JP6022368B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
ここで,セル本体の変位に追従して電気的導通を確保するために,板状の本体分と,この本体分から突出する舌片を有する導電性接合部材(集電部材)を用いた燃料電池が公開されている(特許文献1参照)。
上記に鑑み,本発明は,集電部材の固着を防止した燃料電池を提供することを目的とする。
複数の組の集電部材に複数のスペーサーが配置されることで,集電部材の複数の組それぞれにおいて,単一の集電部材それぞれに別個のスペーサーを配置する場合に比べて,スペーサーの配置のバラツキに起因する燃料ガスの流れの阻害(圧力損失の発生)を防止できる。
複数のスペーサーが互いに接続されることで,複数のスペーサーの配置のバラツキに起因する燃料ガスの流れの阻害(圧力損失の発生)を防止できる。
複数のスペーサーが両端部で接続されることで,スペーサーの配置のバラツキがさらに低減され,複数のスペーサーによる燃料ガスの流れの阻害(圧力損失の発生)を防止できる。
複数のスペーサーおよび前記接続部が,1枚のシートから一体的に構成されることで,スペーサー集合体を,容易に作成することが可能となる。
接続部の厚さが,前記複数のスペーサーの厚さより薄いことで,接続部による燃料ガスの流れの阻害(圧力損失の発生)を低減できる。
第1,第2の板材を組み合わせることで,スペーサーおよびこのスペーサーより薄い接続部の組み合わせを容易に作成できる。
第1,第2の板材を組み合わせることで,スペーサーおよびこのスペーサーより薄い接続部の組み合わせを容易に作成できる。
図1〜図4は,実施形態に係る燃料電池1を表す図である。燃料電池1は,例えば,ZrO2系セラミックを電解質2とする固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。この燃料電池1は,発電の最小単位である燃料電池セル3と,該燃料電池セル3に空気を供給する空気供給流路4と,その空気を外部に排出する空気排気流路5と,同じく燃料電池セル3に燃料ガスを供給する燃料供給流路6と,その燃料ガスを外部に排出する燃料排気流路7と,該燃料電池セル3を複数セット積層してセル群となし該セル群を固定して燃料電池スタック8となす固定部材9と,燃料電池スタック8で発電した電気を出力する出力部材11と,から概略構成される。
電解質2は,ZrO2系セラミックの他,LaGaO3系セラミック,BaCeO3系セラミック,SrCeO3系セラミック,SrZrO3系セラミック,CaZrO3系セラミック等で形成されてもよい。
また,燃料極15の材質は,Pt,Au,Ag,Pb,Ir,Ru,Rh,Ni及びFe等の金属でもよく,これらの金属は1種のみでもよいし,2種以上の合金にしてもよい。
さらに,燃料極15の材質は,これらの金属及び/又は合金と,上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物(サーメットを含む。)が挙げられる。また,燃料極15の材質は,Ni及びFe等の金属の酸化物と,上記セラミックの各々の少なくとも1種との混合物等が挙げられる。
前記金属としてはPt,Au,Ag,Pb,Ir,Ru及びRh等の金属又は2種以上の金属を含有する合金が挙げられる。
さらに,金属の酸化物としては,La,Sr,Ce,Co,Mn及びFe等の酸化物(La2O3,SrO,Ce2O3,Co2O3,MnO2及びFeO等)が挙げられる。
また,複酸化物としては,少なくともLa,Pr,Sm,Sr,Ba,Co,Fe及びMn等を含有する複酸化物(La1−XSrXCoO3系複酸化物,La1−XSrXFeO3系複酸化物,La1−XSrXCo1−yFeO3系複酸化物,La1−XSrXMnO3系複酸化物,Pr1−XBaXCoO3系複酸化物及びSm1−XSrXCoO3系複酸化物等)が挙げられる。
なお,集電部材19が,前記のように,多孔質金属又は金網又はワイヤーで形成されている場合には,ガス流路57を,燃料ガスが通過し易く,かつ燃料ガスの拡散性が向上する為,好ましい。
図9は,比較例に係る燃料電池(燃料電池セル3x)の上面図および断面図である。
燃料電池セル3xでは,本発明とは異なる構造となっている。具体的には,集電部材19毎に,個別のスペーサー58xが,それぞれ配置されている。具体的には,図9では,集電部材100個(縦10個かける横10個)について,スペーサー100個が,個別に,それぞれ配置されている。このため,集電部材19毎に,スペーサー58xの配置が一定しない(位置や方向のバラツキ,ズレが有る)。この結果,燃料ガスの流れにもバラツキが生じる。例えば,ガス流路57それぞれに於いて,ガスの流量にバラツキが生じる。
図10,図11,図12は,それぞれ,本発明の実施形態における,変形例1〜3に係る燃料電池のスペーサー集合体58a〜58cの斜視図である。
尚,以下の実施形態では,スペーサー集合体以外の燃料電池の部材の構成については,上記の実施形態の燃料電池と同様の構成になるため,詳細の説明は省略する。具体的には,スペーサー集合体以外は,図1から図7までの説明と同様の,燃料電池の構成となる。
スペーサー集合体58aは,スペーサー581のみであり,上記の実施形態のように接続部582を有しない。この場合でも,スペーサー581が一列に並ぶ複数の集電部材19で共通に用いられるため,スペーサー581の配置,特に,コネクタ当接部19aとセル本体当接部19bからのはみ出し部分の配置が集電部材19の列方向で揃っている為,燃料ガスの流れが均一となる効果を奏する。
