスを用いることが望ましいが、非晶質ガラスや非晶質と結晶質とが混在したガラスを用いることもできる。ガラスシール材50を用いたシール層の形成は、燃料電池セル40の運転温度よりも低い温度でガラスシール材50を加熱して軟化させた後、更に高温でガラスシール材50を加熱して固化させることにより行なわれる。但し、結晶化ガラスは、非晶質のガラスに比して、濡れ性が悪いため、軟化時の濡れが不十分となり、シール不良が起こり易いという問題がある。
A sealing layer is formed between the
酸化剤ガスマニホールド38は、空気供給管16と接続されており、各燃料電池セル40の酸化剤極層46に酸化剤ガス(空気)を分配するための複数の供給口38aが形成されている。
The
次に、燃料電池セル40の組み付け工程について説明する。図3は、セル組み付け工程を示す説明図である。セル組み付け工程は、まず。電解質層42と燃料電極層44と酸化剤極層46とキャップ48とを有する燃料電池セル40を準備すると共に(S100)、上部に支持板36を有する燃料ガスマニホールド34を準備する(S110)。続いて、支持板36の貫通孔36aの周囲にガラスシール材50を配置する(S120)。この工程は、例えば、ペースト状のガラスをディスペンサを用いて環状に塗布したり、予め環状に成形された固体状のガラス板を配置することにより行なうことができる。このとき、キャップ48の大径円筒部48aの外形から若干はみ出すようガラスシール材を配置するのが望ましい。なお、ガラスシール材としては、上述したように、結晶化ガラスや非晶質ガラス、結晶質と非晶質とが混在したガラスを用いることができる。そして、支持板36の貫通孔36aにキャップ48の小径筒状部48bが貫通するように燃料電池セル40を挿入し(S130)、隣り合う燃料電池セル40を電気的に接続するための接続板32を取り付ける(S140)。これにより、複数の燃料電池セル40が燃料ガスマニホールド34の支持板36上に立設されると共に隣り合う燃料電池セル40同士が接続板32を介して接続されたセル組付体を得る。
Next, the assembly process of the
次に、セル組付体を囲むように支持治具60を設置し(S150)、燃料電池セル40の上側のキャップ48と支持治具60の天板66との間にコイルバネ68を配置する(S160)。図4は支持治具60とコイルバネ68との配置の様子を示す説明図である。なお、図4では、接続板32の図示は省略した。支持治具60は、図示するように、燃料ガスマニホールド34が固定された基台62と、基台62の左右に立設された側壁64と、複数の側壁64に支持された天板66と、を備える。天板66の下面と各燃料電池セル40の上側のキャップ48との間にはコイルバネ68が配置され、各燃料電池セル40は、コイルバネ68の付勢力によって下向きに付勢される。これにより、各燃料電池セル40の下側のキャップ48と支持板36との間に配置されたガラスシール材50に圧縮荷重をかけることができる。コイルバネ68は、例えば、セラミック製のバネを用いることができ、ガラスシール材50のガラス種(濡れ性)に応じてバネ定数が適宜選択される。そして、図5に示すように、各ガラスシール材50にかかる圧縮荷重を均一化するため、燃料電池セル40の長手方向の寸法(セル長さ)を測定し、必要に応じて、セル長さに応じた厚みのスペーサ69をコイルバネ68と天板66との間に挿入する(S170)。この工程は、例えば、厚みの異なる複数種類のスペーサを準備しておき、燃料電池セル40のセル長さが基準長さに対して短い場合に、セル長さが短いほど厚いスペーサを選択して挿入するものとすることができる。
Next, the
こうして支持治具60とコイルバネ68とスペーサ69とを用いてガラスシール材50に圧縮荷重をかけると、セル組付体を支持治具60ごと焼成炉に入れ、炉内を所定温度(例えば800℃)まで昇温させてガラスシール材50を焼成する(S180)。焼成工程は、コイルバネ68の付勢力によってガラスシール材50に圧縮荷重がかかった状態で行なわれるため、ガラスシール材50が加熱によって軟化する際に十分に濡れ広がり、シール面積を大きくすることができる。焼成工程が完了すると、支持治具60とコイルバネ68とをセル組付体から取り外して(S190)、燃料電池セル40の組み付けが完成する。
Thus, when a compression load is applied to the
以上説明した本実施例の燃料電池スタックの組み付け方法は、複数の燃料電池セル40の下側のキャップ48と燃料ガスマニホールド34の支持板36との間にガラスシール材50をそれぞれ配置し、複数の燃料電池セル40の上側のキャップ48と支持治具60の天板66との間にそれぞれコイルバネ68を配置し、コイルバネ68の付勢力によってガラスシール材50が圧縮する方向に燃料電池セル40を付勢した状態でガラスシール材50を焼成する。これにより、ガラスシール材50に圧縮荷重をかけた状態でガラスシール材50を焼成できるため、ガラスシール材50を十分に濡れ広がらせることができ、ガラスシール材50のシール面積を増やして、良好なシール性を確保することができる。
