JP2018200764A - Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack - Google Patents

Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP2018200764A
JP2018200764A JP2017103945A JP2017103945A JP2018200764A JP 2018200764 A JP2018200764 A JP 2018200764A JP 2017103945 A JP2017103945 A JP 2017103945A JP 2017103945 A JP2017103945 A JP 2017103945A JP 2018200764 A JP2018200764 A JP 2018200764A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
current collector
electrochemical reaction
fuel
overlapping
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.)
Granted
Application number
JP2017103945A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6885786B2 (en
Inventor
洋介 伊藤
Yosuke Ito
洋介 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2017103945A priority Critical patent/JP6885786B2/en
Publication of JP2018200764A publication Critical patent/JP2018200764A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6885786B2 publication Critical patent/JP6885786B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

To relax occurrence of bending stress to a single cell due to variation in the protrusion length of first protrusions, while increasing conduction area between a first electrode and a first collector member.SOLUTION: An electrochemical reaction unit comprises a single cell including an electrolyte layer containing a solid oxide and an air electrode and a fuel electrode facing each other while sandwiching the electrolyte layer, a first collector member placed on the side of a first electrode, one of an air electrode and a fuel electrode, for the single cell, and having more than two first protrusions coming into contact with the surface of the first electrode, and a second collector member placed on the side of a second electrode, the other of the air electrode and the fuel electrode, for the single cell, and having multiple second protrusions coming into contact with the surface of the second electrode. The more than two first protrusions include two doubling protrusions doubling the second protrusion when viewing in a first direction, and a non-doubling protrusion placed between the two doubling protrusions, and not doubling the second protrusion when viewing in the first direction.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応単位に関する。   The technology disclosed herein relates to electrochemical reaction units.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池発電単位は、燃料電池単セルを備える。燃料電池単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。   A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as “SOFC”) is known as one type of fuel cell that generates electricity using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. A fuel cell power generation unit that is a constituent unit of SOFC includes a single fuel cell. The fuel cell single cell includes an electrolyte layer, and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a predetermined direction (hereinafter referred to as “first direction”) with the electrolyte layer interposed therebetween.

また、燃料電池発電単位は、燃料電池単セルを構成する空気極側に配置された導電性の空気極側集電部材と、燃料極側に配置された導電性の燃料極側集電部材とを備える(例えば特許文献1参照)。空気極側集電部材および燃料極側集電部材は、燃料電池単セルにおける発電反応によって生じる電力を取り出すための部材である。空気極側集電部材は、空気極の表面に接触する複数の凸部を有する。また、燃料極側集電部材は、燃料極の表面に接触する複数の凸部を有する。発電運転時には、各電極(空気極、燃料極)の該表面と集電部材(空気極側集電部材、燃料極側集電部材)の各凸部とが接触する部分において、電極と集電部材との間の電子のやりとりが行われる。また、各電極に面するガス室(空気室、燃料室)に供給されたガス(酸化剤ガス、燃料ガス)は、電極の該表面の内、集電部材の各凸部と接触しない(各凸部に覆われていない)部分から電極内に流入する。   The fuel cell power generation unit includes a conductive air electrode side current collecting member disposed on the air electrode side constituting the fuel cell single cell, and a conductive fuel electrode side current collecting member disposed on the fuel electrode side. (For example, refer to Patent Document 1). The air electrode side current collecting member and the fuel electrode side current collecting member are members for taking out electric power generated by a power generation reaction in the single fuel cell. The air electrode side current collecting member has a plurality of convex portions in contact with the surface of the air electrode. Further, the fuel electrode side current collecting member has a plurality of convex portions that are in contact with the surface of the fuel electrode. During power generation operation, at the portion where the surface of each electrode (air electrode, fuel electrode) and each convex portion of the current collecting member (air electrode side current collecting member, fuel electrode side current collecting member) are in contact, the electrode and current collecting Electrons are exchanged with members. Further, the gas (oxidant gas, fuel gas) supplied to the gas chamber (air chamber, fuel chamber) facing each electrode does not come into contact with each convex portion of the current collecting member among the surfaces of the electrode (each It flows into the electrode from a portion that is not covered by the convex portion.

特開2013−55042号公報JP2013-55042A

上述した従来の構成では、上下方向視で、燃料極側集電部材が有する複数の凸部(以下、「燃料極側凸部」という)の全てが、空気極側集電部材が有する凸部(以下、「空気極側凸部」という)に重なるように配置されている。ここで、集電部材が有する複数の凸部について、電極側への突出長さが互いに同一になるように集電部材を形成することは困難であり、凸部ごとに突出長さがばらつくことがある。上述した従来の構成において、例えば互いに隣り合う3つの燃料極側凸部の突出長さがばらついている場合、該3つの燃料極側凸部のそれぞれが空気極側凸部との間で燃料電池単セルに与える押圧力が互いに異なることによって、燃料電池単セルが曲げ応力(例えば3点曲げ応力)を受けた状態になる。燃料電池単セルが曲げ応力を受けると、例えば燃料電池単セルが損傷(割れ等)し、燃料電池発電単位の性能(発電性能)が低下するおそれがある。   In the conventional configuration described above, all of the plurality of convex portions of the fuel electrode side current collecting member (hereinafter referred to as “fuel electrode side convex portion”) as viewed in the vertical direction are convex portions of the air electrode side current collecting member. (Hereinafter, referred to as “air electrode side convex portion”). Here, it is difficult to form the current collecting member so that the protruding lengths toward the electrodes are the same for the plurality of protruding portions of the current collecting member, and the protruding length varies for each protruding portion. There is. In the conventional configuration described above, for example, when the projecting lengths of three adjacent fuel electrode side protrusions vary, each of the three fuel electrode side protrusions is between the air electrode side protrusions and the fuel cell. When the pressing forces applied to the unit cells are different from each other, the unit cell of the fuel cell is subjected to bending stress (for example, three-point bending stress). If the fuel cell unit cell is subjected to bending stress, for example, the fuel cell unit cell may be damaged (cracked or the like), and the performance (power generation performance) of the fuel cell power generation unit may be reduced.

なお、このような課題は、上述した従来の構成において、上下方向視で、空気極側集電部材が有する複数の空気極側凸部の全てが、燃料極側集電部材が有する燃料極側凸部に重なるように配置された燃料電池発電単位にも共通の課題である。また、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という)の構成単位である電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位と呼ぶ。   Note that such a problem is that, in the conventional configuration described above, all of the plurality of air electrode side convex portions of the air electrode side current collecting member have the fuel electrode side of the fuel electrode side current collecting member as viewed in the vertical direction. This is a problem common to fuel cell power generation units arranged so as to overlap the convex portion. It is also a problem common to electrolytic cell units, which are constituent units of solid oxide electrolytic cells (hereinafter referred to as “SOEC”) that generate hydrogen using an electrolysis reaction of water. In the present specification, the fuel cell power generation unit and the electrolysis cell unit are collectively referred to as an electrochemical reaction unit.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。   In this specification, the technique which can solve the subject mentioned above is disclosed.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。   The technology disclosed in the present specification can be realized as, for example, the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学反応単位は、固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、前記単セルに対して前記空気極および前記燃料極の一方である第1の電極側に配置され、前記第1の電極の表面に接触する3つ以上の第1の凸部を有する第1の集電部材と、前記単セルに対して前記空気極および前記燃料極の他方である第2の電極側に配置され、前記第2の電極の表面に接触する複数の第2の凸部を有する第2の集電部材と、を備える電気化学反応単位において、前記3つ以上の第1の凸部は、前記第1の方向視で前記第2の凸部に重なる2つの重複凸部と、前記2つの重複凸部の間に配置され、前記第1の方向視で前記第2の凸部に重ならない非重複凸部と、を含む。本電気化学反応単位によれば、3つ以上の第1の凸部は、第1の方向視で第2の凸部に重なる2つの重複凸部と、該2つの重複凸部の間に配置され、第1の方向視で第2の凸部に重ならない非重複凸部と、を含む。これにより、3つ以上の第1の凸部の全てが重複凸部であり、かつ、重複凸部同士が相対的に近い位置に配置される構成に比べて、第1の凸部の突出長さのバラツキを原因とする単セルへの曲げ応力の発生を緩和することができる。一方、3つ以上の第1の凸部の全てが重複凸部であり、かつ、重複凸部同士が相対的に遠い位置に配置される構成では、単セルへの曲げ応力の発生を緩和できるが、第1の電極と第1の集電部材との間の導通面積を減少する。これに対して、本電気化学反応単位によれば、2つの重複凸部の間に非重複凸部が存在するため、第1の電極と第1の集電部材との間の導通面積の減少を抑制できる。すなわち、第1の電極と第1の集電部材との間の導通面積を増大させつつ、第1の凸部の突出長さのバラツキを原因とする単セルへの曲げ応力の発生を緩和することができる。 (1) An electrochemical reaction unit disclosed in the present specification includes a single cell including an electrolyte layer containing a solid oxide and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction across the electrolyte layer; 1st which has three or more 1st convex parts which are arrange | positioned with respect to the said single cell at the 1st electrode side which is one of the said air electrode and the said fuel electrode, and contacts the surface of the said 1st electrode. A current collecting member and a plurality of second protrusions that are disposed on the second electrode side that is the other of the air electrode and the fuel electrode with respect to the single cell, and are in contact with the surface of the second electrode In the electrochemical reaction unit comprising a second current collecting member, the three or more first convex portions are two overlapping convex portions that overlap the second convex portion as viewed in the first direction, Non-overlap that is arranged between the two overlapping convex portions and does not overlap the second convex portion in the first direction view It includes a part, a. According to this electrochemical reaction unit, the three or more first convex portions are arranged between two overlapping convex portions that overlap the second convex portion when viewed in the first direction, and between the two overlapping convex portions. And a non-overlapping convex portion that does not overlap the second convex portion when viewed in the first direction. Thereby, compared with the structure by which all the three or more 1st convex parts are overlapping convex parts, and the overlapping convex parts are arrange | positioned in the relatively near position, the protrusion length of a 1st convex part The generation of bending stress in the single cell due to the variation in thickness can be mitigated. On the other hand, in the configuration in which all of the three or more first convex portions are overlapping convex portions and the overlapping convex portions are disposed at positions relatively distant from each other, it is possible to reduce the occurrence of bending stress to the single cell. However, the conduction area between the first electrode and the first current collecting member is reduced. On the other hand, according to the present electrochemical reaction unit, since there is a non-overlapping convex portion between two overlapping convex portions, the conduction area between the first electrode and the first current collecting member is reduced. Can be suppressed. That is, while increasing the conduction area between the first electrode and the first current collecting member, the generation of bending stress in the single cell due to the variation in the protruding length of the first protrusion is reduced. be able to.

(2)上記電気化学反応単位において、前記3つ以上の第1の凸部は、前記第1の方向に直交する第2の方向に等間隔に並べて配置され、前記複数の第2の凸部は、前記第2の方向に等間隔に並べて配置されており、前記第2の凸部間の離間距離は、前記第1の凸部同士の配置間隔より広い構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第2の凸部間の離間距離が第1の凸部間の配置間隔より狭い構成に比べて、重複凸部同士が近くに配置されることが抑制されるため、重複凸部の突出長さのバラツキを原因とする単セルへの曲げ応力の発生を緩和することができる。 (2) In the electrochemical reaction unit, the three or more first protrusions are arranged at equal intervals in a second direction orthogonal to the first direction, and the plurality of second protrusions Are arranged at equal intervals in the second direction, and the separation distance between the second convex portions may be wider than the arrangement interval between the first convex portions. According to this electrochemical reaction unit, it is suppressed that the overlapping convex portions are arranged close to each other as compared with the configuration in which the separation distance between the second convex portions is narrower than the arrangement interval between the first convex portions. Therefore, it is possible to reduce the occurrence of bending stress in the single cell due to the variation in the protruding length of the overlapping convex portion.

(3)上記電気化学反応単位において、前記第2の凸部間の前記離間距離は、前記第1の凸部同士の前記配置間隔の2倍以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第2の凸部間の離間距離が第1の凸部間の配置間隔の2倍より狭い構成に比べて、2つの重複凸部同士の離間距離が長くなるため、重複凸部の突出長さのバラツキを原因とする単セルへの曲げ応力をより効果的に軽減することができる。 (3) The said electrochemical reaction unit WHEREIN: The said separation distance between said 2nd convex parts is good also as a structure which is 2 times or more of the said arrangement | positioning space | interval of said 1st convex parts. According to this electrochemical reaction unit, the separation distance between the two overlapping protrusions is longer than the configuration in which the separation distance between the second protrusions is smaller than twice the arrangement interval between the first protrusions. Therefore, it is possible to more effectively reduce the bending stress to the single cell due to the variation in the protruding length of the overlapping convex portion.

