JP2022066744A - Electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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JP2022066744A JP2020175267A JP2020175267A JP2022066744A JP 2022066744 A JP2022066744 A JP 2022066744A JP 2020175267 A JP2020175267 A JP 2020175267A JP 2020175267 A JP2020175267 A JP 2020175267A JP 2022066744 A JP2022066744 A JP 2022066744A
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文雄 坪井
Fumio Tsuboi
卓哉 松尾
Takuya Matsuo
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Morimura SOFC Technology Co Ltd
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Morimura SOFC Technology Co Ltd
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Abstract

To suppress variation of in-plane temperature distribution of a unit cell constituting an electrochemical reaction cell stack.SOLUTION: An electrochemical reaction cell stack comprises an electrochemical reaction block and a pair of end members. A first heat dissipation member having heat dissipation property is further provided on a specific front face side of a specific end member which is at least one of the pair of end members. The first heat dissipation member is positioned outside of an inner portion in the electrochemical reaction cell stack in a first direction view. The inner portion adjacent with the first heat dissipation member is a cavity.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本明細書によって開示される技術は、電気化学反応セルスタックに関する。 The techniques disclosed herein relate to electrochemical reaction cell stacks.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の1つとして、固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)は、固体酸化物を含む電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という)を有している。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") is known as one of the types of fuel cells that generate power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell power generation unit (hereinafter, simply referred to as “power generation unit”), which is a constituent unit of SOFC, has an electrolyte layer containing a solid oxide and a predetermined direction (hereinafter, referred to as “first direction”) with the electrolyte layer interposed therebetween. It has a fuel cell single cell (hereinafter, simply referred to as “single cell”) including an air electrode and a fuel electrode facing each other.

SOFCは、一般に、複数の発電単位を第1の方向に並べて配置された構造体(以下、「発電ブロック」という)と、発電ブロックを挟んで第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材とを備える燃料電池スタックの形態で利用される。 SOFC generally includes a structure in which a plurality of power generation units are arranged side by side in the first direction (hereinafter referred to as "power generation block") and a pair of end members facing each other in the first direction with the power generation block interposed therebetween. It is used in the form of a fuel cell stack equipped with.

このような燃料電池スタックの発電ブロックとして、さらに、電解質層と、空気極と、燃料極とが互いに重なる領域を取り囲むフレーム部分を有するガス流通部材を備える発電ブロックが知られている。当該フレーム部分には、空気極に面する空気室および燃料極に面する燃料室に供給または排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が形成されている(例えば、特許文献1)。 As a power generation block of such a fuel cell stack, a power generation block including a gas flow member having a frame portion surrounding a region where an electrolyte layer, an air electrode, and a fuel electrode overlap each other is further known. The frame portion is formed with a manifold hole forming a manifold through which gas supplied or discharged to the air chamber facing the air electrode and the fuel chamber facing the fuel electrode passes (for example, Patent Document 1).

特開2018-181466号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-181466

燃料電池スタックの発電時において、上記発電単位における発電反応は発熱反応であるため、第1の方向視において、燃料電池スタックの中央部分は、燃料電池スタックにおけるマニホールドに近い部分と比較して比較的高温になる傾向がある。これにより、単セルの面内における温度分布がばらつき、当該温度分布のバラツキにより生じる熱応力によって単セルが劣化し、または、単セルの発電効率が低下するなどの問題が生じるおそれがある。 During power generation of the fuel cell stack, the power generation reaction in the power generation unit is an exothermic reaction. Therefore, in the first direction, the central portion of the fuel cell stack is relatively close to the manifold in the fuel cell stack. It tends to be hot. As a result, the temperature distribution in the plane of the single cell may vary, and the single cell may deteriorate due to the thermal stress caused by the variation in the temperature distribution, or the power generation efficiency of the single cell may decrease.

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」という。)の構成単位である電解単セルを複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解単セルとをまとめて電気化学反応単セルと呼び、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の課題である。 It should be noted that such a problem is an electrolysis having a plurality of electrolytic single cells which are constituent units of a solid oxide type electrolytic cell (hereinafter referred to as “SOEC”) that generates hydrogen by utilizing an electrolysis reaction of water. This is a common issue for cell stacks. In the present specification, the fuel cell single cell and the electrolytic single cell are collectively referred to as an electrochemical reaction single cell, and the fuel cell stack and the electrolytic cell stack are collectively referred to as an electrochemical reaction cell stack. Further, such a problem is common not only to SOFC and SOEC but also to other types of electrochemical reaction cell stacks.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized, for example, in the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層と、前記空気極と、前記燃料極とが互いに重なる領域を取り囲むフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面に配置され、かつ、断熱性を有する第1の断熱部材、を備え、前記第1の断熱部材は、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックにおける、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置しており、前記第1の断熱部材と隣り合う前記内側部分は空洞である。本電気化学反応セルスタックでは、第1の断熱部材が、上記特定エンド部材の特定表面に配置されている。第1の方向視において、第1の断熱部材は、電気化学反応セルスタックにおける上記内側部分の外側に位置している。また、当該内側部分は、空洞である。換言すれば、第1の断熱部材の断熱性能は、空洞である内側部分の断熱性能と比較して高い。このため、第1の方向視において、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるマニホールドに近い部分(第1の断熱部材に重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい電気化学反応セルスタックの中央部分(内側部分に重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキを抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下を抑制することができる。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units. Is an electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer, an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction across the electrolyte layer, and in the first direction view, the electrolyte layer and the said. A gas flow member having a frame portion surrounding a region where an air electrode and a fuel electrode overlap each other, and is supplied to or supplied to a gas chamber facing a specific electrode at least one of the air electrode and the fuel electrode. The first direction sandwiching the electrochemical reaction block and the electrochemical reaction block having a gas flow member having a manifold hole formed in the frame portion for forming a manifold through which gas discharged from the chamber passes. In an electrochemical reaction cell stack comprising a pair of end members facing each other, the pair of end members arranged such that at least a portion overlaps the frame portion in the first directional view. A first surface that is arranged on a specific surface of the surface of a specific end member that is at least one of the pair of end members and is a surface opposite to the electrochemical reaction block, and has heat insulating properties. The first heat insulating member is located outside the inner portion of the electrochemical reaction cell stack, including the center of the electrochemical reaction cell stack, in the first directional view. The inner portion adjacent to the first heat insulating member is hollow. In the present electrochemical reaction cell stack, the first heat insulating member is arranged on the specific surface of the specific end member. In the first directional view, the first insulating member is located outside the inner portion of the electrochemical reaction cell stack. Further, the inner portion is hollow. In other words, the heat insulating performance of the first heat insulating member is higher than the heat insulating performance of the inner portion which is a cavity. Therefore, in the first direction view, the temperature tends to be relatively high while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifold (the portion overlapping the first heat insulating member) in the electrochemical reaction cell stack, which tends to be relatively low temperature. It is possible to facilitate heat dissipation from the central portion (the portion overlapping the inner portion) of the electrochemical reaction cell stack. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell is suppressed, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the decrease in the power generation efficiency of the electrochemical reaction single cell are suppressed. Can be suppressed.

(2)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、前記第1の断熱部材の厚みは、前記第2の断熱部材の厚みと比較して大きい。本電気化学反応セルスタックによれば、第1の断熱部材と、第2の断熱部材とが、上記特定エンド部材の特定表面側に配置されている。第1の方向視において、第1の断熱部材は、電気化学反応セルスタックにおける上記内側部分の外側に位置し、第2の断熱部材は、当該内側部分に位置している。また、第1の断熱部材の厚みは、第2の断熱部材の厚みと比較して大きい。換言すれば、例えば、第1の断熱部材の形成材料における熱伝導率と、第2の断熱部材の形成材料における熱伝導率とが同等である、または、第1の断熱部材の形成材料における熱伝導率が、第2の断熱部材の形成材料における熱伝導率よりも小さい構成において、第1の断熱部材の断熱性能は、第2の断熱部材の断熱性能と比較して高い。このため、第1の方向視において、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるマニホールドに近い部分(第1の断熱部材に重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい電気化学反応セルスタックの中央部分(第2の断熱部材に重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキを抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下を抑制することができる。 (2) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units. Is an electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer, an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and in the first direction view, the electrolyte layer and the air. A gas flow member having a pole and a frame portion arranged so as to surround a region where the fuel poles overlap each other, in a gas chamber facing a specific electrode at least one of the air pole and the fuel pole. The electrochemical reaction block comprising the gas flow member having a manifold hole formed in the frame portion forming a manifold through which the gas supplied or discharged from the gas chamber passes, and the electrochemical reaction block sandwiched between the above. An electrochemical reaction cell stack comprising a pair of end members facing each other in a first direction, the pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. In the first direction, the surface of the specific end member, which is at least one of the pair of end members, is arranged on the specific surface side, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and said. In the first directional view, it is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack, and is arranged on the specific surface side with the first heat insulating member having heat insulating properties. The second heat insulating member, which is a second heat insulating member located in the inner portion and has a heat insulating property, is provided, and the thickness of the first heat insulating member is the thickness of the second heat insulating member. Large compared to the thickness. According to the present electrochemical reaction cell stack, the first heat insulating member and the second heat insulating member are arranged on the specific surface side of the specific end member. In the first directional view, the first heat insulating member is located outside the inner portion of the electrochemical reaction cell stack, and the second heat insulating member is located inside the inner portion. Further, the thickness of the first heat insulating member is larger than the thickness of the second heat insulating member. In other words, for example, the thermal conductivity in the material for forming the first heat insulating member is equal to the thermal conductivity in the material for forming the second heat insulating member, or the heat in the material for forming the first heat insulating member is equal. In a configuration in which the conductivity is smaller than the thermal conductivity of the material for forming the second heat insulating member, the heat insulating performance of the first heat insulating member is higher than the heat insulating performance of the second heat insulating member. Therefore, in the first direction view, the temperature tends to be relatively high while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifold (the portion overlapping the first heat insulating member) in the electrochemical reaction cell stack, which tends to be relatively low temperature. It is possible to facilitate heat dissipation from the central portion (the portion overlapping the second heat insulating member) of the electrochemical reaction cell stack. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell is suppressed, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the decrease in the power generation efficiency of the electrochemical reaction single cell are suppressed. Can be suppressed.

(3)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、前記第1の断熱部材の熱伝導率は、前記第2の断熱部材の熱伝導率と比較して小さい。本電気化学反応セルスタックによれば、第1の断熱部材と、第2の断熱部材とが、上記特定エンド部材の特定表面側に配置されている。第1の方向視において、第1の断熱部材は、電気化学反応セルスタックにおける上記内側部分の外側に位置し、第2の断熱部材は、当該内側部分に位置している。また、第1の断熱部材の熱伝導率は、第2の断熱部材の熱伝導率と比較して小さい。換言すれば、例えば、第1の断熱部材の厚みと、第2の断熱部材の厚みとが同等である、または、第1の断熱部材の厚みが、第2の断熱部材の厚みよりも大きい構成において、第1の断熱部材の断熱性能は、第2の断熱部材の断熱性能と比較して高い。このため、第1の方向視において、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるマニホールドに近い部分(第1の断熱部材に重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい電気化学反応セルスタックの中央部分(第2の断熱部材に重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキを抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下を抑制することができる。 (3) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units. Is an electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer, an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and in the first direction view, the electrolyte layer and the air. A gas flow member having a pole and a frame portion arranged so as to surround a region where the fuel poles overlap each other, in a gas chamber facing a specific electrode at least one of the air pole and the fuel pole. The electrochemical reaction block comprising the gas flow member having a manifold hole formed in the frame portion forming a manifold through which the gas supplied or discharged from the gas chamber passes, and the electrochemical reaction block sandwiched between the above. An electrochemical reaction cell stack comprising a pair of end members facing each other in a first direction, the pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. In the first direction, the surface of the specific end member, which is at least one of the pair of end members, is arranged on the specific surface side, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and said. In the first directional view, it is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack, and is arranged on the specific surface side with the first heat insulating member having heat insulating properties. The second heat insulating member, which is a second heat insulating member located in the inner portion and has a heat insulating property, is provided, and the thermal conductivity of the first heat insulating member is the second heat insulating member. It is small compared to the thermal conductivity of the member. According to the present electrochemical reaction cell stack, the first heat insulating member and the second heat insulating member are arranged on the specific surface side of the specific end member. In the first directional view, the first heat insulating member is located outside the inner portion of the electrochemical reaction cell stack, and the second heat insulating member is located inside the inner portion. Further, the thermal conductivity of the first heat insulating member is smaller than that of the second heat insulating member. In other words, for example, the thickness of the first heat insulating member is equal to the thickness of the second heat insulating member, or the thickness of the first heat insulating member is larger than the thickness of the second heat insulating member. The heat insulating performance of the first heat insulating member is higher than that of the second heat insulating member. Therefore, in the first direction view, the temperature tends to be relatively high while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifold (the portion overlapping the first heat insulating member) in the electrochemical reaction cell stack, which tends to be relatively low temperature. It is possible to facilitate heat dissipation from the central portion (the portion overlapping the second heat insulating member) of the electrochemical reaction cell stack. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell is suppressed, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the decrease in the power generation efficiency of the electrochemical reaction single cell are suppressed. Can be suppressed.

(4)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、前記第1の断熱部材の密度は、前記第2の断熱部材の密度と比較して大きい。本電気化学反応セルスタックによれば、第1の断熱部材と、第2の断熱部材とが、上記特定エンド部材の特定表面側に配置されている。第1の方向視において、第1の断熱部材は、電気化学反応セルスタックにおける上記内側部分の外側に位置し、第2の断熱部材は、当該内側部分に位置している。また、第1の断熱部材の密度は、第2の断熱部材の密度と比較して大きい。換言すれば、例えば、第1の断熱部材の厚みと、第2の断熱部材の厚みとが同等である構成において、第1の断熱部材の断熱性能は、第2の断熱部材の断熱性能と比較して高い。このため、第1の方向視において、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるマニホールドに近い部分(第1の断熱部材に重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい電気化学反応セルスタックの中央部分(第2の断熱部材に重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキを抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下を抑制することができる。 (4) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units. Is an electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer, an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and in the first direction view, the electrolyte layer and the air. A gas flow member having a pole and a frame portion arranged so as to surround a region where the fuel poles overlap each other, in a gas chamber facing a specific electrode at least one of the air pole and the fuel pole. The electrochemical reaction block comprising the gas flow member having a manifold hole formed in the frame portion forming a manifold through which the gas supplied or discharged from the gas chamber passes, and the electrochemical reaction block sandwiched between the above. An electrochemical reaction cell stack comprising a pair of end members facing each other in a first direction, the pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. In the first direction, the surface of the specific end member, which is at least one of the pair of end members, is arranged on the specific surface side, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and said. In the first directional view, it is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack, and is arranged on the specific surface side with the first heat insulating member having heat insulating properties. A second heat insulating member, which is a second heat insulating member located in the inner portion and has a heat insulating property, and the density of the first heat insulating member is the same as that of the second heat insulating member. Large compared to density. According to the present electrochemical reaction cell stack, the first heat insulating member and the second heat insulating member are arranged on the specific surface side of the specific end member. In the first directional view, the first heat insulating member is located outside the inner portion of the electrochemical reaction cell stack, and the second heat insulating member is located inside the inner portion. Further, the density of the first heat insulating member is higher than the density of the second heat insulating member. In other words, for example, in a configuration in which the thickness of the first heat insulating member is equal to the thickness of the second heat insulating member, the heat insulating performance of the first heat insulating member is compared with the heat insulating performance of the second heat insulating member. And expensive. Therefore, in the first direction view, the temperature tends to be relatively high while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifold (the portion overlapping the first heat insulating member) in the electrochemical reaction cell stack, which tends to be relatively low temperature. It is possible to facilitate heat dissipation from the central portion (the portion overlapping the second heat insulating member) of the electrochemical reaction cell stack. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell is suppressed, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the decrease in the power generation efficiency of the electrochemical reaction single cell are suppressed. Can be suppressed.

