JP2019129019A - 燃料電池セルスタック装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記構成の本発明によれば、ガラス組成物は気密性が高いため、第1のセルスタックの燃料電池セルと、第1及び第2のマニホールドとを気密に接続することができる。
上記構成の本発明によれば、第1のガラス組成物に非晶質のガラスを用いることにより、第1のガラス組成物の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量を大きくすることができ、セルの熱膨張やマニホールドの熱変形を吸収することができる。
上記構成の本発明によれば、第1のセルスタックの燃料電池セルを接合する接合部材と同じ接合部材により第2のセルスタックの燃料電池セルが第2のマニホールドに固定されているため、第2のマニホールドと第2のセルスタックの燃料電池セルとの接合部にも高い支持機能及び気密性を実現できる。
また、第1のセルスタックと第2のセルスタックとの燃料電池セルのそれぞれを、同一の接合部材により第2のマニホールドと接合するため、接合部材の配置や熱処理の点において工程を簡素化することが可能となる。
第2のセルスタックの上方に燃焼部が設けられている場合には、第1のマニホールドが燃焼部と隣り合うために燃焼部から熱影響を受ける。このため、第1のマニホールドを構成する部材の熱変形によって、燃料電池セルや燃料電池セルと第1のマニホールドとの接合部に応力が付加されてしまう。これに対して、上記構成の本発明によれば、上端側接合部材の塑性変形量が大きいため、上端側接合部材において、このようなマニホールドの熱変形を吸収することができる。
燃料電池セル1aは、一対の対向する平坦面を有する柱状の導電性支持基板34と、支持基板34の一方の平坦面上に形成された燃料側電極層36と、燃料側電極層36の外面に形成された固体電解質層38と、固体電解質層38の外面に形成された空気側電極層40と、からなる。また、燃料電池セル1aの他方の平坦面上にはインターコネクタ42が設けられている。
なお、支持基板34の形状は柱状であれば良く、円筒状であってもよい。
なお、集電部材30は、Fe−Cr系やFe−Ni系等の合金材料を用いることができ、所定の弾性を確保するために、厚みを例えば0.2〜1.0mmとすると良い。
図11は、接合部材の塑性変形量を測定するための装置を示す構成図である。接合部材の塑性変形量を測定する際には、熱機械分析装置を用いる。熱機械分析装置とは、試料の温度を一定のプログラムによって変化させながら、圧縮、引張り、曲げなどの非振動的荷重を加えてその物質の変形を温度又は時間の関数として測定する装置であり、市販の装置を用いることができる。
原料ガス及び水(水蒸気)は、燃料電池セルスタック装置100に供給管13A,13Bを通じて外部から改質器12に供給される。改質器12に供給された水は改質器12の蒸発部12Aにおいて燃焼部18の熱により蒸発される。そして、原料ガス及び水蒸気は改質部12Bへ送られる。原料ガス及び水蒸気は、改質部12Bにおいて燃焼部18の熱により、水素を含む燃料ガスに改質される。
本実施形態では、第1の接合部材24の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量が第2の接合部材25の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量よりも大きいため、高温状態であっても第1のセルスタック10aの燃料電池セル1aが第2の接合部材25を介して第2のマニホールド2bに確実に支持される。また、第1の接合部材24の塑性変形量が大きいため、第1の接合部材24において、燃料電池セル1aの熱膨張やマニホールドの熱変形を吸収することができる。これにより、ガラスシール等の接合部材の劣化破損を防止できる。
図12に示すように、第2実施形態の燃料電池セルスタック装置101において、第1のマニホールド102aは、筐体部材122と、枠体124と、を備える。第1実施形態と同様に、第1のマニホールド102aは改質器12と一体に形成されている。筐体部材122は、略長方形状の天板122aと、天板122aの周囲に立設された側板122bと、側板122bの下方を塞ぐ下板122cとを備える。下板122cには、幅方向両側に長手方向に延びるように開口122dが形成されている。また、下板122cには開口122dの両側に凹部122eが形成されており、開口122dの縁には下方に延びる折り返し部122fが形成されている。
1b 第2の燃料電池セル
2a 第1のマニホールド
2b 第2のマニホールド
10a 第1のセルスタック
10b 第2のセルスタック
12A 蒸発部
12B 改質部
13A 供給管
14 接続部
18 燃焼部
22 筐体
22A 開口
22B 折り返し部
24 第1の接合部材
25 第2の接合部材
30 集電部材
30a 側板
30b1 第1の突出部材
30b2 第2の突出部材
30c 隙間
30d 酸化剤ガス通路
31 集電部材
31a 端部集電部材
31b 端部集電部材
32 連結集電部材
34 支持基板
34 導電性支持基板
34A ガス流路
36 燃料側電極層
38 固体電解質層
40 空気側電極層
42 インターコネクタ
44 P型半導体層
50 筐体
50a 下方筐体
50b 上方筐体
50c 第1の開口
50d 第2の開口
50e 凹部
50f 折り返し部
60 仕切り板
60a 酸化剤ガス供給流路
60b 下端噴出孔
80A 第1の外側酸化剤ガス排出流路
80B 第2の外側酸化剤ガス排出流路
81A 第1の内側酸化剤ガス排出流路
81B 第2の内側酸化剤ガス排出流路
82A、82B 酸化剤ガス誘導部材
0A 第1の断熱材
90B 第2の断熱材
90C 第3の断熱材
92 内側ハウジング
92a 排ガス排出孔
94 外側ハウジング
96 排ガス流路
98 空気流路
100 燃料電池セルスタック装置
101 燃料電池セルスタック装置
