JP5125376B2 - Fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池スタックを複数接続して構成される燃料電池に関し、特に、各燃料電池スタックの絶縁構造に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell configured by connecting a plurality of fuel cell stacks, and particularly to an insulating structure of each fuel cell stack.

酸化物イオン導電体から成る固体電解質層を両側から空気極層と燃料極層で挟み込んだ構造の発電セルでは、空気極層に酸素(空気)を燃料極層に燃料ガス(H2、CO、CH4)を供給することによって電極間に発電反応が生じ、起電力が得られることが知られている。発電反応により水(水蒸気)、二酸化炭素等が生成される。 In a power generation cell having a structure in which a solid electrolyte layer made of an oxide ion conductor is sandwiched between an air electrode layer and a fuel electrode layer from both sides, oxygen (air) is supplied to the air electrode layer and fuel gas (H 2 , CO, It is known that by supplying CH 4 ), a power generation reaction occurs between the electrodes and an electromotive force is obtained. Water (steam), carbon dioxide and the like are generated by the power generation reaction.

ところが、上記構成の発電セルでは、単位セル当たりの起電力が高々1V程度と極めて小さいため、通常は、上記発電セルを、セパレータ、集電体等の導電部材を介して多数積層してスタック化することにより、実質的な電池出力が得られるようにしている。
そして、こような平板積層型の燃料電池スタックでは、積層体の上下両端に金属製の端板が設けられると共に、この端板にガス配管が接続されて各発電セルに反応用ガスが供給されるように構成されている。上記端板は、積層体を上下より締め付けて積層体の各構成要素を圧接・密着させるためのものであり、通常、端板と積層体とは、絶縁部材を介在して電気的に絶縁された状態となっている。
However, since the electromotive force per unit cell is as small as about 1 V in the power generation cell having the above configuration, a large number of the power generation cells are usually stacked through stacking conductive members such as separators and current collectors to form a stack. By doing so, a substantial battery output is obtained.
In such a flat plate type fuel cell stack, metal end plates are provided at both upper and lower ends of the stack, and gas pipes are connected to the end plates to supply reaction gas to each power generation cell. It is comprised so that. The end plate is for fastening the laminated body from above and below to press-contact and tightly contact each component of the laminated body. Normally, the end plate and the laminated body are electrically insulated through an insulating member. It is in the state.

また、上記燃料電池スタックを複数直列状態に配設した高出力型の燃料電池も提案されている。
すなわち、高出力型の燃料電池では、例えば、1基の燃料電池スタック3(例えば、発電セル50段構成)で50Vの電圧が得られるとすると、燃料電池スタック3を10基直列に配設した場合は、トータル500Vの高電圧出力が得られる。この場合、第1スタックの正極(+出力)と最後のスタックの負極(−出力)との間には500Vの電位差が生じている。
A high-power fuel cell in which a plurality of the fuel cell stacks are arranged in series has also been proposed.
That is, in a high-power fuel cell, for example, assuming that a voltage of 50 V can be obtained with one fuel cell stack 3 (for example, a configuration of 50 power generation cells), 10 fuel cell stacks 3 are arranged in series. In this case, a high voltage output of 500 V in total can be obtained. In this case, a potential difference of 500 V is generated between the positive electrode (+ output) of the first stack and the negative electrode (− output) of the last stack.

ところで、固体酸化物形燃料電池のように、600℃以上の高温雰囲気下で動作する燃料電池では、上記ガス配管として耐熱性に劣るプラスチック配管は使用不可であり、通常は、耐高温酸化性に優れる金属配管(例えば、ステンレス配管)が使用されている。このため、上記構成の高出力型の燃料電池では、この金属配管を介して各燃料電池スタックの端板同士が常時電気的に接続された状態となっている。   By the way, in a fuel cell that operates in a high-temperature atmosphere of 600 ° C. or higher, such as a solid oxide fuel cell, a plastic pipe having poor heat resistance cannot be used as the gas pipe, and usually it has a high temperature oxidation resistance. Excellent metal piping (for example, stainless steel piping) is used. For this reason, in the high power type fuel cell having the above configuration, the end plates of the fuel cell stacks are always electrically connected via the metal pipe.