(5)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、前記第2の断熱部材には、前記第2の断熱部材における前記第1の方向に略直交する第1の表面と、前記第1の表面とは反対側の第2の表面との少なくとも一方に開口する貫通孔と有底孔との少なくとも一方が形成されている。内側断熱部材には貫通孔または有底孔があるため、内側断熱部材における単位体積当たりの断熱材充填率が、外側断熱部材における単位体積当たりの断熱材充填率と比較して、低くなる。このため、第1の方向視において、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるマニホールドに近い部分(第1の断熱部材に重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい電気化学反応セルスタックの中央部分(第2の断熱部材に重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキを抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下を抑制することができる。 (5) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units. Is an electrochemical reaction single cell containing an electrolyte layer, an air electrode and a fuel electrode facing each other in the first direction with the electrolyte layer interposed therebetween, and in the first direction view, the electrolyte layer and the air. A gas flow member having a pole and a frame portion arranged so as to surround a region where the fuel poles overlap each other, in a gas chamber facing a specific electrode at least one of the air pole and the fuel pole. The electrochemical reaction block comprising the gas flow member having a manifold hole formed in the frame portion forming a manifold through which the gas supplied or discharged from the gas chamber passes, and the electrochemical reaction block sandwiched between the above. An electrochemical reaction cell stack comprising a pair of end members facing each other in a first direction, the pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. In the first direction, the surface of the specific end member, which is at least one of the pair of end members, is arranged on the specific surface side, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and said. In the first directional view, it is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack, and is arranged on the specific surface side with the first heat insulating member having heat insulating properties. A second heat insulating member, which is a second heat insulating member located in the inner portion and has a heat insulating property, is provided, and the second heat insulating member includes the second heat insulating member in the second heat insulating member. At least one of a through hole and a bottomed hole opened in at least one of a first surface substantially orthogonal to the first direction and a second surface opposite to the first surface is formed. .. Since the inner heat insulating member has a through hole or a bottomed hole, the heat insulating material filling rate per unit volume in the inner heat insulating member is lower than the heat insulating material filling rate per unit volume in the outer heat insulating member. Therefore, in the first direction view, the temperature tends to be relatively high while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifold (the portion overlapping the first heat insulating member) in the electrochemical reaction cell stack, which tends to be relatively low temperature. It is possible to facilitate heat dissipation from the central portion (the portion overlapping the second heat insulating member) of the electrochemical reaction cell stack. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell is suppressed, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the decrease in the power generation efficiency of the electrochemical reaction single cell are suppressed. Can be suppressed.

(6)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向視において、前記第1の断熱部材は、前記内側部分を取り囲むように配置されている構成としてもよい。本構成が採用された電気化学反応セルスタックでは、第1の方向視において、第1の断熱部材は、内側部分を取り囲むように配置されている。このため、第1の方向視において、比較的高温になりやすい電気化学反応セルスタックの中央部分(内側部分に重なる部分)からの放熱を容易にしつつ、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるマニホールドに近い部分(第1の断熱部材に重なる部分)からの放熱をより効果的に抑制させることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下をより効果的に抑制することができる。 (6) In the electrochemical reaction cell stack, the first heat insulating member may be arranged so as to surround the inner portion in the first directional view. In the electrochemical reaction cell stack in which this configuration is adopted, the first heat insulating member is arranged so as to surround the inner portion in the first directional view. Therefore, in the first direction view, the electrochemical reaction cell stack tends to have a relatively low temperature while facilitating heat dissipation from the central portion (the portion overlapping the inner portion) of the electrochemical reaction cell stack which tends to have a relatively high temperature. It is possible to more effectively suppress heat dissipation from the portion close to the manifold (the portion overlapping the first heat insulating member) in the above. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell can be suppressed more effectively, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the deterioration of the electrochemical reaction single cell can be achieved. The decrease in power generation efficiency can be suppressed more effectively.

(7)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向視において、前記第1の断熱部材の少なくとも一部分は、前記フレーム部分と重なっている構成としてもよい。本構成が採用された電気化学反応セルスタックでは、第1の方向視において、第1の断熱部材の少なくとも一部分が、ガス流通部材のフレーム部分と重なっている。このため、第1の方向視において、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるフレーム部分に重なる部分からの放熱をより効果的に抑制させることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下をより効果的に抑制することができる。 (7) In the electrochemical reaction cell stack, at least a part of the first heat insulating member may be configured to overlap the frame part in the first direction view. In the electrochemical reaction cell stack in which this configuration is adopted, at least a part of the first heat insulating member overlaps with the frame portion of the gas flow member in the first directional view. Therefore, in the first directional view, it is possible to more effectively suppress heat dissipation from the portion overlapping the frame portion in the electrochemical reaction cell stack, which tends to have a relatively low temperature. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell can be suppressed more effectively, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the deterioration of the electrochemical reaction single cell can be achieved. The decrease in power generation efficiency can be suppressed more effectively.

(8)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記フレーム部分には、前記マニホールド用孔として、前記第1の方向視において、前記電気化学反応単セルを挟んで対向する第1の側と第2の側とにそれぞれ位置する2つの空気室用マニホールド用孔であって、それぞれ、前記空気極に面する空気室に供給または前記空気室から排出されるガスが通る2つの空気室用マニホールド用孔と、前記第1の方向視において、前記第1の側と前記第2の側とにそれぞれ位置する2つの燃料室用マニホールド用孔であって、それぞれ、前記燃料極に面する燃料室に供給または前記燃料室から排出されるガスが通る2つの燃料室用マニホールド用孔と、を有し、前記第1の方向視において、前記第1の断熱部材は、4つの辺を有する略矩形状の外縁を有し、前記第1の断熱部材の外縁を構成する4つの辺のうち、前記2つの空気室用マニホールド用孔のうちの前記第1の側に位置する特定空気室用マニホールド用孔と、前記2つの燃料室用マニホールド用孔のうちの前記第1の側に位置する特定燃料室用マニホールド用孔と、の両方に最も近接する辺を第1の辺とし、前記第1の断熱部材の外縁のうちの前記第1の辺に接続する辺を第2の辺とし、前記第1の辺の一部を構成する第1の部分外縁と、前記第1の部分外縁に対向する前記第1の断熱部材の第1の部分内縁との間の最短距離を第1の幅とし、前記第2の辺の一部を構成する第2の部分外縁と、前記第2の部分外縁に対向する前記第1の断熱部材の第2の部分内縁との間の最短距離を第2の幅としたとき、前記第1の幅は、前記第2の幅と比較して大きい構成としてもよい。本構成が採用された電気化学反応セルスタックでは、第1の断熱部材における上記第1の幅が、上記第2の幅と比較して大きい。このため、第1の方向視において、比較的低温になりやすい電気化学反応セルスタックにおけるマニホールドに近い部分における断熱性能をより効果的に高め、マニホールドに近い部分からの放熱をより効果的に抑制させることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下をより効果的に抑制することができる。 (8) In the electrochemical reaction cell stack, the frame portion has a hole for the manifold, which is a second side facing the first side of the electrochemical reaction cell in the first direction. Two air chamber manifold holes located on the side and two air chamber manifold holes, respectively, through which gas supplied to or discharged from the air chamber facing the air electrode passes. , Two fuel chamber manifold holes located on the first side and the second side, respectively, in the first direction view, and are supplied or supplied to the fuel chamber facing the fuel electrode, respectively. It has two fuel chamber manifold holes through which the gas discharged from the fuel chamber passes, and in the first directional view, the first heat insulating member has a substantially rectangular outer edge having four sides. The specific air chamber manifold hole located on the first side of the two air chamber manifold holes among the four sides constituting the outer edge of the first heat insulating member. Of the two fuel chamber manifold holes, the side closest to both the specific fuel chamber manifold hole located on the first side is set as the first side, and the first heat insulating member. The side of the outer edge connected to the first side is defined as the second side, and the first partial outer edge constituting a part of the first side and the first portion facing the first partial outer edge. The shortest distance between the heat insulating member and the inner edge of the first portion is defined as the first width, and the outer edge of the second portion constituting a part of the second side and the outer edge of the second portion facing the outer edge of the second portion. When the shortest distance between the inner edge of the second portion of the first heat insulating member is the second width, the first width may be larger than the second width. In the electrochemical reaction cell stack in which this configuration is adopted, the first width of the first heat insulating member is larger than the second width. Therefore, in the first directional view, the heat insulating performance in the portion close to the manifold in the electrochemical reaction cell stack, which tends to be relatively low temperature, is more effectively enhanced, and the heat radiation from the portion close to the manifold is suppressed more effectively. be able to. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell can be suppressed more effectively, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the deterioration of the electrochemical reaction single cell can be achieved. The decrease in power generation efficiency can be suppressed more effectively.

(9)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記特定表面に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの少なくとも中央に重なる領域に配置された伝熱部材であって、前記特定エンド部材の熱伝導率より高い熱伝導率を有する伝熱部材、を備える構成としてもよい。本構成が採用された電気化学反応セルスタックでは、第1の方向視において、特定エンド部材の特定表面における、電気化学反応セルスタックの少なくとも中央に重なる領域に伝熱部材が配置されている。また、当該伝熱部材の熱伝導率は、特定エンド部材の熱伝導率より高い。このため、第1の方向視において、比較的高温になりやすい電気化学反応セルスタックの中央の発熱を、特定エンド部材を介して伝熱部材へと熱伝導させ、さらには、当該熱を伝熱部材の内部に拡散させることができる。従って、本電気化学反応セルスタックによれば、電気化学反応単セルの面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制し、ひいては、電気化学反応単セルの劣化や、電気化学反応単セルの発電効率の低下をより効果的に抑制することができる。 (9) A heat transfer member arranged on the specific surface of the electrochemical reaction cell stack and arranged in a region overlapping at least in the center of the electrochemical reaction cell stack in the first directional view. , A heat transfer member having a thermal conductivity higher than that of the specific end member may be provided. In the electrochemical reaction cell stack in which this configuration is adopted, the heat transfer member is arranged in a region overlapping at least in the center of the electrochemical reaction cell stack on the specific surface of the specific end member in the first directional view. Further, the thermal conductivity of the heat transfer member is higher than the thermal conductivity of the specific end member. Therefore, in the first direction view, the heat generated in the center of the electrochemical reaction cell stack, which tends to be relatively hot, is conducted to the heat transfer member via the specific end member, and the heat is further transferred. It can be diffused inside the member. Therefore, according to the present electrochemical reaction cell stack, the variation in the temperature distribution in the plane of the electrochemical reaction single cell can be suppressed more effectively, and as a result, the deterioration of the electrochemical reaction single cell and the deterioration of the electrochemical reaction single cell can be achieved. The decrease in power generation efficiency can be suppressed more effectively.

第1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A perspective view showing an external configuration of the fuel cell stack 100 according to the first embodiment. 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Explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of II-II of FIG. 図1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Explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. 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Explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 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Explanatory drawing which shows the YZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図2のVI-VIの位置における断熱部材60のXY断面構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the XY cross-sectional structure of the heat insulating member 60 at the position of VI-VI of FIG. 第2実施形態における燃料電池スタック100AのXZ断面構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100A in 2nd Embodiment 第2実施形態における断熱部材60AのXY断面構成を示す説明図Explanatory drawing which shows XY cross-sectional structure of the heat insulating member 60A in 2nd Embodiment 第3実施形態における燃料電池スタック100BのXZ断面構成を示す説明図Explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100B in 3rd Embodiment 第3実施形態における断熱部材60BのXY断面構成を示す説明図Explanatory drawing which shows XY cross-sectional structure of the heat insulating member 60B in 3rd Embodiment 第1変形例における断熱部材60CのXY断面構成を示す説明図Explanatory drawing which shows XY cross-sectional structure of the heat insulating member 60C in the 1st modification. 第2変形例における断熱部材60DのXY断面構成を示す説明図Explanatory drawing which shows XY cross-sectional structure of the heat insulating member 60D in the 2nd modification

A.第1実施形態:
A-1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、第1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6)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6)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4以降についても同様である。また、本明細書では、Z軸方向に直交する方向を、面方向と呼ぶものとする。
A. First Embodiment:
A-1. Constitution:
(Structure of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the fuel cell stack 100 according to the first embodiment, and FIG. 2 is an XZ cross section of the fuel cell stack 100 at the position II-II in FIG. 1 (and FIG. 6 described later). It is explanatory drawing which shows the structure, and FIG. 3 is an explanatory view which shows the XZ cross section structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. 1 (and FIG. 6 which will be described later). Each figure shows XYZ axes that are orthogonal to each other to identify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction, but the fuel cell stack 100 is actually in a direction different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIGS. 4 and later. Further, in the present specification, the direction orthogonal to the Z-axis direction is referred to as a plane direction.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)燃料電池発電単位(以下、単に「発電単位」という)102と、一対のターミナルプレート410,420と、一対の絶縁シート510,520と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のターミナルプレート410,420は、複数の発電単位102から構成される集合体(以下、「発電ブロック103」という)を上下から挟むように配置されている。一対の絶縁シート510,520は一対のターミナルプレート410,420を上下から挟むように配置されている。また、一対のエンドプレート104,106は、一対の絶縁シート510,520を上下から挟むように配置されている。また、燃料電池スタック100は、更に、上側のエンドプレート104の上方向側に、断熱部材60と、伝熱部材63とを備えている。断熱部材60および伝熱部材63については、後で詳述する。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。上側のエンドプレート104は、特許請求の範囲における特定エンド部材に相当し、断熱部材60は、特許請求の範囲における第1の断熱部材に相当する。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of (seven in this embodiment) fuel cell power generation unit (hereinafter, simply referred to as “power generation unit”) 102, a pair of terminal plates 410, 420, and a pair of insulating sheets 510, 520. , A pair of end plates 104, 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in this embodiment). The pair of terminal plates 410 and 420 are arranged so as to sandwich an aggregate (hereinafter referred to as "power generation block 103") composed of a plurality of power generation units 102 from above and below. The pair of insulating sheets 510 and 520 are arranged so as to sandwich the pair of terminal plates 410 and 420 from above and below. Further, the pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich the pair of insulating sheets 510 and 520 from above and below. Further, the fuel cell stack 100 further includes a heat insulating member 60 and a heat transfer member 63 on the upper side of the upper end plate 104 in the upward direction. The heat insulating member 60 and the heat transfer member 63 will be described in detail later. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims. The upper end plate 104 corresponds to the specific end member in the claims, and the heat insulating member 60 corresponds to the first heat insulating member in the claims.

図1に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(上側のエンドプレート104、各発電単位102、各ターミナルプレート410,420、各絶縁シート510,520および伝熱部材63)のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺には、各層を上下方向に貫通し、かつ、Z軸方向視において略円形の孔が形成されている。さらに燃料電池スタック100を構成する下側のエンドプレート106のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺の上面には、後述するボルト22の下側端部が螺合される孔(ねじ孔)が形成されている。各発電単位102と各ターミナルプレート410,420と各絶縁シート510,520と各エンドプレート104,106と伝熱部材63とに形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上側のエンドプレート104から下側のエンドプレート106にわたって上下方向に延びるボルト孔109を構成している。以下の説明では、ボルト孔109を構成するために各層に形成された孔も、ボルト孔109ということがある。 As shown in FIG. 1, the Z-axis direction of each layer (upper end plate 104, each power generation unit 102, each terminal plate 410, 420, each insulating sheet 510, 520, and heat transfer member 63) constituting the fuel cell stack 100. Around the four corners of the outer circumference, holes that penetrate each layer in the vertical direction and are substantially circular in the Z-axis direction are formed. Further, a hole (screw hole) into which the lower end portion of the bolt 22, which will be described later, is screwed into the upper surface around the four corners of the outer periphery of the lower end plate 106 constituting the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction. ) Is formed. The holes formed in each power generation unit 102, each terminal plate 410, 420, each insulating sheet 510, 520, each end plate 104, 106, and the heat transfer member 63 communicate with each other in the vertical direction, and the upper end It constitutes a bolt hole 109 extending vertically from the plate 104 to the lower end plate 106. In the following description, the holes formed in each layer for forming the bolt holes 109 may also be referred to as bolt holes 109.

各ボルト22は、上下方向に延びる各ボルト孔109に挿通されている。各ボルト22の下側端部には、各ボルト22が、下側のエンドプレート106に係合可能なように、下側のエンドプレート106のZ軸方向回りの外周の4つの角部周辺の上面に形成された上記孔(ねじ孔)に螺合可能なねじ部が形成されている。このように、本実施形態の燃料電池スタック100では、各ボルト22の頭部24と下側のエンドプレート106とによって、各発電単位102および各エンドプレート104,106が一体に締結されている。ここで、「各ボルト22が、下側のエンドプレート106に係合」しているとは、各ボルト22が直接的にまたは他の部材(例えば、ナット)を介して下側のエンドプレート106に取り付けられていることを意味する。 Each bolt 22 is inserted into each bolt hole 109 extending in the vertical direction. At the lower end of each bolt 22, around the four corners of the outer perimeter of the lower end plate 106 around the Z axis so that each bolt 22 can engage the lower end plate 106. A screw portion that can be screwed is formed in the hole (screw hole) formed on the upper surface. As described above, in the fuel cell stack 100 of the present embodiment, each power generation unit 102 and each end plate 104, 106 are integrally fastened by the head 24 of each bolt 22 and the lower end plate 106. Here, "each bolt 22 is engaged with the lower end plate 106" means that each bolt 22 is directly or via another member (eg, a nut) the lower end plate 106. It means that it is attached to.

