JP2018170117A - セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置 - Google Patents
セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018170117A JP2018170117A JP2017065414A JP2017065414A JP2018170117A JP 2018170117 A JP2018170117 A JP 2018170117A JP 2017065414 A JP2017065414 A JP 2017065414A JP 2017065414 A JP2017065414 A JP 2017065414A JP 2018170117 A JP2018170117 A JP 2018170117A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive member
- cell
- cell stack
- module
- fuel
- 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
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 97
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 43
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 50
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 15
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910018279 LaSrMnO Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O Chemical compound [La+3].[La+3].[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O.[O-][Mn]([O-])=O BQENXCOZCUHKRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[La+3] NFYLSJDPENHSBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052963 cobaltite Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017060 Fe Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002544 Fe-Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017563 LaCrO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010344 co-firing Methods 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 238000006057 reforming reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】 耐久性が向上したセルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置を提供する。【解決手段】 本開示のセルスタック装置1は、固体電解質層9と、固体電解質層9の内側に設けられた燃料極層8と、固体電解質層9の外側に設けられた酸素極層10と、を有するセル3と、セル3が複数個配列されたセルスタック2と、セル3の間に設けられ、セル3を電気的に接続する、複数の面を有する金属の導電部材4と、セル3と導電部材4とを接合する接合材13と、を備え、導電部材4は、接合材13に覆われていない露出部40を有しており、露出部40は、導電部材4のいずれか三面の面でなす複数の第一角部4Aを含み、第一角部4Aの少なくとも一つは面取りされていることを特徴とする。【選択図】図5
Description
本発明は、セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置に関する。
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気等)とを用いて、例えば、600〜1000℃の高温下で発電する固体酸化物形の燃料電池セルが知られている。そして、この燃料電池セルが接合材にて接合された導電部材を介して複数個電気的に直列に接続してなるセルスタックが知られている。また、燃料電池セルの内部にはガスが流れるガス流路を有しており、燃料ガスは同ガス流路を流通し、酸素含有ガスは燃料電池セルの外側を流通している(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、導電部材のうち、接合材に覆われておらず酸素含有ガスに高温下で晒される角部は部分的に酸化が進行し易く、耐久性が低下していくおそれがあった。
