JP5260403B2 - Flat type solid oxide fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は平板型固体酸化物形燃料電池スタックに関する。 The present invention relates to a flat plate type solid oxide fuel cell stack.
図６に、従来の平板型固体酸化物形燃料電池スタック（以下、平板型ＳＯＦＣスタックとする）を示す。図６において、１は１枚の平板型固体酸化物形燃料電池及び複数枚のセパレータから構成される発電ユニットであり、この発電ユニット１が重ね合わされて平板型ＳＯＦＣスタックが構成されている（下記非特許文献１参照）。
FIG. 6 shows a conventional flat solid oxide fuel cell stack (hereinafter referred to as a flat SOFC stack). In FIG. 6,
発電ユニット１を構成するセパレータは、例えば、エッチング、切削加工、プレス加工によって様々なパターンを設けた金属板である。
The separator constituting the
発電ユニット１においては、前記パターンを組み合わせることによって、平板型固体酸化物形燃料電池を収納する空間、燃料を供給・排出する空間、空気を供給・排出する空間を設け、且つ、平板型固体酸化物形燃料電池から電気を取り出す経路を設ける。
In the
従来の平板型ＳＯＦＣスタックは、単に、発電ユニット１を多数積層することによって構築される。図６に示す平板型ＳＯＦＣスタックにおける発電ユニット１の積層数は３０である。全ての発電ユニット１は、電気的に直列に接続されている。
A conventional flat plate type SOFC stack is constructed by simply stacking a large number of
従来の平板型ＳＯＦＣスタックでは、全ての発電ユニットは、電気的に直列に接続されている為、発電ユニットが１つでも破綻すると、平板型ＳＯＦＣスタック全体が破綻することとなる。このため、１つの発電ユニットのみが破綻したような場合にも、平板型スタック全体を交換する必要があるという問題があった。 In the conventional flat plate type SOFC stack, since all the power generation units are electrically connected in series, if even one power generation unit fails, the entire flat plate type SOFC stack will fail. For this reason, even when only one power generation unit fails, there is a problem that the entire flat stack needs to be replaced.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、破綻した発電ユニットの交換に伴って交換せざるをえない正常な発電ユニットの数の低減を可能とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved by the present invention is that it is possible to reduce the number of normal power generation units that must be replaced along with replacement of a failed power generation unit. The present invention provides a flat solid oxide fuel cell stack.
本発明においては、上記課題を解決するために、請求項１に記載のように、
１枚の平板型固体酸化物形燃料電池及び複数枚のセパレータから構成される発電ユニットが重ね合わされてなる平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、少なくとも１組の重ね合わされた２枚の金属板が、隣接する前記発電ユニットの間に挿入されていることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, in order to solve the above problem, as described in
In a flat plate type solid oxide fuel cell stack in which a power generation unit composed of one flat plate type solid oxide fuel cell and a plurality of separators is stacked, at least one set of two stacked metal plates Is inserted between the power generation units adjacent to each other to form a flat plate type solid oxide fuel cell stack.
