JP2022104073A

JP2022104073A - Electrochemical cell stack

Info

Publication number: JP2022104073A
Application number: JP2020219063A
Authority: JP
Inventors: 一隆内; Kazutaka Uchi
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-07-08

Abstract

To reduce a temperature difference between a plurality of electrochemical cell stacks.SOLUTION: In an electrochemical cell stack 10, a plate-shaped electrochemical cell 11 is stacked. The electrochemical cell 11 generates electricity by the electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas. A fuel gas inlet 13 and a fuel gas outlet 14 are located on one of first outer surfaces S1 in the stacking direction of the electrochemical cell 11. An oxidant gas inlet 15 and an oxidant gas outlet 16 are located on a second outer surface S2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、電気化学セルスタックに関するものである。 The present disclosure relates to an electrochemical cell stack.

燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池が知られている。燃料電池では、発電の最小単位となる電気化学セルを積層させた電気化学セルスタックとして組込まれる（特許文献１参照）。 Fuel cells that generate electricity by the electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas are known. In a fuel cell, it is incorporated as an electrochemical cell stack in which electrochemical cells, which are the smallest unit of power generation, are laminated (see Patent Document 1).

特開２０１６－２２５０７８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-22508

発電効率を向上させるためには、積層させた複数の電気化学セルの間で、温度のばらつきは少ないことが好ましい。しかし、個々の電気化学セルの温度制御を行うことは難しかった。 In order to improve the power generation efficiency, it is preferable that the temperature variation among the plurality of laminated electrochemical cells is small. However, it was difficult to control the temperature of individual electrochemical cells.

従って、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされた本開示の目的は、複数の電気化学セル間の温度差を低減する電気化学セルスタックを提供することにある。 Therefore, an object of the present disclosure made in view of the above-mentioned problems of the prior art is to provide an electrochemical cell stack that reduces a temperature difference between a plurality of electrochemical cells.

上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による電気化学セルスタックは、
燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電する板状の電気化学セルを積層させた電気化学セルスタックであって、
前記電気化学セルの積層方向における一方の第１の外面に燃料ガスの入口及び燃料ガスの出口が位置し、該第１の外面の裏側の第２の外面に酸化剤ガスの入口及び酸化剤ガスの出口が位置する。 In order to solve the above-mentioned problems, the electrochemical cell stack from the first viewpoint is
It is an electrochemical cell stack in which plate-shaped electrochemical cells that generate electricity by the electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas are laminated.
The fuel gas inlet and the fuel gas outlet are located on one of the first outer surfaces in the stacking direction of the electrochemical cell, and the oxidant gas inlet and the oxidant gas are located on the second outer surface behind the first outer surface. Exit is located.

上記のように構成された本開示に係る電気化学セルスタックによれば、複数の電気化学セル間の温度差が低減する。 According to the electrochemical cell stack according to the present disclosure configured as described above, the temperature difference between a plurality of electrochemical cells is reduced.

第１の実施形態に係る電気化学セルスタックの斜視図である。It is a perspective view of the electrochemical cell stack which concerns on 1st Embodiment. 図１の電気化学セルスタックの上面図である。It is a top view of the electrochemical cell stack of FIG. 1. 図１の電気化学セルの厚さ方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the thickness direction of the electrochemical cell of FIG. 図３におけるＩＶ―ＩＶ線に沿った電気化学セルの断面図である。It is sectional drawing of the electrochemical cell along the IV-IV line in FIG. 図３におけるＶ―Ｖ線に沿った電気化学セルの断面図である。It is sectional drawing of the electrochemical cell along the VV line in FIG. ガスの入口及び出口を同じ面に位置させる電気化学セルスタックにおけるガスの流路を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the flow path of a gas in an electrochemical cell stack which arranges a gas inlet and an outlet on the same plane. 第２の実施形態に係る電気化学セルスタックの斜視図である。It is a perspective view of the electrochemical cell stack which concerns on 2nd Embodiment. 図７の電気化学セルスタックの上面図である。It is a top view of the electrochemical cell stack of FIG. 7.

以下、本開示を適用した電気化学セルスタックの実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the electrochemical cell stack to which the present disclosure is applied will be described with reference to the drawings.

図１に示すように、本開示の第１の実施形態に係る電気化学セルスタック１０は、複数の板状の電気化学セル１１を積層させることにより構成される。積層させた電気化学セル１１は、積層方向における両端から第１のエンドプレート１２ａ及び第２のエンドプレート１２ｂにより挟まれていてよい。 As shown in FIG. 1, the electrochemical cell stack 10 according to the first embodiment of the present disclosure is configured by stacking a plurality of plate-shaped electrochemical cells 11. The laminated electrochemical cell 11 may be sandwiched between the first end plate 12a and the second end plate 12b from both ends in the stacking direction.

電気化学セルスタック１０の積層方向から見た形状は、例えば、矩形、六角形、円形等の任意の形状であってよい。第１の実施形態において、電気化学セルスタック１０の積層方向から見た形状は、矩形である。 The shape of the electrochemical cell stack 10 when viewed from the stacking direction may be any shape such as a rectangle, a hexagon, or a circle. In the first embodiment, the shape of the electrochemical cell stack 10 seen from the stacking direction is rectangular.