本発明は、耐久性が向上したセルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置を提供することを目的とする。
本開示のセルスタック装置は、固体電解質層と、該固体電解質層の内側に設けられた燃料極層と、前記固体電解質層の外側に設けられた酸素極層と、を有するセルと、該セルが複数個配列されたセルスタックと、前記セルの間に設けられ、該セルを電気的に接続する、複数の面を有する金属の導電部材と、前記セルと前記導電部材とを接合する接合材と、を備え、前記導電部材は、前記接合材に覆われていない露出部を有しており、該露出部は、前記導電部材のいずれか三面の面でなす複数の第一角部を含み、該第一角部の少なくとも一つは面取りされていることを特徴とする。
また、本開示のモジュールは、上述のセルスタック装置を収納容器内に収納してなり、該収納容器内であって、かつ前記セルの配列方向に沿った側方に前記セルに酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入部材を有し、該酸素含有ガス導入部材側における前記第一角部の少なくとも一つが面取りされていることを特徴とする。
また、本開示のモジュール収容装置は、上述のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とする。
本発明のセルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置によれば、耐久性の低下を抑制することができる。
先ず、導電部材として燃料電池用導電部材を備えてなるセルスタック装置について図1を用いて説明する。セルスタック装置1は、固体酸化物形の燃料電池セル3を有している。この燃料電池セル3は、内部にガス流路12を有し、一対の対向する主面をもつ全体的に見て柱状の導電性支持体7と、この導電性支持体7の一方の主面上に内側電極層である燃料極層8と、固体電解質層9と、外側電極層である酸素極層10とをこの順に配置してなる発電部を備えている。導電性支持体7の他方の主面には、インターコネクタ11を配置し、柱状(中空平板状)の燃料電池セル3が構成されている。
そして、これらの燃料電池セル3の複数個を1列に配列し、隣接する燃料電池セル3間に燃料電池用導電部材4(以下、単に導電部材4という)を配置することで、燃料電池セル3同士を電気的に直列に接続してなるセルスタック2が構成されている。
燃料電池セル3と導電部材4とは、詳しくは後述するが、接合材13を介して接合されており、それにより、複数個の燃料電池セル3を、導電部材4を介して電気的および機械的に接合して、セルスタック2を構成している。
また、インターコネクタ11の外面にはP型半導体層(図示せず)を設けることもできる。導電部材4を、P型半導体層を介してインターコネクタ11に接続させることより、両者の接触がオーム接触となって電位降下を少なくすることができる。このP型半導体層は、酸素極層10の外面にも設けてもよい。
セルスタック2を構成する各燃料電池セル3の下端部は、マニホールド6に、ガラス等のシール材(図示せず)により固定されており、これにより、マニホールド6の燃料ガスを、燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路12を介して燃料電池セル3の燃料極層8に供給することができる。
図1に示すセルスタック装置1においては、燃料電池セル3のガス流路12の内部を燃料ガスとして水素含有ガスが流れるとともに、燃料電池セル3の外側、特に燃料電池セル3の間に配置された導電部材4の内部空間を酸素含有ガス(空気)が流れる構成となる。それにより、燃料極層8にマニホールド6から燃料ガスが供給され、酸素極層10に酸素含有ガスが供給されることで、燃料電池セル3の発電が行なわれる。
セルスタック装置1は、燃料電池セル3の配列方向xの両端から、導電部材4を介してセルスタック2を挟持するように、弾性変形可能な導電性の挟持部材5を配置して構成され、この挟持部材5の下端部は、マニホールド6に固定されている。挟持部材5は、セルスタック2の両端に位置するように設けられた平板部5aと、燃料電池セル3の配列方向xに沿って外側に向けて延びた形状で、セルスタック2(燃料電池セル3)の発電により生じる電流を引き出すための電流引出部5bとを有している。
なお、以下の説明において、燃料電池セル3の配列方向をx方向、燃料電池セル3の配列方向xと直交する方向をy方向、燃料電池セル3の長手方向をz方向という場合がある。
以下に、図1の燃料電池セル3を構成する各部材について説明する。
燃料極層8は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素酸化物が固溶しているZrO2(安定化ジルコニアと称する)とNiおよび/またはNiOとで構成することができる。
固体電解質層9は、電極間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素(希土類元素酸化物)が固溶したZrO2で構成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて構成してもよい。
