JP5209547B2 - Gas seal member and connection method of solid oxide fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池でセルと共に積層されるガスのマニホールドの間をシールするためのガスシール部材および接続方法に関するものである。   The present invention relates to a gas seal member and a connection method for sealing between gas manifolds stacked together with cells in a solid oxide fuel cell.
高い発電効率を実現する燃料電池として、作動温度が800〜1000℃になる固体酸化物形燃料電池が注目を集めている。固体酸化物形燃料電池は、複数のセル(単電池)を直列に積層して所望の電圧を得るようにしている。セルは、酸化物イオン伝導体からなる固体酸化物電解質を、電子伝導性を有する酸化物からなる空気極と燃料極とで挟んで構成されている。また、このようなセルを積層するときには、各セルの間に、電気的な接続とガスの供給とを行うための、セパレータが配置される。   As a fuel cell realizing high power generation efficiency, a solid oxide fuel cell having an operating temperature of 800 to 1000 ° C. has attracted attention. In a solid oxide fuel cell, a plurality of cells (unit cells) are stacked in series to obtain a desired voltage. The cell is configured by sandwiching a solid oxide electrolyte made of an oxide ion conductor between an air electrode made of an oxide having electron conductivity and a fuel electrode. Further, when stacking such cells, separators are provided between the cells for electrical connection and gas supply.
このような積層構造(スタック)とされた固体酸化物形燃料電池において、外部より供給される燃料ガス(水素)および空気(酸素)を、外部に設けられたマニホールドにより各セパレータに供給する形式がある。この場合、燃料極の側で発生してセパレータより排出される燃料ガスの残分が流れるマニホールドも設けられている。例えば、燃料ガス系のマニホールドに流れている燃料ガスは、マニホールドより各セパレータに分岐する分岐配管により、セパレータの対応する部分に供給されている。   In a solid oxide fuel cell having such a stacked structure (stack), a type in which fuel gas (hydrogen) and air (oxygen) supplied from the outside are supplied to each separator by a manifold provided outside. is there. In this case, a manifold through which the remainder of the fuel gas generated on the fuel electrode side and discharged from the separator flows is also provided. For example, the fuel gas flowing through the manifold of the fuel gas system is supplied to a corresponding portion of the separator by a branch pipe that branches from the manifold to each separator.
ここで、上述したようなマニホールドは、セパレータと同様に耐熱合金から構成されている。また、マニホールドとセパレータとは、金属製の配管を介して電気的に接続される。このため、複数のセパレータに対して一体に形成されたマニホールドを用いると、積層されたセル間の各セパレータ間が電気的に接続されることになり、短絡することになる。   Here, the manifold as described above is made of a heat-resistant alloy like the separator. Further, the manifold and the separator are electrically connected via a metal pipe. For this reason, when the manifold integrally formed with respect to the some separator is used, between each separator between the laminated | stacked cells will be electrically connected, and it will short-circuit.
このため、マニホールドは、セパレータと共に分割されて形成し、また、絶縁部材を介して各マニホールド部の間を接続している。また、マニホールド部の接続部より、燃料ガスや空気が外部に漏れないように、隣り合うマニホールド部の間は、ガス漏れを防ぐためのシール性が要求される。このように、マニホールド部間を絶縁分離された状態でシールするために、ガラス材料を用いてマニホールド部間をシールする技術が提案されている(特許文献1参照)。   For this reason, the manifold is formed by being divided together with the separators, and the manifold portions are connected via insulating members. Further, a sealing property for preventing gas leakage is required between adjacent manifold portions so that fuel gas and air do not leak to the outside from the connecting portion of the manifold portion. As described above, in order to seal the manifold portions in a state of being insulated and separated, a technique for sealing the manifold portions using a glass material has been proposed (see Patent Document 1).
特開2007−149430号公報JP 2007-149430 A
しかしながら、ガラスを用いたマニホールド部間の接合では、形成後、時間と共にガス漏れ発生の割合が増加する傾向にある。この問題を解消するために、セラミックなどの絶縁性を有する無機材料からなる絶縁部材をマニホールド部間に配置し、マニホールド部と絶縁部材との間を、空気中でロウ付けができるロウ材でロウ付けする技術が提案されている。このようなロウ材によるシールでは、上述したガラスに場合に比較し、ガス漏れの発生が非常に少ない。   However, in joining between manifold parts using glass, the rate of gas leakage tends to increase with time after formation. In order to solve this problem, an insulating member made of an inorganic material having an insulating property such as ceramic is disposed between the manifold portions, and a brazing material that can be brazed in air is brazed between the manifold portion and the insulating member. The technology to attach is proposed. In such a brazing seal, the occurrence of gas leakage is very small compared to the case of the glass described above.