積層方向における一方の第１の外面Ｓ１に燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４が位置する。第１の外面Ｓ１の積層方向における裏側の第２の外面Ｓ２に酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６が位置する。 The fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 are located on one of the first outer surfaces S1 in the stacking direction. The oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16 are located on the second outer surface S2 on the back side in the stacking direction of the first outer surface S1.

図２に示すように、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４は、積層方向に垂直な第１の方向ｄ１における電気化学セルスタック１０の両端に位置してよい。酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６は、積層方向に垂直な第２の方向ｄ２における電気化学セルスタック１０の両端に位置してよい。第２の方向ｄ２は、第１の方向ｄ１とのなす角度が４５°未満であってよい。 As shown in FIG. 2, the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 may be located at both ends of the electrochemical cell stack 10 in the first direction d1 perpendicular to the stacking direction. The oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16 may be located at both ends of the electrochemical cell stack 10 in the second direction d2 perpendicular to the stacking direction. The angle formed by the second direction d2 with the first direction d1 may be less than 45 °.

燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４は、第１の外面Ｓ１の外縁が互いに平行な２辺を含む構成においては、それぞれ当該２辺の近傍に位置してよい。酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６は、積層方向から見て、それぞれ当該２辺の近傍に位置してよい。 The fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 may be located in the vicinity of the two sides in a configuration in which the outer edges of the first outer surface S1 include two sides parallel to each other. The oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16 may be located in the vicinity of the two sides when viewed from the stacking direction.

酸化剤ガスの入口１５は、積層方向から見て、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４を結ぶ線分の中心よりも燃料ガスの入口１３側に位置してよい。なお、本願明細書において、入口及び出口を結ぶ線分は、入口及び出口の中心を結ぶ線分であってよい。酸化剤ガスの出口１６は、積層方向から見て、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４を結ぶ線分の中心よりも燃料ガスの出口１４側に位置してよい。 The oxidant gas inlet 15 may be located closer to the fuel gas inlet 13 than the center of the line segment connecting the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 when viewed from the stacking direction. In the specification of the present application, the line segment connecting the entrance and the exit may be a line segment connecting the centers of the entrance and the exit. The oxidant gas outlet 16 may be located closer to the fuel gas outlet 14 than the center of the line segment connecting the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 when viewed from the stacking direction.

積層方向から見て、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４を結ぶ線分と、酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６を結ぶ線分とが交差してよい。例えば、積層方向から見て、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４を結ぶ線分は、第１の外面Ｓ１の外縁において燃料ガスの入口１３の近傍の一辺に対して傾斜していてよい。積層方向から見て、酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６を結ぶ線分は、第１の外面Ｓ１の外縁において酸化剤ガスの入口１５近傍の一辺に対して傾斜していてよい。 When viewed from the stacking direction, the line connecting the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 may intersect with the line connecting the oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16. For example, when viewed from the stacking direction, the line connecting the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 may be inclined with respect to one side in the vicinity of the fuel gas inlet 13 at the outer edge of the first outer surface S1. .. When viewed from the stacking direction, the line segment connecting the oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16 may be inclined with respect to one side near the oxidant gas inlet 15 at the outer edge of the first outer surface S1. ..

電気化学セルスタック１０は、電池装置の一部として、積層方向が地表における鉛直方向に平行になるように設置されてよい。または、電気化学セルスタック１０は、電池装置の一部として、積層方向が地表において水平になるように設置されてよい。積層方向が水平になるように設置される構成においては、更に、燃料ガスの出口１４及び酸化剤ガスの出口１６が、燃料ガスの入口１３及び酸化剤ガスの入口１５よりも上方に位置するように設置されてよい。 The electrochemical cell stack 10 may be installed as a part of the battery device so that the stacking direction is parallel to the vertical direction on the ground surface. Alternatively, the electrochemical cell stack 10 may be installed as a part of the battery device so that the stacking direction is horizontal on the ground surface. In the configuration in which the stacking direction is horizontal, the fuel gas outlet 14 and the oxidant gas outlet 16 are further located above the fuel gas inlet 13 and the oxidant gas inlet 15. May be installed in.

図３に示すように、電気化学セル１１では、板状の電解質膜１７が、両膜面側から、燃料極１８及び空気極１９を介して２枚のインターコネクタ２０に挟持されてよい。２枚のインターコネクタ２０の間は、フレーム２１により密封されてよい。 As shown in FIG. 3, in the electrochemical cell 11, a plate-shaped electrolyte membrane 17 may be sandwiched between two interconnectors 20 from both membrane surface sides via a fuel electrode 18 and an air electrode 19. The space between the two interconnectors 20 may be sealed by the frame 21.