酸素極層10は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるABO3型のペロブスカイト型複合酸化物からなる導電性セラミックスで構成することができる。酸素極層10はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲とすることができる。酸素極層10としては、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するランタンマンガナイト(LaSrMnO3)、ランタンフェライト(LaSrFeO3)、ランタンコバルタイト(LaSrCoO3)などの少なくとも一種を用いることができる。
インターコネクタ11は、導電性セラミックスで構成することができるが、燃料ガス(水素含有ガス)および酸素含有ガス(空気等)と接触するため、耐還元性及び耐酸化性を有することが必要であり、ランタンクロマイト(LaCrO3)を用いることができる。インターコネクタ11は、導電性支持体7に存在する複数のガス流路12を流通する燃料ガス、および導電性支持体7の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度であることが好ましい。
導電性支持体7としては、燃料ガスを燃料極層8まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタ11を介して集電するために導電性であることが必要とされる。したがって、導電性支持体7としては、かかる要求を満足する材質を用いる必要があり、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。
なお、燃料電池セル3を作製するにあたり、燃料極層8または固体電解質層9との同時焼成により導電性支持体7を作製する場合においては、鉄属金属成分と特定希土類元素酸化物とから導電性支持体7を構成することができる。また、導電性支持体7は、ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は50S/cm以上、さらには300S/cm以上、440S/cm以上にしてもよい。
さらに、P型半導体層(図示せず)としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタ11を構成するランタンクロマイトよりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するランタンマンガナイト(LaSrMnO3)、ランタンフェライト(LaSrFeO3)、ランタンコバルタイト(LaSrCoO3)などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを用いることができる。このようなP型半導体層の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲とすることが好ましい。
接合材13は、燃料電池セル3と導電部材4とを接合するもので、導電性セラミックス等を用いて構成することができる。導電性セラミックスとしては、酸素極層10を構成するものと同様のものを用いることができ、酸素極層10と同じ成分により構成すると、酸素極層10と接合材13との接合強度が高くなるため好ましい。
具体的には、LaSrCoFeO3、LaSrMnO3、LaSrCoO3等を用いることができる。これらの材料を単一の材料を用いて作製してもよく、2種以上組み合わせて接合材13を作製してもよい。
また、接合材13は、粒径の異なる異種材料により構成してもよく、粒径の同じ異種材料により構成してもよい。さらに、粒径の異なる同材料により構成してもよく、粒径の同じ同材料により構成してもよい。異なる粒径を用いた場合には微粒の粒径を0.1〜0.5μm、粗粒の粒径を1.0〜3.0μmとすることが好ましい。また同じ粒径で接合材13を構成する場合は、粒径が0.5〜3μmとすることが好ましい。
次に、導電部材4について図2〜5を用いて説明する。図2に示す導電部材4は、隣接する一方の燃料電池セル3と接合される複数の第1集電片4aと、隣接する他方の燃料電池セル3と接合される複数の第2集電片4bと、複数の第1集電片4aおよび複数の第2集電片4bの一端同士を連結する第1連結部4cと、複数の第1集電片4aおよび複数の第2集電片4bの他端同士を連結する第2連結部4dとを一組のユニットとしている。そして、これらのユニットの複数組が、燃料電池セル3の長手方向に導電性連結片4eにより連結されて構成されている。第1集電片4aおよび第2集電片4bは、燃料電池セル3に接合される部位を示し、これらの部位が燃料電池セル3より電力を取り出す集電部4fとなっている。また、第1集電片4aと第2集電片4bとの間が、酸素含有ガスが通過する空間とされている。
導電部材4は、導電部材4のいずれか三面の面でなす角部である第一角部4Aを複数有している。本実施形態における導電部材4のうちの一つのユニットにおいては、z方向の両端にそれぞれ4カ所の合計8カ所の第一角部4Aを有している。具体的には、第一角部4Aは、各ユニットの、x方向における端面S(図5で図示)と、y方向における端面T(図5で図示)と、z方向における端面U(図5で図示)と、からなす角部である。すなわち、複数の第一角部は、燃料電池セル3の配列方向xに直交する方向yにおける端部である第一端部yEに設けられている。
