JP2021022476A - Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device - Google Patents

Cell stack device, fuel cell module, and fuel cell device Download PDF

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Tetsuaki Ozaki
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Abstract

To provide a cell stack device that can efficiently draw a large current from a fuel cell stack.SOLUTION: A cell stack device includes a cell stack in which fuel cell cells are arranged and electrically connected to each other, and a pair of conductive members 10 located at both ends of the cell stack in the arrangement direction x of the fuel cell, and electrically connected to the fuel cell. The conductive member 10 includes a power receiving unit 10a facing the cell stack, and a current extraction unit 10b extending outward from the power receiving unit 10a. The current extraction unit 10b includes an extraction unit main body, and a connection unit connected to an external device, and the ratio of the average width W1 of the extraction unit main body to the average W0 of the width of the power receiving unit 10a is 1/3 or more.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、複数の燃料電池セルを電気的に接続してなるセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。 The present disclosure relates to a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device formed by electrically connecting a plurality of fuel cell cells.

近年、次世代エネルギーとして、セルスタック装置を収納容器に収納してなる燃料電池装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell device in which a cell stack device is stored in a storage container has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

セルスタック装置は、複数の燃料電池セルを、集電部材を介して立設させた状態で配列するとともに、その配列方向の両端部に端部集電部材を介して導電部材を配置し、燃料電池セルの下端部と、導電部材の下端部とをガスタンクに固定して構成されている。 In the cell stack device, a plurality of fuel cell cells are arranged in a state of being erected via a current collecting member, and conductive members are arranged at both ends in the arrangement direction via the end current collecting member to fuel. The lower end of the battery cell and the lower end of the conductive member are fixed to the gas tank.

導電部材は、端部集電部材に接合された受電部と、この受電部に一体的に設けられ燃料電池セルの配列方向に沿って外側に延びる電流引出部とを具備している。受電部は、複数の板状部と、これらの板状部を連結する連結部とを有しており、連結部は板状部よりも短い幅を有している。 The conductive member includes a power receiving portion joined to the end current collecting member, and a current drawing portion integrally provided with the power receiving portion and extending outward along the arrangement direction of the fuel cell. The power receiving portion has a plurality of plate-shaped portions and a connecting portion that connects these plate-shaped portions, and the connecting portion has a width shorter than that of the plate-shaped portion.

特開2010−129270号公報JP-A-2010-129270

本開示の目的は、燃料電池セルから効率的に大きな電流を取り出せるセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device capable of efficiently extracting a large current from a fuel cell.

本開示のセルスタック装置は、燃料電池セルを配列して電気的に接続してなるセルスタックと、前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの両端に位置し、前記燃料電池セルに電気的に接続された一対の導電部材と、を具備している。該導電部材は、前記セルスタックと向かい合う受電部と、該受電部から外側に延びる電流引出部とを具備している。前記電流引出部は、引出部本体および外部機器に接続される接続部を有するとともに、前記受電部の幅の平均に対する前記引出部本体の幅の平均の比率が、1/3以上である。 The cell stack device of the present disclosure is located at both ends of a cell stack formed by arranging and electrically connecting fuel cell cells and the cell stack in the arrangement direction of the fuel cell, and is electrically connected to the fuel cell. It includes a pair of conductive members connected to the. The conductive member includes a power receiving portion facing the cell stack and a current drawing portion extending outward from the power receiving portion. The current extraction unit has a extraction unit main body and a connection unit connected to an external device, and the ratio of the average width of the extraction unit body to the average width of the power receiving unit is 1/3 or more.

本開示の燃料電池モジュールは、上記のセルスタック装置を収納容器内に収納してなる。 The fuel cell module of the present disclosure comprises the above-mentioned cell stack device housed in a storage container.

本開示の燃料電池装置は、上記の燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる。 The fuel cell device of the present disclosure includes the above fuel cell module housed in an outer case.

本開示によれば、燃料電池セルから効率的に大きな電流を取り出せるセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a cell stack device, a fuel cell module, and a fuel cell device capable of efficiently extracting a large current from a fuel cell.

上段はセルスタック装置の例の1つを概略的に示す側面図であり、下段は上段に示したセルスタック装置の破線で囲んだ部分の一部を拡大した横断面図である。The upper part is a side view schematically showing one of the examples of the cell stack device, and the lower part is an enlarged cross-sectional view of a part of the part surrounded by the broken line of the cell stack device shown in the upper part. 導電部材の例の1つを示す斜視図である。It is a perspective view which shows one of the examples of a conductive member. 電流引出部の例の1つを示す平面図である。It is a top view which shows one of the examples of a current drawing part. 導電部材の例の1つを示す平面図である。It is a top view which shows one of the examples of a conductive member. 燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external perspective view which shows an example of a fuel cell module. 燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows an example of a fuel cell apparatus.