電気化学セル１１は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、固体高分子形燃料電池、りん酸形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池であってよい。燃料極１８及び空気極１９は、それぞれの方式に適した材料が用いられてよく、それぞれの方式に適した構造を有してよい。 The electrochemical cell 11 may be a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, or a molten carbonate fuel cell. The fuel pole 18 and the air pole 19 may be made of a material suitable for each method, and may have a structure suitable for each method.

インターコネクタ２０は、例えば、金属製の板状であり、電気化学セル１１の板面と同じ形状であってよい。インターコネクタ２０には、板面に平行な複数の畝部２２が設けられてよい。インターコネクタ２０は、畝部２２を介して燃料極１８に接触してよい。インターコネクタ２０は、畝部２２を介して空気極１９に接触してよい。 The interconnector 20 may have, for example, a metal plate shape and may have the same shape as the plate surface of the electrochemical cell 11. The interconnector 20 may be provided with a plurality of ridges 22 parallel to the plate surface. The interconnector 20 may come into contact with the fuel electrode 18 via the ridge 22. The interconnector 20 may come into contact with the air electrode 19 via the ridge 22.

フレーム２１は、電気絶縁性を有する材料により形成されてよい。フレーム２１は、インターコネクタ２０の板面の外縁に沿った枠状であってよい。フレーム２１は、２枚のインターコネクタ２０の畝部２２が設けられた面を互いに対向させた状態で、当該２枚のインターコネクタ２０の外縁近傍において板面に密着してよい。 The frame 21 may be made of a material having electrical insulation. The frame 21 may have a frame shape along the outer edge of the plate surface of the interconnector 20. The frame 21 may be in close contact with the plate surface in the vicinity of the outer edge of the two interconnectors 20 with the surfaces provided with the ridges 22 of the two interconnectors 20 facing each other.

図４、５に示すように、フレーム２１には、インターコネクタ２０とともに、第１の燃料ガス通過孔２３、第２の燃料ガス通過孔２４、第１の酸化剤ガス通過孔２５、及び第２の酸化剤ガス通過孔２６が形成されてよい。第１の燃料ガス通過孔２３、第２の燃料ガス通過孔２４、第１の酸化剤ガス通過孔２５、及び第２の酸化剤ガス通過孔２６は、フレーム２１の厚さ方向、言換えると、枠の軸方向に平行で貫通していてよい。 As shown in FIGS. 4 and 5, in the frame 21, together with the interconnector 20, a first fuel gas passage hole 23, a second fuel gas passage hole 24, a first oxidant gas passage hole 25, and a second Oxidizing agent gas passage hole 26 may be formed. The first fuel gas passage hole 23, the second fuel gas passage hole 24, the first oxidant gas passage hole 25, and the second oxidizer gas passage hole 26 are in the thickness direction of the frame 21, in other words. , It may penetrate parallel to the axial direction of the frame.

図３に示すように、電解質膜１７、インターコネクタ２０、及びフレーム２１により、燃料極１８側に燃料ガス室ＦＲが画定される。また、電解質膜１７、インターコネクタ２０、及びフレーム２１により、空気極１９側に酸化剤ガス室ＯＲが画定される。図４に示すように、フレーム２１の一部に孔が形成されることにより、燃料ガス室ＦＲと、第１の燃料ガス通過孔２３及び第２の燃料ガス通過孔２４とが連通してよい。図５に示すように、フレーム２１の一部に孔が形成されることにより、酸化剤ガス室ＯＲと、第１の酸化剤ガス通過孔２５及び第２の酸化剤ガス通過孔２６とが連通してよい。 As shown in FIG. 3, the fuel gas chamber FR is defined on the fuel electrode 18 side by the electrolyte membrane 17, the interconnector 20, and the frame 21. Further, the oxidant gas chamber OR is defined on the air electrode 19 side by the electrolyte membrane 17, the interconnector 20, and the frame 21. As shown in FIG. 4, the fuel gas chamber FR may communicate with the first fuel gas passage hole 23 and the second fuel gas passage hole 24 by forming a hole in a part of the frame 21. .. As shown in FIG. 5, by forming a hole in a part of the frame 21, the oxidant gas chamber OR and the first oxidant gas passage hole 25 and the second oxidant gas passage hole 26 communicate with each other. You can do it.