また、図1から図3に示すように、燃料電池スタック100を構成する各層(各発電単位102、下側のターミナルプレート420および下側の絶縁シート520)のZ軸方向回りの外周辺の付近には、各発電単位102と、下側のターミナルプレート420とを上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位102に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位102にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために各層に形成された孔も、連通孔108ということがある。 Further, as shown in FIGS. 1 to 3, the vicinity of the outer periphery around the Z-axis direction of each layer (each power generation unit 102, lower terminal plate 420, and lower insulating sheet 520) constituting the fuel cell stack 100. Is formed with holes that penetrate each power generation unit 102 and the lower terminal plate 420 in the vertical direction, and a plurality of holes formed in each power generation unit 102 and corresponding to each other communicate with each other in the vertical direction. It constitutes a communication hole 108 extending in the vertical direction over the power generation unit 102 of the above. In the following description, the holes formed in each layer to form the communication holes 108 may also be referred to as communication holes 108.

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の付近に位置する連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。酸化剤ガスOGとしては、例えば空気が使用される。空気室166は、特許請求の範囲におけるガス室に相当する。酸化剤ガス導入マニホールド161および酸化剤ガス排出マニホールド162は、それぞれ、特許請求の範囲におけるマニホールドに相当する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell stack 100 is located near one side (the side on the positive side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction. The communication hole 108 is an oxidant gas introduction manifold 161 which is a gas flow path in which an oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and the oxidant gas OG is supplied to an air chamber 166 described later in each power generation unit 102. The communication hole 108 located near the opposite side of the side (the side on the negative side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis) is from the air chamber 166 of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162, which is a gas flow path for discharging the oxidant off gas OOG, which is the discharged gas, to the outside of the fuel cell stack 100. As the oxidant gas OG, for example, air is used. The air chamber 166 corresponds to the gas chamber in the claims. The oxidant gas introduction manifold 161 and the oxidizer gas discharge manifold 162 each correspond to a manifold within the scope of the claims.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ軸方向回りの外周を構成する辺の内、上述した酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド171として機能し、上述した酸化剤ガス導入マニホールド161として機能する連通孔108に最も近い辺の付近に位置する他の連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。燃料ガスFGとしては、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。燃料室176は、特許請求の範囲におけるガス室に相当する。燃料ガス導入マニホールド171および燃料ガス排出マニホールド172は、それぞれ、特許請求の範囲におけるマニホールドに相当する。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, among the sides constituting the outer periphery of the fuel cell stack 100 around the Z-axis direction, the vicinity of the side closest to the communication hole 108 functioning as the above-mentioned oxidant gas discharge manifold 162. In the other communication hole 108 located in, the fuel gas FG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100, and the fuel gas FG is introduced into the fuel gas flow path which is a gas flow path for supplying the fuel gas FG to the fuel chamber 176 described later in each power generation unit 102. The other communication holes 108 located near the side closest to the communication holes 108, which function as the manifold 171 and function as the oxidant gas introduction manifold 161 described above, are the gas discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102. It functions as a fuel gas discharge manifold 172, which is a gas flow path for discharging a certain fuel off-gas FOG to the outside of the fuel cell stack 100. As the fuel gas FG, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming a city gas is used. The fuel chamber 176 corresponds to the gas chamber in the claims. The fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172 each correspond to a manifold within the scope of the claims.

(ターミナルプレート410,420、絶縁シート510,520およびエンドプレート104,106の構成)
一対のターミナルプレート410,420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。各ターミナルプレート410,420のZ軸方向における厚み(板厚)は、0.2mm以上、3mm以下である。上側のターミナルプレート410は、複数の発電単位102から構成される発電ブロック103の上方向側に配置されており、下側のターミナルプレート420は、発電ブロック103の下方向側に配置されている。すなわち、上側のターミナルプレート410は、複数の単セル110の内、Z軸方向において、最も上方向側に位置する単セル110を備える発電単位102の上方向側に配置されている。また、下側のターミナルプレート420は、複数の単セル110の内、Z軸方向において、最も下方向側に位置する単セル110を備える発電単位102の下方向側に配置されている。図1に示すように、上側のターミナルプレート410には、4つのボルト孔109が形成されている。また、下側のターミナルプレート420には、4つの連通孔108と、4つのボルト孔109とが形成されている(図2および図3参照)。上側のターミナルプレート410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、下側のターミナルプレート420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。
(Structure of terminal plates 410, 420, insulating sheets 510, 520 and end plates 104, 106)
The pair of terminal plates 410 and 420 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. The thickness (plate thickness) of each terminal plate 410, 420 in the Z-axis direction is 0.2 mm or more and 3 mm or less. The upper terminal plate 410 is arranged on the upper side of the power generation block 103 composed of a plurality of power generation units 102, and the lower terminal plate 420 is arranged on the lower side of the power generation block 103. That is, the upper terminal plate 410 is arranged on the upward side of the power generation unit 102 including the single cell 110 located on the uppermost side in the Z-axis direction among the plurality of single cells 110. Further, the lower terminal plate 420 is arranged on the lower side of the power generation unit 102 including the single cell 110 located on the lowermost side in the Z-axis direction among the plurality of single cells 110. As shown in FIG. 1, four bolt holes 109 are formed in the upper terminal plate 410. Further, the lower terminal plate 420 is formed with four communication holes 108 and four bolt holes 109 (see FIGS. 2 and 3). The upper terminal plate 410 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower terminal plate 420 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100.

一対の絶縁シート510,520は、略矩形のシート状の絶縁部材である。絶縁シート510,520は、例えばマイカ、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニア等により形成されている。各絶縁シート510,520のZ軸方向における厚み(シート厚)T1は、0.1mm以上、5mm以下であり、好ましくは、1mm以上、5mm以下である。上側の絶縁シート510は、上側のターミナルプレート410の上方向側に配置されており、下側の絶縁シート520は、下側のターミナルプレート420の下方向側に配置されている。上側のターミナルプレート410と同様に、上側の絶縁シート510には、4つのボルト孔109が形成されている。また、下側のターミナルプレート420と同様に、下側の絶縁シート520には、4つの連通孔108と、4つのボルト孔109とが形成されている。なお、本明細書において、「導電性部材」とは、電気抵抗率が100μΩ・m以下である部材を意味し、「絶縁部材」とは、電気抵抗率が10MΩ・m以上である部材を意味している。 The pair of insulating sheets 510 and 520 are substantially rectangular sheet-shaped insulating members. The insulating sheets 510 and 520 are made of, for example, mica, alumina, silicon nitride, zirconia, or the like. The thickness (sheet thickness) T1 of each of the insulating sheets 510 and 520 in the Z-axis direction is 0.1 mm or more and 5 mm or less, preferably 1 mm or more and 5 mm or less. The upper insulating sheet 510 is arranged on the upper side of the upper terminal plate 410, and the lower insulating sheet 520 is arranged on the lower side of the lower terminal plate 420. Similar to the upper terminal plate 410, the upper insulating sheet 510 is formed with four bolt holes 109. Further, similarly to the lower terminal plate 420, the lower insulating sheet 520 is formed with four communication holes 108 and four bolt holes 109. In the present specification, the "conductive member" means a member having an electrical resistivity of 100 μΩ · m or less, and the “insulating member” means a member having an electric resistivity of 10 MΩ · m or more. are doing.

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。一対のエンドプレート104,106の熱伝導率は、例えば、20W/m・K程度である。各エンドプレート104,106のZ軸方向における厚み(板厚)は、1mm以上、15mm以下である。上側のエンドプレート104は、上側の絶縁シート510の上方向側に配置されており、下側のエンドプレート106は、下側の絶縁シート520の下方向側に配置されている。換言すれば、一対のエンドプレート104,106は、発電ブロック103を挟んでZ軸方向に互いに対向し、かつ、Z軸方向視で、後述の空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140におけるフレーム部分に重なるように配置されている。一対のエンドプレート104,106によって、一対の絶縁シート510,520と、一対のターミナルプレート410,420と、複数の発電単位102とが押圧された状態で挟持されている。図1に示すように、上側のエンドプレート104には、4つのボルト孔109が形成されている。また、下側のエンドプレート106には、4つの流路用貫通孔107と、4つのボルト孔109とが形成されている(図2および図3参照)。4つの流路用貫通孔107は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。 The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. The thermal conductivity of the pair of end plates 104 and 106 is, for example, about 20 W / m · K. The thickness (plate thickness) of each of the end plates 104 and 106 in the Z-axis direction is 1 mm or more and 15 mm or less. The upper end plate 104 is arranged on the upper side of the upper insulating sheet 510, and the lower end plate 106 is arranged on the lower side of the lower insulating sheet 520. In other words, the pair of end plates 104 and 106 face each other in the Z-axis direction with the power generation block 103 interposed therebetween, and the frames in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 described later are viewed in the Z-axis direction. It is arranged so as to overlap the parts. A pair of insulating sheets 510, 520, a pair of terminal plates 410, 420, and a plurality of power generation units 102 are sandwiched by a pair of end plates 104, 106 in a pressed state. As shown in FIG. 1, four bolt holes 109 are formed in the upper end plate 104. Further, the lower end plate 106 is formed with four flow path through holes 107 and four bolt holes 109 (see FIGS. 2 and 3). The four flow path through holes 107 communicate with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172, respectively.

(ガス通路部材27等の構成)
図2および図3に示すように、燃料電池スタック100は、さらに、下側のエンドプレート106に対して複数の発電単位102とは反対側(すなわち、下側)に配置された4つのガス通路部材27を備える。4つのガス通路部材27は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172と上下方向に重なる位置に配置されている。各ガス通路部材27は、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107に連通する孔が形成された本体部28と、本体部28の側面から分岐した筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。なお、各ガス通路部材27の本体部28とエンドプレート106との間には、絶縁シート26が配置されている。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合材等により構成される。
(Structure of gas passage member 27, etc.)
As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 further has four gas passages located on the opposite side (ie, lower side) of the plurality of power generation units 102 with respect to the lower end plate 106. A member 27 is provided. The four gas passage members 27 are arranged at positions overlapping with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172, respectively. Each gas passage member 27 has a main body portion 28 in which a hole communicating with the flow path through hole 107 of the lower end plate 106 is formed, and a tubular branch portion 29 branched from the side surface of the main body portion 28. are doing. The hole of the branch portion 29 communicates with the hole of the main body portion 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. An insulating sheet 26 is arranged between the main body 28 of each gas passage member 27 and the end plate 106. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic dust sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite material, or the like.

(発電単位102の構成)
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XZ断面構成を示す説明図である。図4および図5に示すように、発電の最小単位である発電単位102は、燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という)110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電部材134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電部材144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ軸方向回りの外周には、上述した各マニホールド161,162,171,172として機能する各連通孔108を構成する孔と、各ボルト孔109を構成する孔とが形成されている。なお、発電単位102は単セル110を備えるため、上述した発電ブロック103は、単セル110が上下方向に複数並べて配置された構造体であるとも表現できる。空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140は、それぞれ、特許請求の範囲におけるガス流通部材に相当する。
(Structure of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of two power generation units 102. As shown in FIGS. 4 and 5, the power generation unit 102, which is the minimum unit of power generation, includes a fuel cell single cell (hereinafter, simply referred to as “single cell”) 110, a separator 120, an air electrode side frame 130, and air. It includes a pole-side current collecting member 134, a fuel pole-side frame 140, a fuel pole-side current collecting member 144, and a pair of interconnectors 150 constituting the uppermost layer and the lowest layer of the power generation unit 102. On the outer periphery of the separator 120, the air pole side frame 130, the fuel pole side frame 140, and the interconnector 150 around the Z-axis direction, holes forming each communication hole 108 that functions as each of the above-mentioned manifolds 161, 162, 171 and 172 are formed. And the holes constituting each bolt hole 109 are formed. Since the power generation unit 102 includes a single cell 110, the above-mentioned power generation block 103 can also be expressed as a structure in which a plurality of single cells 110 are arranged side by side in the vertical direction. The air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 correspond to gas flow members in the claims, respectively.

一対のインターコネクタ150は、Z軸方向視で単セル110より大きい略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。また、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。また、燃料電池スタック100は一対のターミナルプレート410,420を備えているため、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えておらず、最も下に位置する発電単位102は下側のインターコネクタ150を備えていない(図2および図3参照)。 The pair of interconnectors 150 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members larger than the single cell 110 in the Z-axis direction, and are formed of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical conduction between the power generation units 102 and prevents mixing of the reaction gas between the power generation units 102. Further, in the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in one power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102. Further, since the fuel cell stack 100 includes a pair of terminal plates 410 and 420, the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150 and is located at the bottom. The power generation unit 102 does not include the lower interconnector 150 (see FIGS. 2 and 3).

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。空気極114および燃料極116は、それぞれ、特許請求の範囲における特定電極に相当する。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 facing each other in the vertical direction (arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel pole support type single cell in which the electrolyte layer 112 and the air pole 114 are supported by the fuel pole 116. The air electrode 114 and the fuel electrode 116 each correspond to specific electrodes within the scope of the claims.

電解質層112は、Z軸方向視で略矩形の平板形状部材であり、緻密な層である。電解質層112は、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、Z軸方向視で電解質層112より小さい略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。空気極114は、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄酸化物))により形成されている。燃料極116は、Z軸方向視で電解質層112と略同一の大きさの略矩形の平板形状部材であり、多孔質な層である。燃料極116は、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。 The electrolyte layer 112 is a flat plate-shaped member having a substantially rectangular shape in the Z-axis direction, and is a dense layer. The electrolyte layer 112 is formed of, for example, a solid oxide such as YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadolinium-doped ceria), and perovskite-type oxide. There is. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member smaller than the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The air electrode 114 is formed of, for example, a perovskite-type oxide (for example, LSCF (lanternstrontium cobalt iron oxide), LSM (lanternstrontium manganese oxide), LNF (lanthanum nickel iron oxide)). The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member having substantially the same size as the electrolyte layer 112 in the Z-axis direction, and is a porous layer. The fuel electrode 116 is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet composed of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. As described above, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) using a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、ステンレス等の金属材料により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、電解質層112(単セル110)と接合されている。セパレータ120により、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とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、単セル110とセパレータ120との接合箇所付近に、空気室166と燃料室176との間をシールするシール部材(例えば、ガラスシール部材)がさらに設けられてもよい。 The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is made of a metal material such as stainless steel, for example. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral edge of the surface of the electrolyte layer 112 on the side of the air electrode 114. The separator 120 is bonded to the electrolyte layer 112 (single cell 110) by a bonding portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag wax) arranged at the facing portions thereof. The separator 120 partitions the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and a gas leak from one electrode side to the other electrode side at the peripheral edge of the single cell 110. It is suppressed. A seal member (for example, a glass seal member) that seals between the air chamber 166 and the fuel chamber 176 may be further provided near the joint between the single cell 110 and the separator 120.

空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の空気室用孔131が形成されたフレーム部分を有する部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。フレーム部分は、Z軸方向視で、電解質層112と、空気極114と、燃料極116とが互いに重なる領域を取り囲む部分であり、上述の各マニホールド161,162,171,172として機能する各連通孔108を構成する孔(マニホールド用孔)は、フレーム部分に形成されている。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。空気極側フレーム130に形成された空気室用孔131によって、空気極114に面する空気室166が構成される。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通流路132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通流路133とが形成されている。 The air pole side frame 130 is a member having a frame portion in which a substantially rectangular air chamber hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, an insulator such as mica. The frame portion is a portion surrounding the region where the electrolyte layer 112, the air pole 114, and the fuel pole 116 overlap each other in the Z-axis direction, and each communication function as each of the above-mentioned manifolds 161, 162, 171 and 172. The holes (manifold holes) constituting the holes 108 are formed in the frame portion. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. .. The air chamber hole 131 formed in the air electrode side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the air electrode 114. Further, the air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. Further, in the air electrode side frame 130, the oxidant gas supply communication flow path 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and the oxidant that communicates the air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. A gas discharge communication flow path 133 is formed.

燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の燃料室用孔141が形成されたフレーム部分を有する部材であり、例えば、金属により形成されている。フレーム部分は、空気極側フレーム130におけるフレーム部分と同様に、Z軸方向視で、上記領域を取り囲む部分である。また、燃料極側フレーム140においても、上述の各連通孔108を構成する孔(マニホールド用孔)は、フレーム部分に形成されている。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。燃料極側フレーム140に形成された燃料室用孔141によって、燃料極116に面する燃料室176が構成される。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通流路142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通流路143とが形成されている。 The fuel pole side frame 140 is a member having a frame portion in which a substantially rectangular fuel chamber hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. The frame portion is a portion surrounding the region in the Z-axis direction, similarly to the frame portion in the air electrode side frame 130. Further, also in the fuel electrode side frame 140, the holes (manifold holes) constituting the above-mentioned communication holes 108 are formed in the frame portion. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. A fuel chamber hole 141 formed in the fuel pole side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the fuel pole 116. Further, in the fuel electrode side frame 140, a fuel gas supply communication flow path 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication flow that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. A road 143 is formed.

