JP4621488B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、それぞれ1枚のプレートで構成される一対のセパレータ間に配設される燃料電池に関する。 The present invention, electrolyte electrode assembly constituted by sandwiching an electrolyte between the anode electrode and the cathode electrode, relates to fuel cells disposed between a pair of separators consisting of plates of one respectively.
通常、固体電解質型燃料電池(SOFC)は、電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いており、この電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体(単セル)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、通常、単セルとセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。 In general, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as an electrolyte, and an electrolyte / electrode assembly in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of the electrolyte ( A single cell) is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is usually used as a fuel cell stack in which a predetermined number of single cells and separators are stacked.
上記の燃料電池において、カソード電極に酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されると、前記カソード電極と電解質との界面でこの酸化剤ガス中の酸素がイオン化され、酸化物イオン(O2-)が電解質を通ってアノード電極側に移動する。アノード電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)やCOが供給されているために、このアノード電極において、酸化物イオン及び水素(又はCO)が反応して水(又はCO2)が生成される。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。 In the above fuel cell, when an oxidant gas, for example, a gas containing mainly oxygen or air (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied to the cathode electrode, this oxidation is performed at the interface between the cathode electrode and the electrolyte. Oxygen in the agent gas is ionized, and oxide ions (O 2− ) move to the anode electrode side through the electrolyte. Since the anode electrode is supplied with a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as a hydrogen-containing gas) or CO, in this anode electrode, oxide ions and hydrogen (or CO) Reacts to produce water (or CO 2 ). Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.
この種の燃料電池では、積層方向の寸法を減少させるために、セパレータの厚さを小さくするとともに、部品点数を削減すること等を目的として、種々の提案がなされている。例えば、図16に示すように、特許文献1に開示されている燃料電池用セパレータ1は、薄いシート状のセパレータ本体2と、前記セパレータ本体2の片面に一体成形された多数の第1の微細突起3と、前記セパレータ本体2の他面に一体成形された多数の第2の微細突起4とを有している。セパレータ1と燃料極5との間には、第1の微細突起3を介して燃料ガス通路6が形成される一方、前記セパレータ1と空気極7との間には、第2の微細突起4を介して酸化剤ガス通路8が形成されている。
In this type of fuel cell, various proposals have been made for the purpose of reducing the thickness of the separator and reducing the number of components in order to reduce the dimension in the stacking direction. For example, as shown in FIG. 16, a fuel cell separator 1 disclosed in Patent Document 1 includes a thin sheet-
しかしながら、上記の特許文献1では、1枚のセパレータ1の両面に燃料ガス通路6と酸化剤ガス通路8とが形成されているだけであり、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給形態が制限されてしまう。すなわち、燃料ガス及び酸化剤ガスは、燃料極5及び空気極7の一端部から他端部に向かって供給されるだけである。このため、汎用性が低下するとともに、燃料極5や空気極7の形状等によっては、燃料ガスや酸化剤ガスをそれぞれの電極面全面に均一に供給することができないおそれがある。
However, in the above-mentioned Patent Document 1, only the
しかも、燃料ガスのシール性及び酸化剤ガスのシール性を良好に維持しなければならず、シール構造が複雑化するという問題がある。 In addition, the sealing performance of the fuel gas and the oxidizing gas must be maintained well, and there is a problem that the sealing structure becomes complicated.
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、積層方向の厚みを減らしながら所望のシール性を確実に維持するとともに、効率的な発電を行うことが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and it is a simple and compact structure that can reliably maintain a desired sealing property while reducing the thickness in the stacking direction and can efficiently generate power. an object of the present invention is to provide the batteries.
本発明は、電解質をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体が、それぞれ1枚のプレートで構成される一対のセパレータ間に配設される燃料電池である。 The present invention is a fuel cell in which an electrolyte / electrode assembly formed by sandwiching an electrolyte between an anode electrode and a cathode electrode is disposed between a pair of separators each formed of a single plate.