電気化学セル１１は、各電気化学セル１１の第１の燃料ガス通過孔２３が連続し、各電気化学セル１１の第２の燃料ガス通過孔２４が連続し、各電気化学セル１１の第１の酸化剤ガス通過孔２５が連続し、各電気化学セル１１の第２の酸化剤ガス通過孔２６が連続するように、積層されてよい。図１に示すように、このように積層させることにより、全電気化学セル１１の第１の燃料ガス通過孔２３により、積層方向に平行な燃料ガス供給孔２７が形成されてよい。また、全電気化学セル１１の第１の酸化剤ガス通過孔２５により、積層方向に平行な酸化剤ガス供給孔２８が形成されてよい。また、全電気化学セル１１の第２の燃料ガス通過孔２４により、積層方向に平行な燃料ガス排出孔２９が形成されてよい。また、全電気化学セル１１の第２の酸化剤ガス通過孔２６により、積層方向に平行な酸化剤ガス排出孔３０が形成されてよい。 In the electrochemical cell 11, the first fuel gas passage hole 23 of each electrochemical cell 11 is continuous, the second fuel gas passage hole 24 of each electrochemical cell 11 is continuous, and the first fuel gas passage hole 24 of each electrochemical cell 11 is continuous. The oxidant gas passage holes 25 of each of the above may be laminated so as to be continuous and the second oxidant gas passage holes 26 of each electrochemical cell 11 are continuous. As shown in FIG. 1, by stacking in this way, the fuel gas supply hole 27 parallel to the stacking direction may be formed by the first fuel gas passage hole 23 of the total electrochemical cell 11. Further, the oxidant gas supply hole 28 parallel to the stacking direction may be formed by the first oxidant gas passage hole 25 of the total electrochemical cell 11. Further, the fuel gas discharge hole 29 parallel to the stacking direction may be formed by the second fuel gas passage hole 24 of the total electrochemical cell 11. Further, the oxidant gas discharge hole 30 parallel to the stacking direction may be formed by the second oxidant gas passage hole 26 of the total electrochemical cell 11.

第１のエンドプレート１２ａは、第１の外面Ｓ１側に位置してよい。第２のエンドプレート１２ｂは、第２の外面Ｓ２側に位置してよい。第１のエンドプレート１２ａには、孔状の燃料ガスの入口１３と、燃料ガスの出口１４とが形成されてよい。第２のエンドプレート１２ｂには、孔状の酸化剤ガスの入口１５と、酸化剤ガスの出口１６とが形成されてよい。 The first end plate 12a may be located on the first outer surface S1 side. The second end plate 12b may be located on the second outer surface S2 side. The first end plate 12a may be formed with a hole-shaped fuel gas inlet 13 and a fuel gas outlet 14. The second end plate 12b may be formed with a pore-shaped inlet 15 for the oxidant gas and an outlet 16 for the oxidant gas.

燃料ガスの入口１３及び燃料ガス供給孔２７は連続してよい。燃料ガスの出口１４及び燃料ガス排出孔２９は連続してよい。酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガス供給孔２８は連続してよい。酸化剤ガスの出口１６及び酸化剤ガス排出孔３０は連続してよい。 The fuel gas inlet 13 and the fuel gas supply hole 27 may be continuous. The fuel gas outlet 14 and the fuel gas discharge hole 29 may be continuous. The oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas supply hole 28 may be continuous. The oxidant gas outlet 16 and the oxidant gas discharge hole 30 may be continuous.

燃料ガスの入口１３から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給孔２７を介して各燃料ガス室ＦＲに流入してよい。酸化剤ガスの入口１５から供給される酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給孔２８を介して各酸化剤ガス室ＯＲに流入してよい。各電気化学セル１１の燃料ガス室ＦＲに供給される燃料ガス及び各電気化学セル１１の酸化剤ガス室ＯＲに供給される酸化剤ガスの電気化学反応により、各電気化学セル１１は発電する。 The fuel gas supplied from the fuel gas inlet 13 may flow into each fuel gas chamber FR through the fuel gas supply hole 27. The oxidant gas supplied from the oxidant gas inlet 15 may flow into each oxidant gas chamber OR through the oxidant gas supply hole 28. Each electrochemical cell 11 generates power by an electrochemical reaction between the fuel gas supplied to the fuel gas chamber FR of each electrochemical cell 11 and the oxidant gas supplied to the oxidant gas chamber OR of each electrochemical cell 11.