(4)上記電気化学反応単位において、前記第1の方向視で、前記第1の凸部および前記第2の凸部の形状は、矩形状であり、かつ、前記第1の凸部の前記矩形状における最小の辺の長さは、前記第2の凸部の前記矩形状における最小の辺の長さより短い構成としてもよい。凸部(第1の凸部、第2の凸部)の第1の方向視の形状が矩形状である場合、該凸部の矩形状の最小辺の長さが短いほど、該凸部からセルへの応力が特定箇所に集中するため、セルへの曲げ応力が大きくなり易い。そこで、本電気化学反応単位によれば、第1の凸部の矩形状における最小の辺の長さは、第2の凸部の前記矩形状における最小の辺の長さより短い。すなわち、矩形状における最小の辺の長さが短い第1の凸部が、第1の方向視で共通の第2の凸部に重なる数が1つまたは2つである。これにより、矩形状における最小の辺の長さが短い方の凸部によるセルへの曲げ応力を抑制することができる。 (4) In the electrochemical reaction unit, the first convex portion and the second convex portion have a rectangular shape in the first direction view, and the first convex portion has the shape of the first convex portion. The minimum side length in the rectangular shape may be shorter than the minimum side length in the rectangular shape of the second convex portion. When the shape of the convex portion (first convex portion, second convex portion) in the first direction view is rectangular, the shorter the minimum side of the rectangular shape of the convex portion is, the shorter the convex portion is. Since stress to the cell is concentrated at a specific location, bending stress to the cell tends to increase. Therefore, according to the present electrochemical reaction unit, the minimum side length of the first convex portion in the rectangular shape is shorter than the minimum side length of the second convex portion in the rectangular shape. That is, the number of the first protrusions having the shortest minimum side length in the rectangular shape overlaps the common second protrusions in the first direction view is one or two. Thereby, the bending stress to the cell by the convex part with the shorter minimum side length in the rectangular shape can be suppressed.

(5)上記電気化学反応単位において、前記第1の凸部の前記矩形状における最小の辺の長さは、5(mm)以下である構成としてもよい。第1の凸部および第2の凸部の少なくとも一方における第1の方向に直交する方向の幅寸法が5(mm)以下である構成では、単セルのうち、該幅寸法が5(mm)以下の凸部との接触部位に応力が集中することにより、単セルに大きな曲げ応力が発生し易い。これに対して、本電気化学反応単位によれば、単セルへの曲げ応力を抑制できるため、このような該幅寸法が5(mm)以下の凸部と単セルとが接触する構成に対して特に有効である。 (5) In the electrochemical reaction unit, the minimum side length of the first convex portion in the rectangular shape may be 5 (mm) or less. In the configuration in which the width dimension in the direction orthogonal to the first direction in at least one of the first protrusion and the second protrusion is 5 (mm) or less, the width dimension of the single cell is 5 (mm). A large bending stress is likely to be generated in the single cell due to the stress concentration at the contact portion with the following convex portion. On the other hand, according to the present electrochemical reaction unit, since bending stress to the single cell can be suppressed, such a configuration in which the convex portion having a width dimension of 5 (mm) or less and the single cell are in contact with each other. Is particularly effective.

(6)上記電気化学反応単位において、前記第1の電極は前記空気極であり、前記第2の電極は前記燃料極である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、第1の電極と第1の集電部材との間の導通面積を増大させつつ、単セルへの曲げ応力を低減することを抑制することができる。 (6) In the electrochemical reaction unit, the first electrode may be the air electrode, and the second electrode may be the fuel electrode. According to this electrochemical reaction unit, it is possible to suppress a reduction in bending stress to the single cell while increasing a conduction area between the first electrode and the first current collecting member.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位(燃料電池発電単位または電解セル単位)、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。   Note that the technology disclosed in this specification can be realized in various forms, for example, an electrochemical reaction unit (a fuel cell power generation unit or an electrolysis cell unit), and an electricity provided with a plurality of electrochemical reaction units. It can be realized in the form of a chemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack), a manufacturing method thereof, and the like.

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 in the present embodiment. 図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-section structure of the fuel cell stack 100 in the position of II-II of FIG. 図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of a fuel cell stack 100 at a position of III-III in FIG. 1. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows XZ cross-section structure of the two electric power generation units 102 adjacent to each other in the same position as the cross section shown in FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-section structure of the two electric power generation units 102 adjacent to each other in the same position as the cross section shown in FIG. 図4および図5のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows XY cross-section structure of the electric power generation unit 102 in the position of VI-VI of FIG. 4 and FIG. 図4および図5のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an XY cross-sectional configuration of a power generation unit at a position VII-VII in FIGS. 4 and 5. 図6のX1部分における集電体要素135と電極対向部145との配置関係を示すXY断面図である。FIG. 7 is an XY cross-sectional view showing an arrangement relationship between the current collector element 135 and the electrode facing portion 145 in the X1 portion of FIG. 6. 図6および図7のIX−IXの位置における発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross-section structure of the electric power generation unit 102 in the position of IX-IX of FIG. 6 and FIG. 図6および図7のX−Xの位置における発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-section structure of the electric power generation unit 102 in the position of XX of FIG. 6 and FIG. 比較例1の発電単位102aにおける集電体要素135と電極対向部145との配置関係を示すYZ断面図である。6 is a YZ cross-sectional view showing an arrangement relationship between a current collector element 135 and an electrode facing portion 145 in a power generation unit 102a of Comparative Example 1. FIG.

A.実施形態:
A−1.装置構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1(および後述する図6,7)のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1(および後述する図6,7)のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図4以降についても同様である。また、本明細書では、Z軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。
A. Embodiment:
A-1. Device configuration:
(Configuration of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a fuel cell stack 100 in the present embodiment, and FIG. 2 is an XZ of the fuel cell stack 100 at a position II-II in FIG. 1 (and FIGS. 6 and 7 described later). FIG. 3 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position of III-III in FIG. 1 (and FIGS. 6 and 7 described later). In each figure, XYZ axes orthogonal to each other for specifying the direction are shown. In this specification, for the sake of convenience, the positive direction of the Z axis is referred to as the upward direction, and the negative direction of the Z axis is referred to as the downward direction. However, the fuel cell stack 100 is actually different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIG. In this specification, a direction perpendicular to the Z-axis direction is referred to as a plane direction.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。   The fuel cell stack 100 includes a plurality (seven in this embodiment) of fuel cell power generation units (hereinafter simply referred to as “power generation units”) 102 and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an assembly composed of seven power generation units 102 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

図1に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、エンドプレート104,106)のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、一方のエンドプレート104から他方のエンドプレート106にわたって上下方向に延びるボルト孔109を構成している。各ボルト孔109にはボルト22が挿入されており、各ボルト22および図示しないナットによって燃料電池スタック100は締結されている。   As shown in FIG. 1, each layer (each power generation unit 102, end plates 104, 106) constituting the fuel cell stack 100 penetrates each layer vertically in the periphery of four corners around the Z-axis direction. Holes are formed, and holes corresponding to each other formed in each layer communicate with each other in the vertical direction to constitute a bolt hole 109 extending in the vertical direction from one end plate 104 to the other end plate 106. Bolts 22 are inserted into the respective bolt holes 109, and the fuel cell stack 100 is fastened by the respective bolts 22 and nuts (not shown).

また、図1から図3に示すように、各発電単位102のZ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位102を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位102に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位102にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために各発電単位102に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。   As shown in FIGS. 1 to 3, a hole penetrating each power generation unit 102 in the vertical direction is formed near the outer periphery of each power generation unit 102 around the Z-axis direction. The holes corresponding to each other are communicated in the vertical direction to form a communication hole 108 extending in the vertical direction across the plurality of power generation units 102. In the following description, a hole formed in each power generation unit 102 to configure the communication hole 108 may also be referred to as the communication hole 108.

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給する共用ガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する共用ガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態の燃料電池スタック100には、酸化剤ガス導入マニホールド161および酸化剤ガス排出マニホールド162が、それぞれ1つのみ存在している。また、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the fuel cell stack 100 is located in the vicinity of one side (side on the X axis positive direction side of two sides parallel to the Y axis) on the outer periphery around the Z axis direction. The communication hole 108 is supplied with an oxidant gas OG from the outside of the fuel cell stack 100 and is an oxidant gas introduction manifold which is a common gas flow path for supplying the oxidant gas OG to an air chamber 166 described later of each power generation unit 102. The communication hole 108, which functions as 161, and is located in the vicinity of the side opposite to the side (the side on the negative X-axis direction side of the two sides parallel to the Y-axis) is an air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162 that is a common gas flow path for discharging the oxidant off-gas OOG that is the gas discharged from the fuel cell stack 100 to the outside. In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, only one oxidant gas introduction manifold 161 and one oxidant gas discharge manifold 162 are present. In the present embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給する共用ガス流路である燃料ガス導入マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出する共用ガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態の燃料電池スタック100には、燃料ガス導入マニホールド171および燃料ガス排出マニホールド172が、それぞれ1つのみ存在している。また、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。   Further, as shown in FIGS. 1 and 3, in the vicinity of the side that forms the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction, the side closest to the communication hole 108 that functions as the oxidant gas discharge manifold 162 described above. The other communication hole 108 located in is a fuel gas that is a common gas flow path for supplying the fuel gas FG to the fuel chamber 176 described later of each power generation unit 102 after the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100. The other communication hole 108 that functions as the introduction manifold 171 and is located in the vicinity of the side closest to the communication hole 108 that functions as the oxidant gas introduction manifold 161 described above is a gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102. A fuel gas discharge manifold 17 that is a common gas flow path for discharging the fuel off-gas FOG to the outside of the fuel cell stack 100 To function as. In the fuel cell stack 100 of this embodiment, only one fuel gas introduction manifold 171 and one fuel gas discharge manifold 172 exist. In the present embodiment, for example, hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used as the fuel gas FG.

(エンドプレート104,106の構成)
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102が押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。図2および図3に示すように、下側のエンドプレート106には、4つの流路用貫通孔107が形成されている。4つの流路用貫通孔107は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。
(Configuration of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are formed of, for example, stainless steel. One end plate 104 is disposed on the upper side of the power generation unit 102 located on the uppermost side, and the other end plate 106 is disposed on the lower side of the power generation unit 102 located on the lowermost side. A plurality of power generation units 102 are held in a pressed state by a pair of end plates 104 and 106. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100. As shown in FIGS. 2 and 3, four passage through holes 107 are formed in the lower end plate 106. The four flow passage through holes 107 communicate with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171, and the fuel gas discharge manifold 172, respectively.

(ガス通路部材27等の構成)
図2および図3に示すように、燃料電池スタック100は、さらに、下側のエンドプレート106に対して複数の発電単位102とは反対側(すなわち、下側)に配置された4つのガス通路部材27を備える。4つのガス通路部材27は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材27は、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107に連通する孔が形成された本体部28と、本体部28の側面から分岐した筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。なお、各ガス通路部材27の本体部28とエンドプレート106との間には、絶縁シート26が配置されている。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。
(Configuration of gas passage member 27 and the like)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 further includes four gas passages arranged on the opposite side (that is, the lower side) of the plurality of power generation units 102 with respect to the lower end plate 106. A member 27 is provided. The four gas passage members 27 are respectively arranged at positions that overlap the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171, and the fuel gas discharge manifold 172 in the vertical direction. Each gas passage member 27 has a main body portion 28 in which a hole communicating with the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106 is formed, and a cylindrical branch portion 29 branched from the side surface of the main body portion 28. doing. The hole of the branch part 29 communicates with the hole of the main body part 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. An insulating sheet 26 is disposed between the main body 28 of each gas passage member 27 and the end plate 106. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic powder sheet, a glass sheet, a glass ceramic composite agent, or the like.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。また、図6は、図4および図5のVI−VIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図であり、図7は、図4および図5のVII−VIIの位置における発電単位102のXY断面構成を示す説明図である。
(Configuration of power generation unit 102)
4 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of two electric power generation units. 6 is an explanatory diagram showing an XY cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position VI-VI in FIGS. 4 and 5, and FIG. 7 is a power generation unit at the position VII-VII in FIGS. 4 and 5. It is explanatory drawing which shows XY cross-section structure of 102. FIG.

図4および図5に示すように、発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの周縁部には、上述した各マニホールド161,162,171,172として機能する連通孔108を構成する孔や、各ボルト孔109を構成する孔が形成されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, an air electrode side current collector 134, a fuel electrode side frame 140, and a fuel electrode side. A current collector 144 and a pair of interconnectors 150 constituting the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102 are provided. In the separator 120, the air electrode side frame 130, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 around the Z-axis direction, the holes constituting the communication holes 108 functioning as the manifolds 161, 162, 171, and 172 described above. Or the hole which comprises each bolt hole 109 is formed.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のエンドプレート104,106を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。   The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents reaction gas from being mixed between the power generation units 102. In the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Further, since the fuel cell stack 100 includes the pair of end plates 104 and 106, the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not include the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。   The unit cell 110 includes an electrolyte layer 112, and an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 that face each other in the vertical direction (the arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel electrode-supported single cell that supports the electrolyte layer 112 and the air electrode 114 with the fuel electrode 116.

電解質層112は、Z方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、Z方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。燃料極116は、Z方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Niと酸化物イオン伝導性セラミックス粒子(例えば、YSZ)とからなるサーメットにより形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。   The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular flat plate member as viewed in the Z direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of a solid oxide such as YSZ (yttria stabilized zirconia), ScSZ (scandia stabilized zirconia), SDC (samarium doped ceria), GDC (gadolinium doped ceria), perovskite oxide, and the like. Yes. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 when viewed in the Z direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is made of, for example, a perovskite oxide (for example, LSCF (lanthanum strontium cobalt iron oxide), LSM (lanthanum strontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 when viewed in the Z direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is formed of, for example, a cermet made of Ni and oxide ion conductive ceramic particles (for example, YSZ). Thus, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。   The separator 120 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of, for example, metal. The peripheral part of the hole 121 in the separator 120 is opposed to the peripheral part of the surface of the electrolyte layer 112 on the air electrode 114 side. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag brazing) disposed in the facing portion. The separator 120 divides the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and gas leaks from one electrode side to the other electrode side in the peripheral portion of the single cell 110. It is suppressed.