このような状態で、第1の燃料電池スタックの端板と正極との間に絶縁不良が発生すると、正極と端板が短絡状態となり、その結果、直列に接続された最後の燃料電池スタックの負極と端板との間にトータル電圧である500Vの電位差が生じる。特に、固体酸化物形燃料電池では、高温多湿雰囲気にあって負極と端板間の電気的絶縁性が低下してスパークが発生し易くなっており、スパークが発生するとガス配管と端板を介して正極と負極が短絡された状態となり、出力が大幅にダウンしてしまうという信頼性に係わる問題があった。   In this state, when an insulation failure occurs between the end plate of the first fuel cell stack and the positive electrode, the positive electrode and the end plate are short-circuited. As a result, the last fuel cell stack connected in series A potential difference of 500 V, which is a total voltage, is generated between the negative electrode and the end plate. In particular, in a solid oxide fuel cell, in a high temperature and humidity atmosphere, electrical insulation between the negative electrode and the end plate is reduced, and sparks are likely to occur. As a result, the positive electrode and the negative electrode are short-circuited, resulting in a problem relating to reliability that the output is greatly reduced.

尚、燃料電池の電気的絶縁構造として、特許文献1が開示されている。特許文献1には、絶縁基板上に複数個のセルを直列に配置して成る燃料電池スタックを複数併置する際の燃料電池スタック間の電気的接合構造が開示されている。
特開2006−310005号公報
Patent Document 1 is disclosed as an electrical insulation structure of a fuel cell. Patent Document 1 discloses an electrical connection structure between fuel cell stacks when a plurality of fuel cell stacks formed by arranging a plurality of cells in series on an insulating substrate are juxtaposed.
JP 2006-310005 A

本発明は、上記問題に鑑み成されたもので、燃料電池スタックを複数接続して成る高出力型の燃料電池においても、スパークによる電池出力の短絡事故を防止できる信頼性の高い燃料電池を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a highly reliable fuel cell capable of preventing a short-circuit accident in battery output due to spark even in a high-power fuel cell formed by connecting a plurality of fuel cell stacks. The purpose is to do.

すなわち、請求項1に記載の燃料電池は、発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した複数の燃料電池スタックが直列および/または並列に接続されてハウジング内に収容されると共に、各燃料電池スタックに金属配管が接続され、当該金属配管を通して各発電セルに反応用ガスが供給される燃料電池において、上記金属配管の途上に絶縁機構が設けられ、当該絶縁機構により各燃料電池スタックの上記積層体を除く導電性部分がそれぞれ電気的に絶縁されていることを特徴としている。   That is, in the fuel cell according to claim 1, a plurality of fuel cell stacks configured by alternately stacking a plurality of power generation cells and separators are connected in series and / or in parallel and accommodated in a housing, and each fuel In a fuel cell in which a metal pipe is connected to the battery stack and a reaction gas is supplied to each power generation cell through the metal pipe, an insulating mechanism is provided in the middle of the metal pipe, and the insulating mechanism provides the above-mentioned of each fuel cell stack. The conductive portions excluding the laminated body are electrically insulated from each other.

また、請求項2に記載の燃料電池は、発電セルとセパレータを交互に複数積層すると共に、当該積層体の両端に一対の端板を配して構成した複数の燃料電池スタックが直列および/または並列に接続されてハウジング内に収容されると共に、上記端板に金属配管が接続され、当該金属配管より上記端板のガス通路を通して各発電セルに反応用ガスが供給される燃料電池において、上記金属配管の途上に絶縁機構が設けられ、当該絶縁機構により各燃料電池スタックの端板がそれぞれ電気的に絶縁されていることを特徴としている。   The fuel cell according to claim 2 includes a plurality of fuel cell stacks in which a plurality of power generation cells and separators are alternately stacked, and a plurality of fuel cell stacks configured by arranging a pair of end plates at both ends of the stack. In the fuel cell, which is connected in parallel and accommodated in the housing, a metal pipe is connected to the end plate, and a reaction gas is supplied from the metal pipe to each power generation cell through the gas passage of the end plate. An insulating mechanism is provided in the middle of the metal pipe, and the end plates of the fuel cell stacks are electrically insulated by the insulating mechanism.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の燃料電池において、上記燃料電池スタックが絶縁部材を介して上記ハウジングに固定されていることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell according to the first or second aspect, the fuel cell stack is fixed to the housing via an insulating member.