In the method of assembling the fuel cell stack according to the present embodiment described above, the
また、本実施例の燃料電池スタックの組み付け方法は、燃料電池セル40の長手方向の寸法(セル長さ)に応じた厚みのスペーサ69をコイルバネ68と支持治具60の天板66との間に挿入する。これにより、各燃料電池セル40のセル長さのバラツキに拘わらず、ガラスシール材50に均等に圧縮荷重をかけることができる。この結果、各燃料電池セル40ごとにシール性能がばらつくのを抑制して、高い信頼性の燃料電池スタック30を提供することができる。
Further, in the method of assembling the fuel cell stack according to the present embodiment, the
さらに、本実施例の燃料電池スタックの組み付け方法は、燃料電池セル40を付勢するコイルバネ68として、セラミック製のバネを用いるから、焼成時にコイルバネ68が高温に曝されても、ガラスシール材50に適切な圧縮荷重をかけることができる。
Furthermore, since the method of assembling the fuel cell stack according to the present embodiment uses a ceramic spring as the
実施例では、ガラスシール材50にかかる圧縮荷重を均一化するためのスペーサ69を、コイルバネ68と支持治具60の天板66との間に挿入するものとしたが、燃料電池セル40の上側のキャップ48とコイルバネ68との間に挿入するものとしてもよい。また、寸法誤差の少ない燃料電池セル40においては、こうしたスペーサ69を省略するものとしてもよい。
In the embodiment, the
実施例では、焼成工程を実行した後、支持治具60とコイルバネ68とをセル組付体から取り外すものとしたが、支持治具とコイルバネとを組み付けたままの状態で燃料電池セルをその運転中も常時付勢するものとしてもよい。図6は、変形例の燃料電池スタック130を有する発電モジュール110の構成の概略を示す構成図である。変形例の燃料電池スタック130は、図示するように、上述した実施例の燃料電池セル40および燃料ガスマニホールド34を含むセル組付体に加えて、ガラスシール材50に常時圧縮荷重をかけるための支持具160およびコイルバネ168を備える。支持具160は、燃料ガスマニホールド34と共に支持板36に固定された平板状の固定部162と、固定部162に立設された側壁164と、側壁164に支持された天板166と、を備える。側壁164には燃焼排ガスの排出口164aが設けられている。変形例では、支持具160の内部に燃焼部128が設けられ、燃料部128で生成された燃料排ガスは、排出口164aを通って燃焼排ガス排出管18へと案内される。天板166は、金属材料により形成され、各燃料電池セル40の上方に位置している。天板166と各燃料電池セル40の上側のキャップ48との間にはそれぞれセラミック製のコイルバネ168が配置され、天板166の上面には、気化器22と改質器24とが固定されている。これにより、各燃料電池セル40は、コイルバネ168の付勢力により常時下向きに付勢され、各燃料電池セル40の下側のキャップ48と支持板36との間に配置されたガラスシール材50は、常時圧縮荷重がかかった状態とされる。このように、焼成工程によってガラスシール材50を焼成した後も、支持具160とコイルバネ168とを取り外すことなく、燃料電池スタック30の一部としてモジュールケース111内に収容することにより、発電モジュール110の運転中もガラスシール材50に常時圧縮荷重をかけることができる。したがって、例えば、何らかの異常により発電モジュール110が強制的にシャットダウンするなどして、ガラスシール材50に急激な温度分布が生じて熱応力が作用した場合であっても、ガラスシール材50のシール面が剥離するのを防止することができ、スタックの信頼性をより高めることができる。しかも、天板166の上面には気化器22と改質器24とが固定されるため、気化器22や改質器24を支持するための支持部材を必要とせず、発電モジュール110をコンパクトにすることができる。また、天板166は、金属材料により形成されているため、燃焼部128の燃焼熱を気化器22や改質器24に良好に伝達することができる。なお、変形例の燃料電池スタック130においても、実施例の燃料電池スタック30と同様に、各ガラスシール材50にかかる圧縮荷重を均一化するため、燃料電池セル40の長手方向の寸法を測定し、測定した寸法に応じた厚みのスペーサをコイルバネ168と天板166との間あるいは燃料電池セル40の上側のキャップ48と天板166との間に挿入するものとしてもよい。
In the embodiment, after the firing step is performed, the