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
請求項１に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記重ね合わされた２枚の金属板の間に、導電性セラミック層またはグラファイト層を例とする、導電性でありかつ該平板型固体酸化物形燃料電池スタックの発電温度に耐える非金属層を有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
2. The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１または２に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、少なくとも１枚の前記金属板が、前記重ね合わされた２枚の金属板を引き離すための力が印加される部位である金属板分離機構部位を有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
3. The flat plate solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項３に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記金属板分離機構部位が、前記重ね合わされた２枚の金属板の重ね合わせ部位における前記金属板の一方または両方に設けられた切りかけであることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
4. The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項５に記載のように、
請求項３に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記金属板分離機構部位が、前記重ね合わされた２枚の金属板のそれぞれに、前記発電ユニットの外形よりも外に張り出し、前記発電ユニットを積層する軸方向から見たときに互いに重なり合うように設けられた飛び出し部分であることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
4. The flat plate solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項６に記載のように、
請求項１に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記２枚の金属板の互いに相対する側のそれぞれに、該２枚の金属板に設けられたガス供給・排気用の貫通孔の周縁を囲んで環状の溝部が形成され、該２枚の金属板が重ね合わされたときに、重なり合う該貫通孔それぞれの周縁を囲んで形成された該溝部も重なり合うことを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
2. The flat plate solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項７に記載のように、
請求項６に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記溝部が重なり合うことによって形成される環状の空間内に、金属製の環状構造体が、該溝部の壁面に接して収納されていることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
7. The flat plate solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項８に記載のように、
請求項７に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記環状構造体の高さｈは、前記溝部の深さｄに対して、ｄ＜ｈ＜２ｄの関係にあることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
8. The flat plate solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項９に記載のように、
請求項７に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記環状構造体は前記２枚の金属板と同じ、またはより大きい熱膨張係数を有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in claim 9,
The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項１０に記載のように、
請求項１または６に記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記２枚の金属板の接合面に、銀、銀パラジウム合金、白金のうち少なくとも一種類の金属を含むペーストを塗布したことを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in
The flat solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項１１に記載のように、
請求項１ないし６のいずれかに記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、前記金属板は、前記発電ユニットを構成する前記平板型固体酸化物形燃料電池及び複数枚のセパレータの数に応じて決定される所定の厚さを有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in claim 11,
7. The flat plate solid oxide fuel cell stack according to
また、本発明においては、請求項１２に記載のように、
請求項１ないし６のいずれかに記載の平板型固体酸化物形燃料電池スタックにおいて、２枚の前記金属板の間に１０枚の前記発電ユニットが挟持されている場合に、該金属板の厚さが２mm以上５mm以下であることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを構成する。
In the present invention, as described in claim 12,
The flat plate solid oxide fuel cell stack according to any one of
本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックにおいては、少なくとも１組の重ね合わされた２枚の金属板が、隣接する発電ユニットの間に挿入されていて、これによって、発電ユニットが、発電ユニット全数よりも小さい数の発電ユニットからなる発電ユニットセットに分割されているから、発電ユニットを１セット毎に交換することが可能となり、破綻した発電ユニットの交換に伴って交換せざるをえない正常な発電ユニットの数の低減を可能とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供することができる。 In the flat plate type SOFC stack according to the present invention, at least one set of two superimposed metal plates is inserted between adjacent power generation units, whereby the power generation units are smaller than the total number of power generation units. Since it is divided into power generation unit sets consisting of a number of power generation units, it becomes possible to replace the power generation units for each set, and normal power generation units that must be replaced along with replacement of a failed power generation unit. A flat plate type solid oxide fuel cell stack capable of reducing the number can be provided.
また、前記２枚の金属板に設けられたガス供給・排気用の貫通孔からガスが漏洩した場合に、２枚の金属板が重ね合わされる部分に環状空間を形成し、さらに、この環状空間中に、漏洩ガス遮蔽用の金属製環状構造体を収納することによって、漏洩ガスが金属板外部に漏れ出すことを防止（ガスシール）することができる。 Further, when gas leaks from the gas supply / exhaust through holes provided in the two metal plates, an annular space is formed in a portion where the two metal plates are overlapped, and the annular space is further formed. By storing the metal annular structure for shielding the leakage gas inside, the leakage gas can be prevented from leaking out of the metal plate (gas seal).