空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。   The air electrode side frame 130 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of an insulator such as mica, for example. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge portion of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge portion of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. . The pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102 is electrically insulated by the air electrode side frame 130.

図4〜図6に示すように、空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する孔である。図6に示すように、Z軸方向視で、孔131の外形線は略矩形である。孔131は、X軸方向に互いに対向する第1の内周面IP1および第2の内周面IP2を有する。孔131の外形線の内、第1の内周面IP1により構成される部分および第2の内周面IP2により構成される部分は、Y軸方向に略平行な直線状部分を有している。また、図4および図6に示すように、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161を構成する連通孔108に連通すると共に空気室166を構成する孔131の第1の内周面IP1に開口する酸化剤ガス供給連通流路132と、酸化剤ガス排出マニホールド162を構成する連通孔108に連通すると共に空気室166を構成する孔131の第2の内周面IP2に開口する酸化剤ガス排出連通流路133とが形成されている。本実施形態では、空気極側フレーム130に、3本の酸化剤ガス供給連通流路132と、3本の酸化剤ガス排出連通流路133とが形成されている。   As shown in FIGS. 4 to 6, the hole 131 of the air electrode side frame 130 is a hole constituting an air chamber 166 facing the air electrode 114. As shown in FIG. 6, the outline of the hole 131 is substantially rectangular as viewed in the Z-axis direction. The hole 131 has a first inner peripheral surface IP1 and a second inner peripheral surface IP2 that face each other in the X-axis direction. Of the outline of the hole 131, a portion constituted by the first inner peripheral surface IP1 and a portion constituted by the second inner peripheral surface IP2 have a linear portion substantially parallel to the Y-axis direction. . As shown in FIGS. 4 and 6, the air electrode side frame 130 communicates with the communication hole 108 constituting the oxidant gas introduction manifold 161 and the first inner periphery of the hole 131 constituting the air chamber 166. The oxidant gas supply communication channel 132 that opens to the surface IP 1 and the communication hole 108 that forms the oxidant gas discharge manifold 162 communicate with the second inner peripheral surface IP 2 of the hole 131 that forms the air chamber 166. An oxidant gas discharge communication channel 133 is formed. In the present embodiment, three oxidant gas supply communication channels 132 and three oxidant gas discharge communication channels 133 are formed in the air electrode side frame 130.

燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。   The fuel electrode side frame 140 is a frame-like member in which a substantially rectangular hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of, for example, metal. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral portion of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral portion of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116.

図4,図5および図7に示すように、燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する孔である。図7に示すように、Z軸方向視で、孔141の外形線は略矩形である。孔141は、X軸方向に互いに対向する第3の内周面IP3および第4の内周面IP4を有する。孔141の外形線の内、第3の内周面IP3により構成される部分および第4の内周面IP4により構成される部分は、Y軸方向に略平行な直線状部分を有している。また、図5および図7に示すように、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171を構成する連通孔108に連通すると共に燃料室176を構成する孔141の第3の内周面IP3に開口する燃料ガス供給連通流路142と、燃料ガス排出マニホールド172を構成する連通孔108に連通すると共に燃料室176を構成する孔141の第4の内周面IP4に開口する燃料ガス排出連通流路143とが形成されている。本実施形態では、燃料極側フレーム140に、1本の燃料ガス供給連通流路142と、1本の燃料ガス排出連通流路143とが形成されている。   As shown in FIGS. 4, 5 and 7, the hole 141 of the fuel electrode side frame 140 is a hole constituting a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. As shown in FIG. 7, the outline of the hole 141 is substantially rectangular when viewed in the Z-axis direction. The hole 141 has a third inner peripheral surface IP3 and a fourth inner peripheral surface IP4 that face each other in the X-axis direction. Of the outline of the hole 141, the portion constituted by the third inner peripheral surface IP3 and the portion constituted by the fourth inner peripheral surface IP4 have a linear portion substantially parallel to the Y-axis direction. . Further, as shown in FIGS. 5 and 7, the fuel electrode side frame 140 communicates with the communication hole 108 constituting the fuel gas introduction manifold 171 and the third inner peripheral surface of the hole 141 constituting the fuel chamber 176. A fuel gas discharge that opens to the fourth inner peripheral surface IP4 of the hole 141 that communicates with the fuel gas supply communication flow path 142 that opens to IP3 and the communication hole 108 that forms the fuel gas discharge manifold 172. A communication channel 143 is formed. In the present embodiment, one fuel gas supply communication channel 142 and one fuel gas discharge communication channel 143 are formed in the fuel electrode side frame 140.

図4〜図6に示すように、空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電体134は、上側のエンドプレート104に接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150(またはエンドプレート104)とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向(Z軸方向)に直交する平板形の部分がインターコネクタ150として機能し、該平板形の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素135が空気極側集電体134として機能する。また、空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極114と空気極側集電体134との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。   As shown in FIGS. 4 to 6, the air electrode side current collector 134 is disposed in the air chamber 166. The air electrode side current collector 134 is composed of a plurality of current collector elements 135 having a substantially quadrangular prism shape, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. The air electrode side current collector 134 is in contact with the surface of the air electrode 114 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the top in the fuel cell stack 100 does not include the upper interconnector 150, the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 includes the upper end plate. 104 is in contact. Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, the air electrode 114 and the interconnector 150 (or the end plate 104) are electrically connected. In the present embodiment, the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 are formed as an integral member. That is, a flat plate portion perpendicular to the vertical direction (Z-axis direction) of the integrated member functions as the interconnector 150 and is formed so as to protrude from the flat plate portion toward the air electrode 114. The current collector element 135 that is a plurality of convex portions functions as the air electrode side current collector 134. Moreover, the integral member of the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 may be covered with a conductive coat, and between the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134, A conductive bonding layer to be bonded may be interposed.

図4,5,7に示すように、燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102におけるインターコネクタ対向部146は、下側のエンドプレート106に接触している。なお、燃料極側集電体144のうち、燃料極116に接触している部分が電極対向部145であり、インターコネクタ150に接触している部分がインターコネクタ対向部146であり、燃料極116とインターコネクタ150とのいずれにも接触していない部分が連接部147である。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150(またはエンドプレート106)との電気的接続が良好に維持される。   As shown in FIGS. 4, 5 and 7, the fuel electrode side current collector 144 is disposed in the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 includes an interconnector facing portion 146, an electrode facing portion 145, and a connecting portion 147 that connects the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. For example, nickel or a nickel alloy It is made of stainless steel or the like. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is on the surface of the interconnector 150 on the side facing the fuel electrode 116. In contact. However, as described above, since the lowermost power generation unit 102 in the fuel cell stack 100 does not include the lower interconnector 150, the interconnector facing portion 146 in the power generation unit 102 has a lower end plate. 106 is in contact. In the fuel electrode-side current collector 144, the portion in contact with the fuel electrode 116 is an electrode facing portion 145, and the portion in contact with the interconnector 150 is an interconnector facing portion 146. A portion that is not in contact with any of the interconnector 150 is a connecting portion 147. Since the fuel electrode side current collector 144 has such a configuration, the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) are electrically connected. Note that a spacer 149 made of, for example, mica is disposed between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the fuel electrode 116 and the interconnector 150 (or the end plate 106) via the fuel electrode side current collector 144. The electrical connection with is maintained well.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
図2,4,6に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29、本体部28、および、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通流路132を介して、空気室166に供給される。また、図3,5,7に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29、本体部28、および、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通流路142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of the fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2, 4, and 6, the oxidant gas OG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. When supplied, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 via the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the flow-through hole 107 of the lower end plate 106. Then, the gas is supplied from the oxidant gas introduction manifold 161 to the air chamber 166 through the oxidant gas supply communication channel 132 of each power generation unit 102. As shown in FIGS. 3, 5, and 7, the fuel gas FG passes through a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. When supplied, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the branch portion 29 of the gas passage member 27, the main body portion 28, and the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106, The fuel gas is supplied from the fuel gas introduction manifold 171 to the fuel chamber 176 via the fuel gas supply communication channel 142 of each power generation unit 102.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGに含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。   When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, oxygen contained in the oxidant gas OG and hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110. Power is generated by an electrochemical reaction. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air electrode 114 of the single cell 110 is electrically connected to one interconnector 150 via the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode 116 is connected via the fuel electrode side current collector 144. The other interconnector 150 is electrically connected. The plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, electrical energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as output terminals of the fuel cell stack 100. Since SOFC generates power at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is heated by a heater (after the start-up until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation. (Not shown).

各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2,4,6に示すように、酸化剤ガス排出連通流路133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3,5,7に示すように、燃料ガス排出連通流路143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。   The oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 via the oxidant gas discharge communication channel 133 as shown in FIGS. Further, the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106 and the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas discharge manifold 162 are connected to the branch portion 29. It is discharged outside the fuel cell stack 100 through a gas pipe (not shown). Further, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communication channel 143 as shown in FIGS. A gas pipe connected to the branch portion 29 via the flow passage through hole 107 of the lower end plate 106 and the main body portion 28 and the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas discharge manifold 172. The fuel cell stack 100 is discharged outside (not shown).

なお、上述したように、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102では、空気極側フレーム130の孔131における酸化剤ガス供給連通流路132が開口する第1の内周面IP1と酸化剤ガス排出連通流路133が開口する第2の内周面IP2との対向方向(X軸方向)と、燃料極側フレーム140の孔141における燃料ガス供給連通流路142が開口する第3の内周面IP3と燃料ガス排出連通流路143が開口する第4の内周面IP4との対向方向(X軸方向)とが、略同一方向である。また、酸化剤ガス導入マニホールド161を構成する連通孔108と燃料ガス排出マニホールド172を構成する連通孔108とが、上記対向方向の同じ側(X軸正方向側)に配置され、酸化剤ガス排出マニホールド162を構成する連通孔108と燃料ガス導入マニホールド171を構成する連通孔108とが、上記対向方向の同じ側(X軸負方向側)に配置されている。そのため、各発電単位102の空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向(図6に示すように、X軸負方向)と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向(図7に示すように、X軸正方向)とが、略反対方向(互いに対向する方向)となる。すなわち、本実施形態の発電単位102(燃料電池スタック100)は、カウンターフロータイプのSOFCである。   As described above, in each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the first inner peripheral surface in which the oxidant gas supply communication channel 132 in the hole 131 of the air electrode side frame 130 opens. The fuel gas supply communication channel 142 in the hole 141 of the fuel electrode side frame 140 is opened in the opposite direction (X-axis direction) between the IP1 and the second inner peripheral surface IP2 in which the oxidant gas discharge communication channel 133 is opened. The facing direction (X-axis direction) between the third inner peripheral surface IP3 and the fourth inner peripheral surface IP4 where the fuel gas discharge communication channel 143 opens is substantially the same direction. Further, the communication hole 108 constituting the oxidant gas introduction manifold 161 and the communication hole 108 constituting the fuel gas discharge manifold 172 are arranged on the same side (X-axis positive direction side) in the facing direction, and the oxidant gas discharge. The communication hole 108 constituting the manifold 162 and the communication hole 108 constituting the fuel gas introduction manifold 171 are disposed on the same side in the facing direction (X-axis negative direction side). Therefore, the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 of each power generation unit 102 (X-axis negative direction as shown in FIG. 6) and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 (as shown in FIG. 7). And the X axis positive direction) are substantially opposite directions (directions facing each other). That is, the power generation unit 102 (fuel cell stack 100) of this embodiment is a counter flow type SOFC.

A−3.空気極側集電体134および燃料極側集電体144の詳細構成:
図8は、図6のX1部分における集電体要素135と電極対向部145との配置関係を示すXY断面図である。図8では、上下方向視(Z方向視)における集電体要素135と電極対向部145との配置関係が分かるようにするため、集電体要素135が点線で示されており、電極対向部145が実線で示されている。図9は、図6および図7のIX−IXの位置における発電単位102のYZ断面構成を示す説明図であり、図10は、図6および図7のX−Xの位置における発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。
A-3. Detailed configuration of air electrode side current collector 134 and fuel electrode side current collector 144:
FIG. 8 is an XY cross-sectional view showing the positional relationship between the current collector element 135 and the electrode facing portion 145 in the X1 portion of FIG. In FIG. 8, the current collector element 135 is indicated by a dotted line so that the arrangement relationship between the current collector element 135 and the electrode facing portion 145 when viewed in the vertical direction (viewed in the Z direction) can be understood. 145 is indicated by a solid line. 9 is an explanatory diagram showing a YZ cross-sectional configuration of the power generation unit 102 at the position IX-IX in FIGS. 6 and 7, and FIG. 10 is a diagram of the power generation unit 102 at the position XX in FIGS. 6 and 7. It is explanatory drawing which shows XZ cross-sectional structure.