耐熱合金で構成されているマニホールド部と絶縁部材との間を高いシール性を備える状態でロウ付けする場合、ロウ材を溶解させて液体の状態とし、絶縁部材とマニホールド部との間を埋め、この後、ロウ材の融点より低い温度とすることで、マニホールド部と絶縁部材とを接合している。従って、上述したロウ付けでは、固体酸化物形燃料電池の作動温度よりも高い融点を備えるロウ材を用いることになる。   When brazing between a manifold part made of a heat-resistant alloy and an insulating member in a state having a high sealing property, the brazing material is dissolved to be in a liquid state, and the space between the insulating member and the manifold part is filled, Then, the manifold part and the insulating member are joined by setting the temperature to be lower than the melting point of the brazing material. Therefore, in the brazing described above, a brazing material having a melting point higher than the operating temperature of the solid oxide fuel cell is used.
ここで、上述したロウ付けでは、マニホールド部と共に、一体に形成されているセパレータおよびセパレータ間に配置されるセルも、高温環境に置かれることになる。ところが、固体酸化物形燃料電池では、セルが金属酸化物から構成されているため、いわゆる真空などの減圧環境で加熱は、セルの劣化を招く。このため、上述したロウ付けのための高温処理は、酸素が含まれている空気中で行う。しかしながら、このような空気中の高温処理では、耐熱合金から構成されているセパレータの酸化が著しく進行し、電気抵抗が大きくなり、セル間の接続抵抗が増大し、固体酸化物形燃料電池の発電効率が低下するという問題がある。   Here, in the brazing described above, the separator formed integrally with the manifold portion and the cells disposed between the separators are also placed in a high temperature environment. However, in the solid oxide fuel cell, since the cell is made of a metal oxide, heating in a reduced pressure environment such as a so-called vacuum causes deterioration of the cell. For this reason, the high-temperature treatment for brazing described above is performed in air containing oxygen. However, in such high-temperature treatment in air, the oxidation of the separator made of a heat-resistant alloy proceeds remarkably, the electrical resistance increases, the connection resistance between cells increases, and the power generation of the solid oxide fuel cell There is a problem that efficiency decreases.
このような問題に対し、局所的な加熱によりロウ付けをすることで、セパレータの酸化などによる劣化を抑制できるようになる。しかしながらこのロウ付けでは、金属の部分と絶縁部材とを接合しているため、局所的な加熱では、セラミックなどの絶縁部材に大きな応力が発生して損傷を与える場合が発生する。このように、上述したようなマニホールド部間においける絶縁材料との接合においては、接合箇所を部分的に加熱してロウ付けを行うことが容易ではない。   For such a problem, brazing by local heating can suppress deterioration due to oxidation of the separator. However, in this brazing, since the metal portion and the insulating member are joined, the local heating may cause damage to the insulating member such as ceramic due to a large stress. As described above, in joining with the insulating material between the manifold parts as described above, it is not easy to perform brazing by partially heating the joining portion.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、セパレータや固体酸化物形燃料電池セルの劣化を招くことなく、マニホールドを構成する各マニホールド部の間を、絶縁分離した状態で気密に接合できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Insulation separation is provided between the manifold portions constituting the manifold without causing deterioration of the separator or the solid oxide fuel cell. The purpose is to enable airtight joining in a state of being made.
本発明に係る固体酸化物形燃料電池のガスシール部材は、固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間に配置されるガスシール部材であって、リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングと、リング状に形成された金属板より構成されて絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされた第1金属リングと、リング状に形成された金属板より構成され、絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされた第2金属リングとを備え、第1金属リングと一方のマニホールド部とが溶接され、第2金属リングと他方のマニホールド部とが溶接されるものである。   The gas seal member of the solid oxide fuel cell according to the present invention is a gas seal member disposed between the manifold portions for supplying and exhausting the gas provided in each separator of the solid oxide fuel cell. A first insulating ring formed of an insulating inorganic material formed in a ring shape and a metal plate formed in a ring shape and brazed in vacuum to one surface of the insulating ring. A metal ring and a metal plate formed in a ring shape are provided, and a second metal ring brazed in vacuum on the other surface of the insulating ring is provided, and the first metal ring and one manifold portion are welded. Then, the second metal ring and the other manifold part are welded.