請求項1、2に記載の発明によれば、燃料電池スタックに接続される金属配管の途上に絶縁機構を設けたので、複数の燃料電池スタックを直列および/または並列に接続した燃料電池においては、上記金属配管を介して各燃料電池スタックの積層体(発電部)を除く導電性部分(請求項2では端板)が電気的に接続されることを回避でき、各燃料電池スタックの上記導電性部分の電気的な絶縁が確保されるため、高電圧に起因して上記発電部分と導電性部分の間でスパークが発生する危険性が著しく減少し、信頼性が飛躍的に向上する。   According to the first and second aspects of the invention, since the insulating mechanism is provided in the middle of the metal pipe connected to the fuel cell stack, in the fuel cell in which a plurality of fuel cell stacks are connected in series and / or in parallel. In addition, it is possible to avoid electrically connecting the conductive portions (the end plates in claim 2) except for the stack (power generation unit) of each fuel cell stack through the metal pipe, and the conductivity of each fuel cell stack can be avoided. Since the electrical insulation of the conductive portion is ensured, the risk of sparking between the power generation portion and the conductive portion due to the high voltage is remarkably reduced, and the reliability is greatly improved.

また、請求項3に記載の発明によれば、燃料電池スタックが絶縁部材を介してハウジングに固定されているので、複数の燃料電池スタックを直列および/または並列に接続した燃料電池においては、上記ハウジングを介して各燃料電池スタックの積層体(発電部)を除く導電性部分(例えば、端板)が電気的に接続されることを回避でき、各燃料電池スタックの上記導電性部分の絶縁が確保されるため、高電圧に起因して上記発電部分と導電性部分の間でスパークが発生する危険性が著しく減少し、信頼性が飛躍的に向上する。   According to the invention described in claim 3, since the fuel cell stack is fixed to the housing via the insulating member, the fuel cell in which a plurality of fuel cell stacks are connected in series and / or in parallel is described above. It is possible to avoid electrically connecting conductive portions (for example, end plates) other than the stack (power generation unit) of each fuel cell stack through the housing, and insulation of the conductive portions of each fuel cell stack is prevented. Therefore, the risk of sparking between the power generation portion and the conductive portion due to the high voltage is remarkably reduced, and the reliability is dramatically improved.

以下、図面に基づいて本発明に係る燃料電池の実施形態を説明する。
図1は本実施形態による固体酸化物形燃料電池の内部構成を示す模式図、図2は燃料電池スタックの構成を示す図、図3は複数の燃料電池スタックの接続形態を示す電気回路図、図4、図5は金属配管の絶縁機構を示す分解斜視図である。
Embodiments of a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 is a schematic diagram showing an internal configuration of a solid oxide fuel cell according to the present embodiment, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a fuel cell stack, FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a connection form of a plurality of fuel cell stacks, 4 and 5 are exploded perspective views showing an insulating mechanism for metal piping.

図1において、符号1は燃料電池を示し、符号2は金属製のハウジングを示す。このハウジング2の内壁に断熱材(図示せず)が配設され、ハウジング2内が保温可能な状態に保持されるようになっている。このハウジング2内に、積層方向を縦にして燃料電池スタック3が設置されている。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a fuel cell, and reference numeral 2 denotes a metal housing. A heat insulating material (not shown) is disposed on the inner wall of the housing 2 so that the inside of the housing 2 can be kept warm. A fuel cell stack 3 is installed in the housing 2 with the stacking direction being vertical.