燃料極側集電部材144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電部材144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部(図示せず)とを備えており、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ている。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。燃料極側集電部材144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサ149が配置されている。そのため、燃料極側集電部材144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電部材144を介した燃料極116とインターコネクタ150との電気的接続が良好に維持される。 The fuel electrode side current collector 144 is arranged in the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collecting member 144 includes an interconnector facing portion 146, an electrode facing portion 145, and a connecting portion (not shown) connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146, for example. It is made of nickel, nickel alloy, stainless steel, etc. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel electrode 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is on the surface of the interconnector 150 on the side facing the fuel pole 116. Are in contact. Since the current collector member 144 on the fuel electrode side has such a configuration, the fuel electrode 116 and the interconnector 150 are electrically connected to each other. A spacer 149 formed of, for example, a mica is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel electrode side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the electrical connection between the fuel electrode 116 and the interconnector 150 via the fuel electrode side current collector 144 is established. Well maintained.

空気極側集電部材134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電部材134は、複数の略四角柱状の集電部材要素135から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電部材134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック100において最も上に位置する発電単位102は上側のインターコネクタ150を備えていないため、当該発電単位102における空気極側集電部材134は、上側のターミナルプレート410に接触している。空気極側集電部材134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電部材134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向(Z軸方向)に直交する平板形の部分がインターコネクタ150として機能し、該平板形の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電部材要素135が空気極側集電部材134として機能する。また、空気極側集電部材134とインターコネクタ150との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極114と空気極側集電部材134との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。なお、各発電単位102において、空気極側集電部材134と上側のインターコネクタ150とが別の部材であるとしてもよい。 The air pole side current collecting member 134 is arranged in the air chamber 166. The air electrode side current collecting member 134 is composed of a plurality of substantially square columnar current collecting member elements 135, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The air pole side current collecting member 134 is in contact with the surface of the air pole 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side facing the air pole 114. However, as described above, since the power generation unit 102 located at the top of the fuel cell stack 100 does not have the upper interconnector 150, the air electrode side current collector 134 in the power generation unit 102 is the upper terminal plate. It is in contact with 410. Since the current collector member 134 on the air electrode side has such a configuration, the air electrode 114 and the interconnector 150 are electrically connected to each other. In this embodiment, the air electrode side current collecting member 134 and the interconnector 150 are formed as an integral member. That is, the flat plate-shaped portion orthogonal to the vertical direction (Z-axis direction) in the integrated member functions as the interconnector 150, and is formed so as to project from the flat plate-shaped portion toward the air electrode 114. The current collector element 135, which is a plurality of convex portions, functions as the air pole side current collector member 134. Further, the integrated member of the air electrode side current collecting member 134 and the interconnector 150 may be covered with a conductive coat, and both are placed between the air electrode 114 and the air electrode side current collecting member 134. A conductive bonding layer to be bonded may be interposed. In each power generation unit 102, the air electrode side current collecting member 134 and the upper interconnector 150 may be different members.

A-2.燃料電池スタック100の動作:
図2に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド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、本体部28、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、下側の絶縁シート520の連通孔108および下側のターミナルプレート420の連通孔108を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド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に示すように、燃料ガス導入マニホールド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、本体部28、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、下側の絶縁シート520の連通孔108および下側のターミナルプレート420の連通孔108を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド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。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIG. 2, when the oxidant gas OG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. , Oxidizing agent gas OG includes a branch portion 29 of the gas passage member 27, a main body portion 28, a through hole 107 for a flow path of the lower end plate 106, a communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, and a lower terminal plate. It is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 through the communication hole 108 of 420, and is supplied from the oxidant gas introduction manifold 161 to the air chamber 166 via the oxidizer gas supply communication flow path 132 of each power generation unit 102. Further, as shown in FIG. 3, when the fuel gas FG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. , The fuel gas FG includes a branch portion 29 of the gas passage member 27, a main body portion 28, a flow passage through hole 107 of the lower end plate 106, a communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, and a lower terminal plate 420. It is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the communication hole 108 of the above, and is supplied from the fuel gas introduction manifold 171 to the fuel chamber 176 via the fuel gas supply communication flow path 142 of each power generation unit 102.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGに含まれる酸素と燃料ガスFGに含まれる水素との電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電部材134を介して一方のインターコネクタ150(または上側のターミナルプレート410)に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電部材144を介して他方のインターコネクタ150(または下側のターミナルプレート420)に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するターミナルプレート410,420から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, oxygen contained in the oxidant gas OG and hydrogen contained in the fuel gas FG in the single cell 110 are supplied. Power is generated by an electrochemical reaction with. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air pole 114 of the single cell 110 is electrically connected to one of the interconnectors 150 (or the upper terminal plate 410) via the air pole side current collector 134, and the fuel pole 116 is the fuel pole. It is electrically connected to the other interconnector 150 (or the lower terminal plate 420) via the side current collector 144. Further, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electric energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the terminal plates 410 and 420 that function as the output terminals of the fuel cell stack 100. Since the SOFC generates electricity at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is a heater (for example, until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation after the start-up. It may be heated by (not shown).

図2に示すように、各発電単位102の酸化剤ガス排出連通流路133を介して空気室166から酸化剤ガス排出マニホールド162に排出された酸化剤オフガスOOGは、下側のターミナルプレート420の連通孔108、下側の絶縁シート520の連通孔108、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、図3に示すように、各発電単位102の燃料ガス排出連通流路143を介して燃料室176から燃料ガス排出マニホールド172に排出された燃料オフガスFOGは、下側のターミナルプレート420の連通孔108、下側の絶縁シート520の連通孔108、下側のエンドプレート106の流路用貫通孔107、燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIG. 2, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 to the oxidant gas discharge manifold 162 via the oxidant gas discharge communication flow path 133 of each power generation unit 102 is the lower terminal plate 420. The communication hole 108, the communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106, the main body 28 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas discharge manifold 162, and It is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via the branch portion 29 and a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29. Further, as shown in FIG. 3, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 to the fuel gas discharge manifold 172 via the fuel gas discharge communication flow path 143 of each power generation unit 102 communicates with the lower terminal plate 420. The main body 28 and the branch portion of the gas passage member 27 provided at the positions of the hole 108, the communication hole 108 of the lower insulating sheet 520, the through hole 107 for the flow path of the lower end plate 106, and the fuel gas discharge manifold 172. After passing through 29, the fuel is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29.

なお、本実施形態の燃料電池スタック100を構成する各発電単位102では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向とが、略反対方向(互いに対向する方向)となっている。すなわち、本実施形態の発電単位102(燃料電池スタック100)は、カウンターフロータイプのSOFCである。 In each power generation unit 102 constituting the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 are substantially opposite directions ( (Directions facing each other). That is, the power generation unit 102 (fuel cell stack 100) of the present embodiment is a counterflow type SOFC.

A-3.断熱部材60および伝熱部材63の詳細構成:
次に、断熱部材60および伝熱部材63の詳細構成について説明する。図6は、断熱部材60の詳細構成を示すXY断面図である。図6には、図2のVI-VIの位置における燃料電池スタック100のXY断面構成が示されている。なお、図6には、説明の便宜上、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140に形成された各連通孔108(酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172)およびガス室用孔(空気室用孔131および燃料室用孔141)を点線により図示している。実際の構成では、断熱部材60および伝熱部材63には、上記各連通孔108は形成されていない。
A-3. Detailed configuration of the heat insulating member 60 and the heat transfer member 63:
Next, the detailed configuration of the heat insulating member 60 and the heat transfer member 63 will be described. FIG. 6 is an XY cross-sectional view showing a detailed configuration of the heat insulating member 60. FIG. 6 shows the XY cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the VI-VI position of FIG. Note that, for convenience of explanation, FIG. 6 shows communication holes 108 (oxidizing agent gas introduction manifold 161, oxidant gas discharge manifold 162, fuel gas introduction manifold 171) formed in the air electrode side frame 130 and the fuel electrode side frame 140. , Fuel gas discharge manifold 172) and gas chamber holes (air chamber hole 131 and fuel chamber hole 141) are shown by dotted lines. In the actual configuration, the communication holes 108 are not formed in the heat insulating member 60 and the heat transfer member 63.

伝熱部材63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。伝熱部材63の熱伝導率は、上側のエンドプレート104の熱伝導率より高く、例えば、25W/m・K程度以上である。伝熱部材63のZ軸方向における厚み(板厚)は、1mm以上、25mm以下である。伝熱部材63は、Z軸方向における、上側のエンドプレート104における発電ブロック103とは反対側の表面(以下、「表面S104」という)に接触して配置されている。より具体的には、伝熱部材63は、Z軸方向視において、内側部分IPと外側部分OPとに重なるように配置されている。ここで、内側部分IPは、燃料電池スタック100の中心POを含む部分であり、外側部分OPは、内側部分IPの外側に位置する部分である。本実施形態において、外側部分OPの内縁は、Z軸方向視において、セパレータ120の孔121の内縁に重なっており、外側部分OPは、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140における各フレーム部分を包含している。なお、上側のエンドプレート104の表面S104は、特許請求の範囲における特定表面に相当する。上側のエンドプレート104の表面S104における内側部分IPと重なる領域は、特許請求の範囲における「電気化学反応セルスタックの少なくとも中央に重なる領域」に相当する。 The heat transfer member 63 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is made of, for example, stainless steel. The thermal conductivity of the heat transfer member 63 is higher than the thermal conductivity of the upper end plate 104, for example, about 25 W / m · K or more. The thickness (plate thickness) of the heat transfer member 63 in the Z-axis direction is 1 mm or more and 25 mm or less. The heat transfer member 63 is arranged in contact with the surface of the upper end plate 104 on the opposite side of the power generation block 103 (hereinafter referred to as “surface S104”) in the Z-axis direction. More specifically, the heat transfer member 63 is arranged so as to overlap the inner portion IP and the outer portion OP in the Z-axis direction view. Here, the inner portion IP is a portion including the central PO of the fuel cell stack 100, and the outer portion OP is a portion located outside the inner portion IP. In the present embodiment, the inner edge of the outer portion OP overlaps the inner edge of the hole 121 of the separator 120 in the Z-axis direction, and the outer portion OP is each frame portion in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140. Includes. The surface S104 of the upper end plate 104 corresponds to a specific surface within the scope of the claims. The region of the upper end plate 104 that overlaps the inner portion IP of the surface S104 corresponds to the "region that overlaps at least the center of the electrochemical reaction cell stack" in the claims.

断熱部材60は、内側部分IPにおいて上下方向に貫通する略矩形(本実施形態では、Z軸方向視において略正方形)の孔61と、Z軸方向回りの外周の4つの角部周辺に位置し、かつ、Z軸方向視において略円形の貫通孔が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、シリカ系材料により形成されている。当該4つの貫通孔の内縁は、Z軸方向視において、それぞれ、ボルト22の頭部24の外縁を取り囲んでいる。断熱部材60のZ軸方向における厚みH(板厚)は、例えば、3mm以上、25mm以下である(図2および図3参照)。断熱部材60の熱伝導率は、例えば、600℃時に0.01W/m・K以上、0.6W/m・K以下である。断熱部材60の密度は、例えば、0.15g/cm以上、2.5g/cm以下である。断熱部材60は、Z軸方向における、伝熱部材63における発電ブロック103とは反対側の表面(以下、「表面S63」という)に接触して配置されている。換言すれば、断熱部材60は、Z軸方向における、上側のエンドプレート104における表面S104側に配置されている。また、断熱部材60は、Z軸方向視において、外側部分OPに重なるように配置されている。より具体的には、本実施形態において、断熱部材60は、Z軸方向視において、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140における各フレーム部分と重なるように配置されている。また、断熱部材60と隣り合う内側部分IPは空洞となっている。より具体的には、本実施形態において、断熱部材60は、Z軸方向視において、単セル110が位置する部分のうち、電解質112と空気極114と燃料極116とが重なる部分と重なる内側部分IPを取り囲むように配置されている。このため、伝熱部材63の表面S63における内側部分IPに重なる領域は、燃料電池スタック100の外部に露出している。なお、断熱部材60は、接着剤等により伝熱部材63に接合されている。 The heat insulating member 60 is located around a substantially rectangular hole 61 (in this embodiment, a substantially square in the Z-axis direction) penetrating in the vertical direction in the inner portion IP and around four corners of the outer circumference around the Z-axis direction. Moreover, it is a frame-shaped member having a substantially circular through hole formed in the Z-axis direction, and is formed of, for example, a silica-based material. The inner edges of the four through holes each surround the outer edge of the head 24 of the bolt 22 in the Z-axis direction. The thickness H (plate thickness) of the heat insulating member 60 in the Z-axis direction is, for example, 3 mm or more and 25 mm or less (see FIGS. 2 and 3). The thermal conductivity of the heat insulating member 60 is, for example, 0.01 W / m · K or more and 0.6 W / m · K or less at 600 ° C. The density of the heat insulating member 60 is, for example, 0.15 g / cm 3 or more and 2.5 g / cm 3 or less. The heat insulating member 60 is arranged in contact with the surface of the heat transfer member 63 opposite to the power generation block 103 (hereinafter referred to as “surface S63”) in the Z-axis direction. In other words, the heat insulating member 60 is arranged on the surface S104 side of the upper end plate 104 in the Z-axis direction. Further, the heat insulating member 60 is arranged so as to overlap the outer portion OP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present embodiment, the heat insulating member 60 is arranged so as to overlap each frame portion in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 in the Z-axis direction view. Further, the inner portion IP adjacent to the heat insulating member 60 is hollow. More specifically, in the present embodiment, the heat insulating member 60 is an inner portion where the electrolyte 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap with each other in the portion where the single cell 110 is located in the Z-axis direction. It is arranged so as to surround the IP. Therefore, the region of the surface S63 of the heat transfer member 63 that overlaps the inner portion IP is exposed to the outside of the fuel cell stack 100. The heat insulating member 60 is joined to the heat transfer member 63 with an adhesive or the like.

A-4.本実施形態の効果:
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、発電ブロック103と、一対のエンドプレート104,106とを備えている。また、上側のエンドプレート104の表面S104側に断熱部材60を更に備えている。断熱部材60は、Z軸方向視において、燃料電池スタック100における外側部分OPに位置しており、断熱部材60と隣り合う内側部分IPは空洞である。換言すれば、断熱部材60の断熱性能は、空洞である内側部分IPの断熱性能と比較して高い。このため、Z軸方向視において、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100におけるマニホールド161,162,171,172に近い部分(断熱部材60に重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい燃料電池スタック100の中央部分(内側部分IPに重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキを抑制し、ひいては、単セル110の劣化や、単セル110の発電効率の低下を抑制することができる。
A-4. Effect of this embodiment:
As described above, the fuel cell stack 100 of the present embodiment includes a power generation block 103 and a pair of end plates 104 and 106. Further, a heat insulating member 60 is further provided on the surface S104 side of the upper end plate 104. The heat insulating member 60 is located at the outer portion OP of the fuel cell stack 100 in the Z-axis direction, and the inner portion IP adjacent to the heat insulating member 60 is hollow. In other words, the heat insulating performance of the heat insulating member 60 is higher than the heat insulating performance of the hollow inner portion IP. Therefore, when viewed in the Z-axis direction, the fuel cell stack 100 tends to have a relatively low temperature, and the heat is suppressed from the portion close to the manifolds 161, 162, 171 and 172 (the portion overlapping the heat insulating member 60), and the temperature is relatively high. It is possible to easily dissipate heat from the central portion (the portion overlapping the inner portion IP) of the fuel cell stack 100, which tends to become the fuel cell stack 100. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110, and eventually to suppress the deterioration of the single cell 110 and the deterioration of the power generation efficiency of the single cell 110. Can be done.

本実施形態の燃料電池スタック100では、断熱部材60は、Z軸方向視において、内側部分IPを取り囲むように配置されている。このため、Z軸方向視において、比較的高温になりやすい燃料電池スタック100の中央部分(内側部分IPに重なる部分)からの放熱を容易にしつつ、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100におけるマニホールド161,162,171,172に近い部分(断熱部材60に重なる部分)からの放熱をより効果的に抑制させることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, the heat insulating member 60 is arranged so as to surround the inner portion IP in the Z-axis direction view. Therefore, in the Z-axis direction view, the manifold in the fuel cell stack 100, which tends to have a relatively low temperature, while facilitating heat dissipation from the central portion (the portion overlapping the inner portion IP) of the fuel cell stack 100, which tends to have a relatively high temperature. It is possible to more effectively suppress heat dissipation from a portion close to 161, 162, 171 and 172 (a portion overlapping the heat insulating member 60). Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to more effectively suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110.