上記固体酸化物形燃料電池のガスシール部材において、第1金属リングと一方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第1金属リングと一方のマニホールド部とが溶接され、第2金属リングと他方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第2金属リングと他方のマニホールド部とが溶接されるようにすればよい。また、第1金属リングは、絶縁リングの外周部より突出する庇部を備えるとよい。   In the gas seal member of the solid oxide fuel cell, the first metal ring and the one manifold portion are welded by heating the welding portion between the first metal ring and the one manifold portion, whereby the second metal ring is welded. The second metal ring and the other manifold portion may be welded by heating the welding location between the first manifold portion and the other manifold portion. The first metal ring may include a flange that protrudes from the outer periphery of the insulating ring.
また、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の接続方法は、固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間を接続する接続方法であって、リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングの一方の面にロウ付けされた第1リングに、一方のマニホールド部を溶接する第1工程と、絶縁リングの他方の面にロウ付けされた第2金属リングに、他方のマニホールド部を溶接する第2工程とを備え、第1金属リングは、リング状に形成された金属板より構成されて絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされ、第2金属リングは、リング状に形成された金属板より構成され、絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされたものである。   Further, the connection method of the solid oxide fuel cell according to the present invention is a connection method for connecting between the manifold portions for gas supply and exhaust provided in each separator of the solid oxide fuel cell. A first step of welding one manifold portion to a first ring brazed to one surface of an insulating ring made of an insulating inorganic material formed in a ring shape, and the other of the insulating ring A second metal ring brazed to the surface, and a second step of welding the other manifold portion, wherein the first metal ring is formed of a metal plate formed in a ring shape and is formed on one surface of the insulating ring. The second metal ring is composed of a metal plate formed in a ring shape, and is brazed to the other surface of the insulating ring in a vacuum.
上記固体酸化物形燃料電池の接続方法において、第1金属リングと一方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第1金属リングと一方のマニホールド部とを溶接し、第2金属リングと他方のマニホールド部との溶接箇所を加熱することで、第2金属リングと他方のマニホールド部とを溶接するようにすればよい。また、第1金属リングは、絶縁リングの外周部より突出する庇部を備えるとよい。   In the connection method of the solid oxide fuel cell, the first metal ring and the one manifold part are welded by heating a welding portion between the first metal ring and the one manifold part, and the second metal ring and What is necessary is just to weld a 2nd metal ring and the other manifold part by heating the welding location with the other manifold part. The first metal ring may include a flange that protrudes from the outer periphery of the insulating ring.
以上説明したように、本発明によれば、各マニホールド部の接合に、絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングと、絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされた第1金属リングと、絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされた第2金属リングとを備えるガスシール部材を用いるようにしたので、セパレータや固体酸化物形燃料電池セルの劣化を招くことなく、マニホールドを構成する各マニホールド部の間を、絶縁分離した状態で気密に接合できるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, an insulating ring made of an insulating inorganic material and a first metal ring brazed to one surface of the insulating ring in a vacuum for joining the manifold portions. And a gas seal member comprising a second metal ring brazed to the other surface of the insulating ring in a vacuum, so that there is no deterioration of the separator and the solid oxide fuel cell, and the manifold An excellent effect is obtained in that the manifold parts constituting each can be hermetically joined in a state of being insulated and separated.
本発明の実施の形態におけるガスシール部材の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the gas seal member in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるガスシール部材の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the gas seal member in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における接続方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the connection method in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における接続方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the connection method in embodiment of this invention. 固体酸化物形燃料電池の構成を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a configuration of a solid oxide fuel cell. 接続方法とマニホールド内の残圧との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between a connection method and the residual pressure in a manifold.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1Aは、本発明の実施の形態におけるガスシール部材100の構成を示す断面図、図1Bは、本発明の実施の形態におけるガスシール部材100の構成を示す斜視図である。このガスシール部材100は、セルを積層している固体酸化物形燃料電池の、各セパレータのマニホールド部間に配置され、マニホールド部間を、電気的に絶縁した状態で気密に接続するためのものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a cross-sectional view showing the configuration of the gas seal member 100 in the embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a perspective view showing the configuration of the gas seal member 100 in the embodiment of the present invention. This gas seal member 100 is disposed between the manifold portions of each separator of the solid oxide fuel cell in which the cells are stacked, and is used for airtight connection between the manifold portions in an electrically insulated state. It is.