また、以下の説明では、A方向において複数の部材Bが均等間隔に並ぶことには、部材B同士の離間距離が完全に同一である形態に限らず、部材B同士の離間距離のバラツキが±1(mm)以下である形態も含まれる。また、A方向における部材(または部材のある部分、以下同様)Bと部材Cとの離間距離とは、部材Bのうちの部材Cに最も近い端を通り、かつ、A方向に直交する平面と、部材Cのうちの部材Bに最も近い端を通り、かつ、A方向に直交する平面との間の最短距離をいう。また、A方向における部材B同士の配置間隔とは、一の部材BのA方向の中心を通り、かつ、A方向に直交する平面と、A方向において該一の部材Bと隣り合う他の部材BのA方向の中心を通り、かつ、A方向に直交する平面との間の最短距離(ピッチ間隔)をいう。   Further, in the following description, the plurality of members B being arranged at equal intervals in the A direction is not limited to the form in which the separation distances between the members B are completely the same, and variations in the separation distances between the members B are ± The form which is 1 (mm) or less is also included. Further, the separation distance between the member (or a part where the member is present, the same applies hereinafter) B and the member C in the A direction is a plane passing through the end of the member B that is closest to the member C and orthogonal to the A direction. The shortest distance between a plane passing through the end of the member C closest to the member B and orthogonal to the A direction. Further, the arrangement interval between the members B in the A direction is a plane that passes through the center of the one member B in the A direction and is orthogonal to the A direction, and another member that is adjacent to the one member B in the A direction. The shortest distance (pitch interval) between a plane passing through the center of B in the A direction and orthogonal to the A direction.

(空気極側集電体134の構成)
図6および図8に示すように、上下方向視で、空気極側集電体134が有する各集電体要素135の形状は略矩形状である。具体的には、集電体要素135の形状は、略長方形状であり、上述した酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの主たる流れ方向(X方向)の寸法が、該流れ方向に直交する方向(Y方向)の寸法より長い。以下、集電体要素135の長辺に沿った方向(X方向)を、長辺方向といい、集電体要素135の短辺に沿った方向(Y方向)を、短辺方向という。また、集電体要素135の長辺方向の寸法を、長辺幅135Xといい、集電体要素135の短辺方向の寸法を、短辺幅135Yという。なお、短辺幅135Yは、5(mm)以下であることが好ましい。なお、長辺方向および短辺方向は、特許請求の範囲における第2の方向に相当する。
(Configuration of air electrode side current collector 134)
As shown in FIGS. 6 and 8, the shape of each current collector element 135 included in the air electrode side current collector 134 is a substantially rectangular shape when viewed in the vertical direction. Specifically, the shape of the current collector element 135 is substantially rectangular, and the dimensions of the main flow direction (X direction) of the oxidant gas OG and the fuel gas FG described above are directions orthogonal to the flow direction ( Longer than the dimension in the Y direction). Hereinafter, the direction along the long side of the current collector element 135 (X direction) is referred to as the long side direction, and the direction along the short side of the current collector element 135 (Y direction) is referred to as the short side direction. Further, the dimension in the long side direction of the current collector element 135 is referred to as a long side width 135X, and the dimension in the short side direction of the current collector element 135 is referred to as a short side width 135Y. The short side width 135Y is preferably 5 (mm) or less. The long side direction and the short side direction correspond to the second direction in the claims.

また、複数の集電体要素135は、短辺方向に均等間隔で並ぶように配置されている。図6では、短辺方向(Y方向)に36個の集電体要素135が均等間隔で並ぶように配置されている。図9にも示すように、本実施形態では、集電体要素135同士の短辺方向の第2の離間距離135DYは、短辺幅135Yより長い。また、集電体要素135同士の短辺方向の第2の配置間隔135PYは、短辺幅135Yより長い。   The plurality of current collector elements 135 are arranged so as to be arranged at equal intervals in the short side direction. In FIG. 6, 36 current collector elements 135 are arranged at equal intervals in the short side direction (Y direction). As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the second separation distance 135DY in the short side direction between the current collector elements 135 is longer than the short side width 135Y. Further, the second arrangement interval 135PY in the short side direction between the current collector elements 135 is longer than the short side width 135Y.

また、複数の集電体要素135は、長辺方向に均等間隔で並ぶように配置されている。図6では、長辺方向(X方向)に6個の集電体要素135が均等間隔で並ぶように配置されている。図10にも示すように、本実施形態では、集電体要素135同士の長辺方向の第1の離間距離135DXは、長辺幅135Xより短い。また、集電体要素135同士の長手方向の第1の配置間隔135PXは、長辺幅135Xと略同一である。   The plurality of current collector elements 135 are arranged so as to be arranged at equal intervals in the long side direction. In FIG. 6, six current collector elements 135 are arranged at equal intervals in the long side direction (X direction). As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the first separation distance 135DX in the long side direction between the current collector elements 135 is shorter than the long side width 135X. Further, the first arrangement interval 135PX in the longitudinal direction between the current collector elements 135 is substantially the same as the long side width 135X.

(燃料極側集電体144の構成)
図7および図8に示すように、上下方向視で、燃料極側集電体144が有する各電極対向部145の形状は略矩形形状である。具体的には、電極対向部145の形状は、略長方形状であり、集電体要素135のX方向の寸法が、集電体要素135のY方向の寸法より長い。そのため、集電体要素135のX方向が長辺方向であり、集電体要素135のY方向が短辺方向である。以下、電極対向部145の長辺方向の寸法を、長辺幅145Xといい、電極対向部145の短辺方向の寸法を、短辺幅145Yという。
(Configuration of fuel electrode side current collector 144)
As shown in FIGS. 7 and 8, the shape of each electrode facing portion 145 included in the fuel electrode side current collector 144 is a substantially rectangular shape when viewed in the vertical direction. Specifically, the electrode facing portion 145 has a substantially rectangular shape, and the dimension of the current collector element 135 in the X direction is longer than the dimension of the current collector element 135 in the Y direction. Therefore, the X direction of the current collector element 135 is the long side direction, and the Y direction of the current collector element 135 is the short side direction. Hereinafter, the dimension in the long side direction of the electrode facing part 145 is referred to as a long side width 145X, and the dimension in the short side direction of the electrode facing part 145 is referred to as a short side width 145Y.

また、複数の電極対向部145は、短辺方向に均等間隔で並ぶように配置されている。図7では、短辺方向(Y方向)に9個の電極対向部145が均等間隔で並ぶように配置されている。図9にも示すように、本実施形態では、電極対向部145同士の短辺方向の第5の離間距離145DYは、電極対向部145の短辺幅145Yより長い。また、電極対向部145同士の短辺方向の第5の配置間隔145PYは、電極対向部145の短辺幅145Yより長く、電極対向部145の短辺幅145Yの略2倍である。   The plurality of electrode facing portions 145 are arranged so as to be arranged at equal intervals in the short side direction. In FIG. 7, nine electrode facing portions 145 are arranged at equal intervals in the short side direction (Y direction). As shown in FIG. 9, in the present embodiment, the fifth separation distance 145DY in the short side direction between the electrode facing portions 145 is longer than the short side width 145Y of the electrode facing portion 145. Further, the fifth arrangement interval 145PY in the short side direction between the electrode facing portions 145 is longer than the short side width 145Y of the electrode facing portion 145 and is substantially twice the short side width 145Y of the electrode facing portion 145.

また、複数の電極対向部145は、長辺方向に並ぶように配置されている。図7では、長辺方向(X方向)に12個の電極対向部145が均等間隔で並ぶように配置されている。本実施形態では、長辺方向において互いに第3の離間距離145DX1で並ぶ2つの電極対向部145を含む電極対向部対が、複数対、第4の離間距離145DX2で並ぶように配置されている。図10にも示すように、本実施形態では、電極対向部145同士の長辺方向の離間距離145DX1,145DX2は、電極対向部145の長辺幅145Xより短い。また、一対の電極対向部145同士の長手方向の第3の配置間隔145PX1は、電極対向部145の長辺幅145Xと略同一であり、電極対向部対同士の第4の配置間隔145PX2は、電極対向部145の長辺幅145Xより長い。   The plurality of electrode facing portions 145 are arranged so as to be aligned in the long side direction. In FIG. 7, twelve electrode facing portions 145 are arranged at equal intervals in the long side direction (X direction). In the present embodiment, a plurality of pairs of electrode facing portions including two electrode facing portions 145 aligned with each other at a third spacing distance 145DX1 in the long side direction are arranged so as to be aligned at a fourth spacing distance 145DX2. As shown in FIG. 10, in this embodiment, the separation distances 145DX1 and 145DX2 in the long side direction between the electrode facing portions 145 are shorter than the long side width 145X of the electrode facing portion 145. The third arrangement interval 145PX1 in the longitudinal direction between the pair of electrode facing portions 145 is substantially the same as the long side width 145X of the electrode facing portion 145, and the fourth arrangement interval 145PX2 between the electrode facing portion pairs is The longer side width 145X of the electrode facing portion 145 is longer.

(集電体要素135と電極対向部145との配置関係)
(1)1つの電極対向部145に対する集電体要素135の配置
図8および図9に示すように、複数の集電体要素135には、上下方向視で、電極対向部145に重なる集電体要素135(以下、「重複集電体要素135A」という)と、電極対向部145に重ならない集電体要素135(以下、「非重複集電体要素135B」という)とが含まれる。本実施形態では、全ての電極対向部145のそれぞれに対して、上下方向視で該電極対向部145に重なる重複集電体要素135Aの数は2つずつである。また、全ての重複集電体要素135Aについて、上下方向視で、重複集電体要素135Aの短辺方向(Y方向)の全体が、1つの電極対向部145に重なっている。より具体的には、上下方向視で、重複集電体要素135Aの短辺方向の両側が、1つの電極対向部145の短辺方向の両側より内側に位置している(図8参照)。また、上下方向視で、短辺方向に互いに隣り合う2つの電極対向部145の間の空間に重なる非重複集電体要素135Bの数は、2つである。すなわち、短辺方向において重複集電体要素135Aと非重複集電体要素135Bとが同数(2つ)ずつ交互に並ぶように配置されている。
(Disposition relationship between current collector element 135 and electrode facing portion 145)
(1) Arrangement of current collector element 135 with respect to one electrode facing portion 145 As shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of current collector elements 135 have a current collector overlapping the electrode facing portion 145 when viewed in the vertical direction. A body element 135 (hereinafter referred to as “overlapping current collector element 135A”) and a current collector element 135 that does not overlap electrode facing portion 145 (hereinafter referred to as “non-overlapping current collector element 135B”) are included. In the present embodiment, for each of all the electrode facing portions 145, there are two overlapping current collector elements 135A that overlap the electrode facing portions 145 when viewed in the vertical direction. In addition, with respect to all the overlapping current collector elements 135A, the entire short side direction (Y direction) of the overlapping current collector elements 135A overlaps with one electrode facing portion 145 when viewed in the vertical direction. More specifically, when viewed in the vertical direction, both sides in the short side direction of the overlapping current collector element 135A are located on the inner side than both sides in the short side direction of one electrode facing portion 145 (see FIG. 8). In addition, the number of non-overlapping current collector elements 135B that overlaps the space between two electrode facing portions 145 that are adjacent to each other in the short side direction when viewed in the vertical direction is two. That is, the overlapping current collector elements 135A and the non-overlapping current collector elements 135B are arranged alternately in the short side direction by the same number (two).

また、複数の重複集電体要素135Aは、短辺方向の両端に位置する重複集電体要素135Aを除き、次の関係が成り立っている。一の重複集電体要素135Aと、該一の重複集電体要素135Aに対して短辺方向の一方側において該一の重複集電体要素135Aに最も近い位置に配置された一方側の重複集電体要素135Aとの離間距離を一方側離間距離とする。また、一の重複集電体要素135Aと、該一の重複集電体要素135Aに対して短辺方向の他方側において該一の重複集電体要素135Aに最も近い位置に配置された他方側の重複集電体要素135Aとの離間距離を他方側離間距離とする。一方側離間距離と他方側離間距離とは互いに異なっている。例えば、図9において、紙面左端から2つ目の重複集電体要素135Aを、一の重複集電体要素135Aとし、紙面左端から1つ目の重複集電体要素135Aを、一方側(Y軸負方向側)の重複集電体要素135Aとし、紙面左端から3つ目の重複集電体要素135A(紙面左から5つ目の集電体要素135)を、他方側(Y軸正方向側)の重複集電体要素135Aとする。このとき、一方側離間距離はΔL1であり、他方側離間距離はΔL2であり、両者は異なる。換言すれば、共通の電極対向部145に重なる2つの重複集電体要素135A同士の第6の離間距離ΔL1(第2の離間距離135DYと同じ)に対して、互いに異なる電極対向部145にそれぞれ重なる2つの重複集電体要素135A同士の第7の離間距離ΔL2の方が長い(例えば、第2の離間距離135DYの2倍以上)。なお、第7の離間距離ΔL2は、第6の離間距離ΔL1の1.5倍以上であることが好ましく、さらには、第6の離間距離ΔL1の2倍以上であることがより好ましい。   Further, the plurality of overlapping current collector elements 135A have the following relationship except for the overlapping current collector elements 135A located at both ends in the short side direction. One overlapping current collector element 135A and one side overlapping disposed on the one side in the short side direction with respect to the one overlapping current collector element 135A at a position closest to the one overlapping current collector element 135A A separation distance from the current collector element 135A is defined as a one-side separation distance. Also, one overlapping current collector element 135A and the other side disposed at a position closest to the one overlapping current collector element 135A on the other side in the short side direction with respect to the one overlapping current collector element 135A The separation distance from the overlapping current collector element 135A is the separation distance on the other side. The one side separation distance and the other side separation distance are different from each other. For example, in FIG. 9, the second overlapping current collector element 135A from the left end of the page is referred to as one overlapping current collector element 135A, and the first overlapping current collector element 135A from the left end of the page is connected to one side (Y The overlapping current collector element 135A on the negative side of the axis), the third overlapping current collector element 135A from the left end of the page (the fifth current collector element 135 from the left side of the page), and the other side (Y axis positive direction) Side) overlapping current collector element 135A. At this time, the one-side separation distance is ΔL1, and the other-side separation distance is ΔL2, which are different. In other words, each of the electrode opposing portions 145 different from each other with respect to the sixth separation distance ΔL1 (same as the second separation distance 135DY) of the two overlapping current collector elements 135A overlapping the common electrode facing portion 145 is provided. The seventh separation distance ΔL2 between the two overlapping current collector elements 135A that overlap is longer (for example, twice or more than the second separation distance 135DY). The seventh separation distance ΔL2 is preferably 1.5 times or more of the sixth separation distance ΔL1, and more preferably twice or more of the sixth separation distance ΔL1.

