JP2019117707A - 平板型燃料電池スタック - Google Patents
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Abstract
Description
以下に、図面を用いて本発明に係る燃料電池スタック1につき、詳細に説明する。図1に燃料電池スタック1における燃料ガス及び酸化ガスの流路に関する一つの実施形態の概略構成を平面図で示す。図1(a)は、燃料極14におけるガスマニホールド2及び燃料ガス流路5の構成を示す。図1(b)は、酸化極16におけるガスマニホールド2及び酸化ガス流路6の構成を示す。また、図2に、図1の燃料電池スタックにおいて隣接する燃料電池スタックの外辺、及び単セルの外周の囲まれたガスマニホールド領域を示す。
図2(a)に、燃料電池スタック1の燃料極14における燃料ガス流路5及び燃料極側ガスマニホールド領域20aをハッチングにより示す。また、図2(b)に、燃料電池スタック1の酸化極16における酸化ガス流路6及び酸化極側ガスマニホールド領域20bをハッチングにより示す。このガスマニホールド領域20は、燃料電池スタック1の4箇所の隅角部に発生するが、ここでは、向かって右上の領域についてのみ代表してハッチングにより示す。ガスマニホールド領域20とは、燃料電池スタック1の外辺21a,21b、及び単セルの外周22という3本の直線、又はそれらの延長線により形成される領域をいう。つまり、平板状の燃料電池スタックにおいて、方形の燃料電池スタック1の中央部に円形の単セル3を配置すると、隣接する燃料電池スタック1の外辺21a,21b、及び単セルの外周22により四隅にガスマニホールド領域20が形成される。なお、図4では、単セルの外周22の線は、燃料ガス供給マニホールド9a、及び燃料ガス排出マニホールド9bでは燃料極側連通部12aを含むが、酸化ガス供給マニホールド9c、及び酸化ガス排出マニホールド9dでは、燃料極側連通部12aを含まない。なお、酸化極16における酸化ガス流路6及びガスマニホールド領域20についても同様である。すなわち、単セルの外周22の線は、酸化ガス供給マニホールド9c、及び酸化ガス排出マニホールド9dでは酸化極側連通部12bを含むが、燃料ガス供給マニホールド9a、及び燃料ガス排出マニホールド9bでは、酸化極側連通部12bを含まない。
図1及び図2に示すように、燃料ガス流路5の方向と酸化ガス流路6の方向とがクロスするように、ガスマニホールド開口部9の位置を配置する。すなわち、燃料ガス供給口4a及び燃料ガス排出口4bと、酸化ガス供給口4c及び酸化ガス排出口4dとをそれぞれ対向する隅角部に配置する。この平板型燃料電池スタックにおけるガスマニホールド2の配置を「クロスフロー方式」と称する。
図3に、燃料電池スタック1の単セル3の構成に関する実施形態を示す。すなわち、燃料極14における燃料ガス流路5、及び酸化極16における酸化ガス流路6と、ガスマニホールド2を示す。燃料電池スタック1は、燃料極14、電解質17(図6(a)参照)、及び酸化極16を基本単位とするセル本体15に燃料極側セパレータ13a、及び酸化極側セパレータ13bが取り付けられて単セル3が構成される。ここで、セル本体15は、セルホルダ18により保持される。そして、この単セル3が複数個積層されて燃料電池スタック1が形成される。さらに、ガスマニホールド2は、燃料ガス供給マニホールド9a、燃料ガス排出マニホールド9b、酸化ガス供給マニホールド9c、及び酸化ガス排出マニホールド9dからなり、それぞれ単セル3を縦方向に貫通する。また、燃料極側セパレータ13a、及び、酸化極側セパレータ13bは、一方の面に流通する燃料ガス、他方の面に流通する酸化ガスを挟んでこれらを分離する役目を担っている。なお、図3の燃料側セパレータ13a及び酸化側セパレータ13bの裏面の流路については記載を省略する。