ガスシール部材100は、金属リング101,ロウ材102,絶縁リング103,ロウ材104,および金属リング105から構成されている。金属リング101,絶縁リング103,および金属リング105は、各々の間がロウ材102およびロウ材104により接合されて積層されている。言い換えると、ガスシール部材100は、絶縁リング103の一方の面にロウ付けされた金属リング101と、絶縁リング103の他方の面にロウ付けされた金属リング102とを備えるものである。また、金属リング101,絶縁リング103,および金属リング105は、内側の開口部の位置が合うように配置され、これら積層構造体は、筒形状とされている。   The gas seal member 100 includes a metal ring 101, a brazing material 102, an insulating ring 103, a brazing material 104, and a metal ring 105. The metal ring 101, the insulating ring 103, and the metal ring 105 are laminated by being joined by a brazing material 102 and a brazing material 104. In other words, the gas seal member 100 includes the metal ring 101 brazed to one surface of the insulating ring 103 and the metal ring 102 brazed to the other surface of the insulating ring 103. Further, the metal ring 101, the insulating ring 103, and the metal ring 105 are arranged so that the positions of the inner openings are aligned, and these laminated structures are formed in a cylindrical shape.
金属リング101および金属リング105は、リング状の金属板であり、例えば、マニホールド部と同様の耐熱合金から構成されている。金属リング101および金属リング105は、例えば、厚さ1mm程度に形成されている。また、絶縁リング103は、絶縁性の無機材料からなるリング状の板部材であり、例えば、高い絶縁性を有する酸化金属の焼結体(セラミック)などから構成されている。絶縁リング103は、例えば、4厚さ4m程度に形成されている。   The metal ring 101 and the metal ring 105 are ring-shaped metal plates and are made of, for example, a heat-resistant alloy similar to the manifold portion. The metal ring 101 and the metal ring 105 are formed with a thickness of about 1 mm, for example. The insulating ring 103 is a ring-shaped plate member made of an insulating inorganic material, and is made of, for example, a metal oxide sintered body (ceramic) having high insulating properties. The insulating ring 103 is formed with a thickness of about 4 m, for example.
金属リング101,絶縁リング103,および金属リング105は、いわゆる真空中で加熱されることにより、ロウ材102およびロウ材104でロウ付けされている。例えば、真空中で1000〜1300℃程度に加熱することで、金属リング101および金属リング105と絶縁リング103とをロウ付けすることができる。真空中でロウ付けされているので、金属リング101および金属リング105が酸化されることがない。また、ガスシール部材100は、この全体を加熱することでロウ付けを行うので、絶縁リング103が局所的に加熱されることが無く、部分的な応力発生による破損などが抑制されるようになる。   The metal ring 101, the insulating ring 103, and the metal ring 105 are brazed with a brazing material 102 and a brazing material 104 by being heated in a so-called vacuum. For example, the metal ring 101, the metal ring 105, and the insulating ring 103 can be brazed by heating to about 1000 to 1300 ° C. in a vacuum. Since the brazing is performed in a vacuum, the metal ring 101 and the metal ring 105 are not oxidized. Further, since the gas seal member 100 is brazed by heating the whole, the insulating ring 103 is not locally heated, and damage due to partial stress generation is suppressed. .
また、金属リング101は、マニホールド部の外形と同形状の外形、およびマニホールド部の内形と同形状の内形に形成されている。これに対し、絶縁リング103および金属リング105は、金属リング101より小さい外形に形成されている。このように、本実施の形態におけるガスシール部材100では、金属リング101が、リング状のガスリール部材の全周において突出している庇部101aを備えている。従って、金属リング105の側の上部からガスシール部材100を見ると、金属リング101の庇部101aが、金属リング105の上面と共に同時に見込める状態となっている。   Further, the metal ring 101 is formed in an outer shape having the same shape as the outer shape of the manifold portion and an inner shape having the same shape as the inner shape of the manifold portion. On the other hand, the insulating ring 103 and the metal ring 105 are formed in an outer shape smaller than the metal ring 101. As described above, in the gas seal member 100 according to the present embodiment, the metal ring 101 includes the flange portion 101a that protrudes on the entire circumference of the ring-shaped gas reel member. Therefore, when the gas seal member 100 is viewed from the upper part on the metal ring 105 side, the flange portion 101 a of the metal ring 101 can be expected together with the upper surface of the metal ring 105.