さらに、導電部材4は、導電部材4のいずれか二面の面でなす角部である第二角部4Bを複数有している。具体的には、第二角部4Bは、x方向に対向する面、y方向に対向する面、z方向に対向する面、のうちいずれか二面の面でなす角度である。なお、隣接する第一角部4Aの間には第二角部4Bが設けられており、第一端部yEにおいても同様である。
燃料電池セル3において、上述したように、固体電解質層9を介して燃料極層8と、酸素極層10とが対向する部位が発電する部位となる。それゆえ、燃料電池セル3の発電部で発電された電流を効率よく集電するにあたり、導電部材4の燃料電池セル3の長手方向に沿った長さは、燃料電池セル3における酸素極層10の長手方向における長さと同等以上とすることがよい。導電部材4の構造はこれに限定されるものではない。
導電部材4は、セルスタック装置1の作動時に高温の酸化雰囲気に曝されることから、導電部材4の表面全体に被覆層43を形成してなり、これにより、導電部材4の劣化を低減することができる。なお、図3(b)では、導電部材4の表面全体に被覆層43を形成
した状態を示し、導電部材4の断面を示す斜線は省略している。
した状態を示し、導電部材4の断面を示す斜線は省略している。
導電部材4は、耐熱性および高温の酸化性雰囲気で導電性を有する必要があるため、導電部材4は、例えば合金により作製することができる。特には、導電部材4は、高温の酸化雰囲気に曝されることから、導電部材4は4〜30質量%の割合でCrを含有する合金で構成されている。導電部材4は、例えば、Fe−Cr系の合金やNi−Cr系の合金等により作製できる。導電部材4は高温用(600〜1000℃)の導電部材である。
また、導電部材4のCrが燃料電池セル3に拡散することを低減するために、被覆層43として、Znの酸化物、あるいはLaおよびSrを含有するペロブスカイト型複合酸化物等を用いることができる。被覆層43はCrの拡散を低減できればよく、上記材料以外であっても良い。
図3に示すように、第1集電片4aおよび第2集電片4bは、燃料電池セル3の配列方向xに対して異なる角度で交差する第1表面4g、燃料電池セル3の配列方向xと平行に形成された第2表面4hおよび第3表面4iを有している。言い換えると、燃料電池セル3と対向する第1表面4gと、第1表面4gの両側に隣り合う第2表面4hおよび第3表面4iとを有している。この第2表面4hおよび第3表面4iが、導電部材4の側面である。
次に、導電部材4と燃料電池セル3との接合材13による接合状態について、図4を用いて説明する。
図4に示すように導電部材4と燃料電池セル3とは接合材13を介して接合されている。つまり、接合材13により、導電部材4と燃料電池セル3とは電気的および機械的に接続されている。接合材13は、集電部4fの第1表面4g、第2表面4hおよび第3表面4iを覆うように設けられており、第2表面4hおよび第3表面4iに位置する接合材13はそれぞれ接合される燃料電池セル3側の方に多くなるように設けられている。また、集電部4fを完全に覆うように接合材13を設けてもよい。なお、図4では、被覆層43の記載を省略した。
すなわち、図4では、接合材13は、燃料電池セル3と導電部材4とを接合するために配置されており、燃料電池セル3の酸素極層10側には、酸素極層10の全面にわたり設けられている。燃料電池セル3のインターコネクタ11側には、接合材13がインターコネクタ11の全面にわたり設けられている。なお、酸素極層10やインターコネクタ11の一部にのみ接合材13を設けて、導電部材4と燃料電池セル3とを接合してもよい。
図4で示す導電部材4においては、導電部材4のうち接合材13に覆われておらず、酸素含有ガスに晒される部分である露出部40を有している。本実施形態においては、第1集電片4a及び第2集電片4bのうちのy方向における両端部、並びに第1連結部4c及び第2連結部4dが露出部40である。なお、本実施形態における第一角部4Aは露出部に含まれている。また、第二角部4Bの一部は露出部40に含まれている。
ところで、導電部材のうち、接合材に覆われておらず酸素含有ガスに高温下で晒される角部は部分的に酸化が進行し易く、耐久性が低下するおそれがあった。
そのため図5で示す本実施形態の導電部材4においては、露出部40に含まれる第一角部4Aの少なくとも一つは面取りされている。この構成により、部分的に酸化が最も進行し易い第一角部4Aを面取りすることにより、導電部材4の耐久性が低下することを抑制することができる。
図5で示すように、導電部材4における露出部40に含まれる第二角部4Bの少なくとも1つは面取りされてもよい。この構成により、部分的に酸化が進行し易い第二角部4Bを面取りすることにより、導電部材4の耐久性が低下することをさらに抑制することができる。
図5で示すように、燃料電池セル3の配列方向xに隣接する少なくとも一組の第一角部群4Ag及び第一角部群4Agを結ぶ連結第二角部4B1が面取りされていてもよい。この構成により、複数の第一角部4A及び連結第二角部4B1が連続している角部集中部4Dを一体的に面取りすることにより、当該角部集中部4Dにおける酸化の進行を抑制し、導電部材4の耐久性が低下することをさらに抑制できる。
さらに、角部集中部4Dと連続する連続第二角部4B2が面取されていてもよい。この構成により、角部集中部4D近傍における酸素の進行も抑制できるため、導電部材4の耐久性が低下することをさらに抑制できる。