本実施形態の燃料電池スタック100では、断熱部材60の一部は、Z軸方向視において、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140のフレーム部分と重なっている。このため、Z軸方向視において、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100におけるフレーム部分に重なる部分からの放熱をより効果的に抑制させることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。 In the fuel cell stack 100 of the present embodiment, a part of the heat insulating member 60 overlaps the frame portions of the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 in the Z-axis direction view. Therefore, in the Z-axis direction view, it is possible to more effectively suppress heat dissipation from the portion of the fuel cell stack 100 that tends to have a relatively low temperature and that overlaps with the frame portion. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to more effectively suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110.

本実施形態の燃料電池スタック100は、Z軸方向視において、上側のエンドプレート104の表面S104における内側部分IPに配置された伝熱部材63を備えている。また、伝熱部材63の熱伝導率は、上側のエンドプレート104の熱伝導率より高い。このため、Z軸方向視において、比較的高温になりやすい燃料電池スタック100の中央の発熱を、上側のエンドプレート104を介して伝熱部材63へと熱伝導させ、さらには、当該熱を伝熱部材63の内部に拡散させることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。 The fuel cell stack 100 of the present embodiment includes a heat transfer member 63 arranged on the inner portion IP on the surface S104 of the upper end plate 104 in the Z-axis direction. Further, the thermal conductivity of the heat transfer member 63 is higher than the thermal conductivity of the upper end plate 104. Therefore, the heat generated in the center of the fuel cell stack 100, which tends to be relatively hot in the Z-axis direction, is conducted to the heat transfer member 63 via the upper end plate 104, and further, the heat is transferred. It can be diffused inside the heat member 63. Therefore, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, it is possible to more effectively suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110.

B.第2実施形態:
図7は、第2実施形態における燃料電池スタック100AのXZ断面構成を示す説明図であり、図8は、第2実施形態における断熱部材60Aの詳細構成を示すXY断面図である。図8には、図7のVIII-VIIIの位置における燃料電池スタック100AのXY断面構成が示されている。なお、図8には、図6と同様に、説明の便宜上、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140に形成された各連通孔108およびガス室用孔(空気室用孔131および燃料室用孔141)を点線により図示しているが、実際の構成では、断熱部材60Aおよび伝熱部材63には、上記各連通孔108は形成されていない。
B. Second embodiment:
FIG. 7 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100A in the second embodiment, and FIG. 8 is an XY cross-sectional view showing a detailed configuration of the heat insulating member 60A in the second embodiment. FIG. 8 shows the XY cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100A at the position VIII-VIII of FIG. Note that, as in FIG. 6, for convenience of explanation, each communication hole 108 and gas chamber hole (air chamber hole 131 and fuel chamber) formed in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 are shown in FIG. The holes 141) are shown by dotted lines, but in the actual configuration, the communication holes 108 are not formed in the heat insulating member 60A and the heat transfer member 63.

図7に示すように、第2実施形態の燃料電池スタック100Aは、断熱部材60に代えて断熱部材60Aを備えている点で、上述した第1実施形態の燃料電池スタック100の構成と異なる。以下では、第2実施形態の燃料電池スタック100Aの構成のうち、上述した第1実施形態の燃料電池スタック100の構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。 As shown in FIG. 7, the fuel cell stack 100A of the second embodiment is different from the configuration of the fuel cell stack 100 of the first embodiment described above in that the heat insulating member 60A is provided in place of the heat insulating member 60. In the following, among the configurations of the fuel cell stack 100A of the second embodiment, the same configurations as the configurations of the fuel cell stack 100 of the first embodiment described above will be appropriately omitted by adding the same reference numerals. ..

本実施形態の断熱部材60Aは、第1実施形態の断熱部材60と同様に、伝熱部材63の表面S63に接触して配置されている。本実施形態の断熱部材60Aは、外側断熱部材601Aと、内側断熱部材603Aとの別部材から構成されている。本実施形態において、外側断熱部材601Aは、第1実施形態の断熱部材60と同様の構成である。すなわち、外側断熱部材601Aは、略矩形(本実施形態では、Z軸方向視において略正方形)の孔61Aが形成されたフレーム状の部材であり、例えば、シリカ系材料により形成されている。外側断熱部材601Aの厚みH(板厚)は、例えば、5mm以上、25mm以下である(図7参照)。外側断熱部材601Aは、Z軸方向視において、外側部分OPに重なるように配置されている。より具体的には、本実施形態において、外側断熱部材601Aは、Z軸方向視において、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140における各フレーム部分と重なるように配置されている。なお、外側断熱部材601Aは、特許請求の範囲における第1の断熱部材に相当し、内側断熱部材603Aは、特許請求の範囲における第2の断熱部材に相当する。 The heat insulating member 60A of the present embodiment is arranged in contact with the surface S63 of the heat transfer member 63, similarly to the heat insulating member 60 of the first embodiment. The heat insulating member 60A of the present embodiment is composed of a separate member of the outer heat insulating member 601A and the inner heat insulating member 603A. In the present embodiment, the outer heat insulating member 601A has the same configuration as the heat insulating member 60 of the first embodiment. That is, the outer heat insulating member 601A is a frame-shaped member in which a hole 61A having a substantially rectangular shape (in this embodiment, a substantially square shape in the Z-axis direction) is formed, and is formed of, for example, a silica-based material. The thickness H (plate thickness) of the outer heat insulating member 601A is, for example, 5 mm or more and 25 mm or less (see FIG. 7). The outer heat insulating member 601A is arranged so as to overlap the outer portion OP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present embodiment, the outer heat insulating member 601A is arranged so as to overlap each frame portion in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 in the Z-axis direction view. The outer heat insulating member 601A corresponds to the first heat insulating member in the claims, and the inner heat insulating member 603A corresponds to the second heat insulating member in the claims.

内側断熱部材603Aは、略矩形(本実施形態では、Z軸方向視において略正方形)の平板形状の部材であり、例えば、シリカ系材料により形成されている。内側断熱部材603AのZ軸方向における厚みH3(板厚)は、例えば、1mm以上、20mm以下である(図7参照)。内側断熱部材603Aは、Z軸方向視において、内側部分IPに重なるように配置されている。より具体的には、本実施形態において、内側断熱部材603Aは、Z軸方向視において、単セル110が位置する部分のうち、電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なる部分と重なるように配置されている。本実施形態において、内側断熱部材603Aは、外縁603eが、外側断熱部材601Aの孔61Aを画定する外縁に接するよう構成されている。 The inner heat insulating member 603A is a flat plate-shaped member having a substantially rectangular shape (in this embodiment, a substantially square shape in the Z-axis direction), and is formed of, for example, a silica-based material. The thickness H3 (plate thickness) of the inner heat insulating member 603A in the Z-axis direction is, for example, 1 mm or more and 20 mm or less (see FIG. 7). The inner heat insulating member 603A is arranged so as to overlap the inner portion IP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present embodiment, the inner heat insulating member 603A overlaps the portion where the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap in the portion where the single cell 110 is located in the Z-axis direction. It is arranged like this. In the present embodiment, the inner heat insulating member 603A is configured such that the outer edge 603e is in contact with the outer edge defining the hole 61A of the outer heat insulating member 601A.

上述の通り、本実施形態の燃料電池スタック100Aでは、外側断熱部材601Aの厚みHは、内側断熱部材603Aの厚みH3と比較して大きい。より具体的には、内側断熱部材603Aの厚みH3に対する、外側断熱部材601Aの厚みHの割合((H/H3)×100)は、101%以上であり、好ましくは、200%以上である。 As described above, in the fuel cell stack 100A of the present embodiment, the thickness H of the outer heat insulating member 601A is larger than the thickness H3 of the inner heat insulating member 603A. More specifically, the ratio of the thickness H of the outer heat insulating member 601A to the thickness H3 of the inner heat insulating member 603A ((H / H3) × 100) is 101% or more, preferably 200% or more.

本実施形態の燃料電池スタック100Aは、発電ブロック103と、一対のエンドプレート104,106とを備えている。また、上側のエンドプレート104の表面S104に、外側断熱部材601Aと内側断熱部材603Aとから構成される断熱部材60Aを更に備えている。Z軸方向視において、外側断熱部材601Aは、燃料電池スタック100Aにおける外側部分OPに配置され、内側断熱部材603Aは、内側部分IPに配置されている。外側断熱部材601Aの厚みHは、内側断熱部材603Aの厚みH3と比較して大きい。換言すれば、例えば、外側断熱部材601Aの形成材料における熱伝導率と、内側断熱部材603Aの形成材料における熱伝導率とが同等である、または、外側断熱部材601Aの形成材料における熱伝導率が、内側断熱部材603Aの形成材料における熱伝導率よりも小さい構成において、外側断熱部材601Aの断熱性能は、内側断熱部材603Aの断熱性能と比較して高い。このため、Z軸方向視において、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100Aにおけるマニホールド161,162,171,172に近い部分(外側断熱部材601Aに重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい燃料電池スタック100Aの中央部分(内側断熱部材603Aに重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100Aによれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキを抑制することができる。 The fuel cell stack 100A of the present embodiment includes a power generation block 103 and a pair of end plates 104 and 106. Further, the surface S104 of the upper end plate 104 is further provided with a heat insulating member 60A composed of an outer heat insulating member 601A and an inner heat insulating member 603A. In the Z-axis direction view, the outer heat insulating member 601A is arranged in the outer portion OP in the fuel cell stack 100A, and the inner heat insulating member 603A is arranged in the inner portion IP. The thickness H of the outer heat insulating member 601A is larger than the thickness H3 of the inner heat insulating member 603A. In other words, for example, the thermal conductivity in the forming material of the outer heat insulating member 601A is equivalent to the thermal conductivity in the forming material of the inner heat insulating member 603A, or the thermal conductivity in the forming material of the outer heat insulating member 601A is equal. In a configuration smaller than the thermal conductivity of the material for forming the inner heat insulating member 603A, the heat insulating performance of the outer heat insulating member 601A is higher than that of the inner heat insulating member 603A. Therefore, when viewed in the Z-axis direction, heat is relatively suppressed from the portion close to the manifolds 161, 162, 171 and 172 (the portion overlapping the outer heat insulating member 601A) in the fuel cell stack 100A, which tends to have a relatively low temperature. It is possible to easily dissipate heat from the central portion (the portion overlapping the inner heat insulating member 603A) of the fuel cell stack 100A, which tends to become hot. Therefore, according to the fuel cell stack 100A of the present embodiment, it is possible to suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110.

C.第3実施形態:
図9は、第3実施形態における燃料電池スタック100BのXZ断面構成を示す説明図であり、図10は、第3実施形態における断熱部材60Bの詳細構成を示すXY断面図である。図10には、図9のX-Xの位置における燃料電池スタック100BのXY断面構成が示されている。なお、図10には、図6および図8と同様に、説明の便宜上、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140に形成された各連通孔108およびガス室用孔(空気室用孔131および燃料室用孔141)を点線により図示しているが、実際の構成では、断熱部材60Bおよび伝熱部材63には、上記各連通孔108は形成されていない。
C. Third embodiment:
FIG. 9 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100B in the third embodiment, and FIG. 10 is an XY cross-sectional view showing a detailed configuration of the heat insulating member 60B in the third embodiment. FIG. 10 shows the XY cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100B at the position XX of FIG. As in FIGS. 6 and 8, in FIG. 10, for convenience of explanation, each communication hole 108 and a gas chamber hole (air chamber hole 131) formed in the air electrode side frame 130 and the fuel electrode side frame 140 are shown. The holes for the fuel chamber 141) are shown by dotted lines, but in the actual configuration, the communication holes 108 are not formed in the heat insulating member 60B and the heat transfer member 63.

図9に示すように、第3実施形態の燃料電池スタック100Bは、断熱部材60Aに代えて断熱部材60Bを備えている点で、上述した第2実施形態の燃料電池スタック100Aの構成と異なる。以下では、第3実施形態の燃料電池スタック100Bの構成のうち、上述した実施形態の燃料電池スタック100,100Aの構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。 As shown in FIG. 9, the fuel cell stack 100B of the third embodiment is different from the configuration of the fuel cell stack 100A of the second embodiment described above in that the heat insulating member 60B is provided instead of the heat insulating member 60A. In the following, among the configurations of the fuel cell stack 100B of the third embodiment, the same configurations as the configurations of the fuel cell stacks 100 and 100A of the above-described embodiment will be appropriately described by adding the same reference numerals. ..

本実施形態の断熱部材60Bは、上述の実施形態の断熱部材60,60Aと同様に、伝熱部材63の表面S63に接触して配置されている。本実施形態の断熱部材60Bは、外側断熱部材601Bと、内側断熱部材603Bとの別部材から構成されている。本実施形態において、外側断熱部材601Bは、第1実施形態の断熱部材60および第2実施形態の外側断熱部材601Aと同様の構成である。すなわち、外側断熱部材601Bは、略矩形(本実施形態では、Z軸方向視において略正方形)の孔61Bが形成されたフレーム状の部材であり、例えば、シリカ系材料により形成されている。外側断熱部材601Bの厚みH(板厚)は、例えば、3mm以上、25mm以下である(図9参照)。外側断熱部材601Bの熱伝導率は、例えば、600℃時に0.01W/m・K以上、0.6W/m・K以下である。外側断熱部材601Bは、Z軸方向視において、外側部分OPに重なるように配置されている。より具体的には、本実施形態において、外側断熱部材601Bは、Z軸方向視において、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140における各フレーム部分と重なるように配置されている。なお、外側断熱部材601Bは、特許請求の範囲における第1の断熱部材に相当し、内側断熱部材603Bは、特許請求の範囲における第2の断熱部材に相当する。 The heat insulating member 60B of the present embodiment is arranged in contact with the surface S63 of the heat transfer member 63, similarly to the heat insulating members 60 and 60A of the above-described embodiment. The heat insulating member 60B of the present embodiment is composed of a separate member of the outer heat insulating member 601B and the inner heat insulating member 603B. In the present embodiment, the outer heat insulating member 601B has the same configuration as the heat insulating member 60 of the first embodiment and the outer heat insulating member 601A of the second embodiment. That is, the outer heat insulating member 601B is a frame-shaped member in which a hole 61B having a substantially rectangular shape (in this embodiment, a substantially square shape in the Z-axis direction) is formed, and is formed of, for example, a silica-based material. The thickness H (plate thickness) of the outer heat insulating member 601B is, for example, 3 mm or more and 25 mm or less (see FIG. 9). The thermal conductivity of the outer heat insulating member 601B is, for example, 0.01 W / m · K or more and 0.6 W / m · K or less at 600 ° C. The outer heat insulating member 601B is arranged so as to overlap the outer portion OP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present embodiment, the outer heat insulating member 601B is arranged so as to overlap each frame portion in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 in the Z-axis direction view. The outer heat insulating member 601B corresponds to the first heat insulating member in the claims, and the inner heat insulating member 603B corresponds to the second heat insulating member in the claims.

内側断熱部材603Bは、略矩形(本実施形態では、Z軸方向視において略正方形)の平板形状の部材であり、例えば、シリカ系材料により形成されている。内側断熱部材603BのZ軸方向における厚みH(板厚)は、外側断熱部材601Bの厚みHと同等である(図7参照)。内側断熱部材603Bの熱伝導率は、例えば、600℃時に0.1W/m・K以上、1.5W/m・K以下である。内側断熱部材603Bは、Z軸方向視において、内側部分IPに重なるように配置されている。より具体的には、本実施形態において、内側断熱部材603Bは、Z軸方向視において、単セル110が位置する部分のうち、電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なる部分と重なるように配置されている。本実施形態において、内側断熱部材603Bは、外縁603eが、外側断熱部材601Bの孔61Bを画定する外縁に接するよう構成されている。 The inner heat insulating member 603B is a flat plate-shaped member having a substantially rectangular shape (in this embodiment, a substantially square shape in the Z-axis direction), and is formed of, for example, a silica-based material. The thickness H (plate thickness) of the inner heat insulating member 603B in the Z-axis direction is equivalent to the thickness H of the outer heat insulating member 601B (see FIG. 7). The thermal conductivity of the inner heat insulating member 603B is, for example, 0.1 W / m · K or more and 1.5 W / m · K or less at 600 ° C. The inner heat insulating member 603B is arranged so as to overlap the inner portion IP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present embodiment, the inner heat insulating member 603B overlaps the portion where the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap in the portion where the single cell 110 is located in the Z-axis direction. It is arranged like this. In the present embodiment, the inner heat insulating member 603B is configured such that the outer edge 603e is in contact with the outer edge defining the hole 61B of the outer heat insulating member 601B.