以上のような構成の第１の実施形態の電気化学セルスタック１０では、第１の外面Ｓ１に燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４が位置し、第２の外面Ｓ２に酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６が位置する。例えば、一般的な電気化学セルスタックにおいて、燃料ガス及び酸化剤ガスそれぞれの入口及び出口を同一の面に位置させることが考えられる。そのような構造においては、図６に示すように、燃料ガス及び酸化剤ガスは入口ＩＮから積層方向の一方向に向かって流れ、各電気化学セル１１’内を積層方向に垂直な方向に流れ、積層方向の逆方向に向かって流れて、出口ＯＵＴから排出される。このような構成においては、入口ＩＮ及び出口ＯＵＴから離れた電気化学セル１１’にはガスが到達しにくいため、入口ＩＮ及び出口ＯＵＴに近い部分に比べ、発電による熱とガスとの熱交換量に差が生じる場合がある。それに伴い、複数の電気化学セル１１’には積層方向に温度差が生じ得る。一方で、上述の構成を有する電気化学セルスタック１０では、燃料ガスは積層方向における一方向に流れ、酸化剤ガスは積層方向における当該一方向の逆方向に流れる。したがって、電気化学セルスタック１０は、積層方向に沿った燃料ガスによる各電気化学セル１１の温度変化の向きと、酸化剤ガスによる各電気化学セル１１の温度変化の向きは逆向きとなる。それゆえ、電気化学セルスタック１００は、燃料ガスによる温度変化と酸化剤ガスによる温度変化との合計により全体としての積層方向に沿った各電気化学セル１１の温度変化は相殺される。その結果、電気化学セルスタック１００は、積層された複数の電気化学セル１１の間の温度差を低減する。また、上述の構成を有する、電気化学セルスタック１０は、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４、並びに酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６を互いに離して位置させ得る。したがって、電気化学セルスタック１０は、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４、並びに酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６に別々に接続する配管の干渉を回避させるための設計における自由度を向上させる。 In the electrochemical cell stack 10 of the first embodiment having the above configuration, the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14 are located on the first outer surface S1, and the oxidant gas is located on the second outer surface S2. The inlet 15 and the outlet 16 of the oxidant gas are located. For example, in a general electrochemical cell stack, it is conceivable to position the inlet and outlet of the fuel gas and the oxidant gas on the same surface. In such a structure, as shown in FIG. 6, the fuel gas and the oxidant gas flow from the inlet IN in one direction in the stacking direction, and flow in each electrochemical cell 11'in the direction perpendicular to the stacking direction. , Flows in the direction opposite to the stacking direction and is discharged from the outlet OUT. In such a configuration, since it is difficult for the gas to reach the electrochemical cell 11'away from the inlet IN and the outlet OUT, the amount of heat exchange between the heat and the gas due to power generation is larger than that in the portion near the inlet IN and the outlet OUT. May make a difference. Along with this, a temperature difference may occur in the stacking direction in the plurality of electrochemical cells 11'. On the other hand, in the electrochemical cell stack 10 having the above-described configuration, the fuel gas flows in one direction in the stacking direction, and the oxidant gas flows in the opposite direction of the one direction in the stacking direction. Therefore, in the electrochemical cell stack 10, the direction of the temperature change of each electrochemical cell 11 due to the fuel gas along the stacking direction and the direction of the temperature change of each electrochemical cell 11 due to the oxidant gas are opposite to each other. Therefore, in the electrochemical cell stack 100, the temperature change of each electrochemical cell 11 along the stacking direction as a whole is offset by the sum of the temperature change due to the fuel gas and the temperature change due to the oxidant gas. As a result, the electrochemical cell stack 100 reduces the temperature difference between the plurality of laminated electrochemical cells 11. Further, in the electrochemical cell stack 10 having the above-described configuration, the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14, and the oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16 may be positioned apart from each other. Therefore, the electrochemical cell stack 10 is designed to avoid interference of pipes separately connected to the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14, and the oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16. Increase the degree of freedom.

また、第１の実施形態の電気化学セルスタック１０では、燃料ガスの入口１３及び出口１４は積層方向に垂直な第１の方向ｄ１における電気化学セルスタック１０の両端に位置し、酸化剤ガスの入口１５及び出口１６は、積層方向に垂直且つ第１の方向ｄ１とのなす角度が４５°未満である第２の方向ｄ２における電気化学セルスタック１０の両端に位置する。このような構成により、電気化学セルスタック１０は、第１の外面Ｓ１に位置する燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４が離れて、第２の外面Ｓ２に位置する酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６が離れているので、入口同士、出口同士が近傍にあり、且つ入口及び出口に別々に接続する配管の干渉を回避させるための設計における自由度を更に向上させる。 Further, in the electrochemical cell stack 10 of the first embodiment, the inlet 13 and the outlet 14 of the fuel gas are located at both ends of the electrochemical cell stack 10 in the first direction d1 perpendicular to the stacking direction, and the oxidant gas is used. The inlet 15 and the outlet 16 are located at both ends of the electrochemical cell stack 10 in the second direction d2, which is perpendicular to the stacking direction and has an angle of less than 45 ° with the first direction d1. With such a configuration, in the electrochemical cell stack 10, the fuel gas inlet 13 located on the first outer surface S1 and the fuel gas outlet 14 are separated from each other, and the oxidant gas inlet 15 located on the second outer surface S2 is separated. And since the outlets 16 of the oxidant gas are separated from each other, the degree of freedom in the design for avoiding the interference of the pipes which are close to each other and are connected to the inlet and the outlet separately is further improved.

また、第１の実施形態の電気化学セルスタック１０では、酸化剤ガスの入口１５は、積層方向から見て、燃料ガスの入口１３及び出口１４を結ぶ線分の中心よりも燃料ガスの入口１３側に位置する。このような構成により、電気化学セルスタック１０は、図１のように、積層方向が水平になるように設置させる場合に、酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６を、夫々燃料ガスの入口１３及び酸化剤ガスの入口１５よりも上方に離間させて位置するように設置し得る。このため、電気化学セルスタック１０は、入口及び出口に別々に接続する配管の干渉を回避させるための設計における自由度を更に向上させる。また、このような姿勢で設置した場合に、電気化学セルスタック１０は、燃料ガス及び酸化剤ガスを鉛直下方から上方に流動させ得るので、燃料ガスを燃料ガス室ＦＲ全体に、酸化剤ガスを酸化剤ガス室ＯＲ全体に行きわたらせ得る。したがって、電気化学セルスタック１０は、発電効率を向上させ得る。 Further, in the electrochemical cell stack 10 of the first embodiment, the inlet 15 of the oxidant gas is the inlet 13 of the fuel gas rather than the center of the line connecting the inlet 13 and the outlet 14 of the fuel gas when viewed from the stacking direction. Located on the side. With such a configuration, when the electrochemical cell stack 10 is installed so that the stacking direction is horizontal as shown in FIG. 1, the oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16 are respectively fuel gas. It may be installed so as to be located above the inlet 13 of the oxidant gas and the inlet 15 of the oxidant gas. Therefore, the electrochemical cell stack 10 further improves the degree of freedom in the design for avoiding the interference of the pipes connected separately to the inlet and the outlet. Further, when installed in such an attitude, the electrochemical cell stack 10 can allow the fuel gas and the oxidant gas to flow from vertically downward to upward, so that the fuel gas is applied to the entire fuel gas chamber FR and the oxidant gas is applied. It can be distributed throughout the oxidant gas chamber OR. Therefore, the electrochemical cell stack 10 can improve the power generation efficiency.