図4に、燃料電池スタック1の断面におけるスタック固定ボルト19の配置を示す。スタック固定ボルト19は、燃料電池スタック1の断面の隅角部であるガスマニホールド領域20に設けられる。すなわち、燃料電池スタック1には、ガスマニホールド開口部9として、燃料ガス供給マニホールド9a、燃料ガス排出マニホールド9b、酸化ガス供給マニホールド9c、酸化ガス排出マニホールド9dが設けられる。そして、これらのガスマニホールド領域20において、燃料電池スタック1を積層方向に貫通し、燃料電池スタック1を積層方向に加圧するスタック固定ボルト19がそれぞれ配置される。スタック固定ボルト19は、単セル3の燃料極側セパレータ13aと酸化極側セパレータ13bとを連結して単セル3全体を積層方向に締め付ける。
図6に、ガスマニホールド2から燃料電池スタック1の外部及び内部へのガス漏れ封止手段を示す。図6(a)は、燃料電池スタック1の燃料ガス供給マニホールド9aにおけるスタック固定ボルト19周辺のガス漏れ封止手段を示すが、他のガスマニホールド9b,9c,9dにおいても同様である。図6(b)は、図6(a)のA−A断面図を示す。図6では、スタック固定ボルト19がガスマニホールド領域20内であってガスマニホールド開口部9を貫通する位置に設けられる場合についてのガス漏れ封止手段を示すが、スタック固定ボルト19がガスマニホールド領域20内であってガスマニホールド開口部9を貫通しない位置に設けられる場合についても同様である。
図8に、本願の燃料電池スタック1と従来の燃料電池スタック10とにおける、セル発電部分の面積比(Acell/Astack)を示す。図8(a)に本願の燃料電池スタック1のセル発電部面積を示し、図8(b)に従来の燃料電池スタック10のセル発電部面積を示す。燃料電池スタック1のセル発電部分の面積の割合は、燃料電池スタック1の面積をAstackとし、単セル3の面積をAcellとするとAcell/Astackで表される。
Claims (7)
- 四辺形の燃料電池スタックのセル本体に対向する位置に円形開口部を設け、前記円形開口部により生じる前記燃料電池スタックの隅角部において、ガスマニホールド開口部と、前記燃料電池スタックを貫通するスタック固定ボルトとを配置することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
- 請求項1に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記ガスマニホールドは、前記燃料電池スタックの隣り合う2つの外辺と、前記円形開口部の外周とから形成されるマニホールド領域内に設けられ、それぞれ所定の幅の縁部を有して三角形又は多角形に形成されることを特徴とする平板型燃料電池スタック。
- 請求項1又は2に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記スタック固定ボルトは、前記ガスマニホールド領域内であってガスマニホールド開口部を貫通しない位置に設けられることを特徴とする平板型燃料電池スタック。
- 請求項1又は2に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記スタック固定ボルトは、前記ガスマニホールド領域内であって前記ガスマニホールド開口部を貫通する位置に設けられることを特徴とする平板型燃料電池スタック。
- 請求項4に記載の平板型燃料電池スタックであって、前記スタック固定ボルトは、前記ガスマニホールド開口部内に突出したボルト受けプレートに設けられた開口部を貫通することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の平板型燃料電池スタックであって、ガスシール材は、前記セル本体の各要素から内部側に余長を有して両側から挟み込み、単セルの両端部に配置されたセパレータ同士を締結する前記スタック固定ボルトを介した加圧により、前記ガスマニホールドの隙間からのガス漏れを封止することを特徴とする平板型燃料電池スタック。
- 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の平板型燃料電池スタックであって、燃料ガス流路の方向と酸化ガス流路の方向とがクロスするように、前記ガスマニホールドのガス供給口とガス排出口とが対向する前記隅角部に配置されることを特徴とする平板型燃料電池スタック。
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