上述の通り、本実施形態の燃料電池スタック100Bでは、外側断熱部材601Bの熱伝導率は、内側断熱部材603Bの熱伝導率と比較して小さい。より具体的には、外側断熱部材601Bの熱伝導率の値に対する、内側断熱部材603Bの熱伝導率の値の割合((内側断熱部材603Bの熱伝導率値/外側断熱部材601Bの熱伝導率値)×100)は、101%以上であり、好ましくは、150%以上である。 As described above, in the fuel cell stack 100B of the present embodiment, the thermal conductivity of the outer heat insulating member 601B is smaller than the thermal conductivity of the inner heat insulating member 603B. More specifically, the ratio of the value of the thermal conductivity of the inner heat insulating member 603B to the value of the thermal conductivity of the outer heat insulating member 601B ((the thermal conductivity value of the inner heat insulating member 603B / the thermal conductivity of the outer heat insulating member 601B). Value) × 100) is 101% or more, preferably 150% or more.

本実施形態の燃料電池スタック100Bは、発電ブロック103と、一対のエンドプレート104,106とを備えている。また、上側のエンドプレート104の表面S104に、外側断熱部材601Bと内側断熱部材603Bとから構成される断熱部材60Bを更に備えている。Z軸方向視において、外側断熱部材601Bは、燃料電池スタック100Aにおける外側部分OPに配置され、内側断熱部材603Bは、内側部分IPに配置されている。外側断熱部材601Bの熱伝導率は、内側断熱部材603Bの熱伝導率と比較して小さい。換言すれば、例えば、外側断熱部材601Bの厚みHと、内側断熱部材603Bの厚みHとが同等である、または、外側断熱部材601Bの厚みHが内側断熱部材603Bの厚みHよりも大きい構成において、外側断熱部材601Bの断熱性能は、内側断熱部材603Bの断熱性能と比較して高い。このため、Z軸方向視において、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100Bにおけるマニホールド161,162,171,172に近い部分(外側断熱部材601Bに重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい燃料電池スタック100Bの中央部分(内側断熱部材603Bに重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100Bによれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキを抑制することができる。 The fuel cell stack 100B of the present embodiment includes a power generation block 103 and a pair of end plates 104 and 106. Further, the surface S104 of the upper end plate 104 is further provided with a heat insulating member 60B composed of an outer heat insulating member 601B and an inner heat insulating member 603B. In the Z-axis direction view, the outer heat insulating member 601B is arranged in the outer portion OP in the fuel cell stack 100A, and the inner heat insulating member 603B is arranged in the inner portion IP. The thermal conductivity of the outer heat insulating member 601B is smaller than that of the inner heat insulating member 603B. In other words, for example, in a configuration in which the thickness H of the outer heat insulating member 601B and the thickness H of the inner heat insulating member 603B are equal to each other, or the thickness H of the outer heat insulating member 601B is larger than the thickness H of the inner heat insulating member 603B. The heat insulating performance of the outer heat insulating member 601B is higher than that of the inner heat insulating member 603B. Therefore, in the Z-axis direction, the fuel cell stack 100B, which tends to have a relatively low temperature, is relatively low in heat while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifolds 161, 162, 171 and 172 (the portion overlapping the outer heat insulating member 601B). It is possible to easily dissipate heat from the central portion (the portion overlapping the inner heat insulating member 603B) of the fuel cell stack 100B, which tends to become hot. Therefore, according to the fuel cell stack 100B of the present embodiment, it is possible to suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110.

第3実施形態において、外側断熱部材601Bの熱伝導率と、内側断熱部材603Bの熱伝導率とが異なる構成に代えて、または、これとともに、外側断熱部材601Bの密度と、内側断熱部材603Bの密度とが異なる構成を採用することができる。より具体的には、外側断熱部材601Bの密度が、内側断熱部材603Bの密度と比較して大きい構成とすることができる。このような構成において、外側断熱部材601Bの密度は、例えば、1g/cm以上、3g/cm以下であり、内側断熱部材603Bの密度は、例えば、0.15g/cm以上、2g/cm以下である。より具体的には、内側断熱部材603Bの密度の値に対する、外側断熱部材601Bの密度の値の割合((外側断熱部材601Bの密度値/内側断熱部材603Bの密度値)×100)は、101%以上であり、好ましくは、150%以上である。 In the third embodiment, the thermal conductivity of the outer heat insulating member 601B and the thermal conductivity of the inner heat insulating member 603B are different from each other, or together with the density of the outer heat insulating member 601B and the inner heat insulating member 603B. A configuration with a different density can be adopted. More specifically, the density of the outer heat insulating member 601B can be larger than the density of the inner heat insulating member 603B. In such a configuration, the density of the outer heat insulating member 601B is, for example, 1 g / cm 3 or more and 3 g / cm 3 or less, and the density of the inner heat insulating member 603B is, for example, 0.15 g / cm 3 or more and 2 g / cm. It is cm 3 or less. More specifically, the ratio of the density value of the outer heat insulating member 601B to the density value of the inner heat insulating member 603B ((density value of the outer heat insulating member 601B / density value of the inner heat insulating member 603B) × 100) is 101. % Or more, preferably 150% or more.

上記構成では、外側断熱部材601Bの密度は、内側断熱部材603Bの密度と比較して大きい。換言すれば、例えば、外側断熱部材601Bの厚みHと、内側断熱部材603Bの厚みHとが同等である構成において、外側断熱部材601Bの断熱性能は、内側断熱部材603Bの断熱性能と比較して高い。このため、Z軸方向視において、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100Bにおけるマニホールド161,162,171,172に近い部分(外側断熱部材601Bに重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい燃料電池スタック100の中央部分(内側断熱部材603Bに重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本実施形態の燃料電池スタック100Bによれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキを抑制することができる。 In the above configuration, the density of the outer heat insulating member 601B is higher than the density of the inner heat insulating member 603B. In other words, for example, in a configuration in which the thickness H of the outer heat insulating member 601B and the thickness H of the inner heat insulating member 603B are equivalent, the heat insulating performance of the outer heat insulating member 601B is compared with the heat insulating performance of the inner heat insulating member 603B. expensive. Therefore, in the Z-axis direction, the fuel cell stack 100B, which tends to have a relatively low temperature, is relatively low in heat while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifolds 161, 162, 171 and 172 (the portion overlapping the outer heat insulating member 601B). It is possible to easily dissipate heat from the central portion (the portion overlapping the inner heat insulating member 603B) of the fuel cell stack 100, which tends to become hot. Therefore, according to the fuel cell stack 100B of the present embodiment, it is possible to suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110.

D.変形例:
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。
D. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are also possible.

D-1.第1変形例:
図11は、第1変形例の燃料電池スタック100Cにおける断熱部材60Cの詳細構成を示すXY断面図である。なお、図11には、図6、図8および図10と同様に、説明の便宜上、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140に形成された各連通孔108およびガス室用孔(空気室用孔131および燃料室用孔141)を点線により図示しているが、実際の構成では、断熱部材60Cおよび伝熱部材63には、上記各連通孔108は形成されていない。
D-1. First modification example:
FIG. 11 is an XY sectional view showing a detailed configuration of the heat insulating member 60C in the fuel cell stack 100C of the first modification. Note that, as in FIGS. 6, 8 and 10, in FIG. 11, for convenience of explanation, each communication hole 108 and a gas chamber hole (air chamber) formed in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 are shown. The holes 131 and the holes 141) for the fuel chamber are shown by dotted lines, but in the actual configuration, the communication holes 108 are not formed in the heat insulating member 60C and the heat transfer member 63.

図11に示すように、本変形例の燃料電池スタック100Cは、断熱部材60Aに代えて断熱部材60Cを備えている点で、上述した第2実施形態の燃料電池スタック100Aの構成と異なる。以下では、本変形例の燃料電池スタック100Cの構成のうち、上述した第2実施形態の燃料電池スタック100Aの構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。 As shown in FIG. 11, the fuel cell stack 100C of the present modification is different from the configuration of the fuel cell stack 100A of the second embodiment described above in that the heat insulating member 60C is provided instead of the heat insulating member 60A. In the following, among the configurations of the fuel cell stack 100C of the present modification, the same configurations as the configurations of the fuel cell stack 100A of the second embodiment described above will be appropriately omitted by adding the same reference numerals.

本変形例の断熱部材60Cは、上述の実施形態の断熱部材60,60A,60Bと同様に、伝熱部材63の表面S63に接触して配置されている。本変形例の断熱部材60Cは、外側断熱部材601Cと、内側断熱部材603Cとの別部材から構成されている。本変形例において、外側断熱部材601Cは、孔61Cの形状を除き、第2実施形態の外側断熱部材601Aと同様の構成である。すなわち、外側断熱部材601Cは、例えば、シリカ系材料により形成されている。外側断熱部材601Cの厚み(板厚)は、例えば、3mm以上、25mm以下である。外側断熱部材601Cは、Z軸方向視において、外側部分OPに重なるように配置されている。より具体的には、本変形例において、外側断熱部材601Cは、Z軸方向視において、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140における各フレーム部分と重なるように配置されている。なお、外側断熱部材601Cは、特許請求の範囲における第1の断熱部材に相当し、内側断熱部材603Cは、特許請求の範囲における第2の断熱部材に相当する。 The heat insulating member 60C of this modification is arranged in contact with the surface S63 of the heat transfer member 63, similarly to the heat insulating members 60, 60A, 60B of the above-described embodiment. The heat insulating member 60C of this modification is composed of a separate member of the outer heat insulating member 601C and the inner heat insulating member 603C. In this modification, the outer heat insulating member 601C has the same configuration as the outer heat insulating member 601A of the second embodiment except for the shape of the hole 61C. That is, the outer heat insulating member 601C is formed of, for example, a silica-based material. The thickness (plate thickness) of the outer heat insulating member 601C is, for example, 3 mm or more and 25 mm or less. The outer heat insulating member 601C is arranged so as to overlap the outer portion OP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present modification, the outer heat insulating member 601C is arranged so as to overlap each frame portion in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 in the Z-axis direction view. The outer heat insulating member 601C corresponds to the first heat insulating member in the claims, and the inner heat insulating member 603C corresponds to the second heat insulating member in the claims.

本変形例では、外側断熱部材601Cの孔61Cの形状は、Z軸方向視において略長方形である。より具体的には、孔61Cは、Z軸方向視において、各連通孔108(例えば、酸化剤ガス排出マニホールド162および燃料ガス導入マニホールド171)が配置された部分における外側断熱部材601Cの幅W1が、連通孔108が配置されていない部分における外側断熱部材601Cの幅W2と比較して大きくなるよう形成されている。外側断熱部材601Cの幅W1は、例えば、10mm以上、50mm以下であり、幅W2は、例えば、5mm以上、40mm以下である。 In this modification, the shape of the hole 61C of the outer heat insulating member 601C is substantially rectangular in the Z-axis direction. More specifically, the hole 61C has a width W1 of the outer heat insulating member 601C in the portion where each communication hole 108 (for example, the oxidant gas discharge manifold 162 and the fuel gas introduction manifold 171) is arranged in the Z-axis direction. , The width W2 of the outer heat insulating member 601C in the portion where the communication hole 108 is not arranged is formed to be larger than the width W2. The width W1 of the outer heat insulating member 601C is, for example, 10 mm or more and 50 mm or less, and the width W2 is, for example, 5 mm or more and 40 mm or less.

上記において、幅W1は、第1の辺S1の一部を構成する第1の部分外縁Po1と、第1の部分外縁Po1に対向する第1の部分内縁Pi1との最短距離である。また、幅W2は、第2の辺S2の一部を構成する第2の部分外縁Po2と、第2の部分外縁Po2に対向する第2の部分内縁Pi2との最短距離である。なお、第1の辺S1、第2の辺S2(および辺S3,S4)は、それぞれ、外側断熱部材601Cの外縁601eを構成する各辺である。第1の辺S1は、外縁601eを構成する4つの辺のうち、酸化剤ガス排出マニホールド162と燃料ガス導入マニホールド171との両方に最も近接している辺であり、第2の辺S2は、第1の辺S1に接続している辺である。また、第1の部分内縁Pi1および第2の部分内縁Pi2は、それぞれ、孔61Cを画定する外縁の一部を構成している。酸化剤ガス排出マニホールド162は、特許請求の範囲における特定空気室用マニホールド用孔に相当し、燃料ガス導入マニホールド171は、特許請求の範囲における特定燃料室用マニホールド用孔に相当する。幅W1は、特許請求の範囲における第1の幅に相当し、幅W2は、特許請求の範囲における第2の幅に相当する。 In the above, the width W1 is the shortest distance between the first partial outer edge Po1 constituting a part of the first side S1 and the first partial inner edge Pi1 facing the first partial outer edge Po1. Further, the width W2 is the shortest distance between the second partial outer edge Po2 forming a part of the second side S2 and the second partial inner edge Pi2 facing the second partial outer edge Po2. The first side S1 and the second side S2 (and the sides S3 and S4) are each side constituting the outer edge 601e of the outer heat insulating member 601C, respectively. The first side S1 is the side closest to both the oxidant gas discharge manifold 162 and the fuel gas introduction manifold 171 among the four sides constituting the outer edge 601e, and the second side S2 is This is the side connected to the first side S1. Further, the first partial inner edge Pi1 and the second partial inner edge Pi2 each form a part of the outer edge defining the hole 61C. The oxidant gas discharge manifold 162 corresponds to the hole for the manifold for the specific air chamber in the claims, and the fuel gas introduction manifold 171 corresponds to the hole for the manifold for the specific fuel chamber in the claims. The width W1 corresponds to the first width in the claims, and the width W2 corresponds to the second width in the claims.

内側断熱部材603Cは、Z軸方向視における形状が略長方形である点を除き、第2実施形態の内側断熱部材603Aと同様の構成である。すなわち、内側断熱部材603Cは、例えば、シリカ系材料により形成されている。内側断熱部材603CのZ軸方向における厚み(板厚)は、例えば、1mm以上、25mm以下である。内側断熱部材603Cは、Z軸方向視において、内側部分IPに重なるように配置されている。より具体的には、本変形例において、内側断熱部材603Cは、Z軸方向視において、単セル110が位置する部分のうち、電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なる部分と重なるように配置されている。本変形例において、内側断熱部材603Cは、外縁603eが、外側断熱部材601Cの孔61Cを画定する外縁に接するよう構成されている。 The inner heat insulating member 603C has the same configuration as the inner heat insulating member 603A of the second embodiment except that the shape in the Z-axis direction is substantially rectangular. That is, the inner heat insulating member 603C is formed of, for example, a silica-based material. The thickness (plate thickness) of the inner heat insulating member 603C in the Z-axis direction is, for example, 1 mm or more and 25 mm or less. The inner heat insulating member 603C is arranged so as to overlap the inner portion IP in the Z-axis direction view. More specifically, in this modification, the inner heat insulating member 603C overlaps the portion where the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap in the portion where the single cell 110 is located in the Z-axis direction. It is arranged like this. In this modification, the inner heat insulating member 603C is configured such that the outer edge 603e is in contact with the outer edge defining the hole 61C of the outer heat insulating member 601C.

上記構成では、外側断熱部材601Cにおける幅W1が、幅W2と比較して大きい。このため、Z軸方向視において、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100Cにおけるマニホールド161,162,171,172に近い部分における断熱性能をより効果的に高め、マニホールド161,162,171,172に近い部分からの放熱をより効果的に抑制させることができる。従って、本変形例の燃料電池スタック100Cによれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。 In the above configuration, the width W1 in the outer heat insulating member 601C is larger than the width W2. Therefore, in the Z-axis direction view, the heat insulating performance in the portion close to the manifolds 161, 162, 171 and 172 in the fuel cell stack 100C, which tends to be relatively low temperature, is more effectively improved, and the manifolds 161, 162, 171 and 172 are used. It is possible to suppress heat dissipation from a close portion more effectively. Therefore, according to the fuel cell stack 100C of this modification, it is possible to more effectively suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110.