次に、本開示の第２の実施形態に係る電気化学セルスタックについて説明する。第２の実施形態では、燃料ガスの入口及び出口と、酸化剤ガスの入口及び出口との位置が第１の実施形態と異なっている。以下に、第１の実施形態と異なる点を中心に第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成を有する部位には同じ符号を付す。 Next, the electrochemical cell stack according to the second embodiment of the present disclosure will be described. In the second embodiment, the positions of the inlet and outlet of the fuel gas and the inlet and outlet of the oxidant gas are different from those of the first embodiment. Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on the differences from the first embodiment. The same reference numerals are given to the parts having the same configuration as that of the first embodiment.

図７に示すように、第２の実施形態の電気化学セルスタック１００において、第１の実施形態と類似して、積層方向における一方の第１の外面Ｓ１に燃料ガスの入口１３０及び燃料ガスの出口１４０が位置する。また、第１の実施形態に類似して、第２の外面Ｓ２に酸化剤ガスの入口１５０及び酸化剤ガスの出口１６０が位置する。 As shown in FIG. 7, in the electrochemical cell stack 100 of the second embodiment, similar to the first embodiment, the fuel gas inlet 130 and the fuel gas inlet 130 and the fuel gas are connected to one of the first outer surfaces S1 in the stacking direction. Exit 140 is located. Further, similar to the first embodiment, the oxidant gas inlet 150 and the oxidant gas outlet 160 are located on the second outer surface S2.

図８に示すように、燃料ガスの入口１３０及び燃料ガスの出口１４０は、第１の実施形態に類似して、積層方向に垂直な第１の方向ｄ１における電気化学セルスタック１００の両端に位置してよい。酸化剤ガスの入口１５０及び酸化剤ガスの出口１６０は、第１の実施形態と異なり、積層方向に垂直な第３の方向ｄ３における電気化学セルスタック１００の両端に位置してよい。第３の方向ｄ３は、第１の方向ｄ１とのなす角度が４５°以上１３５°以下であってよい。更に具体的には、第３の方向ｄ３は、第１の方向ｄ１とのなす角度が９０°であってよい。また、燃料ガスの入口１３０及び燃料ガスの出口１４０を結ぶ線分は、第１の外面Ｓ１の外縁において燃料ガスの入口１３０の近傍の一辺に垂直であってよい。また、酸化剤ガスの入口１５０及び酸化剤ガスの出口１６０を結ぶ線分は、第２の外面Ｓ２の外縁において酸化剤ガスの入口１５０の近傍の一辺に垂直であってよい。 As shown in FIG. 8, the fuel gas inlet 130 and the fuel gas outlet 140 are located at both ends of the electrochemical cell stack 100 in the first direction d1 perpendicular to the stacking direction, similar to the first embodiment. You can do it. The oxidant gas inlet 150 and the oxidant gas outlet 160 may be located at both ends of the electrochemical cell stack 100 in the third direction d3 perpendicular to the stacking direction, unlike the first embodiment. The angle formed by the third direction d3 with the first direction d1 may be 45 ° or more and 135 ° or less. More specifically, the third direction d3 may have an angle of 90 ° with the first direction d1. Further, the line segment connecting the fuel gas inlet 130 and the fuel gas outlet 140 may be perpendicular to one side in the vicinity of the fuel gas inlet 130 at the outer edge of the first outer surface S1. Further, the line segment connecting the inlet 150 of the oxidant gas and the outlet 160 of the oxidant gas may be perpendicular to one side in the vicinity of the inlet 150 of the oxidant gas at the outer edge of the second outer surface S2.