燃料電池は、セパレータの一方の面に設けられ、アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路を形成する第1突起部と、前記セパレータの他方の面に設けられ、カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路を形成する第2突起部と、前記セパレータの一方の面又は他方の面に設けられ、燃料ガス供給部に連通する燃料ガス供給通路を形成する通路部材と、電解質・電極接合体の中央側から前記燃料ガス供給部に近接する方向に離間して設けられるとともに、前記燃料ガス供給通路に連通して前記燃料ガス通路に燃料ガスを導入する燃料ガス導入口とを備えている。 The fuel cell is provided on one surface of the separator, provided on the other surface of the separator with a first protrusion that forms a fuel gas passage for supplying fuel gas along the electrode surface of the anode electrode, A second protrusion that forms an oxidant gas passage for supplying an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode, and one surface or the other surface of the separator, and communicates with the fuel gas supply unit. A passage member that forms a fuel gas supply passage; and a fuel gas passage that is provided apart from a center side of the electrolyte / electrode assembly in a direction close to the fuel gas supply portion and communicates with the fuel gas supply passage And a fuel gas inlet for introducing fuel gas.
また、電解質・電極接合体で反応に使用された後の反応ガスを、排ガスとして前記電解質・電極接合体とセパレータとの積層方向に排出する排ガス通路と、使用前の酸化剤ガスを酸化剤ガス通路に供給するために前記積層方向に流動させる酸化剤ガス供給部とを備え、前記酸化剤ガス供給部内には、使用前の燃料ガスを前記積層方向に供給する燃料ガス供給部が気密に設けられるとともに、燃料ガス供給通路は、燃料ガス通路と前記燃料ガス供給部とを連通し、且つ前記酸化剤ガス供給部を積層方向に交差するセパレータ面方向に横切って配置されることが好ましい。 Also, an exhaust gas passage for discharging the reaction gas after being used in the reaction in the electrolyte / electrode assembly as exhaust gas in the stacking direction of the electrolyte / electrode assembly and the separator, and the oxidant gas before use as an oxidant gas An oxidant gas supply unit that flows in the stacking direction to supply the passage, and a fuel gas supply unit that supplies fuel gas before use in the stacking direction is provided in the oxidant gas supply unit in an airtight manner. In addition, the fuel gas supply passage is preferably disposed across the separator surface direction that communicates the fuel gas passage and the fuel gas supply portion and intersects the oxidant gas supply portion in the stacking direction.
さらに、排ガス通路は、セパレータの外側周端部に設けられることが好ましく、さらにまた、燃料ガス供給部は、前記セパレータの中央部に気密に設けられることが好ましい。 Furthermore, the exhaust gas passage is preferably provided at the outer peripheral end portion of the separator, and the fuel gas supply portion is preferably provided in an airtight manner at the central portion of the separator.
また、燃料ガス導入口は、電解質・電極接合体の中心に対して酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定されることが好ましく、さらに、酸化剤ガス供給部は、使用前の酸化剤ガスを前記電解質・電極接合体の内側周面から酸化剤ガス通路に供給することが好ましい。 In addition, the fuel gas inlet is preferably set at a position eccentric to the upstream side in the flow direction of the oxidant gas with respect to the center of the electrolyte / electrode assembly. It is preferable to supply the oxidant gas to the oxidant gas passage from the inner peripheral surface of the electrolyte / electrode assembly.
さらにまた、第1突起部は、環状突起を有するとともに、第2突起部は、前記環状突起の内部に形成されることが好ましく、また、電解質・電極接合体は、セパレータの中心部に対して同心円上に複数配列されることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the first protrusion has an annular protrusion, and the second protrusion is formed inside the annular protrusion, and the electrolyte / electrode assembly is formed with respect to the central portion of the separator. It is preferable that a plurality are arranged on concentric circles.