図１は、本発明の一実施形態例を示す図である。図１において、２はトップ分割板、３はボトム分割板であり、重ね合わされた２枚の金属板として、トップ分割板２とボトム分割板３とが重ね合わされている。
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 2 is a top division plate, 3 is a bottom division plate, and the
本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックにおいては、ある段数（重ね合わされた発電ユニット１の数、図１では１０段）毎に、１組の重ね合わされた２枚の金属板である、重ね合わされたトップ分割板２とボトム分割板３とが挿入され、これによりスタック分割機構が構成されている点が従来の平板型ＳＯＦＣスタックと大きく異なる。図１に示す平板型ＳＯＦＣスタックでは、重ね合わされた１０段の発電ユニット１（これを１セットとする）毎に、１組のトップ分割板２とボトム分割板３を挿入してあるが、これは、何段毎であっても構わない。
In the flat plate-type SOFC stack according to the present invention, a stacked top, which is a pair of two metal plates, for each number of stages (the number of stacked
図１を用いて、本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックについて説明する。本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックは、重ね合わされたトップ分割板２とボトム分割板３とを分離することによって、何セットかの（図１においては３セットの）発電ユニットセットに分割することが可能である。このため、例えば、発電ユニット１が１つだけ破綻したような場合には、破綻した発電ユニット１を含む発電ユニットセットだけを交換するだけで、平板型ＳＯＦＣスタック全体を復帰させることができる。
A flat plate SOFC stack according to the present invention will be described with reference to FIG. The flat plate-type SOFC stack according to the present invention can be divided into several sets (three sets in FIG. 1) of power generation units by separating the overlapped
トップ分割板２とボトム分割板３とを金属で製造すれば、これらを平板型ＳＯＦＣスタックに挿入しても、それによる電気抵抗の増大は大きな問題にならない。しかし、金属同士は、固体酸化物形燃料電池の発電温度である７００〜ｌ０００℃程度の温度では、原子拡散により強固に接続されてしまうので、以下に示す分離を容易にする方策を設けることが望ましい。このとき、一つの方策だけを設けても構わないし、幾つか又は全てを組み合わせても構わない。
If the
例えば、トップ分割板２とボトム分割板３との接触面に、導電性セラミックペースト、または、コロイダル・グラファイト（膠質黒鉛）分散液の塗布によって、導電性セラミック層またはグラファイト層（これも導電性である）を形成しておけば、一度７００〜１０００℃程度で発電を行った後にも、容易にトップ分割板２とボトム分割板３とを分離することが可能である。一般に、このような層としては、導電性でありかつ平板型ＳＯＦＣスタックの発電温度に耐える非金属層を用いることができる。
For example, a conductive ceramic layer or a graphite layer (which is also conductive) is applied to the contact surface between the top divided
また、図１に示す本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックのように、トップ分割板２とボトム分割板３の接触面に、重ね合わされた２枚の金属板（トップ分割板２とボトム分割板３）を引き離すための力が印加される部位である金属板分離機構部位として、切りかけ４を設けておけば、ここに、ドライバー等を挿入して容易にトップ分割板２とボトム分割板３を分離することが可能である。図１に示す本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックでは、トップ分割板２とボトム分割板３の両方に切りかけ４を設けてあるが、どちらか一方のみに切りかけ４を設けるだけでも構わない。
Further, as in the flat SOFC stack according to the present invention shown in FIG. 1, two metal plates (top divided