また、空気極114の短辺方向(Y方向)の幅(L1)に対する、空気極114に接触する集電体要素135の短辺方向の合計幅(M1)の割合は、30%以上である。合計幅(M1)は、複数の集電体要素135のそれぞれが空気極114と接触する領域の短辺方向の幅(本実施形態では、短辺幅135Yと同じ)の合算値であり、空気極114と空気極側集電体134との間における導通可能領域の短辺方向の合計幅を意味する。また、上下方向視で、集電体要素135の矩形状における最小の辺の長さ(短辺幅135Y)は、電極対向部145の矩形状における最小の辺の長さ(長辺幅145Xまたは短辺幅145Y)より短い。   Further, the ratio of the total width (M1) in the short side direction of the current collector element 135 in contact with the air electrode 114 to the width (L1) in the short side direction (Y direction) of the air electrode 114 is 30% or more. . The total width (M1) is a total value of widths in the short side direction (in this embodiment, the same as the short side width 135Y) of a region where each of the plurality of current collector elements 135 is in contact with the air electrode 114. It means the total width in the short side direction of the conductive region between the electrode 114 and the air electrode side current collector 134. In addition, when viewed in the vertical direction, the minimum side length (short side width 135Y) of the current collector element 135 in the rectangular shape is the minimum side length (long side width 145X or Shorter side width 145Y).

この場合、空気極114は、特許請求の範囲における第1の電極に相当し、空気極側集電体134は、特許請求の範囲における第1の集電部材に相当し、集電体要素135は、特許請求の範囲における第1の凸部に相当する。また、燃料極116は、特許請求の範囲における第2の電極に相当し、燃料極側集電体144は、特許請求の範囲における第2の集電部材に相当し、電極対向部145は、特許請求の範囲における第2の凸部に相当する。また、重複集電体要素135Aは、特許請求の範囲における重複凸部に相当し、非重複集電体要素135Bは、特許請求の範囲における非重複凸部に相当する。   In this case, the air electrode 114 corresponds to the first electrode in the claims, the air electrode side current collector 134 corresponds to the first current collector in the claims, and the current collector element 135. Corresponds to the first protrusion in the claims. The fuel electrode 116 corresponds to the second electrode in the claims, the fuel electrode-side current collector 144 corresponds to the second current collector in the claims, and the electrode facing portion 145 includes This corresponds to the second convex portion in the claims. Further, the overlapping current collector element 135A corresponds to the overlapping convex portion in the claims, and the non-overlapping current collector element 135B corresponds to the non-overlapping convex portion in the claims.

(2)1つの集電体要素135に対する電極対向部145の配置
図8および図10に示すように、全ての電極対向部145のそれぞれは、上下方向視で、集電体要素135に重なっている。本実施形態では、全ての集電体要素135のそれぞれに対して、上下方向視で該集電体要素135に重なる電極対向部145の数は2つずつである。また、全ての電極対向部145について、上下方向視で、集電体要素135の長辺方向(X方向)における電極対向部145の全体が、1つの集電体要素135に重なっている。より具体的には、上下方向視で、長辺方向における電極対向部145の両側が、1つの集電体要素135の長辺方向の両側より内側に位置している(図8参照)。なお、また、上下方向視で、長辺方向に互いに隣り合う2つの集電体要素135の間の空間に重なる電極対向部145の数は、0(ゼロ)である。
(2) Arrangement of electrode facing portion 145 with respect to one current collector element 135 As shown in FIGS. 8 and 10, each of all the electrode facing portions 145 overlaps with the current collector element 135 when viewed in the vertical direction. Yes. In the present embodiment, for each of all current collector elements 135, the number of electrode facing portions 145 that overlap the current collector elements 135 in the vertical direction is two. In addition, with respect to all the electrode facing portions 145, the entire electrode facing portion 145 in the long side direction (X direction) of the current collector element 135 overlaps with one current collector element 135 when viewed in the vertical direction. More specifically, when viewed in the vertical direction, both sides of the electrode facing portion 145 in the long side direction are located on the inner side than both sides in the long side direction of one current collector element 135 (see FIG. 8). In addition, the number of electrode facing portions 145 that overlaps the space between two current collector elements 135 that are adjacent to each other in the long side direction when viewed in the vertical direction is 0 (zero).

また、複数の電極対向部145は、上記長辺方向の両端に位置する電極対向部145を除き、次の関係が成り立っている。一の電極対向部145と、該一の電極対向部145に対して長辺方向の一方側において該一の電極対向部145に最も近い位置に配置された一方側の電極対向部145との離間距離を一方側離間距離とする。また、一の電極対向部145と、該一の電極対向部145に対して長辺方向の他方側において該一の電極対向部145に最も近い位置に配置された他方側の電極対向部145との離間距離を他方側離間距離とする。一方側離間距離と他方側離間距離とは互いに異なっている。例えば、図10において、紙面左端から2つ目の電極対向部145を、一の電極対向部145とし、紙面左端から1つ目の電極対向部145を、一方側(X軸負方向側)の電極対向部145とし、紙面左端から3つ目の電極対向部145を、他方側(X軸正方向側)の電極対向部145とする。このとき、一方側離間距離はΔL3(第3の離間距離145DX1)であり、他方側離間距離はΔL4(第4の離間距離145DX2)であり、両者は異なる。換言すれば、共通の集電体要素135に重なる2つの電極対向部145同士の第8の離間距離ΔL3に対して、互いに異なる集電体要素135にそれぞれ重なる2つの電極対向部145同士の第9の離間距離ΔL4の方が長い。なお、第9の離間距離ΔL4は、第8の離間距離ΔL3の1.5倍以上であることが好ましく、さらには、第8の離間距離ΔL3の2倍以上であることがより好ましい。   The plurality of electrode facing portions 145 have the following relationship except for the electrode facing portions 145 located at both ends in the long side direction. Separation between one electrode facing portion 145 and one electrode facing portion 145 disposed at a position closest to the one electrode facing portion 145 on one side in the long side direction with respect to the one electrode facing portion 145 Let the distance be one side separation. Also, one electrode facing portion 145, and the other electrode facing portion 145 disposed at a position closest to the one electrode facing portion 145 on the other side in the long side direction with respect to the one electrode facing portion 145, Is the other side separation distance. The one side separation distance and the other side separation distance are different from each other. For example, in FIG. 10, the second electrode facing portion 145 from the left end of the paper surface is defined as one electrode facing portion 145, and the first electrode facing portion 145 from the left end of the paper surface is disposed on one side (X-axis negative direction side). The electrode facing portion 145, and the third electrode facing portion 145 from the left end of the drawing, is the other (X-axis positive direction side) electrode facing portion 145. At this time, the one side separation distance is ΔL3 (third separation distance 145DX1), and the other side separation distance is ΔL4 (fourth separation distance 145DX2), which are different. In other words, with respect to the eighth separation distance ΔL3 between the two electrode facing portions 145 that overlap the common current collector element 135, the second electrode facing portions 145 that respectively overlap the different current collector elements 135 respectively. The separation distance ΔL4 of 9 is longer. The ninth separation distance ΔL4 is preferably 1.5 times or more of the eighth separation distance ΔL3, and more preferably twice or more of the eighth separation distance ΔL3.

また、上記長辺方向における燃料極116の幅(L2)に対する、燃料極116に接触する電極対向部145の長辺方向の合計幅(M2)の割合は、40%以上である。合計幅(M2)は、複数の電極対向部145のそれぞれが燃料極116と接触する領域の長辺方向の幅(本実施形態では、長辺幅145Xと同じ)の合算値であり、燃料極116と燃料極側集電体144との間における導通可能領域の長辺方向の合計幅を意味する。   Further, the ratio of the total width (M2) in the long side direction of the electrode facing portion 145 contacting the fuel electrode 116 to the width (L2) of the fuel electrode 116 in the long side direction is 40% or more. The total width (M2) is a combined value of the widths in the long side direction (in this embodiment, the same as the long side width 145X) of the region where each of the plurality of electrode facing portions 145 is in contact with the fuel electrode 116. 116 and the total width in the long side direction of the conductive region between the electrode 116 and the fuel electrode side current collector 144.

この場合、燃料極116は、特許請求の範囲における第1の電極に相当し、燃料極側集電体144は、特許請求の範囲における第1の集電部材に相当し、電極対向部145は、特許請求の範囲における第1の凸部に相当する。また、空気極114は、特許請求の範囲における第2の電極に相当し、空気極側集電体134は、特許請求の範囲における第2の集電部材に相当し、集電体要素135は、特許請求の範囲における第2の凸部に相当する。また、電極対向部145は、特許請求の範囲における重複凸部に相当する。   In this case, the fuel electrode 116 corresponds to the first electrode in the claims, the fuel electrode side current collector 144 corresponds to the first current collector in the claims, and the electrode facing portion 145 This corresponds to the first convex portion in the claims. The air electrode 114 corresponds to the second electrode in the claims, the air electrode side current collector 134 corresponds to the second current collector in the claims, and the current collector element 135 is This corresponds to the second convex portion in the claims. The electrode facing portion 145 corresponds to the overlapping convex portion in the claims.

A−4.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102は、単セル110と、空気極側集電体134と、燃料極側集電体144とを備える。空気極側集電体134は、空気極114側に配置され、空気極114の表面に接触する3つ以上の集電体要素135を有する。燃料極側集電体144は、燃料極116側に配置され、燃料極116の表面に接触する複数の電極対向部145を有する。3つ以上の集電体要素135は、上下方向視で電極対向部145に重なる2つの重複集電体要素135Aと、該2つの重複集電体要素135Aの間に配置され、上下方向視で電極対向部145に重ならない非重複集電体要素135Bと、を含む。
A-4. Effects of this embodiment:
As described above, each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of this embodiment includes the single cell 110, the air electrode side current collector 134, and the fuel electrode side current collector 144. The air electrode side current collector 134 has three or more current collector elements 135 disposed on the air electrode 114 side and in contact with the surface of the air electrode 114. The fuel electrode side current collector 144 has a plurality of electrode facing portions 145 that are disposed on the fuel electrode 116 side and are in contact with the surface of the fuel electrode 116. The three or more current collector elements 135 are disposed between two overlapping current collector elements 135A that overlap the electrode facing portion 145 when viewed in the vertical direction, and between the two overlapping current collector elements 135A. A non-overlapping current collector element 135B that does not overlap the electrode facing portion 145.

本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102は、上述した構成であるため、以下に説明するように、空気極114(単セル110)と空気極側集電体134との間の導通面積を増大させつつ、集電体要素135の突出長さのバラツキを原因とする単セル110への曲げ応力の発生を緩和することができる。図11は、比較例1の発電単位102aにおける集電体要素135と電極対向部145との配置関係を示すYZ断面図である。   Since each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment has the above-described configuration, as will be described below, between the air electrode 114 (single cell 110) and the air electrode side current collector 134, The generation of bending stress on the single cell 110 due to the variation in the protruding length of the current collector element 135 can be reduced while increasing the conduction area of the current collector element 135. FIG. 11 is a YZ sectional view showing an arrangement relationship between the current collector element 135 and the electrode facing portion 145 in the power generation unit 102a of the first comparative example.

まず、図9の構成において、仮に、紙面左端から3つ目および4つ目の集電体要素135(紙面左端から1つ目および2つ目の非重複集電体要素135B)が無い構成とする。このような集電体要素135の数が少ない構成では、単セル110と空気極側集電体134との導通面積が減少し、燃料電池スタック100の発電性能が低下するおそれがある。一方、図9の構成において、仮に、集電体要素135の数は減らさずに、紙面左端から1つ目の電極対向部145(燃料極側集電体144)と2つ目の電極対向部145との間には、新たに電極対向部145を追加し、その追加された電極対向部145が上下方向視で紙面左端から3つ目および4つ目の集電体要素135に重なる構成とする。このような構成であれば、単セル110と空気極側集電体134との導通面積の減少は抑制される。   First, in the configuration of FIG. 9, it is assumed that there are no third and fourth current collector elements 135 (first and second non-overlapping current collector elements 135B from the left end of the page) from the left end of the page. To do. In such a configuration in which the number of current collector elements 135 is small, the conduction area between the single cell 110 and the air electrode side current collector 134 is reduced, and the power generation performance of the fuel cell stack 100 may be reduced. On the other hand, in the configuration of FIG. 9, the first electrode facing portion 145 (fuel electrode side current collector 144) and the second electrode facing portion from the left end of the sheet are not temporarily reduced without decreasing the number of current collector elements 135. 145, an electrode facing portion 145 is newly added, and the added electrode facing portion 145 overlaps the third and fourth current collector elements 135 from the left end of the drawing in the vertical direction. To do. With such a configuration, a decrease in the conduction area between the single cell 110 and the air electrode side current collector 134 is suppressed.