図5で示すように、露出部40のうちの上端における第一角部群4Ag及び第一角部群4Agを結ぶ連結第二角部4B1が面取りされていてもよい。この構成により、セルスタック2の上方における比較的温度が高く、酸化が進行し易い角部集中部4Dの酸化の進行を抑制できるため、導電部材4の耐久性が低下することをさらに抑制できる。
「面取り」とは、C面又はR面いずれの面取りでもよい。なお、水平方向の面取り長さより垂直方向の面取り長さの方が長くてもよい。言い換えれば、導電部材4の水平に延びる面と面取り面とがなす角度より、導電部材4の垂直に延びる面と面取りされた面とがなす角度の方が大きくてもよい。また面取りの長さは、一辺1.5mm〜3.0mmであってもよい。
次に、セルスタック装置1を収納容器21内に収納してなる燃料電池モジュール20について図6を用いて説明する。
図6に示す燃料電池モジュール20は、燃料電池セル3にて使用する燃料ガスを得るために、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器22をセルスタック2の上方に配置して構成されている。そして、改質器22で生成された燃料ガスは、ガス流通管23を介してマニホールド6に供給され、マニホールド6を介して燃料電池セル3の内部に設けられたガス流路12に供給される。
なお、図6においては、収納容器21の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置1および改質器22を後方に取り出した状態を示している。ここで、図6に示した燃料電池モジュール20においては、セルスタック装置1を、収納容器21内にスライドして収納することが可能である。
また収納容器21の内部に設けられた酸素含有ガス導入部材24は、図6においてはマニホールド6に並置された一対のセルスタック2の間に配置されるとともに、酸素含有ガスが、燃料ガスの流れに合わせて、燃料電池セル3の側方を下端部側から上端部側に向かって流れるように、燃料電池セル3の下端部側に酸素含有ガスを供給するように構成されている。言い換えれば、酸素含有ガス導入部材24はx方向に沿った側方に配置されている。そして、燃料電池セル3のガス流路12より排出され、発電に使用されなかった余剰の燃料ガス(燃料オフガス)を燃料電池セル3の上端部の上方で燃焼させることにより、セルスタック2の温度を効果的に上昇させることができ、セルスタック装置1の起動を早めることができる。また、燃料電池セル3の上端部の上方にて、燃料電池セル3のガス流
路12から排出される発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることにより、セルスタック2の上方に配置された改質器22を温めることができる。それにより、改質器22で効率よく改質反応を行うことができる。
路12から排出される発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させることにより、セルスタック2の上方に配置された改質器22を温めることができる。それにより、改質器22で効率よく改質反応を行うことができる。
本実施形態においては、酸素含有ガス導入部材24側における第一角部4Aの少なくとも一つが面取りされていてもよい。この構成により、比較的多くの酸素含有ガスが流れる酸素含有ガス導入部材24側の第一角部4Aの酸化の進行を抑制できるため、導電部材4の耐久性が低下することをさらに抑制できる。なお、酸素含有ガス導入部材24側の第二角部4Bの少なくとも一つが面取りされていてもよい。
また、燃料電池セル3の配列方向xにおける中央部の第一角部4A又は第二角部4Bの少なくとも一方が面取りされていてもよい。この構成により、比較的温度が高いセルスタックの中央部における角部の酸化の進行を抑制できるため、導電部材4の耐久性が低下することをさらに抑制できる。なお、「中央部」とはセルスタック装置1におけるx方向の長さを三等分した場合における中央部をいう。
次に、燃料電池モジュール20と、燃料電池モジュール20を作動させるための補機(図示せず)とを外装ケースに収納してなるモジュール収容装置25について図7を用いて説明する。
図7に示すモジュール収容装置25は、支柱26と外装板27から構成される外装ケース内を仕切板28により上下に区画し、その上方側を上述した燃料電池モジュール20を収納するモジュール収納室29とし、下方側を燃料電池モジュール20を作動させるための補機を収納する補機収納室30として構成されている。なお、補機収納室30に収納する補機は省略している。
また、仕切板28には、補機収納室30の空気をモジュール収納室29側に流すための空気流通口31が設けられており、モジュール収納室29を構成する外装板27の一部に、モジュール収納室29内の空気を排気するための排気口32が設けられている。
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に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、種々の変更、改良等が可能である。
また、上記形態では燃料電池セルおよび燃料電池モジュールならびにモジュール収容装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電解セルに水蒸気と電圧とを付与して水蒸気(水)を電気分解することにより、水素と酸素(O2)を生成する電解セル(SOEC)およびこの電解セルを備える電解モジュールおよび電解装置にも適用することができる。