さらに、図１に示す本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックのように、前記金属板分離機構部位として、重ね合わされたトップ分割板２とボトム分割板３のそれぞれに、発電ユニット１の外形よりも外に張り出し、発電ユニット１を積層する軸方向（発電ユニット１の主面に垂直な方向）から見たときに互いに重なり合う飛び出し部分５を持たせ、図２に示すように、ボトム分割板３の飛び出し部分５には発電ユニット１を積層する軸方向の貫通ネジ穴を設け、トップ分割板２の飛び出し部分５には穴を設けないでおけば、このネジ穴にボルトを挿入してボルトを回転させることにより、ネジの推進力を利用して、容易にトップ分割板２とボトム分割板３を分離することが可能である。
Further, as in the flat plate-type SOFC stack according to the present invention shown in FIG. And projecting
図１及び図２に示す本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックでは、ボトム分割板３の飛び出し部分５のみに貫通ネジ穴を設けてあるが、これは、トップ分割板２のみに設けても構わないし、トップ分割板２とボトム分割板３の両方に設けても構わない。トップ分割板２とボトム分割板３の両方に、貫通ネジ穴を設ける場合は、どちらか一方のネジ穴に予めボルトを挿入し貫通ネジ穴を埋めておけば良い。なお、下記の実施形態例においては、上記の貫通ネジ穴を設ける必要は無い。
In the flat-plate SOFC stack according to the present invention shown in FIGS. 1 and 2, through screw holes are provided only in the protruding
図３は、切りかけ４を飛び出し部分５に設けた場合を示している。図３においては、切りかけ４がトップ分割板２の飛び出し部分５のみに設けられているが、切りかけ４を、トップ分割板２の飛び出し部分５とボトム分割板３の飛び出し部分５の両方に設けてもよいし、あるいはボトム分割板３の飛び出し部分５のみに設けてもよい。この切りかけ４にドライバー等を挿入して、容易にトップ分割板２とボトム分割板３とを分離することが可能である。
FIG. 3 shows a case where the
さらに、図４に示すように、飛び出し部分５の形状をピン形状としてもよい。この場合には、発電ユニット１を積層する軸方向から見たときに互いに重なり合う２本の飛び出し部分５の間に、くさびを挿入するなどして、容易にトップ分割板２とボトム分割板３とを分離することが可能である。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the shape of the protruding
本発明においては、トップ分割板２とボトム分割板３の厚さを、発電ユニットを構成するセルの段数に応じて決定する。
In the present invention, the thicknesses of the
例えば、発電ユニットを構成するセルの段数が１０段である場合に、トップ分割板２とボトム分割板３の厚さを２mm以上５mm以下とするのが良い。
For example, when the number of cells constituting the power generation unit is 10, the thickness of the
トップ分割板２とボトム分割板３の厚さが２mm未満の場合には、分離作業において発電ユニットからトップ分割板２とボトム分割板３にかかる力により、トップ分割板２とボトム分割板３が変形してしまい、隣接するトップ分割板２をボトム分割板３と再び接合することが出来なくなるので、以降の発電ユニットの交換が不可能となる。
When the thickness of the
トップ分割板２とボトム分割板３の厚さが５mmを超えると、発電ユニット１を構成するセパレータの厚さと大きく異なるために、荷重をかけた際の変形の大きさがセパレータと分割板とで著しく異なり、トップ分割板２とボトム分割板３を挟んだ箇所に隙間を生じ、そこから燃料ガス及び空気が漏れてしまう。
If the thickness of the
図７に、セルを１０段積み重ねてスタックにした時の５段目と６段目の間に厚さ
7.5 mm のトップ分割板２のみを挿入した場合の、開回路電圧（OCV: Open Circuit Voltage）の分布を示す。比較として、トップ分割板２もボトム分割板３も挿入しない場合のOCVの分布も示した。図７において、●がトップ分割板２のみを挿入した場合の結果であり、○がトップ分割板２もボトム分割板３も挿入しない場合の結果である。トップ分割板２を挿入した場合には、スタック中心付近の発電ユニットにおけるOCVの低下が顕著であり、トップ分割板２を挿入した箇所から燃料が漏れていることが分かる。発電終了後には、トップ分割板２を挿入した箇所に燃料が漏れた形跡が見られた。燃料が漏れれば、発電時の性能が低下してしまう。このように、7.5 mm 厚のトップ分割板を挿入すると、上記理由により燃料が漏れるような空隙が生じてしまう。
Figure 7 shows the thickness between the 5th and 6th layers when 10 cells are stacked to form a stack.