しかし、以下に説明するように、3つ以上の重複集電体要素135Aが互いに近い位置に配置されるため、3つ以上の重複集電体要素135Aの突出長さのバラツキによって、単セル110に曲げ応力(例えば3点曲げ応力や4点曲げ応力)が発生しやすくなる。まず、空気極側集電体134が有する複数の集電体要素135について、空気極114側への突出長さが互いに同一になるように空気極側集電体134を形成することは困難であり、集電体要素135ごとに突出長さのバラツキが生じる。なお、空気極側集電体134の集電体要素135の形成方法として、切削加工やプレス加工など様々な公知の方法を採用することができるが、特にプレス加工を採用した場合に集電体要素135の突出長さのバラツキが生じやすい。   However, as described below, since three or more overlapping current collector elements 135A are arranged at positions close to each other, the single cell 110 is caused by the variation in the protruding length of the three or more overlapping current collector elements 135A. Bending stress (for example, 3-point bending stress or 4-point bending stress) is likely to occur. First, it is difficult to form the air electrode side current collector 134 such that the protruding lengths toward the air electrode 114 side of the plurality of current collector elements 135 included in the air electrode side current collector 134 are the same. There is a variation in the protruding length for each current collector element 135. As a method for forming the current collector element 135 of the air electrode side current collector 134, various known methods such as cutting and pressing can be adopted, but the current collector is particularly employed when pressing is adopted. Variation in the protruding length of the element 135 is likely to occur.

例えば、3つの重複集電体要素135Aは空気極114に接触し、3つ以上の重複集電体要素135Aと電極対向部145との間に単セル110が挟み込まれる。そして、3つの重複集電体要素135Aのうち、中央に位置する重複集電体要素135Aの突出長さが、他の2つの重複集電体要素135Aの突出長さより長い場合、単セル110は、中央に位置する重複集電体要素135Aの接触箇所を可動支点とする3点曲げ応力を受けることになる。そして、3つの135Aが互いに近い位置に配置される程、この3点曲げ応力は大きくなる。単セル110が曲げ応力を受けると、例えば単セル110が損傷(割れ等)し、発電単位102aの発電性能が低下するおそれがある。なお、単セル110における非重複集電体要素135Bの接触箇所は、単セル110の背後に電極対向部145が存在しない。このため、重複集電体要素135Aの接触箇所への押圧力は、非重複集電体要素135Bの接触箇所への押圧力に比べて大きい。このため、特に、重複集電体要素135Aの接触箇所において、集電体要素135の突出長さのバラツキを原因とする単セル110への曲げ応力の影響が大きい。   For example, the three overlapping current collector elements 135A are in contact with the air electrode 114, and the single cell 110 is sandwiched between the three or more overlapping current collector elements 135A and the electrode facing portion 145. When the protruding length of the overlapping current collector element 135A located at the center of the three overlapping current collector elements 135A is longer than the protruding length of the other two overlapping current collector elements 135A, the single cell 110 is The three-point bending stress with the contact point of the overlapping current collector element 135A located at the center as the movable fulcrum is received. The three-point bending stress increases as the three 135A are arranged closer to each other. When the single cell 110 is subjected to bending stress, for example, the single cell 110 may be damaged (cracked or the like), and the power generation performance of the power generation unit 102a may be reduced. Note that the electrode facing portion 145 does not exist behind the single cell 110 at the contact point of the non-overlapping current collector element 135 </ b> B in the single cell 110. For this reason, the pressing force to the contact location of the overlapping current collector element 135A is larger than the pressing force to the contact location of the non-overlapping current collector element 135B. For this reason, the influence of the bending stress on the single cell 110 due to the variation in the protruding length of the current collector element 135 is particularly large at the contact location of the overlapping current collector element 135A.

これに対して、本実施形態によれば、複数の集電体要素135には、少なくとも、2つの重複集電体要素135Aと、該2つの重複集電体要素135Aの間に配置された非重複集電体要素135Bとが含まれる。これにより、3つ以上の重複集電体要素135Aが互いに近い位置に配置されることが抑制される。すなわち、本実施形態によれば、重複集電体要素135Aの間に非重複集電体要素135Bが配置されない構成に比べて、単セル110(空気極114)と空気極側集電体134との間の導通面積を増大させつつ、単セル110に曲げ応力が発生することを抑制することができる。   In contrast, according to the present embodiment, the plurality of current collector elements 135 include at least two overlapping current collector elements 135A and a non-currently disposed between the two overlapping current collector elements 135A. And overlapping current collector element 135B. Thereby, it is suppressed that three or more overlapping current collector elements 135A are arranged at positions close to each other. That is, according to the present embodiment, the single cell 110 (air electrode 114) and the air electrode side current collector 134 are compared with the configuration in which the non-overlapping current collector element 135B is not disposed between the overlapping current collector elements 135A. It is possible to suppress the occurrence of bending stress in the single cell 110 while increasing the conduction area between the two.

また、本実施形態によれば、電極対向部145の第5の離間距離145DYは、集電体要素135の第2の配置間隔135PYより広い(図9参照)。ここで、図11に示す比較例1のように、電極対向部145同士の第6の離間距離145DVが、集電体要素135の第2の配置間隔135PYより狭い構成では、重複集電体要素135A同士の距離が近くなるため、重複集電体要素135Aの突出長さのバラツキによって、単セル110に曲げ応力が発生しやすくなる。これに対して、本実施形態によれば、重複集電体要素135Aの突出長さのバラツキを原因とする単セル110への曲げ応力の発生を緩和することができる。さらに、本実施形態では、電極対向部145の第5の離間距離145DYは、集電体要素135の第2の配置間隔135PYの2倍以上である(図9参照)。これにより、2つの重複集電体要素135A同士の離間距離が長くなるため、重複集電体要素135Aの突出長さのバラツキを原因とする単セル110への曲げ応力をより効果的に軽減することができる。   Further, according to the present embodiment, the fifth separation distance 145DY of the electrode facing portion 145 is wider than the second arrangement interval 135PY of the current collector elements 135 (see FIG. 9). Here, as in Comparative Example 1 shown in FIG. 11, in the configuration where the sixth separation distance 145 DV between the electrode facing portions 145 is narrower than the second arrangement interval 135 PY of the current collector elements 135, the overlapping current collector elements Since the distance between 135A becomes close, bending stress is likely to occur in the single cell 110 due to variation in the protruding length of the overlapping current collector element 135A. On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to alleviate the occurrence of bending stress on the single cell 110 due to the variation in the protruding length of the overlapping current collector element 135A. Furthermore, in the present embodiment, the fifth separation distance 145DY of the electrode facing portion 145 is twice or more the second arrangement interval 135PY of the current collector elements 135 (see FIG. 9). As a result, the distance between the two overlapping current collector elements 135A becomes longer, so that the bending stress to the single cell 110 caused by the variation in the protruding length of the overlapping current collector elements 135A is more effectively reduced. be able to.

また、凸部(集電体要素135および電極対向部145)の上下方向視の形状が矩形状である場合、凸部の矩形状の最小の辺の長さが短いほど、該凸部から単セル110への応力が特定箇所に集中するため、単セル110への曲げ応力が大きくなりやすい。そこで、本電気化学反応単位によれば、集電体要素135の矩形状における最小辺の長さ(短辺幅135Y)は、電極対向部145の矩形状における最小辺の長さ(短辺幅145Y)より短い。そして、矩形状における最小の辺の長さが短い集電体要素135が、上下方向視で共通の電極対向部145に重なる数が1つまたは2つである。これにより、矩形状における最小の辺の長さが短い方の凸部による単セル110への曲げ応力を抑制することができる。しかも、集電体要素135の短辺幅135Yは、5(mm)以下であるため、単セル110のうち、該集電体要素135の短辺側との接触部位に応力が集中することにより、単セル110に大きな曲げ応力が発生しやすい。これに対して、本実施形態によれば、単セル110への曲げ応力を抑制できるため、このような該幅寸法が5(mm)以下の凸部と単セルとが接触する構成に対して特に有効である。   Further, when the shape of the convex portion (the current collector element 135 and the electrode facing portion 145) as viewed in the vertical direction is a rectangular shape, the shorter the minimum side length of the rectangular shape of the convex portion is, the simpler from the convex portion. Since the stress to the cell 110 is concentrated at a specific location, the bending stress to the single cell 110 tends to increase. Therefore, according to this electrochemical reaction unit, the minimum side length (short side width 135Y) in the rectangular shape of the current collector element 135 is equal to the minimum side length (short side width) in the rectangular shape of the electrode facing portion 145. 145Y). The number of the current collector elements 135 having the shortest minimum side length in the rectangular shape overlaps the common electrode facing portion 145 when viewed in the vertical direction is one or two. Thereby, the bending stress to the single cell 110 by the convex part with the shorter minimum side length in the rectangular shape can be suppressed. Moreover, since the short side width 135Y of the current collector element 135 is 5 (mm) or less, stress concentrates on the contact portion of the single cell 110 with the short side of the current collector element 135. A large bending stress is likely to occur in the single cell 110. On the other hand, according to this embodiment, since the bending stress to the single cell 110 can be suppressed, such a configuration in which the convex portion having a width dimension of 5 (mm) or less and the single cell are in contact with each other. It is particularly effective.

B.変形例:
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
B. Variation:
The technology disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be modified into various forms without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

上記実施形態において、集電部材(第1の集電部材、第2の集電部材)として、空気極側集電体134および燃料極側集電体144を例示し、凸部(第1の凸部、第2の凸部)として、集電体要素135および電極対向部145を例示した。このように集電部材および凸部は、例えば次のいずれかの構成であってもよい。
(1)集電部材は、電極から離間した離間部と該離間部から電極側に突出して該電極に接触する柱状の突出部とを有する構成(例えば空気極側集電体134)であり、凸部は、該突出部(例えば集電体要素135)である構成であるとしてもよい。
(2)集電部材は、電極(例えば燃料極116)と、該電極と対向する対向部材(例えばインターコネクタ150)との間の離間距離の変化に追随する構成(例えば燃料極側集電体144)であり、凸部は、該集電部材のうち電極に接触する部分(例えば電極対向部145)である構成であるとしてもよい。より具体的には、集電部材は、電極と対向部材との間の離間距離の変化に追随するように弾性変形する弾性体であり、凸部は、該弾性体のうち電極に接触する部分である構成であるとしてもよい。この構成において、凸部は、電極に接触する部分全体が変位する構成であるとしてもよいし、一端が固定端とされると共に他端が自由端とされた片持ち状の形状であり、自由端側が変位可能である構成であるとしてもよい。
In the embodiment, the air electrode side current collector 134 and the fuel electrode side current collector 144 are exemplified as the current collecting members (first current collecting member, second current collecting member), and the convex portion (first current collecting member) is illustrated. The current collector element 135 and the electrode facing portion 145 are illustrated as the convex portion and the second convex portion. Thus, the current collection member and the convex portion may have, for example, any one of the following configurations.
(1) The current collecting member has a configuration (for example, an air electrode side current collector 134) having a separating portion spaced from the electrode and a columnar protruding portion that protrudes from the separating portion toward the electrode side and contacts the electrode. A convex part is good also as a structure which is this protrusion part (for example, collector element 135).
(2) The current collecting member is configured to follow a change in the separation distance between the electrode (for example, the fuel electrode 116) and the opposing member (for example, the interconnector 150) facing the electrode (for example, the fuel electrode side current collector). 144), and the convex portion may be configured to be a portion (for example, the electrode facing portion 145) in contact with the electrode of the current collecting member. More specifically, the current collecting member is an elastic body that elastically deforms so as to follow a change in the separation distance between the electrode and the opposing member, and the convex portion is a portion of the elastic body that contacts the electrode. It is good also as the structure which is. In this configuration, the convex portion may have a configuration in which the entire portion in contact with the electrode is displaced, or has a cantilever shape in which one end is a fixed end and the other end is a free end. The end side may be configured to be displaceable.

上記実施形態では、全ての電極対向部145のそれぞれに対して、上下方向視で該電極対向部145に重なる重複集電体要素135Aの数は2つずつであったが、これに限らない。例えば、全ての電極対向部145のそれぞれに対して、上下方向視で該電極対向部145に重なる重複集電体要素135Aの数は1つずつであるとしてもよい。また、複数の電極対向部145に、上下方向視で重なる重複集電体要素135Aの数が1つである電極対向部145と、上下方向視で重なる重複集電体要素135Aの数が2つである電極対向部145とが混在するとしてもよい。さらに、複数の電極対向部145に、上下方向視で重なる重複集電体要素135Aの数が3つ以上である電極対向部145が含まれるとしてもよい。   In the above embodiment, the number of the overlapping current collector elements 135A that overlap the electrode facing portions 145 in the vertical direction is two for each of all the electrode facing portions 145, but this is not limitative. For example, for each of all the electrode facing portions 145, the number of overlapping current collector elements 135A overlapping the electrode facing portion 145 in the vertical direction may be one. In addition, the number of overlapping current collector elements 135A that overlaps the plurality of electrode facing portions 145 when viewed in the vertical direction is one, and the number of overlapping current collector elements 135A that overlap when viewed in the vertical direction is two. The electrode facing portion 145 may be mixed. Furthermore, the plurality of electrode facing portions 145 may include electrode facing portions 145 in which the number of overlapping current collector elements 135A that overlap in the vertical direction is three or more.