実施例では、電解質層42の内面側に燃料電極層44を積層し、電解質層42の外面側に酸化剤極層46を積層するものとしたが、電解質層の内面側に酸化剤極層を積層し、電解質層の外面側に燃料電極層を積層してもよい。
In the embodiment, the
実施例では、燃料電池セル40を円筒状に形成するものとしたが、筒状であれば、例えば角筒状など如何なる形状に形成するものとしてもよい。
In the embodiment, the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、電解質層42が「電解質層」に相当し、燃料電極層44が「内側電極層」に相当し、酸化剤極層46が「外側電極層」に相当し、燃料電池セル40が「燃料電池セル」に相当し、支持板36が「支持部」に相当し、燃料ガスマニホールド34が「マニホールド」に相当し、ガラスシール材50が「ガラスシール材」に相当し、コイルバネ68が「バネ部材」に相当する。また、支持治具60の天板66が「バネ支持部材」に相当する。また、スペーサ69が「スペーサ」に相当する。また、改質器24が「改質器」に相当し、燃焼部28が「燃焼部」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、燃料電池スタックや発電モジュールの製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of fuel cell stacks and power generation modules.
10 発電モジュール、11 モジュールケース、12 原燃料ガス供給管、14 改質水供給管、16 空気供給管、18 燃焼排ガス排出管、22 気化器、24 改質器、26 燃料ガス供給管、28,128 燃焼部、30,130 燃料電池スタック、32 接続板、34 燃料ガスマニホールド、36 支持板、36a 貫通孔、38 酸化剤ガスマニホールド、40 燃料電池セル、42 電解質層、44 燃料電極層、44a 燃料ガス流路、44b 露出部、46 酸化剤極層、48 キャップ、48a 大径筒状部、48b 小径筒状部、50 ガラスシール材、60 支持治具、62 基台、64 側壁、66 天板、68 コイルバネ、69 スペーサ、160 支持具、162 固定部、164 側壁、164a 排出口、166 天板、168 コイルバネ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記複数の燃料電池セルが立設される支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
を備える燃料電池スタックの組み付け方法であって、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にガラスシール材をそれぞれ配置し、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるようバネ部材を配置し、
前記複数の燃料電池セルが付勢された状態で前記ガラスシール材を焼成する、
燃料電池スタックの組み付け方法。 A cylindrical electrolyte layer; an inner electrode layer that is laminated on the inner surface side of the electrolyte layer and supplied with one of the fuel gas and the oxidant gas; and the fuel gas and the outer layer laminated on the outer surface side of the electrolyte layer A plurality of fuel cells having an outer electrode layer to which the other gas of the oxidant gas is supplied;
A manifold that has a support portion on which the plurality of fuel cells are erected, and distributes the one gas to the inner electrode layer of the plurality of fuel cells;
A fuel cell stack assembly method comprising:
A glass sealing material is disposed between the support portion of the manifold and the supported portions of the plurality of fuel cells supported by the support portion, respectively.