さらに、上記形態では、支持体7上に燃料極層8、固体電解質層9、酸素極層10を積層したが、支持体を用いることなく、燃料極層自体を支持体とし、この燃料極層に、固体電解質層、酸素極層を設けても良い。
また、支持体上に酸素極層、固体電解質層、燃料極層を有する発電素子部が複数形成された、いわゆる横縞型の燃料電池セルスタックを複数組み合わせてなる横縞型バンドルにも適用することができる。
1:セルスタック装置
2:セルスタック
3:燃料電池セル
4:導電部材
40:露出部
4A:第一角部
13:接合材
20:燃料電池モジュール
21:収納容器
25:モジュール収容装置
2:セルスタック
3:燃料電池セル
4:導電部材
40:露出部
4A:第一角部
13:接合材
20:燃料電池モジュール
21:収納容器
25:モジュール収容装置
Claims (6)
- 固体電解質層と、該固体電解質層の内側に設けられた燃料極層と、前記固体電解質層の外側に設けられた酸素極層と、を有するセルと、
該セルが複数個配列されたセルスタックと、
前記セルの間に設けられ、該セルを電気的に接続する、複数の面を有する金属の導電部材と、
前記セルと前記導電部材とを接合する接合材と、を備え、
前記導電部材は、
前記接合材に覆われていない露出部を有しており、
該露出部は、前記導電部材のいずれか三面の面でなす複数の第一角部を含み、
該第一角部の少なくとも一つは面取りされていることを特徴とするセルスタック装置。 - 前記導電部材における前記露出部は、前記導電部材のいずれか二面の面でなす複数の第二角部を含み、
該第二角部の少なくとも1つは面取りされていることを特徴とする請求項1に記載のセルスタック装置。 - 前記露出部のうち前記セルの配列方向に直交する方向における端部である第一端部に複数の前記第一角部及び第二角部を含んでおり、
該第一端部における、前記セルの配列方向に隣接する少なくとも一組の第一角部群及び該第一角部群を結ぶ第二角部が面取りされていることを特徴とする請求項2に記載のセルスタック装置。 - 前記露出部のうちの上端における前記第一端部の前記第一角部群及び該第一角部群を結ぶ第二角部が面取りされていることを特徴とする請求項3に記載のセルスタック装置。
- 請求項1〜4のうちいずれかに記載のセルスタック装置を、収納容器内に収納してなり、
該収納容器内であって、かつ前記セルの配列方向に沿った側方に前記セルに酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入部材を有し、
該酸素含有ガス導入部材側における前記第一角部の少なくとも一つが面取りされていることを特徴とするモジュール。 - 請求項5に記載のモジュールと、該モジュールを作動させるための補機とを、外装ケース内に収納してなることを特徴とするモジュール収容装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017065414A JP2018170117A (ja) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017065414A JP2018170117A (ja) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018170117A true JP2018170117A (ja) | 2018-11-01 |
Family
ID=64019546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017065414A Pending JP2018170117A (ja) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018170117A (ja) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006092837A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Kyocera Corp | 燃料電池用集電部材及びその製造方法、並びにこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
JP2008059797A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Kyocera Corp | 耐熱性合金部材及び燃料電池用集電部材並びに燃料電池セルスタック、燃料電池 |
JP2008081804A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | 耐熱性合金部材及び燃料電池用集電部材並びに燃料電池セルスタック、燃料電池 |
JP2011210411A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Kyocera Corp | セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
JP2013258112A (ja) * | 2012-06-14 | 2013-12-26 | Osaka Gas Co Ltd | 固体酸化物燃料電池用集電部材の製造方法および固体酸化物燃料電池用集電部材 |