The distribution of open circuit voltage (OCV) when only 7.5 mm
これに対し、トップ分割板２とボトム分割板３の厚さが例えば
2.5 mm の場合には、挿入箇所から燃料が漏れることはない。図８に、５０段スタックの１０段目と１１段目の間、２０段目と２１段目の間、３０段目と３１段目の間、及び４０段目と４１段目の間に厚さ
2.5 mm のトップ分割板２及びボトム分割板３を挿入した場合の、OCVの分布を示す。分割板の挿入箇所でも顕著なOCVの低下は見られず、挿入箇所において燃料の漏れの発生はなかった。発電終了後に、トップ分割板２及びボトム分割板３を挿入した箇所に燃料が漏れた形跡が見られなかった。このように、トップ分割板とボトム分割板の厚さをともに
2.5 mm にすれば、分割板の変形による燃料の漏れは生じない。
On the other hand, the thickness of the
In the case of 2.5 mm, no fuel leaks from the insertion point. FIG. 8 shows the thickness between the 10th and 11th stages, the 20th and 21st stages, the 30th and 31st stages, and the 40th and 41st stages. The
The distribution of OCV when a 2.5 mm
If it is 2.5 mm, fuel leakage due to deformation of the dividing plate will not occur.
分割板の厚さが２mm以上５mm以下の範囲内にあれば、上記同様、問題は見られなかった。 As long as the thickness of the divided plate is in the range of 2 mm or more and 5 mm or less, no problem was observed as described above.
上記では、トップ分割板とボトム分割板の間に１０段のセルを挿入した場合の両分割板の最適な厚さの範囲を示したが、本願発明はこの数値範囲に限定されるものではなく、要は、発電ユニットを構成するセルの段数に応じてこれを挟持するトップ分割板とボトム分割板の厚さには許容数値範囲があることである。厚さの数値自体は、前もって適宜所定の厚さに設定すればよい。 In the above, the range of the optimum thickness of both divided plates when a 10-stage cell is inserted between the top divided plate and the bottom divided plate is shown, but the present invention is not limited to this numerical range. Means that there is an allowable numerical range for the thicknesses of the top and bottom split plates that sandwich the power generation unit according to the number of stages of the cells. The thickness value itself may be set to a predetermined thickness as appropriate in advance.
図５は、トップ分割板２とボトム分割板３に設けられたガス供給・排気用の貫通孔からのガスの漏洩を低減する構造を備えたトップ分割板２とボトム分割板３を示す断面図であり、図５の（ａ）は、重ね合わされる前のトップ分割板２とボトム分割板３とを示し、図５の（ｂ）は、両者が重ね合わされた状態を示している。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the
図５において、トップ分割板２とボトム分割板３には、各セルの空気極と燃料極に、それぞれ、酸化剤ガスと燃料ガスを供給するために、ガス供給・排気用の貫通孔６が設けられている。そして、トップ分割板２の上面とボトム分割板３の下面のそれぞれには、貫通孔６の周縁を囲んで環状の溝部７が形成され、トップ分割板２とボトム分割板３とが重ね合わされたときに、それぞれの溝部７も、図５の（ｂ）に示したように、重なり合うようにしてある。貫通孔６を通過するガスが、トップ分割板２とボトム分割板３との間から漏れた場合、少なくとも、溝部７の重ね合わせで形成された環状の空間によって塞ぎ止められる。よって、ガス供給・排出部からのガス漏れの影響を小さくすることができる。
In FIG. 5, the
さらに、図５の（ｂ）に示したように、溝部７の重ね合わせで形成された環状の空間に、金属製の環状構造体８を、溝部７の壁面に接して収納することによって、よりガスの漏れを小さくすることができる。この環状構造体８の高さは溝部７の深さよりも高く、トップ分割板２とボトム分割板３とを重ね合わせたときに、環状構造体８とボトム分割板３との間に隙間Ｇができる程度とする。すなわち、環状構造体８の高さｈを、溝部７の深さｄに対して、ｄ＜ｈ＜２ｄの関係にあるようにする。このようにすれば、トップ分割板２とボトム分割板３とが面で接触でき、それによって気密性が維持される。また、環状構造体８の熱膨張係数を、トップ分割板２とボトム分割板３の熱膨張係数と同じ、または同等以上とすることで、より強固なガス漏れ防止（ガスシール）ができる。
Further, as shown in FIG. 5B, by storing the metal
このように、環状構造体８を用いることにより、トップ分割板２とボトム分割板３は単純な形状でも、十分なガスシール性を実現させることができる。
As described above, by using the
このトップ分割板２とボトム分割板３は、例えばＣｒ含有のフェライト系ステンレス鋼で構成されている。また、環状構造体８は、例えばＣｒ含有のフェライト系ステンレス鋼や熱膨張係数が比較的大きいオーステナイト系ステンレス鋼で構成されている。
The
さらに、トップ分割板２とボトム分割板３との接合面に、銀、銀パラジウム合金、白金といった電気伝導度の高いペーストを塗布することによって、トップ分割板２とボトム分割板３の接触抵抗を低減することができる。中でも、銀ペーストは低コストであり、電気伝導度も高いため、好ましいペースト材料である。しかも、トップ分割板２とボトム分割板３とが圧力によって重ね合わされた場合に、圧力が十分に高ければ、銀ペーストは、塑性変形を起こして、トップ分割板２とボトム分割板３との間の密着性をさらに向上させるので、ガスシール性の向上にも役立つ。
