JP2021174593A - 電気化学反応セルスタック - Google Patents
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Abstract
Description
A−1.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(および後述する図8および図9)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(および後述する図8および図9)のIII−III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4は、図1(および後述する図8および図9)のIV−IV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呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、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5以降についても同様である。
一対のエンドプレート104,106は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えばステンレス等の導電材料により形成されている。一対のエンドプレート104,106の中央付近には、それぞれ、Z軸方向に貫通する孔32,34が形成されている。Z軸方向視で、一対のエンドプレート104,106のそれぞれに形成された孔32,34の内周線は、後述する各単セル110を内包している。そのため、各ボルト22およびナット24による締結によって生じるZ軸方向の圧縮力は、主として各発電単位102の周縁部(後述する各単セル110より外周側の部分)に作用する。また、本実施形態では、上側エンドプレート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。
下端用セパレータ189は、Z軸方向視での外形が略矩形の平板状の部材であり、例えば金属により形成されている。下端用セパレータ189の周縁部は、発電ブロック103と下側エンドプレート106との間に挟み込まれた状態で、下側エンドプレート106と例えば溶接により接合されており、下側エンドプレート106と電気的に接続されている。
図5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6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XZ断面構成を示す説明図であり、図7は、図4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8は、図5から図7のVIII−VIII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9は、図5から図7のIX−IX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および図5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流路132を介して、空気室166に供給される。また、図3および図6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流路142を介して、燃料室176に供給される。
本実施形態の燃料電池スタック100は、さらにガス流通部材50を備える。以下、ガス流通部材50の構成について説明する。図10は、ガス流通部材50の外観構成を概略的に示す説明図である。
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、Z軸方向に並べて配置された複数の発電単位102を備える。各発電単位102は、単セル110と単セル用セパレータ120とを有する。各単セル110は、電解質層112と、電解質層112に対して上側に配置された空気極114と、電解質層112に対して下側に配置された燃料極116とを含む。各単セル用セパレータ120は、貫通孔121が形成され、貫通孔121を取り囲む部分が単セル110の周縁部と接合され、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とを区画する部材である。また、燃料電池スタック100には、各発電単位102の燃料室176にガスを供給する燃料ガス供給マニホールド171と、各発電単位102の燃料室176からガスを排出する燃料ガス排出マニホールド172と、燃料ガス供給マニホールド171と各発電単位102の燃料室176とをつなぐ燃料ガス供給連通流路142と、燃料ガス排出マニホールド172と各発電単位102の燃料室176とをつなぐ燃料ガス排出連通流路143とが形成されている。また、各発電単位102は、さらにガス流通部材50を備える。ガス流通部材50には、ガスが流れる溝CHが形成されている。ガス流通部材50は、燃料室176内における、Z軸方向視で、燃料ガス供給連通流路142および燃料ガス排出連通流路143と単セル110との間に配置されると共に、単セル用セパレータ120と重なって配置されている。
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 (7)
- 電解質層と、前記電解質層に対して第1の方向の一方側に配置された空気極と、前記電解質層に対して前記第1の方向の他方側に配置された燃料極と、を含む単セルと、
貫通孔が形成され、前記貫通孔を取り囲む部分が前記単セルの周縁部と接合され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画する第1のセパレータと、
をそれぞれ有し、前記第1の方向に並べて配置された複数の電気化学反応単位を備え、
各前記電気化学反応単位の前記燃料室にガスを供給する第1のマニホールドと、各前記電気化学反応単位の前記燃料室からガスを排出する第2のマニホールドと、前記第1のマニホールドと各前記電気化学反応単位の前記燃料室とをつなぐ第1の連通流路と、前記第2のマニホールドと各前記電気化学反応単位の前記燃料室とをつなぐ第2の連通流路と、が形成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電気化学反応単位は、さらに、前記燃料室内における、前記第1の方向視で、前記第1の連通流路と前記第2の連通流路との少なくとも一方と、前記単セルと、の間に配置されると共に、前記第1のセパレータと重なって配置され、ガスが流れる孔と溝との少なくとも一方が形成されたガス流通部材を有する、
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、
前記特定電気化学反応単位は、さらに、
前記単セルに対して前記燃料室を挟んで前記第1の方向の前記他方側に配置され、前記燃料極に電気的に接続された導電性のインターコネクタと、
貫通孔が形成され、前記貫通孔を取り囲む部分が前記インターコネクタの周縁部と接合され、前記燃料室と、他の前記電気化学反応単位の前記空気室とを区画する第2のセパレータと、
を有し、
前記ガス流通部材は、前記燃料室内における、前記第1の方向視で、前記第1の連通流路と前記第2の連通流路との少なくとも一方と、前記インターコネクタと、の間に配置されると共に、前記第2のセパレータと重なって配置される、
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、
前記ガス流通部材は、前記第1の方向に直交する第2の方向に交差する方向に延伸する平板状の複数の第1の部分を有する、
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、
前記ガス流通部材は、隣り合う2つの前記第1の部分の端部間を接続する平板状の第2の部分を有する、
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、
前記ガス流通部材は、メッシュ状の部材である、
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、
前記第1の方向視で、前記単セルにおける前記第1の連通流路と前記第2の連通流路との少なくとも一方に対向する辺に平行な方向に沿った前記ガス流通部材の長さの合計は、前記辺の長さの2分の1以上である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。 - 請求項1から請求項6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、
各前記電気化学反応単位の前記空気室にガスを供給する第3のマニホールドと、各前記電気化学反応単位の前記空気室からガスを排出する第4のマニホールドと、前記第3のマニホールドと各前記電気化学反応単位の前記空気室とをつなぐ第3の連通流路と、前記第4のマニホールドと各前記電気化学反応単位の前記空気室とをつなぐ第4の連通流路と、が形成されており、
前記第1の方向視で、前記第1の連通流路と前記第2の連通流路との一方と、前記第3の連通流路と前記第4の連通流路との一方とは、前記単セルの一の辺に対向するように配置され、かつ、前記第1の連通流路と前記第2の連通流路との他方と、前記第3の連通流路と前記第4の連通流路との他方とは、前記単セルの前記一の辺に対して前記単セルの中心点を挟んで対向する他の辺に対向するように配置されており、
前記ガス流通部材は、前記燃料室内における、前記第1の方向視で、前記第3の連通流路と前記第4の連通流路との少なくとも一方と、前記単セルと、の間に配置されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
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