燃料ガスの入口１３０及び燃料ガスの出口１４０は、第１の実施形態に類似して、第１の外面Ｓ１の外縁が互いに平行な２辺を含む構成においては、それぞれ当該２辺の近傍に位置してよい。酸化剤ガスの入口１５０及び酸化剤ガスの出口１６０は、第１の実施形態と異なり、第１の外面Ｓ１が矩形である構成において、積層方向から見て、燃料ガスの入口１３０及び燃料ガスの出口１４０が設けられる平行な２辺を連結する２辺の近傍に位置してよい。 Similar to the first embodiment, the fuel gas inlet 130 and the fuel gas outlet 140 are located in the vicinity of the two sides in a configuration in which the outer edges of the first outer surface S1 include two sides parallel to each other. You can do it. Unlike the first embodiment, the oxidant gas inlet 150 and the oxidant gas outlet 160 have a configuration in which the first outer surface S1 is rectangular, and the fuel gas inlet 130 and the fuel gas outlet 130 are viewed from the stacking direction. It may be located in the vicinity of the two sides connecting the two parallel sides provided with the outlet 140.

以上のような構成の第２の実施形態の電気化学セルスタック１００では、第１の実施形態と類似して、第１の外面Ｓ１に燃料ガスの入口１３０及び燃料ガスの出口１４０が位置し、第２の外面Ｓ２に酸化剤ガスの入口１５０及び酸化剤ガスの出口１６０が位置する。したがって、電気化学セルスタック１００は、積層された複数の電気化学セル１１間の温度差を低減する。また、電気化学セルスタック１００は、燃料ガスの入口１３及び燃料ガスの出口１４、並びに酸化剤ガスの入口１５及び酸化剤ガスの出口１６に別々に接続する配管の干渉を回避させるための設計における自由度を向上させる。 In the electrochemical cell stack 100 of the second embodiment having the above configuration, the fuel gas inlet 130 and the fuel gas outlet 140 are located on the first outer surface S1 as in the first embodiment. The oxidant gas inlet 150 and the oxidant gas outlet 160 are located on the second outer surface S2. Therefore, the electrochemical cell stack 100 reduces the temperature difference between the plurality of laminated electrochemical cells 11. Further, the electrochemical cell stack 100 is designed to avoid interference of pipes separately connected to the fuel gas inlet 13 and the fuel gas outlet 14, and the oxidant gas inlet 15 and the oxidant gas outlet 16. Increase the degree of freedom.

また、第２の実施形態の電気化学セルスタック１００では、燃料ガスの入口１３０及び出口１４０は積層方向に垂直な第１の方向ｄ１における電気化学セルスタック１００の両端に位置し、酸化剤ガスの入口１５０及び出口１６０は、積層方向に垂直且つ第１の方向ｄ１とのなす角度が４５°以上１３５°以下である第３の方向ｄ３における電気化学セルスタック１００の両端に位置する。このような構成により、電気化学セルスタック１００は、第１の外面Ｓ１に位置する燃料ガスの入口１３０及び燃料ガスの出口１４０が離れて、第２の外面Ｓ２に位置する酸化剤ガスの入口１５０及び酸化剤ガスの出口１６０が離れているので、入口及び出口に別々に接続する配管の干渉を回避させるための設計における自由度を更に向上させる。 Further, in the electrochemical cell stack 100 of the second embodiment, the inlet 130 and the outlet 140 of the fuel gas are located at both ends of the electrochemical cell stack 100 in the first direction d1 perpendicular to the stacking direction, and the oxidant gas is charged. The inlet 150 and the outlet 160 are located at both ends of the electrochemical cell stack 100 in the third direction d3, which is perpendicular to the stacking direction and has an angle of 45 ° or more and 135 ° or less with the first direction d1. With such a configuration, in the electrochemical cell stack 100, the fuel gas inlet 130 and the fuel gas outlet 140 located on the first outer surface S1 are separated from each other, and the oxidant gas inlet 150 located on the second outer surface S2 is separated. And since the outlet 160 of the oxidant gas is separated, the degree of freedom in the design for avoiding the interference of the pipes connected separately to the inlet and the outlet is further improved.

本開示の内容は、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことができる。したがって、これらの変形及び修正は本開示の範囲に含まれる。例えば、各実施形態において、各機能部、各手段、各ステップなどは論理的に矛盾しないように他の実施形態に追加し、若しくは、他の実施形態の各機能部、各手段、各ステップなどと置き換えることが可能である。また、各実施形態において、複数の各機能部、各手段、各ステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上述した本開示の各実施形態は、それぞれ説明した各実施形態に忠実に実施することに限定されるものではなく、適宜、各特徴を組み合わせたり、一部を省略したりして実施することもできる。 The contents of the present disclosure may be modified and modified by those skilled in the art based on the present disclosure. Therefore, these modifications and modifications are within the scope of this disclosure. For example, in each embodiment, each functional unit, each means, each step, etc. are added to other embodiments so as not to be logically inconsistent, or each functional unit, each means, each step, etc. of another embodiment, etc. Can be replaced with. Further, in each embodiment, it is possible to combine or divide a plurality of each functional unit, each means, each step, and the like into one. Further, each of the above-described embodiments of the present disclosure is not limited to faithful implementation of each of the embodiments described above, and each of the features may be combined or partially omitted as appropriate. You can also do it.