本発明によれば、1枚のプレートで構成されるセパレータを備え、該セパレータに燃料ガス供給通路を形成する通路部材が設けられるため、簡単な構造で、前記セパレータの積層方向の寸法(厚さ)が有効に短尺化される。しかも、通路部材を設けることにより、電解質・電極接合体を酸化剤ガス雰囲気に配置することができ、酸化剤ガスのシールが不要になってシール材を削減することが可能になる。このため、シール構造が有効に簡素化して製造コストを削減することができる。 According to the present invention, the separator comprising a single plate is provided, and the separator is provided with a passage member for forming a fuel gas supply passage. Therefore, the dimensions (thicknesses) of the separator in the stacking direction are simplified. ) Is effectively shortened. In addition, by providing the passage member, the electrolyte / electrode assembly can be disposed in the oxidant gas atmosphere, so that the seal of the oxidant gas becomes unnecessary and the sealing material can be reduced. For this reason, a seal structure can be simplified effectively and manufacturing cost can be reduced.
さらに、燃料ガス導入口が電解質・電極接合体の中央側から燃料ガス供給部に近接する方向に離間しているため、燃料ガス供給通路が良好に短尺化される。従って、燃料ガス供給通路のシール面積が減少し、燃料ガスの洩れを有効に低減することが可能になるとともに、燃料ガス供給通路内の圧損が低下する。 Furthermore, since the fuel gas introduction port is separated from the center side of the electrolyte / electrode assembly in the direction close to the fuel gas supply part, the fuel gas supply passage is shortened satisfactorily. Therefore, the seal area of the fuel gas supply passage is reduced, and it is possible to effectively reduce the leakage of the fuel gas, and the pressure loss in the fuel gas supply passage is reduced.
しかも、セパレータ内に設けられる第1及び第2突起部の数を増加させることができる。これにより、集電効率が向上するとともに、セパレータ自体の剛性が高くなって、積層方向の荷重をより均一に伝達することが可能になる。 In addition, the number of first and second protrusions provided in the separator can be increased. Thereby, the current collection efficiency is improved, and the rigidity of the separator itself is increased, so that the load in the stacking direction can be transmitted more uniformly.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10が矢印A方向に複数積層された燃料電池スタック12の概略斜視説明図である。
FIG. 1 is a schematic perspective explanatory view of a
燃料電池10は、固体電解質型燃料電池であり、設置用の他、車載用等の種々の用途に用いられている。燃料電池10は、図2及び図3に示すように、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質(電解質板)20の両面に、カソード電極22及びアノード電極24が設けられた電解質・電極接合体26を備える。電解質・電極接合体26は、円板状に形成されるとともに、内側周端部には、酸化剤ガスの進入を阻止するためにバリアー層(図示せず)が設けられている。
The
燃料電池10は、一対のセパレータ28間に複数、例えば、8個の電解質・電極接合体26を挟んで構成される。セパレータ28間には、このセパレータ28の中心部である燃料ガス供給連通孔(燃料ガス供給部)30と同心円上に8個の電解質・電極接合体26が配列される。
The