Furthermore, the contact resistance between the
なお、上記電気伝導度の高いペーストを塗布することによって、トップ分割板２とボトム分割板３の接触抵抗を低減することは、トップ分割板２とボトム分割板３とに溝部７が形成されていない場合においても有効である。
Note that reducing the contact resistance between the
以上に説明したように、本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックにおいては、少なくとも１組の重ね合わされた２枚の金属板が、隣接する発電ユニットの間に挿入されていて、これによって、発電ユニットが、発電ユニット全数よりも小さい数の発電ユニットからなる発電ユニットセットに分割されているから、発電ユニットを１セット毎に交換することが可能となり、破綻した発電ユニットの交換に伴って交換せざるをえない正常な発電ユニットの数の低減を可能とする平板型固体酸化物形燃料電池スタックを提供することができる。 As described above, in the flat plate type SOFC stack according to the present invention, at least one set of two superimposed metal plates is inserted between adjacent power generation units. Since the power generation units are divided into power generation units that are smaller than the total number of power generation units, it is possible to replace the power generation units for each set, and it is necessary to replace the power generation units when a failed power generation unit is replaced. It is possible to provide a flat plate type solid oxide fuel cell stack that can reduce the number of normal power generation units.
このように、本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックにおいては、１つの発電ユニットのみが破綻したような場合にも、従来よりも格段に少ない数の発電ユニットを交換するだけで足りるから、本発明に係る平板型ＳＯＦＣスタックは、平板型スタック全体を交換する必要のある従来の平板型ＳＯＦＣスタックに対して、強い優位性を持つ。 Thus, in the flat plate type SOFC stack according to the present invention, even when only one power generation unit fails, it is only necessary to replace a significantly smaller number of power generation units than in the past. Such a flat SOFC stack has a strong advantage over a conventional flat SOFC stack in which the entire flat stack needs to be replaced.
１：発電ユニット、２：トップ分割板、３：ボトム分割板、４：切りかけ、５：飛び出し部分、６：貫通孔、７：溝部、８：環状構造体、Ｇ：隙間。 1: power generation unit, 2: top dividing plate, 3: bottom dividing plate, 4: cutting, 5: protruding portion, 6: through hole, 7: groove portion, 8: annular structure, G: gap.
Claims (12)
少なくとも１組の重ね合わされた２枚の金属板が、隣接する前記発電ユニットの間に挿入されていることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 In a flat plate type solid oxide fuel cell stack in which a power generation unit composed of one flat plate type solid oxide fuel cell and a plurality of separators is overlapped,
A flat plate type solid oxide fuel cell stack, wherein at least one set of two superposed metal plates is inserted between adjacent power generation units.
前記重ね合わされた２枚の金属板の間に、導電性セラミック層またはグラファイト層を例とする、導電性でありかつ該平板型固体酸化物形燃料電池スタックの発電温度に耐える非金属層を有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 1,
A non-metal layer that is conductive and can withstand the power generation temperature of the flat plate type solid oxide fuel cell stack, for example, a conductive ceramic layer or a graphite layer, between the two metal plates stacked; A flat plate type solid oxide fuel cell stack.