図1の上段はセルスタック装置1を概略的に示す側面図、図1の下段は図1の上段のセルスタック装置1の破線で囲んだ部分を一部抜粋して拡大した横断面図である。同一の部材については同一の符号を付し、以下も同様とする。なお、図1の上段の破線で囲んだ部分と図1の下段の各図との対応を、矢印で示している。 The upper part of FIG. 1 is a side view schematically showing the cell stack device 1, and the lower part of FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a part of the cell stack device 1 in the upper part of FIG. 1 surrounded by a broken line. .. The same members are designated by the same reference numerals, and the same applies hereinafter. The correspondence between the portion surrounded by the broken line in the upper part of FIG. 1 and each figure in the lower part of FIG. 1 is indicated by an arrow.

セルスタック装置1は、燃料電池セル2とガスタンク3とを備えている。燃料電池セル2の下端部は、ガスタンク3の開口部に電気絶縁性のシール材Sで接合され固定されている。ガスタンク3は、燃料電池セル2に燃料ガスを供給する。 The cell stack device 1 includes a fuel cell 2 and a gas tank 3. The lower end of the fuel cell 2 is joined and fixed to the opening of the gas tank 3 with an electrically insulating sealing material S. The gas tank 3 supplies fuel gas to the fuel cell 2.

燃料電池セル2は、柱状の導電性支持体4の一対の対向する平坦面のうち一方の平坦面上に、第1電極層、固体電解質層、および第2電極層を備えている。発電素子5は、燃料電池セル2において、固体電解質が第1電極層と第2電極層とに挟まれた部分である。支持体4の一対の平坦面のうち他方の平坦面上には、インターコネクタ6が設けられており、導電性支持体4は、内部に、発電素子5にガスを流す複数のガス流路7を有している。以下、導電性支持体4を支持体4と略す場合がある。 The fuel cell 2 includes a first electrode layer, a solid electrolyte layer, and a second electrode layer on one of the pair of opposing flat surfaces of the columnar conductive support 4. The power generation element 5 is a portion of the fuel cell 2 in which the solid electrolyte is sandwiched between the first electrode layer and the second electrode layer. An interconnector 6 is provided on the other flat surface of the pair of flat surfaces of the support 4, and the conductive support 4 has a plurality of gas flow paths 7 that allow gas to flow through the power generation element 5 inside. have. Hereinafter, the conductive support 4 may be abbreviated as the support 4.

セルスタック8は、立設して配列された複数の燃料電池セル2と、隣接する燃料電池セル2を電気的に直列接続する集電部材9aと、を有している。複数の燃料電池セル2が配列された方向を、配列方向xという。 The cell stack 8 has a plurality of fuel cell cells 2 erected and arranged, and a current collecting member 9a for electrically connecting adjacent fuel cell cells 2 in series. The direction in which the plurality of fuel cell cells 2 are arranged is referred to as the arrangement direction x.

セルスタック装置1は、セルスタック8の配列方向xの両端に端部集電部材9b、およびさらにその外側に導電部材10を備えている。導電部材10の下端はシール材Sでガスタンク3に固定されていてもよい。導電部材10が端部集電部材9bと一体化した構成でもよい。 The cell stack device 1 includes end current collecting members 9b at both ends of the cell stack 8 in the arrangement direction x, and conductive members 10 on the outer side thereof. The lower end of the conductive member 10 may be fixed to the gas tank 3 with the sealing material S. The conductive member 10 may be integrated with the end current collector member 9b.

以下、特に断りのない限り、支持体4に接する第1電極層を燃料極とし、燃料電池セル2の外側に位置する第2電極層を空気極として説明する。なお、第1電極層を空気極、第2電極層を燃料極としてもよい。 Hereinafter, unless otherwise specified, the first electrode layer in contact with the support 4 will be referred to as a fuel electrode, and the second electrode layer located outside the fuel cell 2 will be referred to as an air electrode. The first electrode layer may be an air electrode and the second electrode layer may be a fuel electrode.

燃料電池セル2は、第1電極層を形成せず、支持体4を燃料極または空気極としてもよい。例えば、燃料電池セル2は、支持体4の一対の平坦面のうち一方の平坦面上に固体電解質層および第2電極層を備えていてもよい。 The fuel cell 2 may not form the first electrode layer, and the support 4 may be a fuel electrode or an air electrode. For example, the fuel cell 2 may include a solid electrolyte layer and a second electrode layer on one of the pair of flat surfaces of the support 4.

燃料電池セル2は、例えば固体酸化物形の燃料電池セル2でもよい。固体酸化物形の燃料電池セル2は、高い発電効率を有し、燃料電池装置を小型化することができる。また、固体酸化物形の燃料電池セル2は、負荷追従運転を行うことができ、例えば家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従することができる。 The fuel cell 2 may be, for example, a solid oxide fuel cell 2. The solid oxide fuel cell 2 has high power generation efficiency, and the fuel cell device can be miniaturized. Further, the solid oxide fuel cell 2 can perform load following operation, and can follow the fluctuating load required for, for example, a household fuel cell.