セパレータ28は、図2に示すように、例えば、ステンレス合金等の板金で構成される1枚の金属プレートやカーボンプレート等で構成される。セパレータ28は、中央部に燃料ガス供給連通孔30を形成する第1小径端部32を有する。この第1小径端部32から外方に等角度間隔ずつ離間して放射状に延在する複数の第1橋架部34を介して比較的大径な円板部36が一体的に設けられる。円板部36は、電解質・電極接合体26と略同一寸法に設定されている。図2、図4及び図5に示すように、隣り合う円板部36は、スリット38を介して互いに分離される。
As shown in FIG. 2, the
各円板部36のアノード電極24に接触する面36aには、前記アノード電極24の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路46を形成する第1突起部48が設けられる(図4参照)。各円板部36のカソード電極22に接触する面36bには、前記カソード電極22の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路50を形成する第2突起部52が設けられる(図5参照)。図6に示すように、第1突起部48と第2突起部52は、互いに相反する方向に延在するように突出している。
A
第1突起部48は、リング状突起を構成するとともに、第2突起部52は、山状突起を構成する。山状突起である第2突起部52は、リング状突起である第1突起部48に囲繞されるように配置されている。第2突起部52が突出した面には、第1突起部48が突出することに対応して陥没した凹部53が形成されており、前記第2突起部52は、前記凹部53内に配置されている。
The
真円のリング状である第1突起部48の中心軸線L1と、第2突起部52の突出中心軸線L2とが合致するように、換言すれば、第1及び第2突起部48、52の中心同士が合致して互いに同軸となるように配置されている。
In other words, the center axis L1 of the
図7及び図8に示すように、第1及び第2突起部48、52は、複数形成されており、前記第1突起部48の高さH1と、前記第2突起部52の高さH2とは、H1<H2の関係に設定される。酸化剤ガス通路50の容積を燃料ガス通路46の容積よりも大きくするためである。以上のような形状の第1及び第2突起部48、52は、プレス成形による成形例を示したが、この他の成形例として、例えば、エッチング成形、切削加工による成形等によっても設けることができる。
As shown in FIGS. 7 and 8, a plurality of first and
なお、第1突起部48を山状突起で構成する一方、第2突起部52をリング状突起で構成してもよい。その際、リング状突起の高さを山状突起の高さよりも大きく設定することが好ましい。
In addition, while the
図2〜図5に示すように、円板部36には、燃料ガス通路46に燃料ガスを供給するための燃料ガス導入口54が形成される。燃料ガス導入口54の位置は、燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力によって決められ、例えば、円板部36の中心に対して酸化剤ガスの流れ方向(矢印B方向)上流側に偏心した位置に設定される。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
セパレータ28のカソード電極22に対向する面には、通路部材56が、例えば、ろう付けやレーザ溶接等により固着される。通路部材56は、図2及び図9に示すように、中央部に燃料ガス供給連通孔30を形成する第2小径端部58を備える。この第2小径端部58から放射状に8本の第2橋架部60が延在するとともに、各第2橋架部60は、セパレータ28の第1橋架部34から円板部36の燃料ガス導入口54まで固着される。
A
通路部材56の接合面において、第2小径端部58には、燃料ガス供給連通孔30に連通して複数のスリット62が放射状に形成される。このスリット62には、第2小径端部58を周回してろう材の流れを防止し、且つ、燃料ガスの流れを均一にするための凹部64が連通する。第1及び第2橋架部34、60間には、燃料ガス供給連通孔30からスリット62及び凹部64を介して燃料ガス通路46に連通する燃料ガス供給通路66が形成される。図10に示すように、各通路部材56は、第2橋架部60が積層方向(矢印A方向)の荷重に対して該積層方向に弾性変形可能なように断面湾曲形状に構成される。
On the joint surface of the
図7及び図8に示すように、酸化剤ガス通路50は、電解質・電極接合体26の内側周端部と円板部36の内側周端部との間から矢印A方向に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部67に連通する。この酸化剤ガス供給部67は、各円板部36の内方と第1橋架部34との間に位置して積層方向に延在している。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
各セパレータ28間には、図7に示すように、燃料ガス供給連通孔30をシールするための絶縁シール69が設けられる。絶縁シール69は、例えば、マイカ材やセラミック材で形成されている。燃料電池10には、円板部36の外方に位置して排ガス通路68が形成される。
As shown in FIG. 7, an insulating