次に、上述したガスシール部材100を用いた本実施の形態における接続方法について説明する。まず、図2Aに示すように、1組のセル205およびセパレータ201を用意する。セパレータ201は、燃料極202,電解質203,空気極204を備えたセル205を収容部に収容している。また、燃料極202の側を密閉するように電解質203の周囲にはシール部206が設けられている。また、セパレータ201の内部には、燃料極202に燃料ガスを供給する給気経路207および排気経路208が形成されている。   Next, a connection method in the present embodiment using the gas seal member 100 described above will be described. First, as shown in FIG. 2A, a set of cells 205 and a separator 201 are prepared. The separator 201 accommodates a cell 205 including a fuel electrode 202, an electrolyte 203, and an air electrode 204 in an accommodating portion. In addition, a seal portion 206 is provided around the electrolyte 203 so as to seal the fuel electrode 202 side. An air supply path 207 and an exhaust path 208 for supplying fuel gas to the fuel electrode 202 are formed inside the separator 201.
また、セパレータ201の周囲には、給気経路207に配管209で接続する燃料供給マニホールド部211が設けられている。また、排気経路208に配管210で接続する燃料排出マニホールド部212が設けられている。なお、図示していないが、セパレータ201の図面における下面側に空気(酸化剤ガス)を供給するための給気経路がセパレータ201には形成されている。また、この給気経路に配管で接続する空気供給マニホールド部も設けられている。   Further, around the separator 201, a fuel supply manifold portion 211 connected to the air supply path 207 by a pipe 209 is provided. In addition, a fuel discharge manifold portion 212 connected to the exhaust path 208 by a pipe 210 is provided. Although not shown, the separator 201 is provided with an air supply path for supplying air (oxidant gas) to the lower surface side of the separator 201 in the drawing. An air supply manifold section connected to the air supply path by piping is also provided.
上述したような1組のセルユニットにおいて、各マニホールド部の上にガスシール部材100を配置し、各マニホールド部の上面に金属リング101の表面を当接させる。図2Aでは、金属リング101はガスシール部材100の最下層となっているため、ここでは、各マニホールド部の上面に、ガスシール部材100の下面を当接させることになる。この状態で、庇部101aにレーザ221を照射し、溶接箇所となる庇部101aと各マニホールド部の上面とをレーザ溶接する。庇部101aと各マニホールド部の上面との全周をレーザ溶接により気密に接合する。このとき、セパレータ201は加熱されることがないので、酸化されることも抑制され、電気抵抗の増加を招くことがない。   In one set of cell units as described above, the gas seal member 100 is disposed on each manifold part, and the surface of the metal ring 101 is brought into contact with the upper surface of each manifold part. In FIG. 2A, since the metal ring 101 is the lowermost layer of the gas seal member 100, the lower surface of the gas seal member 100 is brought into contact with the upper surface of each manifold portion here. In this state, the flange portion 101a is irradiated with a laser 221 to laser-weld the flange portion 101a that is a welding location and the upper surface of each manifold portion. The entire periphery of the flange portion 101a and the upper surface of each manifold portion is airtightly joined by laser welding. At this time, since the separator 201 is not heated, it is suppressed from being oxidized, and the electrical resistance is not increased.
次に、図2Bに示すように、新たな1組のセルユニットを積層する。これにより、燃料供給マニホールド部211および燃料排出マニホールド部212の各マニホールド部の上に金属リング101(庇部101a)が溶接されたガスシール部材100の上に、新たな燃料供給マニホールド部211および燃料排出マニホールド部212の各マニホールド部の下面が当接する。ここでは、新たなセルユニットの各マニホールド部の下面が、各ガスシール部材100(金属リング105)の上面に当接する。   Next, as shown in FIG. 2B, a new set of cell units is stacked. As a result, a new fuel supply manifold portion 211 and a fuel are formed on the gas seal member 100 in which the metal ring 101 (the flange portion 101a) is welded onto the manifold portions of the fuel supply manifold portion 211 and the fuel discharge manifold portion 212. The lower surface of each manifold part of the discharge manifold part 212 abuts. Here, the lower surface of each manifold portion of the new cell unit comes into contact with the upper surface of each gas seal member 100 (metal ring 105).