102a 第1のマニホールド
102b マニホールド
122 筐体部材
122a 天板
122b 側板
122c 下板
122d 開口
122e 凹部
122f 折り返し部
124 枠体
124a 底部
124b 側板
124c 開口
124d 折り返し部
126a セル接合部材
126b 枠体接合部材
150 筐体部材
150a 底板
150b 側板
150c 天板
150d1 第1の開口
150d2 第2の開口
150e1 第1の凹部
150e2 第2の凹部
150f1 第1の折り返し部
150f2 第2の折り返し部
152 第1の枠体
152a 上部
152b 側板
152c 開口
152d 折り返し部
154 第2の枠体
154a 上部
154b 側板
154c 開口
154d 折り返し部
156a 第1のセル接合部材
156b 第2のセル接合部材
156b1 第1の枠体接合部材
156b2 第2の枠体接合部材
200 試料
201 試料皿
202 プローブ
203 冶具
204 冶具
204A 開口
205 芯材
Claims (5)
- 燃料ガスと酸化剤ガスとの反応により発電する燃料電池セルスタック装置であって、
内部に長手方向に延びるガス流路を有する柱状の複数の燃料電池セルが、前記長手方向が鉛直方向になるように並べられた第1のセルスタックと、
前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの一端に第1の接合部材により気密に固定され、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルに燃料ガスを供給するための第1のマニホールドと、
前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの他端に第2の接合部材により気密に固定され、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルのガス流路から排出された燃料ガスを回収するための第2のマニホールドと、を備え、
前記第1の接合部材及び前記第2の接合部材のうち、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの上端側に位置する上端側接合部材の200〜800℃の所定温度における所定荷重に対する塑性変形量が、前記第1の接合部材及び前記第2の接合部材のうち、前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端側に位置する下端側接合部材の前記所定温度における前記所定荷重に対する塑性変形量よりも大きい、ことを特徴とする燃料電池セルスタック装置。 - 前記上端側接合部材は第1のガラス組成物からなり、
前記下端側接合部材は第2のガラス組成物からなる、請求項1に記載の燃料電池セルスタック装置。 - 前記第1のガラス組成物は非晶質である、請求項2に記載の燃料電池セルスタック装置。
- さらに、内部に長手方向に延びるガス流路を有する柱状の複数の燃料電池セルが、前記長手方向が鉛直方向になるように並べられてなり、前記第1のセルスタックと平行に設けられた第2のセルスタックを備え、
前記第1のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端が第2の接合部材により第2のマニホールドに気密に固定されており、
前記第2のセルスタックの複数の燃料電池セルの下端が第2の接合部材により第2のマニホールドに気密に固定されている、請求項3に記載の燃料電池セルスタック装置。 - さらに、前記第2のセルスタックの上方に前記第2のセルスタックの複数の燃料電池セルのガス流路の上端から排出される燃料ガスを燃焼させるための燃焼部を備える、請求項4に記載の燃料電池セルスタック装置。
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JP2018008578A JP6976872B2 (ja) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | 燃料電池セルスタック装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20180233757A1 (en) * | 2015-08-10 | 2018-08-16 | Volkswagen Ag | Fuel cell stack having an internal particle retention function and vehicle having such a fuel cell stack |
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2018
- 2018-01-23 JP JP2018008578A patent/JP6976872B2/ja active Active
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20180233757A1 (en) * | 2015-08-10 | 2018-08-16 | Volkswagen Ag | Fuel cell stack having an internal particle retention function and vehicle having such a fuel cell stack |
US10804556B2 (en) * | 2015-08-10 | 2020-10-13 | Volkswagen Ag | Fuel cell stack having an internal particle retention function and vehicle having such a fuel cell stack |
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