また、上記実施形態では、全ての集電体要素135のそれぞれに対して、上下方向視で該集電体要素135に重なる電極対向部145の数は2つずつであったが、これに限らない。例えば、全ての集電体要素135のそれぞれに対して、上下方向視で重なる電極対向部145の数は1つずつであるとしてもよい。また、複数の集電体要素135に、上下方向視で重なる電極対向部145の数が1つである集電体要素135と、上下方向視で重なる電極対向部145の数が2つである集電体要素135とが混在するとしてもよい。さらに、複数の集電体要素135に、上下方向視で重なる電極対向部145の数が3つ以上である集電体要素135が含まれるとしてもよい。要するに、複数の第2の凸部の少なくとも1つは、第1の方向視で第2の凸部に重なる第1の凸部である重複凸部の数が1つまたは2つであればよい。   In the above-described embodiment, the number of electrode facing portions 145 that overlap the current collector element 135 is two for each of the current collector elements 135 as viewed in the vertical direction. Absent. For example, the number of electrode facing portions 145 that overlap in the vertical direction view may be one for each of the current collector elements 135. Moreover, the number of the electrode facing portions 145 that overlap the plurality of current collector elements 135 in the vertical direction is one, and the number of the electrode facing portions 145 that overlap in the vertical direction is two. The current collector element 135 may be mixed. Furthermore, the plurality of current collector elements 135 may include current collector elements 135 in which the number of electrode facing portions 145 overlapping in the vertical direction is three or more. In short, at least one of the plurality of second protrusions may be one or two as long as the number of overlapping protrusions is the first protrusion overlapping the second protrusion when viewed in the first direction. .

また、上記実施形態では、上下方向視で1つの電極対向部145に重なる重複集電体要素135Aの数が1つまたは2つであるとともに、上下方向視で1つの集電体要素135に重なる電極対向部145の数も1つまたは2つであるとしたが、これに限らず、例えば、上下方向視で1つの電極対向部145に重なる重複集電体要素135Aの数が1つまたは2つである一方で、上下方向視で1つの集電体要素135に重なる電極対向部145の数も3つ以上であるとしてもよいし、上下方向視で1つの電極対向部145に重なる重複集電体要素135Aの数が3つ以上であるとともに、上下方向視で1つの集電体要素135に重なる電極対向部145の数も1つまたは2つであるとしてもよい。   In the above embodiment, the number of overlapping current collector elements 135A that overlap one electrode facing portion 145 in the vertical direction is one or two, and also overlaps one current collector element 135 in the vertical direction. Although the number of electrode facing portions 145 is one or two, the present invention is not limited to this. For example, the number of overlapping current collector elements 135A that overlap one electrode facing portion 145 in the vertical direction is one or two. On the other hand, the number of the electrode facing portions 145 that overlap one current collector element 135 in the vertical direction may be three or more, and the overlapping collection that overlaps one electrode facing portion 145 in the vertical direction is also possible. The number of electrical element 135A may be three or more, and the number of electrode facing portions 145 that overlap one current collector element 135 when viewed in the vertical direction may be one or two.

上記実施形態の発電単位102または燃料電池スタック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、電気化学反応単位として、カウンターフロータイプの発電単位102を例示したが、これに限らず、酸化剤ガスの主たる流れ方向と燃料ガスの主たる流れ方向とが交差するクロスフロータイプの構成や、酸化剤ガスの主たる流れ方向と燃料ガスの主たる流れ方向とが同じ方向であるコフロータイプの構成でもよい。また、上記実施形態では、複数の集電体要素135(複数の電極対向部145)は、少なくとも一の方向に均等間隔で並ぶように配置されるとしたが、これに限らず、複数の集電体要素135の少なくとも一部が、一の方向に不均一な間隔で並ぶように配置されるとしてもよいし、また、複数の集電体要素135の少なくとも一部が、一の方向に対して側方に外れた位置に配置されるとしてもよい。   The configuration of the power generation unit 102 or the fuel cell stack 100 in the above embodiment is merely an example, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the counter flow type power generation unit 102 is exemplified as the electrochemical reaction unit. However, the present invention is not limited to this, and the cross flow in which the main flow direction of the oxidant gas and the main flow direction of the fuel gas intersect each other. A configuration of a type or a coflow type configuration in which the main flow direction of the oxidant gas and the main flow direction of the fuel gas are the same direction may be used. In the above-described embodiment, the plurality of current collector elements 135 (the plurality of electrode facing portions 145) are arranged so as to be arranged at equal intervals in at least one direction. At least a part of the current collector elements 135 may be arranged so as to be arranged at non-uniform intervals in one direction, and at least a part of the plurality of current collector elements 135 may be arranged in one direction. It may be arranged at a position deviated laterally.

また、上記実施形態において、集電体要素135同士の短辺方向の第2の離間距離135DYは、集電体要素135の短辺幅135Y以下であるとしてもよい。また、上記実施形態において、集電体要素135同士の短辺方向の第2の配置間隔135PYは、集電体要素135の短辺幅135Y以下であるとしてもよい。また、上記実施形態において、集電体要素135同士の長辺方向の第1の離間距離135DXは、集電体要素135の長辺幅135X以上であるとしてもよい。また、集電体要素135同士の長手方向の第1の配置間隔135PXは、集電体要素135の長辺幅135Xより長いとしてもいいし、集電体要素135の長辺幅135Xより短いとしてもよい。   In the above embodiment, the second separation distance 135DY in the short side direction between the current collector elements 135 may be equal to or shorter than the short side width 135Y of the current collector elements 135. In the above embodiment, the second arrangement interval 135PY in the short side direction between the current collector elements 135 may be equal to or shorter than the short side width 135Y of the current collector elements 135. In the above embodiment, the first separation distance 135DX in the long side direction between the current collector elements 135 may be equal to or longer than the long side width 135X of the current collector elements 135. Further, the first arrangement interval 135PX in the longitudinal direction between the current collector elements 135 may be longer than the long side width 135X of the current collector elements 135, or may be shorter than the long side width 135X of the current collector elements 135. Also good.

また、上記実施形態では、集電体要素135や電極対向部145の上下方向視の形状は、長方形状であるとしたが、これに限らず、長方形以外の矩形状(例えば正方形状)であるとしてもよいし、矩形以外の多角形状や円形状であるとしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the shape of the collector element 135 and the electrode opposing part 145 seen from the up-down direction was a rectangular shape, it is not restricted to this, It is rectangular shapes (for example, square shape) other than a rectangle. It is good also as polygonal shapes other than a rectangle, and circular shape.

また、上記実施形態において、電極対向部145同士の短辺方向の第5の離間距離145DYは、電極対向部145の短辺幅145Y以下であるとしてもよい。また、上記実施形態において、電極対向部145同士の短辺方向の第5の配置間隔145PYは、電極対向部145の短辺幅145Y以下であるとしてもよい。   In the above embodiment, the fifth separation distance 145DY in the short side direction between the electrode facing portions 145 may be equal to or shorter than the short side width 145Y of the electrode facing portion 145. In the above embodiment, the fifth arrangement interval 145PY in the short side direction between the electrode facing portions 145 may be equal to or shorter than the short side width 145Y of the electrode facing portion 145.

また、上記実施形態において、電極対向部145同士の長辺方向の離間距離145DX1,145DX2は、電極対向部145の長辺幅145X以上であるとしてもよい。また、一対の電極対向部145同士の長手方向の第3の配置間隔145PX1は、電極対向部145の長辺幅145Xより広くしてもよいし、電極対向部145の長辺幅145Xより狭くてもよい。また、電極対向部対同士の第4の配置間隔145PX2は、電極対向部145の長辺幅145X以下であるとしてもよい。   In the above-described embodiment, the long-side separation distances 145DX1 and 145DX2 between the electrode facing portions 145 may be greater than or equal to the long side width 145X of the electrode facing portion 145. Further, the third arrangement interval 145PX1 in the longitudinal direction between the pair of electrode facing portions 145 may be wider than the long side width 145X of the electrode facing portion 145, or may be narrower than the long side width 145X of the electrode facing portion 145. Also good. Further, the fourth arrangement interval 145PX2 between the electrode facing portion pairs may be equal to or less than the long side width 145X of the electrode facing portion 145.

また、上記実施形態において、上下方向視で、重複集電体要素135Aの短辺方向の一部分が、電極対向部145の短辺方向の両側より外側にはみ出しているとしてもよい。また、上下方向視で、電極対向部145の長辺方向の一部分が、集電体要素135の長辺方向の両側より外側にはみ出しているとしてもよい。   In the above embodiment, a part of the overlapping current collector element 135 </ b> A in the short side direction may protrude beyond both sides of the electrode facing part 145 in the short side direction when viewed in the vertical direction. In addition, a part of the electrode facing portion 145 in the long side direction may protrude outward from both sides of the current collector element 135 in the long side direction when viewed in the vertical direction.

また、上記実施形態において、必ずしも燃料電池スタック100に含まれるすべての発電単位102について、複数の第2の凸部の少なくとも1つは、第1の方向視で第2の凸部に重なる第1の凸部である重複凸部の数が1つまたは2つである必要はなく、燃料電池スタック100に含まれる少なくとも1つの発電単位102について、複数の第2の凸部の少なくとも1つは、第1の方向視で第2の凸部に重なる第1の凸部である重複凸部の数が1つまたは2つであれば、該発電単位102について、第1の凸部の突出長さのバラツキを原因とする単セルへの曲げ応力の発生を緩和することができる。   In the above-described embodiment, for all power generation units 102 included in the fuel cell stack 100, at least one of the plurality of second convex portions overlaps the second convex portion in the first direction view. It is not necessary that the number of the overlapping convex portions is one or two, and for at least one power generation unit 102 included in the fuel cell stack 100, at least one of the plurality of second convex portions is: If the number of overlapping convex portions that are first convex portions that overlap the second convex portion in the first direction view is one or two, the projecting length of the first convex portion for the power generation unit 102 It is possible to alleviate the occurrence of bending stress in the single cell due to the variation of the above.

上記実施形態では、共通の電極対向部145に重なる2つの重複集電体要素135A同士の第6の離間距離ΔL1に対して、互いに異なる電極対向部145にそれぞれ重なる2つの重複集電体要素135A同士の第7の離間距離ΔL2の方が長いとしているが、これに限らず、第7の離間距離ΔL2は、第6の離間距離ΔL1以下であるとしてもよい。また、上記実施形態では、共通の集電体要素135に重なる2つの電極対向部145同士の第8の離間距離ΔL3に対して、互いに異なる集電体要素135にそれぞれ重なる2つの電極対向部145同士の第9の離間距離ΔL4の方が長いとしているが、これに限らず、第9の離間距離ΔL4は、第8の離間距離ΔL3以下であるとしてもよい。   In the above embodiment, for the sixth separation distance ΔL1 between the two overlapping current collector elements 135A that overlap the common electrode facing portion 145, two overlapping current collector elements 135A that respectively overlap the different electrode facing portions 145, respectively. The seventh separation distance ΔL2 is longer than each other, but is not limited thereto, and the seventh separation distance ΔL2 may be equal to or less than the sixth separation distance ΔL1. Further, in the above-described embodiment, the two electrode facing portions 145 that respectively overlap the different current collector elements 135 with respect to the eighth separation distance ΔL3 between the two electrode facing portions 145 that overlap the common current collector element 135. The ninth separation distance ΔL4 is longer than each other. However, the present invention is not limited to this, and the ninth separation distance ΔL4 may be equal to or less than the eighth separation distance ΔL3.

上記実施形態では、2つの重複集電体要素135Aの間に、2つの非重複集電体要素135Bが配置されていたが(図9参照)、これに限らず、2つの重複集電体要素135Aの間に、1つ、または、3つ以上の非重複集電体要素135Bが配置されているとしてもよい。また、上記実施形態では、複数の電極対向部145の全てが上下方向視で集電体要素135に重なるとしたが、複数の電極対向部145の一部は、集電体要素135に重ならないとしてもよい。   In the above embodiment, the two non-overlapping current collector elements 135B are arranged between the two overlapping current collector elements 135A (see FIG. 9). One or three or more non-overlapping current collector elements 135B may be disposed between 135A. In the above embodiment, all of the plurality of electrode facing portions 145 overlap the current collector element 135 when viewed in the vertical direction, but some of the plurality of electrode facing portions 145 do not overlap the current collector element 135. It is good.