以下、図1に示すセルスタック装置1を構成する各部材について説明する。 Hereinafter, each member constituting the cell stack device 1 shown in FIG. 1 will be described.

燃料極には、燃料極として一般的に公知の材料を使用してもよい。燃料極は、多孔質の導電性セラミックス、例えば安定化ジルコニアと、Niおよび/またはNiOとから形成してもよい。安定化ジルコニアは、希土類元素が固溶しているZrOであり、部分安定
化ジルコニアも含む。
As the fuel electrode, a material generally known as the fuel electrode may be used. The fuel electrode may be formed from porous conductive ceramics such as stabilized zirconia and Ni and / or NiO. Stabilized zirconia is ZrO 2 in which rare earth elements are dissolved, and also includes partially stabilized zirconia.

固体電解質層は、電極間の電子の橋渡しをする電解質である。固体電解質層は、燃料ガスと空気などの酸素含有ガスとが混合しないように、ガス遮断性を有している。固体電解質層の材料は、ガス遮断性を有する電解質であれば特に限定されないが、例えば3モル%〜15モル%の希土類元素が固溶したZrOであってもよい。 The solid electrolyte layer is an electrolyte that bridges electrons between electrodes. The solid electrolyte layer has a gas blocking property so that the fuel gas and the oxygen-containing gas such as air do not mix with each other. The material of the solid electrolyte layer is not particularly limited as long as it is an electrolyte having a gas blocking property, and may be, for example, ZrO 2 in which 3 mol% to 15 mol% of a rare earth element is solid-solved.

空気極には、空気極として一般的に用いられる材料を使用してもよい。空気極は、例えば、いわゆるABO型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成してもよい。空気極はガス透過性を有している。空気極の開気孔率は、20%以上、特に30%〜50%の範囲であってもよい。 As the air electrode, a material generally used as an air electrode may be used. The air electrode may be formed of, for example, conductive ceramics made of so-called ABO- 3 type perovskite type oxide. The air electrode has gas permeability. The porosity of the air electrode may be 20% or more, particularly in the range of 30% to 50%.

インターコネクタ6の材料は、導電性セラミックスであってもよい。インターコネクタ6は、水素含有ガス等の燃料ガス、および空気等の酸素含有ガスと接触する。そのため、インターコネクタ6の材料は、耐還元性及び耐酸化性を有するランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO系酸化物)を用いてもよい。支持体4に形成されたガス流路7を流通する燃料ガスと、燃料電池セル2の外側を流通する酸素含有ガスとが混合しないように、インターコネクタ6は緻密質であり、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していてもよい。 The material of the interconnector 6 may be conductive ceramics. The interconnector 6 comes into contact with a fuel gas such as a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas such as air. Therefore, as the material of the interconnector 6, a lanthanum chromite-based perovskite-type oxide (LaCrO 3- based oxide) having reduction resistance and oxidation resistance may be used. The interconnector 6 is dense so that the fuel gas flowing through the gas flow path 7 formed in the support 4 and the oxygen-containing gas flowing outside the fuel cell 2 are not mixed, and the interconnector 6 is 93% or more. In particular, it may have a relative density of 95% or more.

支持体4は、ガス透過性および導電性を有する。支持体4がガス透過性を有することで、支持体4のガス流路7を流れる燃料ガスが、燃料極の第1電極層まで到達できる。支持体4が導電性を有することで、インターコネクタ6を介して発電素子5で発電された電気を集電できる。支持体4の材料として、例えば導電性セラミックスやサーメット等を用いてもよい。支持体4を燃料極または固体電解質層と同時焼成して作製する場合、支持体4の材料は鉄属金属成分と特定の希土類酸化物とを含む材料であってもよい。支持体4の開気孔率は、例えば30%以上、特に35〜50%の範囲であってもよい。支持体4がこのような開気孔率を有することで、支持体4のガス流路7を流れる燃料ガスが、燃料極の第1電極層まで到達できる。支持体4の導電率は、例えば300S/cm以上、特に440S/cm以上であってもよい。 The support 4 has gas permeability and conductivity. Since the support 4 has gas permeability, the fuel gas flowing through the gas flow path 7 of the support 4 can reach the first electrode layer of the fuel electrode. Since the support 4 has conductivity, the electricity generated by the power generation element 5 can be collected via the interconnector 6. As the material of the support 4, for example, conductive ceramics, cermet, or the like may be used. When the support 4 is produced by co-fired with the fuel electrode or the solid electrolyte layer, the material of the support 4 may be a material containing an iron metal component and a specific rare earth oxide. The open porosity of the support 4 may be, for example, 30% or more, particularly in the range of 35 to 50%. When the support 4 has such an open porosity, the fuel gas flowing through the gas flow path 7 of the support 4 can reach the first electrode layer of the fuel electrode. The conductivity of the support 4 may be, for example, 300 S / cm or more, particularly 440 S / cm or more.