図1に示すように、燃料電池スタック12は、複数の燃料電池10の積層方向両端に円板状のエンドプレート70a、70bを配置する。エンドプレート70aは、中心部に燃料ガス供給口76が形成され、この燃料ガス供給口76が各燃料電池10の燃料ガス供給連通孔30に連通する。エンドプレート70aには、燃料ガス供給口76を挟んで2個のボルト挿入口78aが形成される。各ボルト挿入口78aは、燃料電池スタック12の酸化剤ガス供給部67に対応している。
As shown in FIG. 1, the
エンドプレート70aには、燃料ガス供給口76を中心とする仮想円に沿って、すなわち、各電解質・電極接合体26に対応して、8個の円形開口部80が形成される。各円形開口部80には、燃料ガス供給口76に向かって突出する矩形開口部82が連通するとともに、前記矩形開口部82の一部が酸化剤ガス供給部67に重なっているため、矩形開口部82から酸化剤ガスが供給される。
Eight
エンドプレート70bは、導電部材で構成されている。このエンドプレート70bの中央部に2本の締付ボルト86が挿入され、この締付ボルト86は、エンドプレート70bと絶縁される。締付ボルト86の先端にナット88が螺合することにより、エンドプレート70a、70b間に所望の締め付け荷重が付与される。
The
このように構成される燃料電池スタック12の動作について、以下に説明する。
The operation of the
燃料電池10を組み付ける際には、先ず、図2に示すように、セパレータ28のカソード電極22に向かう面に通路部材56が接合される。このため、セパレータ28と通路部材56との間には、燃料ガス供給連通孔30に連通する燃料ガス供給通路66が形成されるとともに、前記燃料ガス供給通路66が燃料ガス導入口54から燃料ガス通路46に連通する(図7参照)。セパレータ28には、燃料ガス供給連通孔30を周回してリング状の絶縁シール69が設けられる。
When assembling the
これにより、セパレータ28が構成され、前記セパレータ28間には、8個の電解質・電極接合体26が挟持されて燃料電池10が得られる。図2及び図3に示すように、各セパレータ28には、互いに対向する面36a、36b間に電解質・電極接合体26が配置され、各アノード電極24の中央部から燃料ガス供給連通孔30側に偏心した位置に燃料ガス導入口54が配置される。
Thus, a
上記の燃料電池10が矢印A方向に複数積層され、積層方向両端にエンドプレート70a、70bが配置される。図1に示すように、エンドプレート70a、70bの各ボルト挿入口78a、78bには、締付ボルト86が挿入され、前記締付ボルト86の先端にナット88が螺合する。これによって、燃料電池スタック12が構成される。
A plurality of the
そこで、燃料電池スタック12には、燃料ガス(例えば、水素含有ガス)及び酸化剤ガスである酸素含有ガス(以下、空気ともいう)が供給される。燃料ガスは、燃料電池スタック12の燃料ガス供給連通孔30に供給され、積層方向(矢印A方向)に移動しながら各燃料電池10を構成するセパレータ28内のスリット62を介して燃料ガス供給通路66に導入される(図7参照)。
Therefore, the
燃料ガスは、第1及び第2橋架部34、60間を燃料ガス供給通路66に沿って移動し、円板部36に形成された燃料ガス導入口54から燃料ガス通路46に導入される。燃料ガス導入口54は、各電解質・電極接合体26のアノード電極24の中心位置から酸化剤ガスの流れ方向(矢印B方向)上流側に偏心した位置に設定されている。このため、燃料ガスは、燃料ガス導入口54からアノード電極24に供給され、燃料ガス通路46に沿って該アノード電極24の外周部に向かって移動する(図8参照)。
The fuel gas moves between the first and
一方、各燃料電池10の中央側に設けられている酸化剤ガス供給部67に供給される酸化剤ガスは、電解質・電極接合体26の内側周端部と円板部36の内側周端部との間から矢印B方向に流入し、酸化剤ガス通路50に送られる。図7及び図8に示すように、酸化剤ガス通路50では、電解質・電極接合体26のカソード電極22の内側周端部(セパレータ28の中央部)側から外側周端部(セパレータ28の外側周端部側)に向かって酸化剤ガスが流入する。
On the other hand, the oxidant gas supplied to the oxidant
従って、電解質・電極接合体26では、アノード電極24の電極面の中心側から周端部側に向かって燃料ガスが供給されるとともに、カソード電極22の電極面の一方向(矢印B方向)に向かって酸化剤ガスが供給される(図8及び図10参照)。その際、酸化物イオンが電解質20を通ってアノード電極24に移動し、化学反応により発電が行われる。
Accordingly, in the electrolyte /
この場合、第1の実施形態では、セパレータ28が1枚のプレートで構成され、このセパレータ28の各円板部36の両面36a、36bには、それぞれアノード電極24及びカソード電極22に接触する第1及び第2突起部48、52が設けられている。そして、セパレータ28には、通路部材56が固着され、この通路部材56によって、燃料ガス供給連通孔30から燃料ガス導入口54を介して燃料ガス通路46に連通する燃料ガス供給通路66が形成されている。
In this case, in the first embodiment, the
