JP2021012797A - 電気化学反応セルスタック - Google Patents
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Abstract
Description
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のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ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」といい、Z軸負方向を「下方向」というものとするが、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。なお、上下方向(Z軸方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。燃料電池スタックは、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当する。
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YZ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。
図2、図4および図6に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド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および本体部28の孔を介して酸化剤ガス供給マニホールド161に供給され、酸化剤ガス供給マニホールド161から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。また、図3、図5および図7に示すように、燃料ガス供給マニホールド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および本体部28の孔を介して燃料ガス供給マニホールド171に供給され、燃料ガス供給マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A−3―1.第1のインターコネクタ接合部148の詳細構成:
図9は、単セル110の一部分(図5のX2部)のXZ断面構成を拡大して示す説明図である。本実施形態では、各発電単位102は、インターコネクタ150に接合された第2のインターコネクタ接合部151を備えている。第2のインターコネクタ接合部151は、スペーサー149に対してY軸方向の一方(Y軸正方向)の側と他方(Y軸負方向)の側とのそれぞれに配置されている。本実施形態では、第2のインターコネクタ接合部151は、燃料極側集電体144を構成する、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る金属箔の一部により形成されている。第2のインターコネクタ接合部151は、燃料極側集電体144と同様に、略矩形の金属箔に切り込みを入れ、複数の矩形部分を曲げ起こすように加工することにより製造される。第2のインターコネクタ接合部151は、特許請求の範囲における第2の接合部材に相当する。本実施形態では、Y軸方向は、特許請求の範囲における第3の方向に相当する。
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック100は、複数並べて配置された発電単位102を備えている。各発電単位102は、単セル110と、インターコネクタ150と、燃料極側集電体144と、スペーサー149とを備えている。単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(Z軸方向)に互いに対向する空気極114および燃料極116とを含む。インターコネクタ150は、単セル110に対して下方(上下方向の一方)の側に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ150の表面に接触するインターコネクタ接触部146と、燃料極116に接触する電極接触部145と、インターコネクタ接触部146と電極接触部145とをつなぐ連接部147とを備えている。スペーサー149は、燃料極側集電体144のインターコネクタ接触部146と電極接触部145との間に配置されている。各発電単位102の燃料極側集電体144は、一部がスペーサー149に対してX軸方向(図8に示されたXZ断面における上下方向に垂直な方向)における燃料極側集電体144の連接部147の側とは反対側に配置され、インターコネクタ150に接合された第1のインターコネクタ接合部148を備えている。
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。
Claims (6)
- 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第1の方向の一方の側に配置された第1の導電部材と、
前記第1の導電部材の表面に接触する第1の接触部と、前記空気極と前記燃料極との一方である第1の電極に接触する第2の接触部と、前記第1の接触部と前記第2の接触部とをつなぐ連接部と、を備える第2の導電部材と、
前記第2の導電部材の前記第1の接触部と前記第2の接触部との間に配置されたスペーサーと、を備える電気化学反応単位が複数並べて配置された電気化学反応セルスタックにおいて、
少なくとも1つの前記電気化学反応単位である特定反応単位は、さらに、
前記第1の方向に平行な少なくとも1つの断面である特定断面における前記第1の方向に垂直な方向を第2の方向としたときに、
少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第2の方向における前記第2の導電部材の前記連接部の側とは反対側に位置し、前記第1の導電部材に接合された第1の接合部材を備える、
ことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。 - 請求項1に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の接合部材における前記第1の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置は、前記スペーサーにおける前記第1の方向の前記一方とは反対の方向の端の位置よりも前記第1の導電部材の側である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 - 請求項1または請求項2に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の接合部材は、
前記第2の方向に延伸している第1の部分と、
前記第1の部分に接続された第2の部分と、を備え、
前記特定断面において、前記第2の部分は、前記第1の方向のベクトル成分を有する方向に延伸している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 - 請求項3に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の接合部材の前記第2の部分は、前記第1の部分の内、前記第2の方向の前記スペーサーに近い側の端部に接続されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記特定反応単位の前記第2の導電部材は、前記第2の導電部材の前記連接部と前記スペーサーとの間に空間が形成されるように構成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 - 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セルスタックにおいて、
前記特定反応単位は、さらに、
前記特定断面に垂直な方向を第3の方向としたときに、
少なくとも一部が前記スペーサーに対して前記第3の方向の側に位置し、前記第1の導電部材に接合された第2の接合部材を備える、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
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