この状態で、新たなセルユニットの各マニホールド部にレーザ222を照射し、溶接箇所となる新たなセルユニットの各マニホールド部の下面と各ガスシール部材100の金属リング105の上面とを溶接する。金属リング105と各マニホールド部の下面との全周をレーザ溶接により気密に接合する。このレーザ溶接は、前述した庇部101aの溶接より内側の領域(溶接箇所)に、レーザ222を照射して行う。従って、庇部101aと各マニホールド部の上面との溶接部分(溶接箇所)には、レーザが照射されることが無い。また、この場合においても、セパレータ201は加熱されることがないので、酸化されることも抑制され、電気抵抗の増加を招くことがない。   In this state, the laser 222 is irradiated to each manifold part of the new cell unit, and the lower surface of each manifold part of the new cell unit that becomes a welding location and the upper surface of the metal ring 105 of each gas seal member 100 are welded. The entire circumference of the metal ring 105 and the lower surface of each manifold portion is joined in an airtight manner by laser welding. This laser welding is performed by irradiating a laser 222 to a region (welding location) inside the above-described welding of the flange portion 101a. Therefore, the laser is not irradiated to the welded portion (welded location) between the flange portion 101a and the upper surface of each manifold portion. Also in this case, since the separator 201 is not heated, the oxidation is suppressed and the electrical resistance is not increased.
また、上述したように、マニホールド部の上方からのレーザ照射によれば、マニホールド部の全周に対してレーザを照射することが容易である。例えば、マニホールド部の側方よりレーザ照射をすることも考えられる。この場合、ロウ付けを行うマニホールド部の全周に、この周囲からレーザを照射することになる。しかしながら、マニホールド部の周囲には、セパレータ部分もあるためため、マニホールド部の側方からのレーザ照射は、実現が容易ではない。このように、レーザ溶接の場合、上方からのレーザ照射が重要となる。このため、1つのガスシール部材100に対して2回の溶接工程を行う本実施の形態によれば、上述したように庇部101aを設け、2回の溶接工程におけるレーザ照射部が異なるようにすることよい。   Further, as described above, according to the laser irradiation from above the manifold portion, it is easy to irradiate the entire circumference of the manifold portion with the laser. For example, laser irradiation can be considered from the side of the manifold portion. In this case, the entire periphery of the manifold portion to be brazed is irradiated with laser from this periphery. However, since there is also a separator part around the manifold part, laser irradiation from the side of the manifold part is not easy to realize. Thus, in the case of laser welding, laser irradiation from above is important. For this reason, according to this Embodiment which performs two welding processes with respect to one gas seal member 100, as mentioned above, the collar part 101a is provided, and the laser irradiation part in two welding processes is different. Good to do.
以上に説明したように、本実施の形態では、「セルユニットの各マニホールド部の上へのガスシール部材100の配置→庇部101aと各マニホールド部上面との溶接→新たなセルユニットの積層→新たなセルユニットの各マニホールド部の下面と金属リング105の上面との溶接」により、積層されるマニホールド部の間を絶縁分離した状態で気密に接合するところに特徴がある。このようにすることで、セパレータやセルは加熱されることがないため。セパレータやセルの劣化を招くことない。なお、上述した工程を繰り返し、所望とするセルユニット数を積層することで、図3の斜視図に示すように、固体酸化物形燃料電池が形成される。   As described above, in the present embodiment, “disposition of the gas seal member 100 on each manifold part of the cell unit → welding the flange 101a and the upper surface of each manifold part → lamination of a new cell unit → It is characterized in that the manifold portions to be laminated are joined in an airtight manner while being insulated and separated by “welding the lower surface of each manifold portion of the new cell unit and the upper surface of the metal ring 105”. By doing in this way, a separator and a cell are not heated. No deterioration of the separator or cell. By repeating the above-described steps and stacking the desired number of cell units, a solid oxide fuel cell is formed as shown in the perspective view of FIG.
図3に示す固体酸化物燃料電池では、複数のセパレータ201およびセル205が積層されて、セルスタック301を構成している。また、複数の燃料供給マニホールド部211およびガスシール部材100が、各々の間が溶接されて積層され、燃料供給マニホールド302を構成している。また、複数の燃料排出マニホールド部212およびガスシール部材100が、各々の間が溶接されて積層され、燃料排出マニホールド303を構成している。また、複数の空気供給マニホールド部214およびガスシール部材100aが、各々の間が溶接されて積層され、空気供給マニホールド304を構成している。   In the solid oxide fuel cell shown in FIG. 3, a plurality of separators 201 and cells 205 are stacked to constitute a cell stack 301. In addition, a plurality of fuel supply manifold portions 211 and the gas seal member 100 are stacked by being welded to each other to constitute a fuel supply manifold 302. In addition, a plurality of fuel discharge manifold portions 212 and the gas seal member 100 are stacked by being welded to each other to constitute a fuel discharge manifold 303. In addition, a plurality of air supply manifold portions 214 and the gas seal member 100a are stacked by welding between each other to constitute an air supply manifold 304.