このため、酸化剤ガスを燃料電池10の内部から外周部に向かって一方向(矢印B方向)に供給する一方、燃料ガスをアノード電極24の中央側から外周端部側に向かって流すことができる。従って、セパレータ28が積層方向の寸法(厚さ)が有効に短尺されるばかりでなく、アノード電極24の電極面全面に対して燃料ガスを均等に分配しながら供給することが可能になる。これにより、セパレータ28がコンパクトな構成でありながら、電解質・電極接合体26の発電反応は、発電面全面で均等に行われ、安定した発電が行われるという効果が得られる。
Therefore, the oxidant gas is supplied in one direction (in the direction of arrow B) from the inside of the
しかも、通路部材56によって燃料ガス供給通路66を気密に形成するため、各電解質・電極接合体26は、酸化剤ガス雰囲気中に配置することができ、酸化剤ガス供給部67にシール材を配置する必要がない。このため、シール部材を有効に削減してシール構造が簡素化し、製造コストの削減を容易に図ることができるという利点がある。
In addition, since the fuel
さらにまた、第1の実施形態では、燃料ガス導入口54が円板部36の中心に対して酸化剤ガス流れ方向上流側(燃料電池10の中心側)に偏心した位置に設定可能である。酸化剤ガス通路50は、酸化剤ガス供給部67側より排ガス通路68側で圧力が低いため、燃料ガスは、酸化剤ガスの圧力の影響によって前記セパレータ28の外側に押し流され、偏流する傾向がある。このため、燃料ガス導入口54の位置を設定することにより、アノード電極24の全面にわたって燃料ガスを均一に供給することができ、発電反応の促進が容易に図られる。
Furthermore, in the first embodiment, the
また、各円板部36では、第1突起部48の高さH1を第2突起部52の高さH2よりも低く設定している。第1突起部48により形成される燃料ガス通路46の燃料ガス体積流量は、第2突起部52により形成される酸化剤ガス通路50の酸化剤ガス体積流量よりも小さいからである。なお、第1及び第2突起部48、52の高さH1、H2は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給圧力等によって種々変更可能である。
In each
さらに、第1の実施形態では、燃料ガス導入口54が電解質・電極接合体26の中央側から燃料ガス供給連通孔30に近接する方向に離間しているため、燃料ガス供給通路66が良好に短尺化される(図9参照)。従って、燃料ガス供給通路66のシール面積が減少して燃料ガスの洩れを低減することが可能になるとともに、前記燃料ガス供給通路66内の圧損が低下するという利点がある。
Furthermore, in the first embodiment, since the
しかも、燃料ガス供給通路66が短尺化されるため、セパレータ28内に設けられる第1及び第2突起部48、52の数を増加させることができる(図4及び図5参照)。これにより、集電効率が向上するとともに、セパレータ28の剛性が高くなって、積層方向の荷重をより均一に伝達することが可能になる。
Moreover, since the fuel
図11は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池120の分解斜視図であり、図12は、前記燃料電池120が複数積層された燃料電池スタック122の断面図であり、図13は、前記燃料電池120の動作を説明する概略断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細の説明は省略する。
FIG. 11 is an exploded perspective view of a
燃料電池120を構成する各セパレータ28には、アノード電極24に対向する面に通路部材124が固着される。通路部材124は、セパレータ28の第1橋架部34に固着される第2橋架部126を備え、この第1及び第2橋架部34、126間に燃料ガス供給通路66が形成される。各第2橋架部126の先端は、電解質・電極接合体26のアノード電極24の中心から燃料ガス供給連通孔30側に偏心した位置で終端しており、この先端部には、前記アノード電極24に向かって開口する複数の燃料ガス導入口128が形成されている。なお、各セパレータ28の円板部36には、第1の実施形態の燃料ガス導入口54が設けられていない。
In each
このように構成される第2の実施形態では、燃料ガス供給連通孔30に供給された燃料ガスは、各セパレータ28と通路部材124との間に形成される燃料ガス供給通路66に沿って移動した後、通路部材124の先端に形成される複数の燃料ガス導入口128からアノード電極24に向かって供給される。
In the second embodiment configured as described above, the fuel gas supplied to the fuel gas
このため、アノード電極24の中央側から外周側に向かって燃料ガスを一層良好且つ均一に供給することができ、発電反応の効率が高まるという効果が得られる。しかも、各セパレータ28の円板部36には、燃料ガス導入口を設ける必要がなく、前記セパレータ28の構成が簡素化するとともに、製造コストの削減が容易に図られる。
For this reason, fuel gas can be supplied more satisfactorily and uniformly from the center side of the