上記燃料電池スタック3は、図2に示すように、固体電解質層4の両面に燃料極層5と空気極層6を配した発電セル7と、燃料極層5の外側の燃料極集電体8と、空気極層6の外側の空気極集電体9と、各集電体8、9の外側のセパレータ10を順番に多数積層した構造の発電部を有する。この積層体(発電部)の上下両端に間に絶縁部材(図示せず)を介在して上端板20aと下端板20bが配設され、これら上下端板20a、20bにて積層体を積層方向に締結させることにより、スタック化されている。
また、この積層体の縁部には、セラミック等の絶縁性部材で成る管状の燃料ガスマニホールド13と空気マニホールド14が積層方向に延設されている。
As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 3 includes a power generation cell 7 in which a fuel electrode layer 5 and an air electrode layer 6 are disposed on both surfaces of a solid electrolyte layer 4, and a fuel electrode current collector outside the fuel electrode layer 5. 8, an air electrode current collector 9 outside the air electrode layer 6, and a power generation unit having a structure in which a large number of separators 10 outside the current collectors 8 and 9 are stacked in order. An upper end plate 20a and a lower end plate 20b are disposed between upper and lower ends of the laminate (power generation unit) with insulating members (not shown) interposed therebetween. The upper and lower end plates 20a and 20b are used to stack the laminate in the stacking direction. It is made into a stack by making it fasten.
In addition, a tubular fuel gas manifold 13 and an air manifold 14 made of an insulating member such as ceramic are extended in the stacking direction at the edge of the stack.

上記積層体(発電部)の構成要素の内、固体電解質層4はイットリアを添加した安定化ジルコニア(YSZ)等で構成され、燃料極層5はNi等の金属、あるいはNi−YSZ等のサーメットで構成され、空気極層6はLaMnO3、LaCoO3等で構成され、燃料極集電体8はNi等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、空気極集電体9はAg等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、セパレータ10および上下端板20a、20bはステンレス等で構成されている。 Among the constituent elements of the laminate (power generation unit), the solid electrolyte layer 4 is composed of stabilized zirconia (YSZ) or the like to which yttria is added, and the fuel electrode layer 5 is a metal such as Ni or a cermet such as Ni-YSZ. The air electrode layer 6 is made of LaMnO 3 , LaCoO 3 or the like, the fuel electrode current collector 8 is made of a sponge-like porous sintered metal plate such as Ni, and the air electrode current collector 9 is made of Ag. The separator 10 and the upper and lower end plates 20a and 20b are made of stainless steel or the like.

セパレータ10は、発電セル7間を電気的に接続すると共に、発電セル7に反応用ガスを供給する機能を有し、燃料ガスマニホールド13を介して供給される燃料ガスを、セパレータ10の外周面から導入してセパレータ10の燃料極集電体8に対向するほぼ中央部から吐出する燃料ガス通路11と、空気マニホールド14を介して供給される空気を、セパレータ10の外周面から導入してセパレータ10の空気極集電体9に対向する面のほぼ中央部から吐出する空気通路12を備えている。   The separator 10 electrically connects the power generation cells 7 and has a function of supplying a reaction gas to the power generation cells 7. The separator 10 supplies the fuel gas supplied via the fuel gas manifold 13 to the outer peripheral surface of the separator 10. From the outer peripheral surface of the separator 10 is introduced from the outer peripheral surface of the separator 10 and air supplied through the air manifold 14 and the fuel gas passage 11 that is discharged from the substantially central portion of the separator 10 facing the anode current collector 8 of the separator 10. There are provided air passages 12 that discharge from substantially the center of the surface facing the 10 air electrode current collectors 9.

本実施形態では、上記構成の燃料電池スタック3がハウジング2内に6基配設され、図3(a)に示すように、これら燃料電池スタック3が直列に接続されている。各燃料電池スタック3は、発電セル7を十数段積層した積層体であり、例えば、発電セル50段では、1基につき約50Vの起電力が得れ、6基構成では、トータル約300Vの高出力を得ることができる。   In the present embodiment, six fuel cell stacks 3 having the above-described configuration are disposed in the housing 2, and these fuel cell stacks 3 are connected in series as shown in FIG. Each fuel cell stack 3 is a laminated body in which ten or more power generation cells 7 are stacked. For example, in 50 power generation cells, an electromotive force of about 50 V can be obtained per unit, and in a six-unit configuration, a total of about 300 V is obtained. High output can be obtained.

また、上記ハウジング2の内部には、外部より燃料ガス供給用の金属配管21と空気供給用の金属配管22が導入されている。これら金属配管21、22は、耐高温酸化性に優れるステンレス管が使用されている。   Further, a metal pipe 21 for supplying fuel gas and a metal pipe 22 for supplying air are introduced into the housing 2 from the outside. These metal pipes 21 and 22 are made of stainless steel pipes having excellent high temperature oxidation resistance.