図1に示した燃料電池セル2において、柱状の支持体4は、燃料電池セル2の長手方向zに細長く延びる板状片であり、一対の対向する平坦面と一対の半円形状の側面を有する中空平板状である。支持体4の側面等、発電素子5およびインターコネクタ6を有さない部位には、例えば固体電解質層と同じ材料などのガス遮断性を有する被覆層11が設けられている。燃料電池セル2の下端部は、ガスタンク3の開口部に、例えば耐熱性に優れたガラスシール材等のシール材Sにより固定されている。支持体4のガス流路7は、図示しない燃料ガス室に通じている。 In the fuel cell 2 shown in FIG. 1, the columnar support 4 is a plate-shaped piece extending in the longitudinal direction z of the fuel cell 2, and has a pair of opposing flat surfaces and a pair of semicircular side surfaces. It has a hollow flat plate shape. A coating layer 11 having a gas blocking property, such as the same material as the solid electrolyte layer, is provided on a portion such as the side surface of the support 4 that does not have the power generation element 5 and the interconnector 6. The lower end of the fuel cell 2 is fixed to the opening of the gas tank 3 with a sealing material S such as a glass sealing material having excellent heat resistance. The gas flow path 7 of the support 4 leads to a fuel gas chamber (not shown).

隣り合う燃料電池セル2間には、集電部材9aが配置されている。集電部材9aは、隣り合う2つの燃料電池セル2を電気的に直列に接続している。端部集電部材9bは、セルスタック8の配列方向xの両端に配置されている。集電部材9a、端部集電部材9bは、導電性接着剤で燃料電池セル2に接合されていてもよい。集電部材9aおよび端部集電部材9bの材料は、弾性を有する金属または合金を用いてもよいし、金属繊維または合金繊維から成るフェルトを用いてもよい。金属繊維または合金繊維から成るフェルトは、必要に応じ表面処理されていてもよい。集電部材9aと端部集電部材9bとは、同じ部材を用いてもよい。端部集電部材9bは、集電部材9aよりも変形し易い部材を用いてもよい。 A current collecting member 9a is arranged between the adjacent fuel cell cells 2. The current collecting member 9a electrically connects two adjacent fuel cell cells 2 in series. The end current collecting members 9b are arranged at both ends of the cell stack 8 in the arrangement direction x. The current collecting member 9a and the end current collecting member 9b may be joined to the fuel cell 2 with a conductive adhesive. As the material of the current collecting member 9a and the end current collecting member 9b, an elastic metal or alloy may be used, or a felt made of metal fibers or alloy fibers may be used. Felt made of metal fibers or alloy fibers may be surface-treated, if necessary. The same member may be used for the current collecting member 9a and the end current collecting member 9b. As the end current collecting member 9b, a member that is more easily deformed than the current collecting member 9a may be used.

図2は、導電部材10の例の1つを示した斜視図である。導電部材10は、端部集電部材8bに接合された板状の受電部10a、この受電部10aから燃料電池セル2の配列方
向xに沿って外側に延びる平板状の電流引出部10b、および下端でガスタンク3に固定される固定部10cを具備している。なお、図1では、導電部材10の理解を容易にするため、斜線を引いて示した。
FIG. 2 is a perspective view showing one of the examples of the conductive member 10. The conductive member 10 includes a plate-shaped power receiving portion 10a joined to the end current collecting member 8b, a flat plate-shaped current drawing portion 10b extending outward from the power receiving portion 10a along the arrangement direction x of the fuel cell 2. It is provided with a fixing portion 10c fixed to the gas tank 3 at the lower end. In addition, in FIG. 1, in order to make it easy to understand the conductive member 10, it is shown by drawing diagonal lines.

電流引出部10bの配列方向xの端部には、貫通孔12が設けられており、貫通孔12には図示しない外部機器からの電流引出ケーブルがボルト等で接続される。以下、電流引出ケーブルを単にケーブルという場合もある。 A through hole 12 is provided at the end of the current extraction portion 10b in the arrangement direction x, and a current extraction cable from an external device (not shown) is connected to the through hole 12 with a bolt or the like. Hereinafter, the current extraction cable may be simply referred to as a cable.

このようなセルスタック装置1では、ケーブルおよび電流引出部10bの断面積が大きいほど、セルスタック装置1から取り出す電流を大きくできる。 In such a cell stack device 1, the larger the cross-sectional area of the cable and the current extraction portion 10b, the larger the current taken out from the cell stack device 1.

