JP2020098693A - セルスタック装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、セルスタック装置100は、マニホールド2と、複数の燃料電池セル10と、接合材104とを備えている。
マニホールド2は、複数の燃料電池セル10にガスを供給するように構成されている。また、マニホールド2は、燃料電池セル10から排出されたガスを回収するように構成されている。
図4は、セルスタック装置の断面図を示している。図4に示すように、燃料電池セル10は、マニホールド2の天板231から上方に延びている。燃料電池セル10は、板状であって、基端部101及び先端部102を有している。燃料電池セル10は、基端部101がマニホールド2に取り付けられている。すなわち、マニホールド2は、各燃料電池セル10の基端部101を支持している。本実施形態では、燃料電池セル10の基端部101は下端部を意味し、燃料電池セル10の先端部102は上端部を意味する。
支持基板4は、マニホールド2から上方に延びている。支持基板4は、扁平状であり、基端部43と先端部44とを有している。基端部43及び先端部44は、支持基板4の長さ方向(x軸方向)における両端部である。本実施形態では、支持基板4の基端部43は下端部を意味し、支持基板4の先端部44は上端部を意味する。本実施形態では、支持基板4は、幅方向(y軸方向)に比べて長さ方向(x軸方向)の寸法の方が長いが、長さ方向よりも幅方向の寸法の方が長くてもよい。
図4に示すように、複数の第1ガス流路41及び複数の第2ガス流路42は、支持基板4内に形成されている。第1及び第2ガス流路41、42は、燃料電池セル10の基端部101から先端部102に向かって延びている。本実施形態では、第1及び第2ガス流路41、42は、支持基板4内を上下方向に延びている。第1及び第2ガス流路41、42は、支持基板4を貫通している。
図5に示すように、各発電素子部5は、支持基板4の第1主面45及び第2主面46に支持されている。なお、第1主面45に形成される発電素子部5の数と第2主面46に形成される発電素子部5の数とは、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。また、各発電素子部5の大きさは、互いに異なっていてもよい。
電気的接続部9は、隣り合う発電素子部5を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部9は、インターコネクタ91及び空気極集電膜92を有する。インターコネクタ91は、第2凹部612内に配置されている。詳細には、インターコネクタ91は、第2凹部612内に埋設(充填)されている。インターコネクタ91は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ91は、支持基板4よりも緻密である。例えば、インターコネクタ91の気孔率は、0〜7%程度である。インターコネクタ91は、例えば、LaCrO3(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、(Sr,La)TiO3(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ91の厚さは、例えば、10〜100μmである。
図4に示すように、連通部材3は、支持基板4の先端部44に取り付けられている。そして、連通部材3は、第1ガス流路41と第2ガス流路42とを連通させる連通流路30を有している。詳細には、連通流路30は、各第1ガス流路41の先端部412と各第2ガス流路42の先端部422とを連通する。連通流路30は、各第1ガス流路41から各第2ガス流路42まで延びる空間によって構成されている。連通部材3は、支持基板4に接合されていることが好ましい。また、連通部材3は、支持基板4と一体的に形成されていることが好ましい。
図4に示すように、燃料電池セル10の基端面103は、天板231と対向している。すなわち、燃料電池セル10の基端部101は、貫通孔234内に挿入されていない。図7に示すように、燃料電池セル10の基端面103は、貫通孔234を覆っている。第1分割孔234aは、複数の第1ガス流路41と連通している。また、第2分割孔234bは、複数の第2ガス流路42と連通している。なお、連結補強部236は、燃料電池セル10の基端面103のうち、第1ガス流路41と第2ガス流路42との間の領域と、接合材104を介して、対向している。本実施形態では、燃料電池セル10の基端面103は、下端面を意味する。