また、上記実施形態では、1つの電極対向部145に重なる重複集電体要素135Aの数と、2つの重複集電体要素135Aの間に位置する非重複集電体要素135Bの数とが同数(2つ)であったが、これに限らず、1つの電極対向部145(第2の凸部)に重なる重複集電体要素135A(重複凸部)の数と、2つの重複集電体要素135Aの間に位置する非重複集電体要素135B(非重複凸部)の数より多くてもよいし、少なくてもよい。前者の構成であれば、電極対向部145同士を互いに近い位置に配置することができる分だけ、燃料極側集電体144と単セル110(燃料極116)との導通面積を広く確保する(接触密度を高くする)ことができる。後者の構成であれば、重複集電体要素135A同士の離間距離が長くなるため、集電体要素135の突出長さのバラツキを原因とする単セル110への曲げ応力の発生を緩和することができる。なお、上記実施形態のように、2つの重複凸部と、該2つの重複凸部の間に配置される非重複凸部とは、一の方向に連続して並ぶように配置されていることが好ましい。   In the above embodiment, the number of overlapping current collector elements 135A that overlap one electrode facing portion 145 is the same as the number of non-overlapping current collector elements 135B positioned between the two overlapping current collector elements 135A. Although it was (two), it is not restricted to this, The number of the overlapping electrical power collector elements 135A (overlapping convex part) which overlaps with one electrode opposing part 145 (2nd convex part), and two overlapping electrical power collectors There may be more or less than the number of non-overlapping current collector elements 135B (non-overlapping convex portions) positioned between the elements 135A. In the former configuration, a large conduction area between the fuel electrode side current collector 144 and the single cell 110 (fuel electrode 116) is secured by the amount that the electrode facing portions 145 can be arranged at positions close to each other ( The contact density can be increased). With the latter configuration, the distance between the overlapping current collector elements 135A becomes longer, so that the occurrence of bending stress in the single cell 110 due to the variation in the protruding length of the current collector elements 135 can be reduced. Can do. In addition, like the said embodiment, two overlapping convex parts and the non-overlapping convex part arrange | positioned between these two overlapping convex parts are arrange | positioned so that it may be located in a line in one direction continuously. Is preferred.

また、上記実施形態では、ボルト孔109が、各マニホールド用の連通孔108とは独立して設けられているが、独立したボルト孔109を設けず、各マニホールド用の連通孔108がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態において、空気極114と電解質層112との間に中間層が配置されていてもよい。また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる発電単位102の個数は、あくまで一例であり、発電単位102の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。   In the above embodiment, the bolt holes 109 are provided independently of the manifold communication holes 108. However, the independent bolt holes 109 are not provided, and the manifold communication holes 108 are used as bolt holes. May also be used. In the above embodiment, an intermediate layer may be disposed between the air electrode 114 and the electrolyte layer 112. In the above embodiment, the number of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 is merely an example, and the number of power generation units 102 is appropriately determined according to the output voltage required for the fuel cell stack 100 or the like. Moreover, the material which comprises each member in the said embodiment is an illustration to the last, and each member may be comprised with the other material.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016−81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様に、複数の第2の凸部の少なくとも1つは、第1の方向視で第2の凸部に重なる第1の凸部である重複凸部の数が1つまたは2つである構成にすれば、該発電単位102について、第1の凸部の突出長さのバラツキを原因とする単セルへの曲げ応力の発生を緩和することができる。   In the above embodiment, the SOFC that generates electricity using the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidant gas is targeted. The present invention can be similarly applied to an electrolytic cell unit that is a constituent unit of a solid oxide electrolytic cell (SOEC) that generates hydrogen by using hydrogen, and an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic cell units. The configuration of the electrolytic cell stack is well known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-81813, and thus will not be described in detail here. It is a configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic single cell. However, when the electrolysis cell stack is operated, a voltage is applied between the two electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode). Water vapor as a source gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolysis cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out of the electrolysis cell stack through the communication hole. Also in the electrolytic cell unit and the electrolytic cell stack having such a configuration, as in the above embodiment, at least one of the plurality of second convex portions overlaps the second convex portion when viewed in the first direction. If the number of overlapping convex portions that are convex portions is one or two, the bending stress to the single cell due to the variation in the protruding length of the first convex portion of the power generation unit 102 Can be mitigated.

22:ボルト 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 100:燃料電池スタック 102, 102a:発電単位 104,106:エンドプレート 107:流路用貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通流路 133:酸化剤ガス排出連通流路 134:空気極側集電体 135:集電体要素 135A:重複集電体要素 135B:非重複集電体要素 135DX:第1の離間距離 135DY:第2の離間距離 135PX:第1の配置間隔 135PY:第2の配置間隔 135X:長辺幅 135Y:短辺幅 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通流路 143:燃料ガス排出連通流路 144:燃料極側集電体 145:電極対向部 145DX1:第3の離間距離 145DX2:第4の離間距離 145DY:第5の離間距離 145PX1:第3の配置間隔 145PX2:第4の配置間隔 145PY:第5の配置間隔 145DV:第6の配置間隔 145X:長辺幅 145Y:短辺幅 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス IP1:内周面 IP2:内周面 IP3:内周面 IP4:内周面 ΔL1:第6の離間距離 ΔL2:第7の離間距離 ΔL3:第8の離間距離 ΔL4:第9の離間距離 OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス 22: Bolt 26: Insulating sheet 27: Gas passage member 28: Body portion 29: Branch portion 100: Fuel cell stack 102, 102a: Power generation unit 104, 106: End plate 107: Through hole for flow passage 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air electrode 116: Fuel electrode 120: Separator 121: Hole 124: Joining part 130: Air electrode side frame 131: Hole 132: Oxidant gas supply communication channel 133: Oxidant Gas exhaust communication flow path 134: Air electrode side current collector 135: Current collector element 135A: Overlapping current collector element 135B: Non-overlapping current collector element 135DX: First separation distance 135DY: Second separation distance 135PX: First arrangement interval 135PY: Second arrangement interval 135X: Long side width 135Y: Short side width 14 : Fuel electrode side frame 141: Hole 142: Fuel gas supply communication channel 143: Fuel gas discharge communication channel 144: Fuel electrode side current collector 145: Electrode facing portion 145 DX 1: Third separation distance 145 DX 2: Fourth separation Distance 145DY: Fifth separation distance 145PX1: Third arrangement interval 145PX2: Fourth arrangement interval 145PY: Fifth arrangement interval 145DV: Sixth arrangement interval 145X: Long side width 145Y: Short side width 146: Interconnector Opposing part 147: connecting part 149: spacer 150: interconnector 161: oxidant gas introduction manifold 162: oxidant gas discharge manifold 166: air chamber 171: fuel gas introduction manifold 172: fuel gas discharge manifold 176: fuel chamber FG: fuel Gas FOG: Fuel Off Gas I 1: Inner peripheral surface IP2: Inner peripheral surface IP3: Inner peripheral surface IP4: Inner peripheral surface ΔL1: Sixth separation distance ΔL2: Seventh separation distance ΔL3: Eighth separation distance ΔL4: Nine separation distance OG: Oxidant gas OOG: Oxidant off-gas

Claims (8)

固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、
前記単セルに対して前記空気極および前記燃料極の一方である第1の電極側に配置され、前記第1の電極の表面に接触する3つ以上の第1の凸部を有する第1の集電部材と、
前記単セルに対して前記空気極および前記燃料極の他方である第2の電極側に配置され、前記第2の電極の表面に接触する複数の第2の凸部を有する第2の集電部材と、を備える電気化学反応単位において、
前記3つ以上の第1の凸部は、
前記第1の方向視で前記第2の凸部に重なる2つの重複凸部と、
前記2つの重複凸部の間に配置され、前記第1の方向視で前記第2の凸部に重ならない非重複凸部と、を含むことを特徴とする、電気化学反応単位。
A single cell including an electrolyte layer containing a solid oxide and an air electrode and a fuel electrode facing each other in a first direction across the electrolyte layer;
1st which has three or more 1st convex parts which are arrange | positioned with respect to the said single cell at the 1st electrode side which is one of the said air electrode and the said fuel electrode, and contacts the surface of the said 1st electrode. A current collecting member;
A second current collector having a plurality of second protrusions arranged on the second electrode side, which is the other of the air electrode and the fuel electrode, with respect to the single cell and in contact with the surface of the second electrode An electrochemical reaction unit comprising a member,
The three or more first convex portions are:
Two overlapping convex portions overlapping the second convex portion in the first direction view;
An electrochemical reaction unit comprising: a non-overlapping convex portion arranged between the two overlapping convex portions and not overlapping the second convex portion in the first direction view.
請求項1に記載の電気化学反応単位において、
前記3つ以上の第1の凸部は、前記第1の方向に直交する第2の方向に等間隔に並べて配置され、
前記複数の第2の凸部は、前記第2の方向に等間隔に並べて配置されており、
前記第2の凸部間の離間距離は、前記第1の凸部同士の配置間隔より広いことを特徴とする、電気化学反応単位。
The electrochemical reaction unit according to claim 1,
The three or more first convex portions are arranged at equal intervals in a second direction orthogonal to the first direction,
The plurality of second convex portions are arranged at equal intervals in the second direction,
The electrochemical reaction unit, wherein a separation distance between the second convex portions is wider than an arrangement interval between the first convex portions.
請求項2に記載の電気化学反応単位において、
前記第2の凸部間の前記離間距離は、前記第1の凸部同士の前記配置間隔の2倍以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
The electrochemical reaction unit according to claim 2,
The electrochemical reaction unit, wherein the separation distance between the second protrusions is at least twice the arrangement interval between the first protrusions.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第1の方向視で、
前記第1の凸部および前記第2の凸部の形状は、矩形状であり、かつ、
前記第1の凸部の前記矩形状における最小の辺の長さは、前記第2の凸部の前記矩形状における最小の辺の長さより短いことを特徴とする、電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 3,
In the first direction view,
The shape of the first convex portion and the second convex portion is rectangular, and
An electrochemical reaction unit, wherein a length of a minimum side of the first convex portion in the rectangular shape is shorter than a length of a minimum side of the rectangular shape of the second convex portion.
請求項4に記載の電気化学反応単位において、
前記第1の凸部の前記矩形状における最小の辺の長さは、5(mm)以下であることを特徴とする、電気化学反応単位。
The electrochemical reaction unit according to claim 4,
The electrochemical reaction unit, wherein a length of a minimum side of the first convex portion in the rectangular shape is 5 (mm) or less.
請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記第1の電極は前記空気極であり、前記第2の電極は前記燃料極であることを特徴とする、電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 5,
The electrochemical reaction unit, wherein the first electrode is the air electrode, and the second electrode is the fuel electrode.
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記単セルは、燃料電池単セルであることを特徴とする、電気化学反応単位。
In the electrochemical reaction unit according to any one of claims 1 to 6,
An electrochemical reaction unit, wherein the single cell is a fuel cell single cell.
前記第1の方向に並べて配列された複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の電気化学反応単位の少なくとも1つは、請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
In an electrochemical reaction cell stack comprising a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction,
The electrochemical reaction cell stack according to claim 1, wherein at least one of the plurality of electrochemical reaction units is the electrochemical reaction unit according to claim 1.
JP2017103945A 2017-05-25 2017-05-25 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack Active JP6885786B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017103945A JP6885786B2 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017103945A JP6885786B2 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018200764A true JP2018200764A (en) 2018-12-20
JP6885786B2 JP6885786B2 (en) 2021-06-16

Family

ID=64668187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017103945A Active JP6885786B2 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6885786B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070072070A1 (en) * 2005-09-26 2007-03-29 General Electric Company Substrates for deposited electrochemical cell structures and methods of making the same
CN104900894A (en) * 2015-04-14 2015-09-09 中国东方电气集团有限公司 Metal pole plate of fuel battery, metal bipolar plate of fuel battery and fuel battery
JP2016178022A (en) * 2015-03-20 2016-10-06 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell stack
WO2017073530A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 日本特殊陶業株式会社 Interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body, electrochemical reaction cell stack, and production method for interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070072070A1 (en) * 2005-09-26 2007-03-29 General Electric Company Substrates for deposited electrochemical cell structures and methods of making the same
JP2016178022A (en) * 2015-03-20 2016-10-06 日本特殊陶業株式会社 Fuel cell stack
CN104900894A (en) * 2015-04-14 2015-09-09 中国东方电气集团有限公司 Metal pole plate of fuel battery, metal bipolar plate of fuel battery and fuel battery
WO2017073530A1 (en) * 2015-10-28 2017-05-04 日本特殊陶業株式会社 Interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body, electrochemical reaction cell stack, and production method for interconnector-electrochemical reaction unit cell composite body

Also Published As

Publication number Publication date
JP6885786B2 (en) 2021-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2020009744A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7194242B1 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6890040B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6893126B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6917193B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7082954B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2018041569A (en) Electrochemical reaction unit, and electrochemical reaction cell stack
JP6975573B2 (en) Fuel cell power generation unit and fuel cell stack
JP6885786B2 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2017010682A (en) Interconnector fuel battery single cell composite body and fuel battery stack
JP2019200878A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7249981B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7194155B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7232282B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7237043B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2018014246A (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP6284662B1 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP7149221B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7159126B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP7103988B2 (en) Electrochemical reaction cell stack
JP6368389B1 (en) Electrochemical reaction unit and electrochemical reaction cell stack
JP2023119076A (en) Composite body
JP2024056240A (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2023078773A (en) Electrochemical reaction cell stack
JP2023045435A (en) Electrochemical reaction cell stack

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20191224

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200323

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210217

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210402

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210511

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210513

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6885786

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150