図3は、電流引出部10bの例の1つを示す平面図である。図3に示す電流引出部10bは、引出部本体10b1と、引出部本体10b1よりも配列方向xの外側に位置し、貫通孔12を有する接続部10b2とを有している。引出部本体10b1は、換言すれば、電流引出部10bのうち受電部10aと貫通孔12との間に位置する部位である。 FIG. 3 is a plan view showing one of the examples of the current extraction unit 10b. The current extraction portion 10b shown in FIG. 3 has a extraction portion main body 10b1 and a connection portion 10b2 located outside the extraction portion main body 10b1 in the arrangement direction x and having a through hole 12. In other words, the extraction portion main body 10b1 is a portion of the current extraction portion 10b located between the power receiving portion 10a and the through hole 12.

受電部10aの幅の平均をW0とし、引出部本体10b1の幅の平均をW1としたとき、W1のW0に対する比率は1/3以上、すなわちW0はW1の3倍以下である。W1のW0に対する比率を1/3以上とすることで、引出部本体10b1の断面積を大きくすることができ、引出部本体10b1における電気抵抗が小さくなる。その結果、セルスタック8から引出部本体10b1に大きな電流が流れても、引出部本体10b1の断面積が大きいため、引出部本体10b1における電流の損失を小さくできる。これにより、燃料電池セルから効率的に大きな電流を取り出すことが可能となる。 When the average width of the power receiving unit 10a is W0 and the average width of the drawer main body 10b1 is W1, the ratio of W1 to W0 is 1/3 or more, that is, W0 is 3 times or less of W1. By setting the ratio of W1 to W0 to 1/3 or more, the cross-sectional area of the drawer portion main body 10b1 can be increased, and the electrical resistance of the drawer portion main body 10b1 becomes small. As a result, even if a large current flows from the cell stack 8 to the drawer portion main body 10b1, the cross-sectional area of the drawer portion main body 10b1 is large, so that the current loss in the drawer portion main body 10b1 can be reduced. This makes it possible to efficiently draw a large current from the fuel cell.

W1は、W0以下であってもよい。W1がW0以下であることで、引出部本体10b1とセルスタック装置1の他の部位又は周辺の部材とが接触して短絡する懸念を小さくできる。引出部10b1の厚さは、受電部10aの厚さより厚くてもよい。 W1 may be W0 or less. When W1 is W0 or less, it is possible to reduce the concern that the drawer portion main body 10b1 and other parts of the cell stack device 1 or peripheral members come into contact with each other to cause a short circuit. The thickness of the drawer portion 10b1 may be thicker than the thickness of the power receiving portion 10a.

導電部材10の材料は、例えば、耐熱性合金等の導電性を有する材料を用いればよい。導電部材10に導電性を有する材料を用いることにより、燃料電池セル2の発電により生じる電流を集電することができる。なお、導電部材10には、必要に応じて表面に耐熱性の皮膜を備えた材料を用いてもよい。 As the material of the conductive member 10, for example, a material having conductivity such as a heat-resistant alloy may be used. By using a conductive material for the conductive member 10, the current generated by the power generation of the fuel cell 2 can be collected. If necessary, the conductive member 10 may be made of a material having a heat-resistant film on its surface.

電流引出部10bは、燃料電池セル2の形状等に応じて適宜配置してもよい。図2の例では、図1に示した柱状の燃料電池セル2の形状に応じて、受電部10aの下部に電流引出部10bが配置されている。燃料電池セル2は、円筒状であってもよいし、平板状であってもよい。セルスタック8は、平板状の燃料電池セル2を積層していてもよい。図2では、配列方向xに沿って延びる電流引出部10bを示したが、例えば平板状の燃料電池セル2を積層したセルスタック8の場合、電流引出部10bはy方向またはz方向に延びていてもよい。 The current extraction unit 10b may be appropriately arranged according to the shape of the fuel cell 2 and the like. In the example of FIG. 2, the current extraction unit 10b is arranged below the power receiving unit 10a according to the shape of the columnar fuel cell 2 shown in FIG. The fuel cell 2 may have a cylindrical shape or a flat plate shape. The cell stack 8 may be a stack of flat fuel cell cells 2. In FIG. 2, the current extraction portion 10b extending along the arrangement direction x is shown. For example, in the case of the cell stack 8 in which the flat plate-shaped fuel cell 2 is laminated, the current extraction portion 10b extends in the y direction or the z direction. You may.

接続部10b2は、図3に示すように、引出部本体10b1より小さい幅を有していてもよい。接続部10b2の幅が引出部本体10b1より小さい幅を有することで、ケーブルとの接続の自由度が高くなる。 As shown in FIG. 3, the connecting portion 10b2 may have a width smaller than that of the drawer portion main body 10b1. Since the width of the connecting portion 10b2 is smaller than that of the drawer portion main body 10b1, the degree of freedom of connection with the cable is increased.