なお、上記した第1及び第2の実施形態では、図6に示すように、第1突起部48をリング形状(真円環形状)としているが、例えば、図14に示すように、楕円環形状となるようにしてもよい。この場合、楕円の長径方向aと短径方向bとの交点を第1突起部48の中心とし、この中心を通る軸線と第2突起部52の突出中心軸線とが合致している状態を「第1及び第2突起部48、52が同軸である」とする。
In the first and second embodiments described above, as shown in FIG. 6, the
また、第2突起部52として、図6には、水平方向の断面(頂面等)が真円形状である円錐台形状のものを例示したが、これに限定されるものではなく、高さ方向の断面が台形状となるものも含まれる。例えば、水平方向の断面(頂面等)が楕円形状となるものであってもよい。
Further, as the second projecting
さらにまた、図6では、第1及び第2突起部48、52が同軸である状態、すなわち、リング形状である第1突起部48の中心軸線L1と第2突起部52の突出中心軸線L2とが合致した状態を示しているが、第1及び第2突起部48、52が互いに同軸である必要は特にない。例えば、図15に示すように、第2突起部52の突出中心軸線L2が第1突起部48の中心軸線L1から偏在していてもよい。この場合においても、第1突起部48は楕円環形状であってもよく、また、第2突起部52は、水平方向の断面が楕円形状であってもよい。
Furthermore, in FIG. 6, the first and
10、120…燃料電池 12、122…燃料電池スタック
20…電解質 22…カソード電極
24…アノード電極 26…電解質・電極接合体
28…セパレータ 30…燃料ガス供給連通孔
34、60、126…橋架部 36…円板部
36a、36b…面 46…燃料ガス通路
48、52…突起部 50…酸化剤ガス通路
53、64…凹部 54…燃料ガス導入口
56、124…通路部材 66…燃料ガス供給通路
67…酸化剤ガス供給部 68…排ガス通路
69…絶縁シール 70a、70b…エンドプレート
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記セパレータは、別のセパレータとともに1個の前記電解質・電極接合体を挟む挟持部を複数個有し、
前記挟持部の一方の面には、前記アノード電極の電極面に沿って燃料ガスを供給するための燃料ガス通路を形成する第1突起部が設けられ、
前記挟持部の他方の面には、前記カソード電極の電極面に沿って酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス通路を形成する第2突起部が設けられ、
前記セパレータの中央部に、使用前の前記燃料ガスを前記電解質・電極接合体及び前記セパレータの積層方向に沿って供給するための燃料ガス供給部が設けられ、
前記挟持部の一方の面又は他方の面には、前記燃料ガス通路と前記燃料ガス供給部とに連通する燃料ガス供給通路を形成する通路部材と、
前記電解質・電極接合体の中央側から前記燃料ガス供給部に近接する方向に離間し、前記燃料ガス供給通路に連通して前記燃料ガス通路に燃料ガスを導入する燃料ガス導入口とが設けられ、且つ、
前記燃料ガス導入口は、前記通路部材が前記挟持部の一方の面に設けられる際に、該通路部材に形成される一方、前記通路部材が前記挟持部の他方の面に設けられる際に、該挟持部に形成され、
さらに前記燃料電池は、前記電解質・電極接合体で反応に使用された後の前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスが混在する反応ガスを、排ガスとして排出する排ガス通路と、
使用前の前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス通路に供給するために前記積層方向に流動させる酸化剤ガス供給部と、
を備え、
前記酸化剤ガス供給部内には、使用前の前記燃料ガスを前記積層方向に供給する前記燃料ガス供給部が気密に設けられるとともに、
前記燃料ガス供給通路は、前記燃料ガス通路と前記燃料ガス供給部とを連通し、且つ前記酸化剤ガス供給部を前記積層方向に交差するセパレータ面方向に横切って配置されることを特徴とする燃料電池。 A plurality of configured electrolyte electrode assembly across the electrolyte between the anode and the cathode, a fuel cell and configured Rousset separator are stacked alternately one plate,
The separator has a plurality of sandwiching portions that sandwich one electrolyte / electrode assembly together with another separator,
On one surface of the clamping portion has a first protrusion that forms a fuel gas channel for supplying a fuel gas along an electrode surface of said anode electrode is provided,