例えば、燃料ガスの入口１３、１３０及び出口１４、１４０、燃料ガス供給孔２７、並びに燃料ガス排出孔２９より、酸化剤ガスの入口１５、１５０及び出口１６、１６０、酸化剤ガス供給孔２８、及び酸化剤ガス排出孔３０の積層方向から見た面積が大きくてもよい。酸化剤ガス（例えば空気）は、燃料ガス（例えば水素リッチなガス）と比べて、平均分子量が大きいために拡散性が低い。特に、酸化剤ガスは、高温になると、燃料ガスに比べて粘度が高くなる傾向にあり、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で運転されるＳＯＦＣにおいては、酸化剤ガスは、燃料ガスよりも広がりづらい状態となる。それゆえ、上述の構成により、燃料ガス及び酸化剤ガスが積層方向における逆方向に流れ、積層方向に沿った各電気化学セル１１の温度変化は相殺される効果が不十分であるという問題も改善できる。 For example, from the fuel gas inlets 13, 130 and outlets 14, 140, the fuel gas supply hole 27, and the fuel gas discharge hole 29, the oxidant gas inlets 15, 150 and outlets 16, 160, the oxidant gas supply hole 28, The area of the oxidant gas discharge holes 30 as seen from the stacking direction may be large. Oxidizing agent gas (for example, air) has a higher average molecular weight than fuel gas (for example, hydrogen-rich gas), and therefore has lower diffusivity. In particular, the oxidant gas tends to have a higher viscosity than the fuel gas at a high temperature, and in SOFC operated at a relatively high temperature (for example, 700 ° C to 1000 ° C), the oxidant gas is a fuel gas. It becomes more difficult to spread. Therefore, the above-mentioned configuration also improves the problem that the fuel gas and the oxidant gas flow in the opposite directions in the stacking direction, and the effect of canceling out the temperature change of each electrochemical cell 11 along the stacking direction is insufficient. can.

１０、１００電気化学セルスタック
１１電気化学セル
１２ａ第１のエンドプレート
１２ｂ第２のエンドプレート
１３、１３０燃料ガスの入口
１４、１４０燃料ガスの出口
１５、１５０酸化剤ガスの入口
１６、１６０酸化剤ガスの出口
１７電解質膜
１８燃料極
１９空気極
２０インターコネクタ
２１フレーム
２２畝部
２３第１の燃料ガス通過孔
２４第２の燃料ガス通過孔
２５第１の酸化剤ガス通過孔
２６第２の酸化剤ガス通過孔
２７燃料ガス供給孔
２８酸化剤ガス供給孔
２９燃料ガス排出孔
３０酸化剤ガス排出孔
ｄ１第１の方向
ｄ２第２の方向
ＦＲ燃料ガス室
ＯＲ酸化剤ガス室
Ｓ１第１の外面
Ｓ２第２の外面 10,100 electrochemical cell stack 11 electrochemical cell 12a first end plate 12b second end plate 13,130 fuel gas inlet 14,140 fuel gas outlet 15,150 oxidant gas inlet 16,160 oxidant Gas outlet 17 Electrolyte film 18 Fuel pole 19 Air pole 20 Interconnect 21 Frame 22 Ridge 23 First fuel gas passage hole 24 Second fuel gas passage hole 25 Second fuel gas passage hole 25 First oxidant gas passage hole 26 Second oxidation Agent gas passage hole 27 Fuel gas supply hole 28 Oxidating agent gas supply hole 29 Fuel gas discharge hole 30 Oxidizing agent gas discharge hole d1 First direction d2 Second direction FR Fuel gas chamber OR Oxidizing agent gas chamber S1 First outer surface S2 second outer surface

Claims

It is an electrochemical cell stack in which plate-shaped electrochemical cells that generate electricity by the electrochemical reaction of fuel gas and oxidant gas are laminated.
The fuel gas inlet and the fuel gas outlet are located on one of the first outer surfaces in the stacking direction of the electrochemical cell, and the oxidant gas inlet and the oxidant gas are located on the second outer surface behind the first outer surface. Electrochemical cell stack where the outlet is located.

In the electrochemical cell stack according to claim 1,
The fuel gas inlet and the fuel gas outlet are located at both ends of the electrochemical cell stack in a first direction perpendicular to the stacking direction.
The inlet of the oxidant gas and the outlet of the oxidant gas are located at both ends of the electrochemical cell stack at a second angle perpendicular to the stacking direction and formed by an angle of less than 45 ° with the first direction. Electrochemical cell stack.

In the electrochemical cell stack according to claim 2,
The inlet of the oxidant gas is an electrochemical cell stack located on the inlet side of the fuel gas with respect to the center of the line segment connecting the inlet of the fuel gas and the outlet of the fuel gas when viewed from the stacking direction.

In the electrochemical cell stack according to claim 1,
The fuel gas inlet and the fuel gas outlet are located at both ends of the electrochemical cell stack in a first direction perpendicular to the stacking direction.
The inlet of the oxidant gas and the outlet of the oxidant gas of the electrochemical cell stack at a third angle perpendicular to the stacking direction and formed by an angle of 45 ° or more and 135 ° or less with the first direction. Electrochemical cell stacks located at both ends.