スペーサー集合体58bでは,複数のスペーサー581が,その端部以外(中央付近の1箇所)で,接続部582により接続される。
(変形例3)
スペーサー集合体58cでは,複数のスペーサー581が,その端部以外(2箇所)で,接続部582により接続される。
本発明の実施形態の変形例1〜3に於いては,このように,複数のスペーサー581をその端部以外で接続しても,複数のスペーサー581間でのバラツキを低減し,燃料ガスの均一な流れを確保できる。
図13は,本発明の実施形態における,変形例4に係る燃料電池セル3cの概略図および断面図である。変形例4は,本発明(図1〜図3)の燃料電池のスペーサー集合体に於いて,スペーサーの厚みと,接続部との厚みが異なる例である。
燃料電池セル3cでは,スペーサー集合体58dにおいて,スペーサー581の厚みより,接続部582の厚みが薄くなっている。このため,接続部582による燃料ガスの流れへの影響が低減される(燃料ガスの流路が,より確保されて,燃料ガスが流れやすくなる)。
また,複数のシートを組み合わせて,スペーサー集合体58dを作成しても良い。
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張,変更可能であり,拡張,変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
2 電解質
3 燃料電池セル
4 空気供給流路
5 空気排気流路
6 燃料供給流路
7 燃料排気流路
8 燃料電池スタック
9 固定部材
11 出力部材
12,13 インターコネクタ
14 空気極
15 燃料極
16 空気室
17 燃料室
18,19 集電部材
19a コネクタ当接部
19b セル本体当接部
19c 連接部
19d 切込線
19p 平板
20 セル本体
21 燃料極絶縁フレーム
22 燃料極フレーム
23 セパレータ
24 空気極絶縁フレーム
25 空気供給部
26 空気排気部
27 燃料供給部
28 燃料排気部
29 空気供給通孔
30 空気供給連絡室
31 隔壁
32 空気供給連絡部
33 空気排気通孔
34 空気排気連絡室
35 隔壁
36 空気排気連絡部
37 燃料供給通孔
38 燃料供給連絡室
39 隔壁
40 燃料供給連絡部
41 燃料排気通孔
42 燃料排気連絡室
43 隔壁
44 燃料排気連絡部
45a,45b エンドプレート
46a-46d 部材
47 コーナー通孔
55 絶縁座金
56 ガス流路
57 ガス流路
58 スペーサー集合体
581,583,585 スペーサー
582,584,586 接続部
Claims (8)
- 第1のインターコネクタおよび第2のインターコネクタと,
前記第1および第2のインターコネクタの間に配置され,電解質,空気極,および燃料極を,それぞれ有するセル本体と,
前記セル本体が接続される開口部を有し,前記第1および第2のインターコネクタの間を燃料室,空気室に区分するセパレータと,
前記燃料室内に配置され,前記第1のインターコネクタに当接するコネクタ当接部と,前記セル本体に当接するセル本体当接部と,前記コネクタ当接部と前記セル本体当接部をつなぐ連接部とを有し,列をなして配置される集電部材の組と,
スペーサーと,を具備し,
前記スペーサーが,前記集電部材の組のコネクタ当接部とセル本体当接部の間に配置される
ことを特徴とする燃料電池。 - 前記集電部材の組が複数並んで配置された複数の前記集電部材の組と,
複数の前記スペーサーと,を具備し,
前記複数のスペーサーのそれぞれは,前記複数の集電部材の組のそれぞれに配置される
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 - 前記複数のスペーサーが,前記スペーサー同士を接続する接続部をさらに有するスペーサー集合体である
請求項2に記載の燃料電池。 - 前記複数のスペーサーがそれぞれ,両端部で接続される
請求項3に記載の燃料電池。 - 前記複数のスペーサーおよび前記接続部が,1枚のシートから一体的に構成される
請求項3または4に記載の燃料電池。 - 前記接続部の厚さが,前記複数のスペーサーの厚さより薄い
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の燃料電池。 - 複数の接続部を具備し,
前記複数のスペーサーおよび前記複数の接続部が,
前記複数のスペーサーに対応する第1の部位と,前記複数の接続部の何れかに対応する第2の部位と,を有する第1の板材と,
前記複数のスペーサーに対応する第3の部位と,前記複数の接続部の他の何れかに対応する第4の部位と,を有し,前記第1の板材に積層される第2の板材と,から構成される,
ことを特徴とする請求項6記載の燃料電池。 - 複数の接続部を具備し,
前記複数のスペーサーおよび前記複数の接続部が,
前記複数のスペーサーに対応する第1の部位と,前記複数の接続部に対応する第2の部位と,を有する第1の板材と,
前記複数のスペーサーに対応し,前記第1の板材に積層される複数の第2の板材と,
から構成される,
ことを特徴とする請求項6記載の燃料電池。
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