燃料ガス配管21は、ハウジング2内において複数本に分岐され、各々が絶縁機構30を介して各燃料電池スタック3の上端板20aに接続されていると共に、空気配管22も同様にハウジング2内において複数本に分岐され、各々が上記絶縁構機構30を介して各燃料電池スタック3の下端板20bに接続されている。そして、燃料ガス配管21および空気配管22は、それぞれ上下端板20a、20b内の各ガス通路(図示せず)を介し、燃料ガス配管21は上述した燃料ガスマニホールド13に接続され、空気配管22は上述した空気マニホールド14に接続されている。   The fuel gas pipe 21 is branched into a plurality of pieces in the housing 2, and each is connected to the upper end plate 20 a of each fuel cell stack 3 through an insulating mechanism 30, and the air pipe 22 is also formed in the housing 2. It is branched into a plurality of pieces, each of which is connected to the lower end plate 20b of each fuel cell stack 3 through the insulating structure mechanism 30. The fuel gas pipe 21 and the air pipe 22 are connected to the fuel gas manifold 13 through the gas passages (not shown) in the upper and lower end plates 20a and 20b, respectively. Is connected to the air manifold 14 described above.

次に、燃料ガス配管21(空気配管22)の絶縁機構30について説明する。   Next, the insulating mechanism 30 of the fuel gas pipe 21 (air pipe 22) will be described.

図4は上記絶縁機構30の一構成例を示し、燃料ガス配管21(空気配管22)の連結部のそれぞれに四角形の金属フランジ31(ステンレス製)が設けられ、金属フランジ31間にガス供給用の絶縁リング32(セラミックリング)が同一軸線a上に介在されている。   FIG. 4 shows an example of the structure of the insulating mechanism 30. Each of the connecting portions of the fuel gas pipe 21 (air pipe 22) is provided with a rectangular metal flange 31 (made of stainless steel). The insulating ring 32 (ceramic ring) is interposed on the same axis a.

各金属フランジ31の角部四カ所にボルト孔(図示せず)が設けられ、このボルト孔に金属ボルト33を挿通して各金属フランジ31を締め付けることにより、絶縁リング32の両面に各金属フランジ31、31をきつく圧接させて、双方の配管を絶縁状態に連結させる構造である。金属ボルト33による各金属フランジ31の締め付け部分には、締付け用の絶縁リング34(セラミックリング)が設けられており、且つ、締め付けの際に金属ボルト33がボルト孔に接触しないよう、ボルト孔の内径は金属ボルト33の径に対して大きく形成して、金属ボルト33とボルト孔との間に十分な隙間が確保されるようになっている。
これにより、燃料ガス配管21(空気配管22)と各燃料電池スタック3の上下端板20a、20bは、これら配管の連結部において電気的に絶縁された状態となる。
Bolt holes (not shown) are provided at four corners of each metal flange 31, and each metal flange 31 is tightened by inserting the metal bolt 33 into the bolt hole and tightening each metal flange 31. In this structure, the pipes 31 and 31 are pressed tightly to connect both pipes in an insulated state. A tightening portion of each metal flange 31 by the metal bolt 33 is provided with an insulating ring 34 (ceramic ring) for tightening, and the bolt hole is provided so that the metal bolt 33 does not contact the bolt hole when tightening. The inner diameter is made larger than the diameter of the metal bolt 33 so that a sufficient gap is secured between the metal bolt 33 and the bolt hole.
As a result, the fuel gas pipe 21 (air pipe 22) and the upper and lower end plates 20a, 20b of each fuel cell stack 3 are electrically insulated at the connecting portion of these pipes.

次に、図5は絶縁機構30の別の構成例を示し、それぞれ連結部に金属フランジ31(ステンレス製)を設けた燃料ガス配管21(空気配管22)と、この燃料ガス配管21(空気配管22)が内包される半割筒状の金属ホルダ35(ステンレス製)とを備えている。
この金属ホルダ35の両端部35a、35bの中心部には、燃料ガス配管21(空気配管22)の外径より幾分径の大きい孔40が設けられ、この孔40を通して燃料ガス配管21(空気配管22)の他端側が外方に延びている。
Next, FIG. 5 shows another configuration example of the insulating mechanism 30, and a fuel gas pipe 21 (air pipe 22) in which a metal flange 31 (made of stainless steel) is provided at each connection portion, and this fuel gas pipe 21 (air pipe). 22) and a half-cylindrical metal holder 35 (made of stainless steel).
A hole 40 having a diameter somewhat larger than the outer diameter of the fuel gas pipe 21 (air pipe 22) is provided at the center of both end portions 35a and 35b of the metal holder 35. The fuel gas pipe 21 (air The other end of the pipe 22) extends outward.