導電部材10の受電部10aの長手方向zの上端は、ガスタンク3に固定された状態で、燃料電池セル2の上端と同じ位置、または燃料電池セル2の上端より高い位置に配置してもよい。受電部10aの上端を、燃料電池セル2の上端と同じ位置または燃料電池セル2の上端より高い位置とすることで、燃料電池セル2に生じる応力を緩和することができるとともに、燃料電池セル2の発電により生じた電流が、受電部10aに効率よく集電さ
れる。導電部材10の幅は、発電素子5の幅およびインターコネクタ6の幅のうち短いほうの幅と同じでもよいし、それより大きくてもよい。導電部材10の幅は、燃料電池セル2の幅と同じまたはそれより大きくてもよい。
The upper end of the power receiving portion 10a of the conductive member 10 in the longitudinal direction z may be arranged at the same position as the upper end of the fuel cell 2 or at a position higher than the upper end of the fuel cell 2 while being fixed to the gas tank 3. .. By setting the upper end of the power receiving unit 10a to the same position as the upper end of the fuel cell 2 or a position higher than the upper end of the fuel cell 2, the stress generated in the fuel cell 2 can be relaxed and the fuel cell 2 can be relaxed. The current generated by the power generation of the above is efficiently collected in the power receiving unit 10a. The width of the conductive member 10 may be the same as the width of the power generation element 5 and the width of the interconnector 6, whichever is shorter, or may be larger than that. The width of the conductive member 10 may be the same as or larger than the width of the fuel cell 2.

受電部10aは、図4に示すように、幅の狭い第1部位13を有していてもよい。第1部位13は、受電部10aの他の部位よりも剛性が小さく、変形しやすい。このような受電部10aを有するセルスタック装置1は、燃料電池セル2の変位またはセルスタック8の変位を第1部位13で吸収することができ、収納容器におけるケーブル周辺のシール性等への影響を低減できる。第1部位13は、電流引出部10bに近接して配置されていてもよい。第1部位13は、電流引出部10bに近接して配置されていると、接続部10b2の貫通孔12が電流引出ケーブルに固定された状態で、電流引出部10bに上下方向zおよび/または水平方向の変位、特に水平方向のうち幅方向yの変位が生じた場合に、その変位が第1部位13により吸収され易く、電流引出部10bの先端に位置する貫通孔12の変位を抑制できる。これにより、収納容器におけるケーブル周辺のシール性等への悪影響を低減できる。 As shown in FIG. 4, the power receiving unit 10a may have a first portion 13 having a narrow width. The first portion 13 has lower rigidity than the other portions of the power receiving portion 10a and is easily deformed. The cell stack device 1 having such a power receiving unit 10a can absorb the displacement of the fuel cell 2 or the displacement of the cell stack 8 at the first portion 13, and has an influence on the sealing property around the cable in the storage container. Can be reduced. The first portion 13 may be arranged in the vicinity of the current extraction portion 10b. When the first portion 13 is arranged close to the current extraction portion 10b, the through hole 12 of the connection portion 10b2 is fixed to the current extraction cable, and the first portion 13 is vertically z and / or horizontal to the current extraction portion 10b. When a displacement in the direction, particularly a displacement in the width direction y in the horizontal direction occurs, the displacement is easily absorbed by the first portion 13, and the displacement of the through hole 12 located at the tip of the current extraction portion 10b can be suppressed. As a result, it is possible to reduce an adverse effect on the sealing property around the cable in the storage container.

図示はしないが、第1部位13は、導電部材10をy方向から側面視したとき、引出部本体10b1と重なる部位を有していてもよい。 Although not shown, the first portion 13 may have a portion that overlaps with the drawer portion main body 10b1 when the conductive member 10 is viewed from the side in the y direction.

第1部位13の幅は、受電部10aの幅に応じて第1部位13以外の部位よりも変形しやすいように適宜設定すればよい。第1部位13の幅は、W0よりも小さければよい。また、第1部位13の幅は、例えばW1より大きくてもよい。 The width of the first portion 13 may be appropriately set according to the width of the power receiving portion 10a so as to be more easily deformed than the portions other than the first portion 13. The width of the first portion 13 may be smaller than W0. Further, the width of the first portion 13 may be larger than, for example, W1.

第1部位13の厚さは、受電部10aの他の部位と同じ厚さでもよい。第1部位13の厚さは、受電部10aの他の部位より厚くてもよい。第1部位13の厚さが受電部10aの他の部位より厚いと、第1部位13の幅が狭くても、より大きい電流を取り出すことができる。第1部位13の厚さは、受電部10aの他の部位より薄くてもよい。第1部位13の厚さが受電部10aの他の部位より薄いと、特に積層方向xの変位を吸収しやすくなる。 The thickness of the first portion 13 may be the same as that of other portions of the power receiving portion 10a. The thickness of the first portion 13 may be thicker than that of other portions of the power receiving portion 10a. When the thickness of the first portion 13 is thicker than that of the other portions of the power receiving portion 10a, a larger current can be taken out even if the width of the first portion 13 is narrow. The thickness of the first portion 13 may be thinner than that of the other portions of the power receiving portion 10a. When the thickness of the first portion 13 is thinner than that of the other portions of the power receiving portion 10a, it becomes easier to absorb the displacement in the stacking direction x.