上述したように構成されたセルスタック装置100では、マニホールド2のガス供給室21に水素ガスなどの燃料ガスを供給するとともに、燃料電池セル10を空気などの酸素を含むガスに曝す。すると、空気極8において下記(1)式に示す化学反応が起こり、燃料極6において下記(2)式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
上記実施形態では、燃料電池セル10の基端面103が湾曲していたが、これに限定されない。例えば、図11に示すように、天板231が湾曲していてもよい。すなわち、天板231は、幅方向の中央部が幅方向の両端部よりも燃料電池セル10の基端面103から離れるように湾曲している。例えば、燃料電池セル10の正面視(z軸方向視)において、天板231の桟部235は、円弧状に湾曲している。
上記実施形態では、連結補強部236は、燃料電池セル10の境界領域403における基端面103と対向しているがこれに限定されない。連結補強部236は、第1領域401又は第2領域402における基端面103と対向する位置に形成されていてもよい。
図13に示すように、接合材104は、一部が貫通孔234と重なるように、貫通孔234と第1又は第2ガス流路41,42との間にはみ出ていてもよい。また、接合材104の一部が、第1又は第2ガス流路41,42の基端部411、421の内壁面を覆っていてもよい。この接合材104によって、第1又は第2ガス流路41,42の基端部411,421の強度を向上させることができる。
図14に示すように、セルスタック装置100は、連通部材3を備えていなくてもよい。この場合、例えば、支持基板4内に連通流路30が形成されていてもよい。この連通流路30は、支持基板4の先端部44において、幅方向(y軸方向)に延びている。
上記実施形態では、貫通孔234は、複数の分割孔234aに分割されているが、貫通孔234の構成はこれに限定されない。例えば、図15に示すように、貫通孔234は複数の分割孔234aに分割されていなくてもよい。すなわち、天板231は、連結補強部236を有していなくてもよい。
上記実施形態の燃料電池セル10は、各発電素子部5が支持基板4の長さ方向(x軸方向)に配列されている、いわゆる横縞型の燃料電池セルであるが、燃料電池セル10の構成はこれに限定されない。例えば、燃料電池セル10は、支持基板4の第1主面45に1つの発電素子部5が支持された、いわゆる縦縞型の燃料電池セルであってもよい。この場合、支持基板4の第2主面46に一つの発電素子部5が支持されていてもよいし、支持されていなくてもよい。
上記実施形態では、燃料電池セル10からのオフガスをマニホールド2のガス回収室22によって回収しているが、これに限定されない。例えば、燃料電池セル10の先端部からオフガスを排出して燃焼させてもよい。この場合、マニホールド2は、仕切板24を有しておらず、ガス供給室21とガス回収室22とに分かれていなくてよい。
231 天板
234 貫通孔
10 燃料電池セル
103 基端面
104 接合材
Claims (5)
- 貫通孔を含む天板を有するマニホールドと、
前記貫通孔を覆うように前記マニホールドの天板と対向する基端面を有し、前記マニホールドから延びる板状の燃料電池セルと、
前記マニホールドの天板と前記燃料電池セルの基端面との隙間に充填され、前記マニホールドと前記燃料電池セルとを接合する接合材と、
を備え、
前記燃料電池セルの幅方向の中央部における前記燃料電池セルの基端面と前記マニホールドの天板との距離は、前記幅方向の端部における前記燃料電池セルの基端面と前記マニホールドの天板との距離よりも大きい、
セルスタック装置。
- 前記燃料電池セルの基端面と前記マニホールドの天板との距離は、前記幅方向の両端部から中央部に向かって徐々に大きくなる、
請求項1に記載のセルスタック装置。
- 前記燃料電池セルの基端面は、前記幅方向の中央部が前記幅方向の両端部よりも前記天板から離れるように湾曲する、
請求項1又は2に記載のセルスタック装置。
- 前記天板は、前記幅方向の中央部が前記幅方向の両端部よりも前記燃料電池セルの基端面から離れるように湾曲する、
請求項1から3のいずれかに記載のセルスタック装置。
- 前記燃料電池セルの基端面は、前記幅方向の両端部において、前記天板と当接する、
請求項1から4のいずれかに記載のセルスタック装置。
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