A spring member is arranged so that the plurality of fuel cells are biased in a direction in which the glass sealing material is compressed,
Firing the glass sealing material in a state where the plurality of fuel cells are energized,
How to assemble the fuel cell stack.
前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するようにバネ支持部材を設け、
前記複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に前記バネ部材を配置する、
燃料電池スタックの組付け方法。 A method for assembling a fuel cell stack according to claim 1,
A spring support member is provided to face the support portion of the manifold across the plurality of fuel cells,
Disposing the spring member between an end of the plurality of fuel cells opposite to the supported portion and the spring support member;
How to assemble the fuel cell stack.
前記燃料電池セルのセル長さに応じて該燃料電池セルの前記端部と前記バネ支持部材との間に、スペーサを配置する、
燃料電池スタックの組み付け方法。 A method for assembling a fuel cell stack according to claim 2,
A spacer is disposed between the end of the fuel cell and the spring support member according to the cell length of the fuel cell.
How to assemble the fuel cell stack.
前記バネ部材として、セラミック製のバネを用いる、
燃料電池スタックの組み付け方法。 A method for assembling the fuel cell stack according to any one of claims 1 to 3,
A ceramic spring is used as the spring member.
How to assemble the fuel cell stack.
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルを付勢するバネ部材と、
を備える燃料電池スタック。 A cylindrical electrolyte layer; an inner electrode layer that is laminated on the inner surface side of the electrolyte layer and supplied with one of the fuel gas and the oxidant gas; and the fuel gas and the outer layer laminated on the outer surface side of the electrolyte layer A plurality of fuel cells having an outer electrode layer to which the other gas of the oxidant gas is supplied;
A manifold that supports the plurality of fuel cells in an upright state, and distributes the one gas to the inner electrode layers of the plurality of fuel cells;
A glass sealing material disposed between the support part of the manifold and the supported parts of the plurality of fuel cells supported by the support part,
A spring member for urging the plurality of fuel cells in a direction in which the glass sealing material is compressed;
A fuel cell stack comprising:
筒状の電解質層と、該電解質層の内面側に積層され前記改質ガスおよび酸化剤ガスのうち一方のガスが供給される内側電極層と、前記電解質層の外面側に積層され前記改質ガスおよび前記酸化剤ガスのうち他方のガスが供給される外側電極層と、を有し、前記改質ガスと前記酸化剤ガスとの反応により発電する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの反応に利用されなかった余剰の改質ガスおよび酸化剤ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記複数の燃料電池セルを立設状態で支持する支持部を有し、前記複数の燃料電池セルの前記内側電極層に前記一方のガスを分配するマニホールドと、
前記マニホールドの支持部と当該支持部に支持される前記複数の燃料電池セルの被支持部との間にそれぞれ配置されたガラスシール材と、
前記複数の燃料電池セルを挟んで前記マニホールドの支持部と対向するよう設けられたバネ支持部材と、
前記ガラスシール材が圧縮される方向に前記複数の燃料電池セルが付勢されるよう該複数の燃料電池セルの前記被支持部とは反対側の端部と前記バネ支持部材との間に配置されたバネ部材と、
を備える発電モジュールであって、
前記バネ支持部材は、金属製の部材であり、
前記改質器は、前記バネ支持部材の前記バネ部材を支持する面とは反対側の面に設置される、
発電モジュール。 A reformer that reforms the raw fuel gas by steam reforming to generate a reformed gas;
A cylindrical electrolyte layer, an inner electrode layer that is laminated on the inner surface side of the electrolyte layer and supplied with one of the reformed gas and oxidant gas, and a reformer that is laminated on the outer surface side of the electrolyte layer A plurality of fuel cells that generate electricity by reaction of the reformed gas and the oxidant gas, and an outer electrode layer to which the other gas of the gas and the oxidant gas is supplied.