図5は、直方体状の収納容器21の内部に、セルスタック装置1を収容した燃料電池モジュール20を示している。図5の燃料電池モジュール20は、セルスタック2の上方に配置された改質器22と、改質器22とガスタンク3とを接続するガス流通管23を備えている。改質器22は、天然ガスや灯油等の原燃料を改質して燃料ガスを生成する。ガス流通管23は、改質器22で改質された燃料ガスをガスタンク3に供給する。燃料ガスは、ガスタンク3から燃料電池セル2の内部のガス流路7に供給される。 FIG. 5 shows a fuel cell module 20 in which a cell stack device 1 is housed inside a rectangular parallelepiped storage container 21. The fuel cell module 20 of FIG. 5 includes a reformer 22 arranged above the cell stack 2 and a gas flow pipe 23 connecting the reformer 22 and the gas tank 3. The reformer 22 reforms raw fuels such as natural gas and kerosene to generate fuel gas. The gas flow pipe 23 supplies the fuel gas reformed by the reformer 22 to the gas tank 3. The fuel gas is supplied from the gas tank 3 to the gas flow path 7 inside the fuel cell 2.

図5では、収納容器21の一部である前面および後面を取り外し、内部に収納されているセルスタック装置1を後方に取り出した状態を示している。図5に示した燃料電池モジュール20は、セルスタック装置1を、収納容器21内にスライドして収納することが可能である。セルスタック装置1は、改質器22を含まなくてもよい。 FIG. 5 shows a state in which the front surface and the rear surface, which are a part of the storage container 21, are removed, and the cell stack device 1 housed inside is taken out to the rear. The fuel cell module 20 shown in FIG. 5 can slide and store the cell stack device 1 in the storage container 21. The cell stack device 1 does not have to include the reformer 22.

収納容器21は、内部に酸素含有ガス導入部材24を備えている。図5の酸素含有ガス導入部材24は、収納容器21にセルスタック装置1を収納した状態で、セルスタック2の間に配置されている。酸素含有ガス導入部材24は、燃料電池セル2の下端部に酸素含有ガスを供給する。酸素含有ガスは、酸素含有ガス導入部材24により、燃料ガスの流れに合わせて燃料電池セル2の側方を下端部から上端部に向けて流れる。燃料電池セル2のガス流路7から燃料電池セル2の上端部に排出された燃料ガスは、酸素含有ガスと混合され、燃焼する。燃料電池セル2の上端部で排出された燃料ガスが燃焼することで、燃料電池セル2の温度が上昇し、セルスタック装置1の起動を早めることができる。また、燃料
電池セル2の上端部で燃料ガスが燃焼することで、燃料電池セル2の上方に配置された改質器22が温められ、改質器22で効率よく改質反応を行うことができる。
The storage container 21 is provided with an oxygen-containing gas introducing member 24 inside. The oxygen-containing gas introduction member 24 of FIG. 5 is arranged between the cell stacks 2 in a state where the cell stack device 1 is housed in the storage container 21. The oxygen-containing gas introduction member 24 supplies the oxygen-containing gas to the lower end of the fuel cell 2. The oxygen-containing gas flows by the oxygen-containing gas introducing member 24 from the lower end to the upper end on the side of the fuel cell 2 in accordance with the flow of the fuel gas. The fuel gas discharged from the gas flow path 7 of the fuel cell 2 to the upper end of the fuel cell 2 is mixed with the oxygen-containing gas and burned. By burning the fuel gas discharged at the upper end of the fuel cell 2, the temperature of the fuel cell 2 rises, and the start of the cell stack device 1 can be accelerated. Further, when the fuel gas burns at the upper end of the fuel cell 2, the reformer 22 arranged above the fuel cell 2 is warmed, and the reformer 22 can efficiently perform the reforming reaction. it can.

図6は、燃料電池装置30の一例を示す分解斜視図である。なお、図6においては一部の構成を省略して示している。 FIG. 6 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device 30. In FIG. 6, some configurations are omitted.

図6に示す燃料電池装置30は、支柱31と外装板32を有する外装ケース内が、仕切板33により上下に区画されている。外装ケース内の上側は、上述した燃料電池モジュール20を収納するモジュール収納室34である。外装ケース内の下側は、燃料電池モジュール20を動作させる補機類を収納する補機収納室35である。補機収納室35に収納する補機類の記載は省略されている。 In the fuel cell device 30 shown in FIG. 6, the inside of the exterior case having the support column 31 and the exterior plate 32 is vertically partitioned by the partition plate 33. The upper side of the outer case is a module storage chamber 34 for storing the above-mentioned fuel cell module 20. The lower side inside the outer case is an auxiliary equipment storage chamber 35 for storing auxiliary equipment for operating the fuel cell module 20. The description of the auxiliary equipment to be stored in the auxiliary equipment storage chamber 35 is omitted.