少なくとも１枚の前記金属板が、前記重ね合わされた２枚の金属板を引き離すための力が印加される部位である金属板分離機構部位を有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 1 or 2,
A flat plate solid oxide fuel cell, wherein at least one of the metal plates has a metal plate separation mechanism portion to which a force for separating the two superimposed metal plates is applied. stack.
前記金属板分離機構部位が、前記重ね合わされた２枚の金属板の重ね合わせ部位における前記金属板の一方または両方に設けられた切りかけであることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 3,
The flat plate solid oxide fuel cell stack, wherein the metal plate separation mechanism portion is a notch provided on one or both of the metal plates at the overlap portion of the two metal plates stacked. .
前記金属板分離機構部位が、前記重ね合わされた２枚の金属板のそれぞれに、前記発電ユニットの外形よりも外に張り出し、前記発電ユニットを積層する軸方向から見たときに互いに重なり合うように設けられた飛び出し部分であることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 3,
The metal plate separation mechanism portion is provided on each of the two stacked metal plates so as to protrude outside the outer shape of the power generation unit and overlap each other when viewed from the axial direction in which the power generation units are stacked. A flat solid oxide fuel cell stack, characterized in that it is a protruding portion formed.
前記２枚の金属板の互いに相対する側のそれぞれに、該２枚の金属板に設けられたガス供給・排気用の貫通孔の周縁を囲んで環状の溝部が形成され、該２枚の金属板が重ね合わされたときに、重なり合う該貫通孔それぞれの周縁を囲んで形成された該溝部も重なり合うことを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 1,
An annular groove is formed on each of the opposing sides of the two metal plates so as to surround the peripheral edges of the gas supply / exhaust through holes provided in the two metal plates. A flat plate type solid oxide fuel cell stack, characterized in that, when the plates are stacked, the grooves formed so as to surround the periphery of each of the overlapping through holes overlap.
前記溝部が重なり合うことによって形成される環状の空間内に、金属製の環状構造体が、該溝部の壁面に接して収納されていることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 6,
A flat solid oxide fuel cell stack, wherein a metal annular structure is accommodated in contact with a wall surface of a groove in an annular space formed by overlapping the grooves.
前記環状構造体の高さｈは、前記溝部の深さｄに対して、ｄ＜ｈ＜２ｄの関係にあることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 7,
The flat solid oxide fuel cell stack, wherein the height h of the annular structure has a relationship of d <h <2d with respect to the depth d of the groove.
前記環状構造体は前記２枚の金属板と同じ、またはより大きい熱膨張係数を有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 7,
The flat solid oxide fuel cell stack, wherein the annular structure has a thermal expansion coefficient equal to or greater than that of the two metal plates.
前記２枚の金属板の接合面に、銀、銀パラジウム合金、白金のうち少なくとも一種類の金属を含むペーストを塗布したことを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to claim 1 or 6,
A flat solid oxide fuel cell stack, wherein a paste containing at least one kind of silver, silver-palladium alloy, or platinum is applied to the joint surface of the two metal plates.
前記金属板は、前記発電ユニットを構成する前記平板型固体酸化物形燃料電池及び複数枚のセパレータの数に応じて決定される所定の厚さを有することを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1 to 6,
The metal plate has a predetermined thickness determined according to the number of the flat solid oxide fuel cell and the plurality of separators constituting the power generation unit. Fuel cell stack.
２枚の前記金属板の間に１０枚の前記発電ユニットが挟持されている場合に、該金属板の厚さが２mm以上５mm以下であることを特徴とする平板型固体酸化物形燃料電池スタック。 The flat plate type solid oxide fuel cell stack according to any one of claims 1 to 6,
A flat-plate solid oxide fuel cell stack, wherein when the ten power generation units are sandwiched between two metal plates, the thickness of the metal plates is 2 mm or more and 5 mm or less.
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