また、この金属ホルダ35内において、一方の連結部においては、金属フランジ31と金属ホルダ35の一端部35aとの間に金属ホルダ35との絶縁用の絶縁リング36が介装されていると共に、他方の連結部においては、金属フランジ31に隣接して金属ホルダ35との絶縁用の絶縁リング38が介装され、さらに、この絶縁リング38と金属ホルダ35の他端部35bとの間に金属ホルダ35より熱膨張係数の大きい金属リング39が介装されている。
例えば、金属ホルダ35にSUS430を用いた場合は、この金属リング39として、SUS430より熱膨張の大きいSUS316を用いることができる。 また、金属フランジ31、31の間にガス供給用の絶縁リング37(セラミックリング)が介在されている。そして、上記した絶縁リング36、絶縁リング37、絶縁リング38、金属リング39は、それぞれ燃料ガス配管21(空気配管22)と同一軸線a上に設けられている。
上記構成においては、連結部の絶縁性を高めるため、各金属フランジ31の径を絶縁リング37の径より小さくすることが望ましい。
In the metal holder 35, an insulating ring 36 for insulation from the metal holder 35 is interposed between the metal flange 31 and the one end 35a of the metal holder 35 in one of the connecting portions. In the other connecting portion, an insulating ring 38 for insulation with the metal holder 35 is interposed adjacent to the metal flange 31, and a metal is further interposed between the insulating ring 38 and the other end 35 b of the metal holder 35. A metal ring 39 having a larger thermal expansion coefficient than the holder 35 is interposed.
For example, when SUS430 is used for the metal holder 35, SUS316 having a thermal expansion larger than that of SUS430 can be used as the metal ring 39. An insulating ring 37 (ceramic ring) for gas supply is interposed between the metal flanges 31 and 31. The insulating ring 36, the insulating ring 37, the insulating ring 38, and the metal ring 39 are provided on the same axis a as the fuel gas pipe 21 (air pipe 22).
In the above configuration, it is desirable to make the diameter of each metal flange 31 smaller than the diameter of the insulating ring 37 in order to improve the insulation of the connecting portion.

図5の絶縁機構30では、運転時の高温雰囲気下において、金属ホルダ35内の金属リング39が熱膨張することで、上記した金属フランジ31、絶縁リング36、絶縁リング37、絶縁リング38、金属リング38のそれぞれがきつく圧接し、この圧接力により双方の配管を絶縁状態に連結させる構造となっている。この構造では、図4の場合と相違し、連結のための煩雑なボルト締め作業を無くすことができる。   In the insulating mechanism 30 in FIG. 5, the metal ring 39 in the metal holder 35 is thermally expanded in a high temperature atmosphere during operation, so that the metal flange 31, the insulating ring 36, the insulating ring 37, the insulating ring 38, the metal described above are expanded. Each ring 38 is in tight pressure contact, and this pressure contact force connects both pipes in an insulated state. In this structure, unlike the case of FIG. 4, a complicated bolting operation for connection can be eliminated.

ところで、燃料電池スタック3を設置する場合、通常、下端板20bの部分でハウジング2に固定されるようにしている。
本実施形態では、図1に示すように、各燃料電池スタック3の下端板20bが金属製の設置台23に支持された状態でハウジング2の底部2aに固定される構造であるが、この場合、下端板20bとハウジング2の間の電気的絶縁を確保するため、下端板20bと設置台23の間に、例えば、アルミナ等による絶縁板24(絶縁部材)が介在される。
By the way, when installing the fuel cell stack 3, it is normally fixed to the housing 2 at the lower end plate 20b.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the lower end plate 20b of each fuel cell stack 3 is fixed to the bottom 2a of the housing 2 while being supported by a metal installation base 23. In this case, In order to ensure electrical insulation between the lower end plate 20b and the housing 2, an insulating plate 24 (insulating member) made of alumina or the like is interposed between the lower end plate 20b and the installation base 23, for example.