On the other surface of the clamping portion, the second projecting portion which forms an oxidant gas channel for supplying an oxidant gas along the electrode surface of the cathode electrode is provided,
A fuel gas supply unit for supplying the fuel gas before use along the stacking direction of the electrolyte / electrode assembly and the separator is provided at the center of the separator,
On one surface or the other surface of the clamping portion, a passage member forming a fuel gas supply passage communicating with said fuel gas passage and the fuel gas supply unit,
A fuel gas introduction port is provided that is spaced apart from the center side of the electrolyte / electrode assembly in a direction close to the fuel gas supply unit, communicates with the fuel gas supply passage, and introduces fuel gas into the fuel gas passage. And
The fuel gas introduction port is formed in the passage member when the passage member is provided on one surface of the sandwiching portion, and when the passage member is provided on the other surface of the sandwiching portion. Formed in the clamping part,
Further, the fuel cell includes an exhaust gas passage for exhausting the reaction gas mixed with the fuel gas and the oxidant gas after being used for the reaction in the electrolyte / electrode assembly as exhaust gas,
An oxidant gas supply unit configured to flow in the stacking direction in order to supply the oxidant gas before use to the oxidant gas passage;
Equipped with a,
In the oxidant gas supply unit, the fuel gas supply unit that supplies the fuel gas before use in the stacking direction is provided in an airtight manner,
The fuel gas supply channel connects the said fuel gas passage and the fuel gas supply unit, which and placed the oxidant gas supply unit across the separator surface direction crossing the stacking direction, characterized in Rukoto Fuel cell.
前記燃料ガス導入口は、前記電解質・電極接合体の中心に対して前記酸化剤ガスの流れ方向上流側に偏心した位置に設定されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3 , wherein the oxidant gas flows from the oxidant gas supply unit toward the exhaust gas passage,
The fuel cell, wherein the fuel gas introduction port is set at a position eccentric to the upstream side in the flow direction of the oxidant gas with respect to the center of the electrolyte / electrode assembly.
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