燃料供給マニホールド302に供給されている燃料ガスは、各セパレータ201に接続されている各配管209を経由し、各セル205の燃料極側に供給される。また、空気供給マニホールド304に供給されている空気は、各セパレータ201に接続されている各配管213を経由し、各セル205の空気極側に供給される。また、各セル205の燃料極側における余剰の燃料ガスは、各セパレータ201に接続されている各配管210を経由して、燃料排出マニホールド303に排出される。一方、空気極の側の各セパレータ201の間は開放されており、この領域より空気極側に供給される空気の余剰分が排出される。なお、図3では、各部分を概略的に示している。   The fuel gas supplied to the fuel supply manifold 302 is supplied to the fuel electrode side of each cell 205 via each pipe 209 connected to each separator 201. In addition, the air supplied to the air supply manifold 304 is supplied to the air electrode side of each cell 205 via each pipe 213 connected to each separator 201. Further, surplus fuel gas on the fuel electrode side of each cell 205 is discharged to the fuel discharge manifold 303 via each pipe 210 connected to each separator 201. On the other hand, the separators 201 on the air electrode side are open, and excess air supplied to the air electrode side is discharged from this region. In addition, in FIG. 3, each part is shown schematically.
以上に説明した本実施の形態における接続方法によれば、図4の(a)に示すように、マニホールド内の残圧が、200分経過してもほとんど低下しない。これに対し、各マニホールド部の間をガラス材料でシールして接続する場合、図4(b)に示すように、30分ほどでマニホールド内の残圧が大きく低下する。このように、本実施の形態における接続方法によれば、ガラス材料でシールした場合のようにガス漏れの発生がほとんどない状態で、各マニホールド部の間を、絶縁分離した状態で気密に接合できるようになる。   According to the connection method in the present embodiment described above, the residual pressure in the manifold hardly decreases even after 200 minutes, as shown in FIG. On the other hand, when sealing and connecting between each manifold part with a glass material, as shown in FIG.4 (b), the residual pressure in a manifold will fall large in about 30 minutes. As described above, according to the connection method in the present embodiment, the manifold portions can be hermetically bonded in a state of being insulated and separated, with almost no gas leakage as in the case of sealing with a glass material. It becomes like this.
なお、上述では、いわゆる外部マニホールド型の固体酸化物形燃料電池について説明したが、これに限るものではない。例えば、内部マニホールド型の固体酸化物形燃料電池の各マニホールド部の間を接合する場合にも、同様に適用可能である。また、上述では、レーザ溶接を例に説明したが、これに限るものではなく、他の溶接方法により、ガスシール部材100(金属リング101,金属リング105)と、マニホールド部とを溶接するようにしてもよい。   In the above description, a so-called external manifold type solid oxide fuel cell has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be similarly applied to the case where the manifold portions of the internal manifold type solid oxide fuel cell are joined. In the above description, laser welding has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the gas seal member 100 (metal ring 101, metal ring 105) and the manifold portion are welded by another welding method. May be.
100…ガスシール部材、101…金属リング、101a…庇部、102…ロウ材、103…絶縁リング、104…ロウ材、105…金属リング、201…セパレータ、202…燃料極、203…電解質、204…空気極、205…セル、206…シール部、207…給気経路、208…排気経路、209…配管、210…配管、211…燃料供給マニホールド部、212…燃料排出マニホールド部、221,222…レーザ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Gas seal member, 101 ... Metal ring, 101a ... Gutter, 102 ... Brazing material, 103 ... Insulating ring, 104 ... Brazing material, 105 ... Metal ring, 201 ... Separator, 202 ... Fuel electrode, 203 ... Electrolyte, 204 ... Air electrode, 205 ... Cell, 206 ... Seal part, 207 ... Air supply path, 208 ... Exhaust path, 209 ... Piping, 210 ... Piping, 211 ... Fuel supply manifold part, 212 ... Fuel discharge manifold part, 221,222 ... laser.