また、各燃料電池スタック3を個々にハウジング2の底部2aに固定しても良いが、例えば、図1に示すように、燃料電池スタック3を3基ずつ縦方向に配置して、3段2列状態で設置しても良い。
この場合は、各燃料電池スタック3の設置台23が図示しない支持フレームに固定され、当支持フレームがハウジング2の底部2aに固定されるような構造となる。この場合も、各燃料電池スタック3の下端板20bと設置台23の間に上記絶縁板24が介在され、各下端板20bと支持フレーム間の電気的絶縁が確保されるようにする。
Further, each fuel cell stack 3 may be individually fixed to the bottom portion 2a of the housing 2, but for example, as shown in FIG. It may be installed in a row.
In this case, the installation base 23 of each fuel cell stack 3 is fixed to a support frame (not shown), and the support frame is fixed to the bottom 2 a of the housing 2. Also in this case, the insulating plate 24 is interposed between the lower end plate 20b of each fuel cell stack 3 and the installation base 23 so as to ensure electrical insulation between the lower end plate 20b and the support frame.

以上、本実施形態では、燃料電池スタック3の上下端板20a、20bに接続される金属配管(燃料ガス配管21と空気配管22)を絶縁機構30により電気的に絶縁したので、燃料電池スタック3を複数直列に接続した燃料電池1においては、上記燃料ガス配管21と上記空気配管22を介して各燃料電池スタック3の端板20a、20bが電気的に接続されることを回避できる。
これにより、各燃料電池スタック3の端板20a、20b間の電気的な絶縁を確保することができ、その結果、従来のように、−出力側の端板にトータルの高電圧が掛かることは無くなり、端板と発電部の間でスパークが発生する危険性が著しく減少し、高温多湿雰囲気となる固体酸化物形燃料電池1の信頼性を飛躍的に高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the metal pipes (the fuel gas pipe 21 and the air pipe 22) connected to the upper and lower end plates 20a and 20b of the fuel cell stack 3 are electrically insulated by the insulating mechanism 30. In the fuel cell 1 in which a plurality of fuel cells are connected in series, it is possible to prevent the end plates 20a and 20b of each fuel cell stack 3 from being electrically connected via the fuel gas pipe 21 and the air pipe 22.
As a result, electrical insulation between the end plates 20a, 20b of each fuel cell stack 3 can be ensured, and as a result, a total high voltage is applied to the end plate on the output side as in the prior art. This eliminates the risk of generating sparks between the end plate and the power generation unit, and can greatly improve the reliability of the solid oxide fuel cell 1 in a high-temperature and high-humidity atmosphere.

また、燃料電池スタック3の下端板20bが絶縁部材24を介してハウジング2に固定されているので、燃料電池スタック3を複数直列に接続した燃料電池1においては、上記ハウジング2を介して各燃料電池スタック3の端板20a、20bが電気的に接続されることが回避できる。
これにより、上記同様、各燃料電池スタック3の端板20a、20b間の電気的な絶縁を確保することができ、上記同様、高電圧に起因して端板20a、20bと上記発電部分の間でスパークが発生する危険性が著しく減少し、高温多湿雰囲気となる固体酸化物形燃料電池1の信頼性を飛躍的に高めることができる。
Further, since the lower end plate 20b of the fuel cell stack 3 is fixed to the housing 2 via the insulating member 24, in the fuel cell 1 in which a plurality of fuel cell stacks 3 are connected in series, each fuel is connected via the housing 2. It can be avoided that the end plates 20a and 20b of the battery stack 3 are electrically connected.
Thereby, similarly to the above, it is possible to ensure electrical insulation between the end plates 20a, 20b of each fuel cell stack 3, and, similarly to the above, between the end plates 20a, 20b and the power generation portion due to the high voltage. Thus, the risk of occurrence of sparks is remarkably reduced, and the reliability of the solid oxide fuel cell 1 in a high temperature and high humidity atmosphere can be remarkably improved.