-
2017
- 2017-03-29 JP JP2017065414A patent/JP2018170117A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006092837A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Kyocera Corp | 燃料電池用集電部材及びその製造方法、並びにこれを用いた燃料電池セルスタック、燃料電池 |
JP2008059797A (ja) * | 2006-08-29 | 2008-03-13 | Kyocera Corp | 耐熱性合金部材及び燃料電池用集電部材並びに燃料電池セルスタック、燃料電池 |
JP2008081804A (ja) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Kyocera Corp | 耐熱性合金部材及び燃料電池用集電部材並びに燃料電池セルスタック、燃料電池 |
JP2011210411A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Kyocera Corp | セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 |
JP2013258112A (ja) * | 2012-06-14 | 2013-12-26 | Osaka Gas Co Ltd | 固体酸化物燃料電池用集電部材の製造方法および固体酸化物燃料電池用集電部材 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2018200885A (ja) | セルスタック、モジュールおよびモジュール収納装置 | |
JP5791854B1 (ja) | セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置 | |
JP5334456B2 (ja) | セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 | |
JP5709670B2 (ja) | 燃料電池セル装置 | |
JP5705634B2 (ja) | 燃料電池セル装置 | |
JP6170002B2 (ja) | セルスタックおよびモジュールならびにモジュール収容装置 | |
JP2015183252A5 (ja) | ||
JP2011134542A (ja) | セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 | |
JP5734125B2 (ja) | セルスタックおよび燃料電池モジュール | |
JP5334797B2 (ja) | セルスタック装置および燃料電池モジュールならびに燃料電池装置 | |
JP5289009B2 (ja) | 燃料電池セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 | |
JP5717559B2 (ja) | 被覆膜付部材および集電部材ならびに燃料電池セル装置 | |
JP6434299B2 (ja) | セルスタック、モジュールおよびモジュール収容装置 | |
JP6262586B2 (ja) | セルスタックおよびモジュールならびにモジュール収容装置 | |
JP6121793B2 (ja) | セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置 | |
JP6166418B2 (ja) | セルスタックおよび燃料電池モジュール | |
JP2018170117A (ja) | セルスタック装置、モジュール及びモジュール収容装置 | |
JP2015191693A5 (ja) | ||
JP6181696B2 (ja) | セルスタックおよび燃料電池モジュール | |
JP6626660B2 (ja) | セルスタック、モジュールおよびモジュール収容装置 | |
JP5882871B2 (ja) | セルスタックおよび燃料電池モジュール並びに燃料電池装置 | |
JP6599709B2 (ja) | セルスタック、セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収容装置 | |
JP2017208260A (ja) | セルスタック装置、モジュールおよびモジュール収納装置 | |
JP6818400B2 (ja) | セルスタック、モジュールおよびモジュール収容装置 | |
JP5717573B2 (ja) | セルスタックおよび燃料電池モジュール |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190920 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200630 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200716 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210126 |