Claims (6)

  1. 固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間に配置されるガスシール部材であって、
    リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングと、
    リング状に形成された金属板より構成されて前記絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされた第1金属リングと、
    リング状に形成された金属板より構成され、前記絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされた第2金属リングと
    を備え、
    前記第1金属リングと一方の前記マニホールド部とが溶接され、前記第2金属リングと他方の前記マニホールド部とが溶接される
    ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール部材。
    A gas seal member disposed between each manifold portion for supplying and exhausting a gas provided in each separator of a solid oxide fuel cell,
    An insulating ring composed of an insulating inorganic material formed in a ring shape;
    A first metal ring composed of a metal plate formed in a ring shape and brazed to one surface of the insulating ring in a vacuum;
    A second metal ring composed of a metal plate formed in a ring shape and brazed to the other surface of the insulating ring in a vacuum;
    The gas seal member of a solid oxide fuel cell, wherein the first metal ring and one of the manifold parts are welded, and the second metal ring and the other manifold part are welded.
  2. 請求項1記載の固体酸化物形燃料電池のガスシール部材において、
    前記第1金属リングと一方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第1金属リングと一方の前記マニホールド部とが溶接され、
    前記第2金属リングと他方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第2金属リングと他方の前記マニホールド部とが溶接される
    ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール部材。
    The gas seal member of the solid oxide fuel cell according to claim 1,
    The first metal ring and one of the manifold parts are welded by heating a welding spot between the first metal ring and one of the manifold parts,
    The gas of the solid oxide fuel cell, wherein the second metal ring and the other manifold part are welded by heating a welding portion between the second metal ring and the other manifold part. Seal member.
  3. 請求項1または2記載の固体酸化物形燃料電池のガスシール部材において、
    前記第1金属リングは、前記絶縁リングの外周部より突出する庇部を備える
    ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池のガスシール部材。
    The gas seal member of the solid oxide fuel cell according to claim 1 or 2,
    The gas seal member for a solid oxide fuel cell, wherein the first metal ring includes a flange protruding from an outer periphery of the insulating ring.
  4. 固体酸化物形燃料電池の各セパレータに設けられたガスの供給および排気のための各マニホールド部の間を接続する接続方法であって、
    リング状に形成された絶縁性の無機材料より構成された絶縁リングの一方の面にロウ付けされた第1リングに、一方の前記マニホールド部を溶接する第1工程と、
    前記絶縁リングの他方の面にロウ付けされた第2金属リングに、他方の前記マニホールド部を溶接する第2工程と
    を備え、
    前記第1金属リングは、リング状に形成された金属板より構成されて前記絶縁リングの一方の面に真空中でロウ付けされ、前記第2金属リングは、リング状に形成された金属板より構成され、前記絶縁リングの他方の面に真空中でロウ付けされたものである
    ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の接続方法。
    A connection method for connecting between manifold portions for gas supply and exhaust provided in each separator of a solid oxide fuel cell,
    A first step of welding one of the manifold parts to a first ring brazed to one surface of an insulating ring made of an insulating inorganic material formed in a ring shape;
    A second step of welding the other manifold part to a second metal ring brazed to the other surface of the insulating ring,
    The first metal ring is composed of a metal plate formed in a ring shape and brazed to one surface of the insulating ring in a vacuum, and the second metal ring is composed of a metal plate formed in a ring shape. A method for connecting solid oxide fuel cells, characterized in that the other surface of the insulating ring is brazed in a vacuum.
  5. 請求項4記載の固体酸化物形燃料電池の接続方法において、
    前記第1金属リングと一方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第1金属リングと一方の前記マニホールド部とを溶接し、
    前記第2金属リングと他方の前記マニホールド部との溶接箇所を加熱することで、前記第2金属リングと他方の前記マニホールド部とを溶接する
    ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の接続方法。
    In the connection method of the solid oxide fuel cell according to claim 4,
    By heating a welding location between the first metal ring and one of the manifold parts, the first metal ring and one of the manifold parts are welded,
    A method for connecting solid oxide fuel cells, wherein the second metal ring and the other manifold part are welded by heating a welding portion between the second metal ring and the other manifold part. .
  6. 請求項4または5記載の固体酸化物形燃料電池の接続方法において、
    前記第1金属リングは、前記絶縁リングの外周部より突出する庇部を備える
    ことを特徴とする固体酸化物形燃料電池の接続方法。
    In the connection method of the solid oxide fuel cell of Claim 4 or 5,
    The first metal ring includes a flange protruding from an outer peripheral portion of the insulating ring. A method for connecting solid oxide fuel cells, wherein
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