D-2.第2変形例:
図12は、第2変形例の燃料電池スタック100Dにおける断熱部材60Dの詳細構成を示すXY断面図である。なお、図12には、図6、図8および図10と同様に、説明の便宜上、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140に形成された各連通孔108およびガス室用孔(空気室用孔131および燃料室用孔141)を点線により図示しているが、実際の構成では、断熱部材60Dおよび伝熱部材63には、上記各連通孔108は形成されていない。
D-2. Second modification example:
FIG. 12 is an XY sectional view showing a detailed configuration of the heat insulating member 60D in the fuel cell stack 100D of the second modification. Note that, as in FIGS. 6, 8 and 10, in FIG. 12, for convenience of explanation, each communication hole 108 and a gas chamber hole (air chamber) formed in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 are shown. The holes 131 and the holes 141) for the fuel chamber are shown by dotted lines, but in the actual configuration, the communication holes 108 are not formed in the heat insulating member 60D and the heat transfer member 63.

図12に示すように、第2変形例の燃料電池スタック100Dは、断熱部材60Aに代えて断熱部材60Dを備えている点で、上述した第2実施形態の燃料電池スタック100Aの構成と異なる。以下では、本変形例の燃料電池スタック100Dの構成のうち、上述した第2実施形態の燃料電池スタック100Aの構成と同一の構成については、同一の符号を付すことによってその説明を適宜省略する。 As shown in FIG. 12, the fuel cell stack 100D of the second modification is different from the configuration of the fuel cell stack 100A of the second embodiment described above in that the heat insulating member 60D is provided in place of the heat insulating member 60A. In the following, among the configurations of the fuel cell stack 100D of the present modification, the same configurations as the configurations of the fuel cell stack 100A of the second embodiment described above will be appropriately omitted by adding the same reference numerals.

本変形例の断熱部材60Dは、上述の実施形態の断熱部材60,60A,60B,60Cと同様に、伝熱部材63の表面S63に接触して配置されている。本変形例の断熱部材60Dは、外側断熱部材601Dと、内側断熱部材603Dとの別部材から構成されている。本変形例において、外側断熱部材601Dは、第2実施形態の外側断熱部材601Aと同様の構成である。すなわち、外側断熱部材601Dは、例えば、シリカ系材料により形成されている。外側断熱部材601Dの厚み(板厚)は、例えば、3mm以上、25mm以下である。外側断熱部材601Dは、Z軸方向視において、外側部分OPに重なるように配置されている。より具体的には、本変形例において、外側断熱部材601Dは、Z軸方向視において、空気極側フレーム130および燃料極側フレーム140における各フレーム部分と重なるように配置されている。なお、外側断熱部材601Dは、特許請求の範囲における第1の断熱部材に相当し、内側断熱部材603Dは、特許請求の範囲における第2の断熱部材に相当する。 The heat insulating member 60D of this modification is arranged in contact with the surface S63 of the heat transfer member 63, similarly to the heat insulating members 60, 60A, 60B, 60C of the above-described embodiment. The heat insulating member 60D of this modification is composed of a separate member of the outer heat insulating member 601D and the inner heat insulating member 603D. In this modification, the outer heat insulating member 601D has the same configuration as the outer heat insulating member 601A of the second embodiment. That is, the outer heat insulating member 601D is formed of, for example, a silica-based material. The thickness (plate thickness) of the outer heat insulating member 601D is, for example, 3 mm or more and 25 mm or less. The outer heat insulating member 601D is arranged so as to overlap the outer portion OP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present modification, the outer heat insulating member 601D is arranged so as to overlap each frame portion in the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140 in the Z-axis direction view. The outer heat insulating member 601D corresponds to the first heat insulating member in the claims, and the inner heat insulating member 603D corresponds to the second heat insulating member in the claims.

内側断熱部材603Dは、Z軸方向に貫通する複数の貫通孔603Hが形成された、略矩形(本実施形態では、Z軸方向視において略正方形)の平板形状の部材であり、例えば、シリカ系材料により形成されている。内側断熱部材603DのZ軸方向における厚み(板厚)は、外側断熱部材601Dの厚みと同等である。内側断熱部材603Bは、Z軸方向視において、内側部分IPに重なるように配置されている。より具体的には、本実施形態において、内側断熱部材603Dは、Z軸方向視において、単セル110が位置する部分のうち、電解質層112と空気極114と燃料極116とが重なる部分と重なるように配置されている。本変形例において、内側断熱部材603Dは、外縁603eが、外側断熱部材601Dの孔61Dを画定する外縁に接するよう構成されている。 The inner heat insulating member 603D is a substantially rectangular (in this embodiment, a substantially square in the Z-axis direction view) flat plate-shaped member in which a plurality of through holes 603H penetrating in the Z-axis direction are formed, and is, for example, a silica-based member. It is made of material. The thickness (plate thickness) of the inner heat insulating member 603D in the Z-axis direction is equivalent to the thickness of the outer heat insulating member 601D. The inner heat insulating member 603B is arranged so as to overlap the inner portion IP in the Z-axis direction view. More specifically, in the present embodiment, the inner heat insulating member 603D overlaps the portion where the electrolyte layer 112, the air electrode 114, and the fuel electrode 116 overlap in the portion where the single cell 110 is located in the Z-axis direction. It is arranged like this. In this modification, the inner heat insulating member 603D is configured such that the outer edge 603e is in contact with the outer edge defining the hole 61D of the outer heat insulating member 601D.

上述の通り、本変形例の燃料電池スタック100Dでは、内側断熱部材603Dには、複数の貫通孔603Hが形成されている。換言すれば、貫通孔603Hは、内側断熱部材603DにおけるZ軸方向に略直交する上面と、下面との両方に開口している。貫通孔603Hの数は、例えば、1以上、50以下である。貫通孔603Hの直径は、2mm以上、80mm以下である。本変形例の内側断熱部材603Dには、貫通孔603Hが形成されているため、内側断熱部材603Dにおける単位体積当たりの断熱材充填率は、外側断熱部材601Dにおける単位体積当たりの断熱材充填率と比較して、低い。例えば、内側断熱部材603Dの上記断熱材充填率は、例えば、5%以上、90%以下である。また、外側断熱部材601Dの上記断熱材充填率の値に対する、内側断熱部材603Dの断熱材充填率の値の割合((内側断熱部材603Dの上記断熱材充填率値/外側断熱部材601Dの上記断熱材充填率値)×100)は、5%以上であり、好ましくは、10%以上である。 As described above, in the fuel cell stack 100D of this modification, a plurality of through holes 603H are formed in the inner heat insulating member 603D. In other words, the through hole 603H is open to both the upper surface and the lower surface of the inner heat insulating member 603D which are substantially orthogonal to the Z-axis direction. The number of through holes 603H is, for example, 1 or more and 50 or less. The diameter of the through hole 603H is 2 mm or more and 80 mm or less. Since the through hole 603H is formed in the inner heat insulating member 603D of this modification, the heat insulating material filling rate per unit volume in the inner heat insulating member 603D is the same as the heat insulating material filling rate per unit volume in the outer heat insulating member 601D. Compared to low. For example, the heat insulating material filling rate of the inner heat insulating member 603D is, for example, 5% or more and 90% or less. Further, the ratio of the value of the heat insulating material filling rate of the inner heat insulating member 603D to the value of the heat insulating material filling rate of the outer heat insulating member 601D ((the heat insulating material filling rate value of the inner heat insulating member 603D / the heat insulating material of the outer heat insulating member 601D). The material filling rate value) × 100) is 5% or more, preferably 10% or more.

上記構成では、上述の通り、内側断熱部材603Dには貫通孔603Hがあるため、内側断熱部材603Dにおける上記断熱材充填率が、外側断熱部材601Dにおける上記断熱材充填率と比較して、低くなる。このため、Z軸方向視において、比較的低温になりやすい燃料電池スタック100Dにおけるマニホールド161,162,171,172に近い部分(外側断熱部材601Dに重なる部分)からの放熱を抑制しつつ、比較的高温になりやすい燃料電池スタック100Dの中央部分(内側断熱部材603Dに重なる部分)からの放熱を容易にすることができる。従って、本変形例の燃料電池スタック100Dによれば、単セル110の面内における温度分布のバラツキを抑制し、ひいては、単セル110の劣化や、単セル110の発電効率の低下を抑制することができる。 In the above configuration, as described above, since the inner heat insulating member 603D has the through hole 603H, the heat insulating material filling rate in the inner heat insulating member 603D is lower than the heat insulating material filling rate in the outer heat insulating member 601D. .. Therefore, in the Z-axis direction, the fuel cell stack 100D, which tends to have a relatively low temperature, is relatively low in heat while suppressing heat dissipation from the portion close to the manifolds 161, 162, 171 and 172 (the portion overlapping the outer heat insulating member 601D). It is possible to easily dissipate heat from the central portion (the portion overlapping the inner heat insulating member 603D) of the fuel cell stack 100D, which tends to be hot. Therefore, according to the fuel cell stack 100D of the present modification, it is possible to suppress the variation in the temperature distribution in the plane of the single cell 110, and eventually to suppress the deterioration of the single cell 110 and the deterioration of the power generation efficiency of the single cell 110. Can be done.

D-3.その他変形例:
上記実施形態および第1変形例では、断熱部材60や、外側断熱部材601A,601B,601C,601Dを、上側のエンドプレート104の表面S104に備えているが、これに限定されない。例えば、これに代えて、または、これとともに、断熱部材60や、外側断熱部材601A,601B,601C,601Dを、下側のエンドプレート106の下方向側の表面に備えていてもよい。上記第1変形例において、内側断熱部材603Cが省略されていてもよい。
D-3. Other variants:
In the above embodiment and the first modification, the heat insulating member 60 and the outer heat insulating members 601A, 601B, 601C, and 601D are provided on the surface S104 of the upper end plate 104, but the present invention is not limited thereto. For example, instead of, or in combination with this, the heat insulating member 60 and the outer heat insulating members 601A, 601B, 601C, 601D may be provided on the lower surface of the lower end plate 106. In the first modification, the inner heat insulating member 603C may be omitted.

上記実施形態および変形例において、断熱部材60や、外側断熱部材601A,601B,601C,601Dは、内側部分IPを完全に取り囲んでいる構成でなくてもよい。例えば、外側断熱部材601C等の幅方向(例えば、幅W1の方向)にスリットが形成されていてもよい。また、外側断熱部材601C等の一部が部分的に欠損していることにより、外側部分OPにおける伝熱部材63が露出している構成であってもよい。これと同様に、外側断熱部材601C等の一部が部分的に欠損していることにより、内側部分IPにおける伝熱部材63が露出している構成であってもよい。 In the above-described embodiment and modification, the heat insulating member 60 and the outer heat insulating members 601A, 601B, 601C, and 601D do not have to be configured to completely surround the inner partial IP. For example, a slit may be formed in the width direction (for example, the direction of the width W1) of the outer heat insulating member 601C or the like. Further, the heat transfer member 63 in the outer portion OP may be exposed because a part of the outer heat insulating member 601C or the like is partially missing. Similarly to this, the heat transfer member 63 in the inner portion IP may be exposed by partially missing the outer heat insulating member 601C or the like.

上記実施形態および変形例において、断熱部材60や、外側断熱部材601A,601B,601C,601Dに形成された孔61,61A,61B,61C,61Dの大きさおよび形状は特に限定されない。例えば、断熱部材60の孔61の形状は、Z軸方向視において、略長方形であってもよい。また、外側断熱部材601Cの孔61Cの形状は、Z軸方向視において、略正方形であってもよい。このような構成において、外側断熱部材601C(ひいては、燃料電池スタック100C)は、Z軸方向視において、第1の辺S1の長さが第2の辺S2の長さより短い略長方形の形状を有する。また、例えば、Z軸方向視において、断熱部材60の孔61の内縁は、セパレータ120の孔121の内縁より内側(中心PO側)に位置していてもよく、また、外側に位置していてもよい。他の例として、Z軸方向視において、断熱部材60の孔61の内縁は、空気極側フレーム130または燃料極側フレーム140の空気室用孔131または燃料室用孔141の内縁に重なっていてもよい。また、断熱部材60は、空気極側フレーム130と燃料極側フレーム140との少なくとも一方に重なっていなくてもよい。外側断熱部材601A,601B,601C,601Dについても、上記と同様である。 In the above-described embodiment and modification, the size and shape of the heat insulating member 60 and the holes 61, 61A, 61B, 61C, 61D formed in the outer heat insulating members 601A, 601B, 601C, 601D are not particularly limited. For example, the shape of the hole 61 of the heat insulating member 60 may be substantially rectangular in the Z-axis direction. Further, the shape of the hole 61C of the outer heat insulating member 601C may be substantially square in the Z-axis direction. In such a configuration, the outer heat insulating member 601C (and thus the fuel cell stack 100C) has a substantially rectangular shape in which the length of the first side S1 is shorter than the length of the second side S2 in the Z-axis direction. .. Further, for example, in the Z-axis direction view, the inner edge of the hole 61 of the heat insulating member 60 may be located inside (center PO side) from the inner edge of the hole 121 of the separator 120, or may be located outside. May be good. As another example, in the Z-axis direction view, the inner edge of the hole 61 of the heat insulating member 60 overlaps the inner edge of the air chamber hole 131 or the fuel chamber hole 141 of the air pole side frame 130 or the fuel pole side frame 140. May be good. Further, the heat insulating member 60 does not have to overlap at least one of the air pole side frame 130 and the fuel pole side frame 140. The same applies to the outer heat insulating members 601A, 601B, 601C, and 601D.

上記実施形態および変形例において、例えば、燃料電池スタック100は、伝熱部材63を備えない構成としてもよい。 In the above-described embodiment and modification, for example, the fuel cell stack 100 may be configured not to include the heat transfer member 63.

上記第2変形例において、貫通孔603Hの数および直径は特に限定されない。また、貫通孔603Hに代えて、または、貫通孔603Hとともに有底孔が形成されていてもよい。当該有底孔は、内側断熱部材603Dの上面と、下面とのいずれに開口していてもよいが、上面に開口していることが好ましい。換言すれば、伝熱部材63から内側断熱部材603Dへの放熱がより容易である観点から、内側断熱部材603Dの下面と、伝熱部材63の表面S63との接触面積は、大きい方が好ましい。 In the second modification, the number and diameter of the through holes 603H are not particularly limited. Further, a bottomed hole may be formed in place of the through hole 603H or together with the through hole 603H. The bottomed hole may be opened on either the upper surface or the lower surface of the inner heat insulating member 603D, but it is preferable that the bottomed hole is opened on the upper surface. In other words, from the viewpoint that heat can be easily dissipated from the heat transfer member 63 to the inner heat transfer member 603D, it is preferable that the contact area between the lower surface of the inner heat transfer member 603D and the surface S63 of the heat transfer member 63 is large.

第2実施形態において、断熱部材60Aを構成する外側断熱部材601Aと内側断熱部材603Aとは、一体に形成されていてもよい。これと同様に、第3実施形態および変形例においても、断熱部材を構成する外側断熱部材と内側断熱部材とは、一体に形成されていてもよい。 In the second embodiment, the outer heat insulating member 601A and the inner heat insulating member 603A constituting the heat insulating member 60A may be integrally formed. Similarly, in the third embodiment and the modified example, the outer heat insulating member and the inner heat insulating member constituting the heat insulating member may be integrally formed.

第2実施形態において、内側断熱部材603Aは、外縁603eが、外側断熱部材601Aの孔61Aを画定する外縁に接していなくてもよい。これと同様に、第3実施形態および変形例においても、内側断熱部材は、その外縁が、外側断熱部材の孔を画定する外縁に接していなくてもよい。 In the second embodiment, the inner heat insulating member 603A does not have to have the outer edge 603e in contact with the outer edge defining the hole 61A of the outer heat insulating member 601A. Similarly, in the third embodiment and the modification, the outer edge of the inner heat insulating member may not be in contact with the outer edge defining the hole of the outer heat insulating member.

上記実施形態および変形例において、空気極側フレーム130には、空気室用孔131と、酸化剤ガス供給連通流路132と、酸化剤ガス排出連通流路133との少なくとも1つが形成されていなくてもよい。これと同様に、燃料極側フレーム140には、燃料室用孔141と、燃料ガス供給連通流路142と、燃料ガス排出連通流路143との少なくとも1つが形成されていなくてもよい。 In the above embodiment and the modification, at least one of the air chamber hole 131, the oxidant gas supply communication flow path 132, and the oxidant gas discharge communication flow path 133 is not formed in the air electrode side frame 130. You may. Similarly, the fuel electrode side frame 140 may not have at least one of the fuel chamber hole 141, the fuel gas supply communication flow path 142, and the fuel gas discharge communication flow path 143.

上記実施形態および変形例における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。例えば、断熱部材60,60A,60B,60Cが、シリカ系材料以外の材料により形成されていてもよい。また、外側断熱部材601A,601B,601Cの形成材料は、外側断熱部材601A,601B,601Cが内側断熱部材603A,603B,603Cと比較して高い断熱性を有する限りにおいて、それぞれ、内側断熱部材603A,603B,603Cの形成材料と同一であってもよく、また、異なっていてもよい。 The materials constituting each member in the above-described embodiment and modification are merely examples, and each member may be composed of another material. For example, the heat insulating members 60, 60A, 60B, 60C may be formed of a material other than the silica-based material. Further, the materials for forming the outer heat insulating members 601A, 601B and 601C are as long as the outer heat insulating members 601A, 601B and 601C have higher heat insulating properties than the inner heat insulating members 603A, 603B and 603C, respectively. , 603B, 603C may be the same as or different from the forming material.