以上、本実施形態では、複数の燃料電池スタック3を直列に接続した燃料電池1について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、図3(b)に示すように、図3(a)示す直列構造の燃料電池スタック3群を、さらに複数(例えば、3基)並列に接続した構造の燃料電池1にも適用可能であり、また、図3(c)に示すように、例えば、発電セル7を200段程積層した起電力200V程の高出力の燃料電池スタック3を複数(例えば、4基)並列に接続した構造の燃料電池1にも適用可能である。
尚、1スタックの積層段数が100段を超える高出力の燃料電池においては、本発明は信頼性確保の面で極めて有効である。
As mentioned above, although this embodiment demonstrated the fuel cell 1 which connected the some fuel cell stack 3 in series, this invention is not limited to this, For example, as shown in FIG.3 (b), FIG. (A) It is applicable also to the fuel cell 1 of the structure which connected the fuel cell stack 3 group of the serial structure shown further more in parallel (for example, 3 sets), and as shown in FIG.3 (c), For example, the present invention can also be applied to a fuel cell 1 having a structure in which a plurality of (for example, four) high-power fuel cell stacks 3 each having 200 power generation cells 7 stacked and having an electromotive force of about 200 V are connected in parallel.
In the high-power fuel cell in which the number of stacks in one stack exceeds 100, the present invention is extremely effective in terms of ensuring reliability.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の内部構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the internal structure of the solid oxide fuel cell which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池スタックの要部構成を示す図。The figure which shows the principal part structure of the fuel cell stack which concerns on this invention. 複数の燃料電池スタックの接続形態を示す電気回路で、(a)は直列接続タイプ、(b)は直並列接続タイプ、(c)は並列接続タイプを示す図。It is an electric circuit which shows the connection form of a some fuel cell stack, (a) is a serial connection type, (b) is a series-parallel connection type, (c) is a figure which shows a parallel connection type. 金属配管の絶縁機構を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the insulation mechanism of metal piping. 金属管の図4とは別の絶縁機構を示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the insulation mechanism different from FIG. 4 of a metal pipe.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池(固体酸化物形燃料電池)
2 ハウジング
3 燃料電池スタック
7 発電セル
10 セパレータ
20a、20b 端板
21、22 金属配管
24 絶縁部材
30 絶縁機構
1 Fuel cell (solid oxide fuel cell)
2 Housing 3 Fuel cell stack 7 Power generation cell 10 Separator 20a, 20b End plate 21, 22 Metal piping 24 Insulating member 30 Insulating mechanism

Claims (3)

発電セルとセパレータを交互に複数積層して構成した複数の燃料電池スタックが直列および/または並列に接続されてハウジング内に収容されると共に、各燃料電池スタックに金属配管が接続され、当該金属配管を通して各発電セルに反応用ガスが供給される燃料電池において、
上記金属配管の途上に絶縁機構が設けられ、当該絶縁機構により、各燃料電池スタックの上記積層体を除く導電性部分がそれぞれ電気的に絶縁されていることを特徴とする燃料電池。
A plurality of fuel cell stacks configured by alternately laminating a plurality of power generation cells and separators are connected in series and / or in parallel and accommodated in a housing, and a metal pipe is connected to each fuel cell stack. In the fuel cell in which the reaction gas is supplied to each power generation cell through
An insulating mechanism is provided in the middle of the metal pipe, and the electrically conductive portions excluding the stacked body of each fuel cell stack are electrically insulated by the insulating mechanism.
発電セルとセパレータを交互に複数積層すると共に、当該積層体の両端に一対の端板を配して構成した複数の燃料電池スタックが直列および/または並列に接続されてハウジング内に収容されると共に、上記端板に金属配管が接続され、当該金属配管より上記端板のガス通路を通して各発電セルに反応用ガスが供給される燃料電池において、
上記金属配管の途上に絶縁機構が設けられ、当該絶縁機構により、各燃料電池スタックの端板がそれぞれ電気的に絶縁されていることを特徴とする燃料電池。
A plurality of power generation cells and separators are alternately stacked, and a plurality of fuel cell stacks configured by arranging a pair of end plates at both ends of the stacked body are connected in series and / or in parallel and accommodated in a housing. In the fuel cell in which a metal pipe is connected to the end plate, and a reaction gas is supplied from the metal pipe to each power generation cell through the gas passage of the end plate.
An insulating mechanism is provided in the middle of the metal pipe, and the end plate of each fuel cell stack is electrically insulated by the insulating mechanism.
上記燃料電池スタックが絶縁部材を介して上記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell stack is fixed to the housing via an insulating member.
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