A combustion section for burning surplus reformed gas and oxidant gas that have not been used for reaction of the plurality of fuel cells;
A manifold that supports the plurality of fuel cells in an upright state, and distributes the one gas to the inner electrode layers of the plurality of fuel cells;
A glass sealing material disposed between the support part of the manifold and the supported parts of the plurality of fuel cells supported by the support part,
A spring support member provided to face the support portion of the manifold across the plurality of fuel cells;
It arrange | positions between the edge part on the opposite side to the said to-be-supported part of this some fuel cell, and the said spring support member so that these fuel cell may be urged | biased in the direction in which the said glass sealing material is compressed. A spring member,
A power generation module comprising:
The spring support member is a metal member,
The reformer is installed on a surface of the spring support member opposite to a surface that supports the spring member.
Power generation module.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017040288A JP2018147649A (en) | 2017-03-03 | 2017-03-03 | Assembly method of fuel battery stack and fuel battery stack, and power generation module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017040288A JP2018147649A (en) | 2017-03-03 | 2017-03-03 | Assembly method of fuel battery stack and fuel battery stack, and power generation module |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018147649A true JP2018147649A (en) | 2018-09-20 |
Family
ID=63591417
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017040288A Pending JP2018147649A (en) | 2017-03-03 | 2017-03-03 | Assembly method of fuel battery stack and fuel battery stack, and power generation module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018147649A (en) |
-
2017
- 2017-03-03 JP JP2017040288A patent/JP2018147649A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6440596B1 (en) | Solid-oxide fuel cell hot assembly | |
JPH09259910A (en) | Molten carbonate fuel battery and power generator using this battery | |
US20070281194A1 (en) | Portable fuel cell assembly | |
JP2011222136A (en) | Fuel cell module | |
JP2007080761A (en) | Fuel cell and its starting method | |
JP2012079518A (en) | Fuel battery cell aggregate | |
JP5435191B2 (en) | Fuel cell module and fuel cell including the same | |
JP6621048B2 (en) | Solid oxide fuel cell device | |
JP6369081B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack, solid oxide fuel cell module, and solid oxide fuel cell system | |
JP2011216282A (en) | Fuel battery cell aggregate | |
JP6407069B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2018147649A (en) | Assembly method of fuel battery stack and fuel battery stack, and power generation module | |
JP2018195496A (en) | Power collection structure for fuel battery cell, and manufacturing method thereof | |
JP6976876B2 (en) | Fuel cell cell unit | |
JP2016207270A (en) | Fuel cell stack and power generation module | |
JP2011210630A (en) | Fuel battery cell assembly | |
JP2011228171A (en) | Fuel cell | |
JP2020017400A (en) | Fuel cell stack and method for assembling cap | |
JP6684021B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP7244470B2 (en) | fuel cell power module | |
JP2015185301A (en) | Solid oxide fuel cell stack, solid oxide fuel cell module, and solid oxide fuel cell system | |
JP6296541B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack, solid oxide fuel cell module, and solid oxide fuel cell system | |
JP6394191B2 (en) | Solid oxide fuel cell stack, solid oxide fuel cell module, and solid oxide fuel cell system | |
JP2018163831A (en) | Current collection structure for fuel battery cell | |
JP2018181483A (en) | Attachment structure of cap |