仕切板33には、空気流通口36が設けられている。補機収納室35内の空気は、空気流通口36を通ってモジュール収納室34に流れる。モジュール収納室34を構成する外装板32の一部には、排気口37が設けられている。モジュール収納室34内の空気は、排気口37から排気される。 The partition plate 33 is provided with an air flow port 36. The air in the auxiliary machine storage chamber 35 flows to the module storage chamber 34 through the air flow port 36. An exhaust port 37 is provided in a part of the exterior plate 32 that constitutes the module storage chamber 34. The air in the module storage chamber 34 is exhausted from the exhaust port 37.

燃料電池装置30は、上述したように、発電効率を向上することができる燃料電池モジュール20をモジュール収納室34内に備えているため、発電効率の向上した燃料電池装置30とすることができる。 As described above, the fuel cell device 30 includes the fuel cell module 20 capable of improving the power generation efficiency in the module storage chamber 34, so that the fuel cell device 30 can be the fuel cell device 30 having improved power generation efficiency.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications, improvements, and the like can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上述した燃料電池セルスタック装置1においては、燃料電池セル2内のガス流路7に燃料ガスを供給し、燃料電池セル2の外側に酸素含有ガスを供給する例を示しているが、ガス流路7に酸素含有ガスを供給し、燃料電池セル2の外側に燃料ガスを供給する構成としてもかまわない。 For example, in the fuel cell stack device 1 described above, an example is shown in which fuel gas is supplied to the gas flow path 7 in the fuel cell 2 and oxygen-containing gas is supplied to the outside of the fuel cell 2. An oxygen-containing gas may be supplied to the gas flow path 7, and the fuel gas may be supplied to the outside of the fuel cell 2.

1:セルスタック装置
2:燃料電池セル
3:ガスタンク
4:導電性支持体
5:発電素子
6:インターコネクタ
7:ガス流路
8:セルスタック
9a:集電部材
9b:端部集電部材
10:導電部材
10a:受電部
10b:電流引出部
11:緻密な被覆層
12:貫通孔
13:第1部位
20:燃料電池モジュール
30:燃料電池装置
1: Cell stack device 2: Fuel cell 3: Gas tank 4: Conductive support 5: Power generation element 6: Interconnector 7: Gas flow path 8: Cell stack 9a: Current collecting member 9b: End current collecting member 10: Conductive member 10a: Power receiving part 10b: Current drawing part 11: Dense coating layer 12: Through hole 13: First part 20: Fuel cell module 30: Fuel cell device

Claims (7)

燃料電池セルを配列して電気的に接続してなるセルスタックと、
前記燃料電池セルの配列方向における前記セルスタックの両端に位置し、前記燃料電池セルに電気的に接続された一対の導電部材と、を具備し、
該導電部材は、前記セルスタックと向かい合う受電部と、該受電部から外側に延びる電流引出部と、を具備し、
前記電流引出部は、引出部本体および外部機器に接続される接続部を有するとともに、
前記受電部の幅の平均に対する前記引出部本体の幅の平均の比率が、1/3以上であるセルスタック装置。
A cell stack consisting of arranging fuel cell cells and electrically connecting them,
A pair of conductive members located at both ends of the cell stack in the arrangement direction of the fuel cell and electrically connected to the fuel cell are provided.
The conductive member includes a power receiving portion facing the cell stack and a current drawing portion extending outward from the power receiving portion.
The current extraction unit has a connection unit connected to the extraction unit main body and an external device, and also has a connection unit.
A cell stack device in which the ratio of the average width of the drawer unit body to the average width of the power receiving unit is 1/3 or more.
前記引出部本体の幅の平均が、前記受電部の幅の平均以下である、請求項1に記載のセルスタック装置。 The cell stack device according to claim 1, wherein the average width of the drawer portion main body is equal to or less than the average width of the power receiving portion. 前記受電部は、幅の狭い第1部位を有する、請求項1または2に記載のセルスタック装置。 The cell stack device according to claim 1 or 2, wherein the power receiving unit has a narrow first portion. 前記導電部材の側面視において、前記第1部位は、前記引出部本体と重なる部位を有する、請求項3に記載のセルスタック装置。 The cell stack device according to claim 3, wherein the first portion has a portion that overlaps with the main body of the drawer portion in a side view of the conductive member. 前記第1部位を、2つ以上有する、請求項3または4に記載のセルスタック装置。 The cell stack device according to claim 3 or 4, which has two or more of the first parts. 請求項1〜5のいずれかに記載のセルスタック装置を収納容器内に収納してなる、燃料電池モジュール。 A fuel cell module in which the cell stack device according to any one of claims 1 to 5 is stored in a storage container. 請求項6に記載の燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる、燃料電池装置。 A fuel cell device in which the fuel cell module according to claim 6 is housed in an outer case.
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