また、上記実施形態および変形例では、ボルト孔109が、各マニホールド用の連通孔108とは独立して設けられているが、独立したボルト孔109を設けず、各マニホールド用の連通孔108がボルト孔としても用いられるとしてもよい。また、上記実施形態および変形例では、空気室166における酸化剤ガスOGの主たる流れ方向と燃料室176における燃料ガスFGの主たる流れ方向とが略反対方向であるカウンターフロータイプを例に挙げて説明しているが、本発明は、他のタイプ(上記2つの流れ方向が略同一方向であるコフロータイプや上記2つの流れ方向が交差するクロスフロータイプ等)にも適用可能である。 Further, in the above-described embodiment and modification, the bolt hole 109 is provided independently of the communication hole 108 for each manifold, but the independent bolt hole 109 is not provided, and the communication hole 108 for each manifold is provided. It may also be used as a bolt hole. Further, in the above-described embodiment and modification, a counterflow type in which the main flow direction of the oxidant gas OG in the air chamber 166 and the main flow direction of the fuel gas FG in the fuel chamber 176 are substantially opposite to each other will be described as an example. However, the present invention is also applicable to other types (such as a coflow type in which the two flow directions are substantially the same, a cross flow type in which the two flow directions intersect, and the like).

上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016-81813号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されるとともに、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解単セルにおいて水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解単セルにおいても、本発明を適用することにより上記効果を得ることができる。 In the above embodiment, the SOFC that generates power by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidizing agent gas is targeted, but the present invention utilizes the electrolysis reaction of water. It is also applicable to an electrolytic single cell, which is a constituent unit of a solid oxide type electrolytic cell (SOEC) that produces hydrogen, and an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic single cells. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, but is schematically the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is the composition of. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic cell. However, during the operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and the voltage is applied through the communication hole 108. Steam as a raw material gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolytic cell, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out to the outside of the electrolytic cell stack through the communication hole 108. The above effect can be obtained by applying the present invention even in an electrolytic single cell having such a configuration.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本明細書に開示される技術は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the solid oxide fuel cell (SOFC) has been described as an example, but the technique disclosed in the present specification is another type of fuel cell (MCFC) such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). Alternatively, it can also be applied to electrolytic cells).

22:ボルト 24:頭部 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 60,60A,60B,60C,60D:断熱部材 61,61A,61B,61C,61D:孔 63:伝熱部材 100,100A,100B,100C,100D:燃料電池スタック 102:発電単位 103:発電ブロック 104,106:エンドプレート 107:流路用貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:空気室用孔 132:酸化剤ガス供給連通流路 133:酸化剤ガス排出連通流路 134:空気極側集電部材 135:集電部材要素 140:燃料極側フレーム 141:燃料室用孔 142:燃料ガス供給連通流路 143:燃料ガス排出連通流路 144:燃料極側集電部材 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 149:スペーサ 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 410,420:ターミナルプレート 510,520:絶縁シート 601A,601B,601C,601D:外側断熱部材 601e:外縁 603A,603B,603C,603D:内側断熱部材 603H: 貫通孔 603e:外縁 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス IP:内側部分 OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス OP:外側部分 S104:表面 S63:表面 22: Bolt 24: Head 26: Insulation sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 60, 60A, 60B, 60C, 60D: Insulation member 61, 61A, 61B, 61C, 61D: Hole 63: Transmission Thermal members 100, 100A, 100B, 100C, 100D: Fuel cell stack 102: Power generation unit 103: Power generation block 104, 106: End plate 107: Through hole for flow path 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air pole 116: Fuel pole 120: Separator 121: Hole 124: Joint 130: Air pole side frame 131: Air chamber hole 132: Oxidating agent gas supply communication flow path 133: Oxidating agent gas discharge communication flow path 134: Air pole side current collecting member 135: Current collecting member element 140: Fuel pole side frame 141: Fuel chamber hole 142: Fuel gas supply communication flow path 143: Fuel gas discharge communication flow path 144: Fuel pole side current collecting member 145: Electrode facing part 146: Interconnector facing part 149: Spacer 150: Interconnector 161: Oxidating agent gas introduction manifold 162: Oxidizing agent gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 410, 420: Terminal plate 510, 520: Insulation sheet 601A, 601B, 601C, 601D: Outer heat insulating member 601e: Outer edge 603A, 603B, 603C, 603D: Inner heat insulating member 603H: Through hole 603e: Outer edge FG: Fuel gas FOG: Fuel off gas IP: Inner part OG: Oxidating agent gas OOG: Oxidating agent off gas OP: Outer part S104: Surface S63: Surface

Claims (9)

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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層と、前記空気極と、前記燃料極とが互いに重なる領域を取り囲むフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、
を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、断熱性を有する第1の断熱部材、を備え、
前記第1の断熱部材は、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックにおける、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置しており、
前記第1の断熱部材と隣り合う前記内側部分は空洞である、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
It is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units sandwiches an electrolyte layer and the electrolyte layer in the first direction. An electrochemical reaction single cell including an air electrode and a fuel electrode facing each other, and a frame portion surrounding a region where the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap each other in the first directional view. A manifold hole that constitutes a manifold that is a gas flow member and has a manifold that is supplied to or discharged from a gas chamber facing a specific electrode at least one of the air electrode and the fuel electrode. An electrochemical reaction block having a gas flow member formed in a frame portion,
A pair of end members facing each other in the first direction with the electrochemical reaction block interposed therebetween, and a pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. When,
In an electrochemical reaction cell stack equipped with
In the first direction, it is arranged on the specific surface side of the surface of the specific end member which is at least one of the pair of end members, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and has heat insulating properties. With a first insulating member, which has
The first heat insulating member is located outside the inner portion of the electrochemical reaction cell stack including the center of the electrochemical reaction cell stack in the first directional view.
The inner portion adjacent to the first heat insulating member is hollow.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、
を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、
前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、
前記第1の断熱部材の厚みは、前記第2の断熱部材の厚みと比較して大きい、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
It is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units sandwiches an electrolyte layer and the electrolyte layer in the first direction. The electrochemical reaction single cell including the air electrode and the fuel electrode facing each other and the region in which the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap each other in the first directional view are arranged so as to surround the region. A manifold that is a gas flow member having a frame portion and constitutes a manifold through which gas supplied to or discharged from the gas chamber is supplied to or discharged from the gas chamber facing a specific electrode at least one of the air electrode and the fuel electrode. An electrochemical reaction block comprising a gas flow member having a hole formed in the frame portion.
A pair of end members facing each other in the first direction with the electrochemical reaction block interposed therebetween, and a pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. When,
In an electrochemical reaction cell stack equipped with
In the first direction, it is arranged on the specific surface side of the surface of the specific end member which is at least one of the pair of end members, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and is the first. The first heat insulating member, which is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack and has heat insulating properties, and the first heat insulating member having heat insulating properties.
A second heat insulating member, which is arranged on the specific surface side and is located in the inner portion, and has a heat insulating property, is provided.
The thickness of the first heat insulating member is larger than the thickness of the second heat insulating member.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、
を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、
前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、
前記第1の断熱部材の熱伝導率は、前記第2の断熱部材の熱伝導率と比較して小さい、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
It is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units sandwiches an electrolyte layer and the electrolyte layer in the first direction. The electrochemical reaction single cell including the air electrode and the fuel electrode facing each other and the region in which the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap each other in the first directional view are arranged so as to surround the region. A manifold that is a gas flow member having a frame portion and constitutes a manifold through which gas supplied to or discharged from the gas chamber is supplied to or discharged from the gas chamber facing a specific electrode at least one of the air electrode and the fuel electrode. An electrochemical reaction block comprising a gas flow member having a hole formed in the frame portion.
A pair of end members facing each other in the first direction with the electrochemical reaction block interposed therebetween, and a pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. When,
In an electrochemical reaction cell stack equipped with
In the first direction, it is arranged on the specific surface side of the surface of the specific end member which is at least one of the pair of end members, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and is the first. The first heat insulating member, which is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack and has heat insulating properties, and the first heat insulating member having heat insulating properties.
A second heat insulating member, which is arranged on the specific surface side and is located in the inner portion, and has a heat insulating property, is provided.
The thermal conductivity of the first heat insulating member is smaller than that of the second heat insulating member.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、
を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、
前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、
前記第1の断熱部材の密度は、前記第2の断熱部材の密度と比較して大きい、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
It is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units sandwiches an electrolyte layer and the electrolyte layer in the first direction. The electrochemical reaction single cell including the air electrode and the fuel electrode facing each other and the region in which the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap each other in the first directional view are arranged so as to surround the region. A manifold that is a gas flow member having a frame portion and constitutes a manifold through which gas supplied to or discharged from the gas chamber is supplied to or discharged from the gas chamber facing a specific electrode at least one of the air electrode and the fuel electrode. An electrochemical reaction block comprising a gas flow member having a hole formed in the frame portion.
A pair of end members facing each other in the first direction with the electrochemical reaction block interposed therebetween, and a pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. When,
In an electrochemical reaction cell stack equipped with
In the first direction, it is arranged on the specific surface side of the surface of the specific end member which is at least one of the pair of end members, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and is the first. The first heat insulating member, which is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack and has heat insulating properties, and the first heat insulating member having heat insulating properties.
A second heat insulating member, which is arranged on the specific surface side and is located in the inner portion, and has a heat insulating property, is provided.
The density of the first heat insulating member is higher than the density of the second heat insulating member.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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から構成される電気化学反応ブロックであって、各前記電気化学反応単位は、電解質層と、前記電解質層を挟んで前記第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電気化学反応単セルと、前記第1の方向視において、前記電解質層、前記空気極、及び前記燃料極が互いに重なる領域を取り囲むように配置されているフレーム部分を有するガス流通部材であって、前記空気極と前記燃料極との少なくとも一方である特定電極に面するガス室に供給または前記ガス室から排出されるガスが通るマニホールドを構成するマニホールド用孔が前記フレーム部分に形成されたガス流通部材と、を有する、電気化学反応ブロックと、
前記電気化学反応ブロックを挟んで前記第1の方向に互いに対向する一対のエンド部材であって、前記第1の方向視で少なくとも一部が前記フレーム部分に重なるように配置された一対のエンド部材と、
を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向において、前記一対のエンド部材の少なくとも一方である特定エンド部材の表面のうちの前記電気化学反応ブロックとは反対側の表面である特定表面側に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの中心を含む内側部分の外側に位置する第1の断熱部材であって、断熱性を有する第1の断熱部材と、
前記特定表面側に配置され、かつ、前記内側部分に位置する第2の断熱部材であって、断熱性を有する第2の断熱部材と、を備え、
前記第2の断熱部材には、前記第2の断熱部材における前記第1の方向に略直交する第1の表面と、前記第1の表面とは反対側の第2の表面との少なくとも一方に開口する貫通孔と有底孔との少なくとも一方が形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
It is an electrochemical reaction block composed of a plurality of electrochemical reaction units arranged side by side in the first direction, and each of the electrochemical reaction units sandwiches an electrolyte layer and the electrolyte layer in the first direction. The electrochemical reaction single cell including the air electrode and the fuel electrode facing each other and the region in which the electrolyte layer, the air electrode, and the fuel electrode overlap each other in the first directional view are arranged so as to surround the region. A manifold that is a gas flow member having a frame portion and constitutes a manifold through which gas supplied to or discharged from the gas chamber is supplied to or discharged from the gas chamber facing a specific electrode at least one of the air electrode and the fuel electrode. An electrochemical reaction block comprising a gas flow member having a hole formed in the frame portion.
A pair of end members facing each other in the first direction with the electrochemical reaction block interposed therebetween, and a pair of end members arranged so that at least a part thereof overlaps the frame portion in the first direction view. When,
In an electrochemical reaction cell stack equipped with
In the first direction, it is arranged on the specific surface side of the surface of the specific end member which is at least one of the pair of end members, which is the surface opposite to the electrochemical reaction block, and is the first. The first heat insulating member, which is a first heat insulating member located outside the inner portion including the center of the electrochemical reaction cell stack and has heat insulating properties, and the first heat insulating member having heat insulating properties.
A second heat insulating member, which is arranged on the specific surface side and is located in the inner portion, and has a heat insulating property, is provided.
The second heat insulating member includes at least one of a first surface of the second heat insulating member that is substantially orthogonal to the first direction and a second surface opposite to the first surface. At least one of an opening through hole and a bottomed hole is formed,
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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の方向視において、前記第1の断熱部材は、前記内側部分を取り囲むように配置されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 5.
In the first directional view, the first heat insulating member is arranged so as to surround the inner portion.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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、
前記第1の方向視において、前記第1の断熱部材の少なくとも一部分は、前記フレーム部分と重なっている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 6.
In the first directional view, at least a part of the first heat insulating member overlaps with the frame part.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
請求項1から請求項7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、
前記フレーム部分には、前記マニホールド用孔として、
前記第1の方向視において、前記電気化学反応単セルを挟んで対向する第1の側と第2の側とにそれぞれ位置する2つの空気室用マニホールド用孔であって、それぞれ、前記空気極に面する空気室に供給または前記空気室から排出されるガスが通る2つの空気室用マニホールド用孔と、
前記第1の方向視において、前記第1の側と前記第2の側とにそれぞれ位置する2つの燃料室用マニホールド用孔であって、それぞれ、前記燃料極に面する燃料室に供給または前記燃料室から排出されるガスが通る2つの燃料室用マニホールド用孔と、を有し、
前記第1の方向視において、前記第1の断熱部材は、4つの辺を有する略矩形状の外縁を有し、
前記第1の断熱部材の外縁を構成する4つの辺のうち、前記2つの空気室用マニホールド用孔のうちの前記第1の側に位置する特定空気室用マニホールド用孔と、前記2つの燃料室用マニホールド用孔のうちの前記第1の側に位置する特定燃料室用マニホールド用孔と、の両方に最も近接する辺を第1の辺とし、
前記第1の断熱部材の外縁のうちの前記第1の辺に接続する辺を第2の辺とし、
前記第1の辺の一部を構成する第1の部分外縁と、前記第1の部分外縁に対向する前記第1の断熱部材の第1の部分内縁との間の最短距離を第1の幅とし、
前記第2の辺の一部を構成する第2の部分外縁と、前記第2の部分外縁に対向する前記第1の断熱部材の第2の部分内縁との間の最短距離を第2の幅としたとき、
前記第1の幅は、前記第2の幅と比較して大きい、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 7.
In the frame portion, as the manifold hole,
In the first directional view, two air chamber manifold holes located on the first side and the second side facing each other across the electrochemical reaction single cell, respectively, and the air electrode. Two air chamber manifold holes through which gas supplied to or discharged from the air chamber facing the air chamber passes.
In the first direction view, two fuel chamber manifold holes located on the first side and the second side, respectively, which are supplied to or said to the fuel chamber facing the fuel electrode. It has two fuel chamber manifold holes through which the gas discharged from the fuel chamber passes.
In the first directional view, the first heat insulating member has a substantially rectangular outer edge having four sides.
Of the four sides constituting the outer edge of the first heat insulating member, the hole for the manifold for the specific air chamber located on the first side of the holes for the manifold for the two air chambers, and the two fuels. The side closest to both the hole for the manifold for the specific fuel chamber located on the first side of the hole for the chamber manifold is set as the first side.
The side connected to the first side of the outer edge of the first heat insulating member is defined as the second side.
The first width is the shortest distance between the first partial outer edge constituting a part of the first side and the first partial inner edge of the first heat insulating member facing the first partial outer edge. year,
The shortest distance between the second partial outer edge constituting a part of the second side and the second partial inner edge of the first heat insulating member facing the second partial outer edge is the second width. When
The first width is larger than the second width.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
請求項1から請求項8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、
前記特定表面に配置され、かつ、前記第1の方向視において、前記電気化学反応セルスタックの少なくとも中央に重なる領域に配置された伝熱部材であって、前記特定エンド部材の熱伝導率より高い熱伝導率を有する伝熱部材、を備える、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
The electrochemical reaction cell stack according to any one of claims 1 to 8.
A heat transfer member arranged on the specific surface and in a region overlapping at least in the center of the electrochemical reaction cell stack in the first directional view, which has a higher thermal conductivity than the specific end member. A heat transfer member having a thermal conductivity, provided
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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