JP6110324B2 - Fuel cell unit - Google Patents
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Description
この発明は、燃料電池ユニットに関し、特に、第1部材および第2部材にそれぞれ設けられた第1給気孔および第2給気孔を経て取り込まれたガスに基づいて電力を発生する、燃料電池ユニットに関する。 The present invention relates to a fuel cell unit, and more particularly to a fuel cell unit that generates electric power based on gas taken in through a first air supply hole and a second air supply hole provided in a first member and a second member, respectively. .
この種の燃料電池ユニットでは、燃料電池スタックは水素ガス用マニホールドと空気用マニホールドとを有し、燃料電池スタックを保持するホルダは水素ガス供給孔と空気供給孔とを有する。水素ガス用マニホールドおよび空気用マニホールドは燃料電池スタックの下面に開口し、水素ガス供給孔および空気供給孔はホルダの上面に開口する。燃料電池スタックは、水素ガス用マニホールドおよび空気用マニホールドがそれぞれ水素ガス供給孔および空気供給孔と連通するように、ホルダに載置される。 In this type of fuel cell unit, the fuel cell stack has a hydrogen gas manifold and an air manifold, and the holder for holding the fuel cell stack has a hydrogen gas supply hole and an air supply hole. The hydrogen gas manifold and the air manifold are opened on the lower surface of the fuel cell stack, and the hydrogen gas supply hole and the air supply hole are opened on the upper surface of the holder. The fuel cell stack is placed on the holder such that the hydrogen gas manifold and the air manifold communicate with the hydrogen gas supply hole and the air supply hole, respectively.
水素ガスは、水素ガス供給孔および水素ガス用マニホールドを経て燃料電池スタックの燃料極に供給される。一方、空気は、空気供給孔および空気用マニホールドを経て、空気極に供給される。電力は、こうして供給された水素ガスおよび空気が化学反応を起こすことで生み出される。 The hydrogen gas is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack through the hydrogen gas supply hole and the hydrogen gas manifold. On the other hand, the air is supplied to the air electrode through the air supply hole and the air manifold. Electric power is generated by causing a chemical reaction between the hydrogen gas and air thus supplied.
ここで、ホルダと燃料電池スタックとの間から水素ガスまたは空気が漏れるおそれがあるため、通常は、燃料電池スタックの下面とホルダの上面との間にガスシール材が充填される。 Here, since hydrogen gas or air may leak from between the holder and the fuel cell stack, a gas seal material is usually filled between the lower surface of the fuel cell stack and the upper surface of the holder.
しかし、ホルダおよび燃料電池スタックの間で熱膨張率が相違する場合に燃料電池スタックの下面およびホルダの上面を平坦に形成すると、熱膨張率の相違に起因する応力によってガスシール材が容易に剥離し、これによってガスが燃料電池ユニットの外部に漏れるという問題が生じる。 However, when the coefficient of thermal expansion differs between the holder and the fuel cell stack, if the lower surface of the fuel cell stack and the upper surface of the holder are formed flat, the gas seal material is easily peeled off due to the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion. This causes a problem that gas leaks to the outside of the fuel cell unit.
なお、燃料電池セル,セル支持板,マニホールドおよびガスシール材からなるガス遮断技術に関する特許文献1では、セル支持板に設けられたスリットに燃料電池セルの端部を挿入し、挿入された端部の周囲にガスシール材を流入させることで、燃料電池セルとセル支持板との間にガスシールを施すようにしている。また、上面一面に開口部を持つマニホールドにセル支持板を嵌め込み、マニホールドとセル支持板との隙間にガスシール材を充填させることで、セル支持板とマニホールドとの間にガスシールを施すようにしている。
In
しかし、特許文献1では、シール面積が燃料電池セルの形状に依存するため、シール面積を小さくすることができない。また、シール面積が大きいと燃料電池セルへの熱応力が大きくなり、燃料電池セルが破壊されるおそれがある。さらに、特許文献1では、燃料電池セルとセル支持板とを直接ガスシールするため、セル支持板からの熱応力により燃料電池セルが破壊される。また、燃料電池セルの重量が大きいと、セル支持板が破壊される。
However, in
それゆえに、この発明の主たる目的は、熱膨張率の異なる2つの部材の間からのガス漏れを防止することができる、燃料電池ユニットを提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a fuel cell unit that can prevent gas leakage from between two members having different coefficients of thermal expansion.
この発明の燃料電池ユニットは、第1熱膨張率を有しかつ第1主面が上面として形成された第1部材からなるホルダ、および第1主面と面接触する第2主面が下面として形成された第2部材からなるアダプタを伴う燃料電池スタックを備え、第1部材に設けられた第1給気孔と第2部材に設けられかつ第1給気孔と連通する第2給気孔とを経て取り込まれたガスに基づいて電力を発生する燃料電池ユニットであって、アダプタはセラミックを主成分とし、第1熱膨張率よりも低い第2熱膨張率を有し、ホルダおよび燃料電池スタックの間に挿入され、第1部材は第1主面に形成された凹部を有し、第2部材は第2主面に形成されかつ凹部と嵌合する凸部を有し、第1給気孔および第2給気孔はそれぞれ凹部の底面および凸部の頂面に開口し、凹部の内周面と凸部の外周面との間に充填されたシール材をさらに備え、燃料電池ユニットが動作状態および停止状態のいずれにあるかに関係なく、凹部および凸部の間からの空気または水素ガスの漏えいを防止することができる。 The fuel cell unit of this invention, the holder comprising a first member and having a first thermal expansion coefficient the first major surface is formed as a top surface, a second major surface that is in contact and the first main surface and the surface A fuel cell stack with an adapter made of a second member formed as a lower surface; a first air supply hole provided in the first member; a second air supply hole provided in the second member and communicating with the first air supply hole; a fuel cell unit for generating electric power based on the gas taken in through the adapter as a main component a ceramic, a second thermal expansion coefficient lower than the first thermal expansion coefficient and chromatic, the holder and the fuel cell stack The first member has a concave portion formed on the first main surface, the second member has a convex portion formed on the second main surface and fitted with the concave portion, and the first air supply hole And the second air supply holes open to the bottom surface of the concave portion and the top surface of the convex portion, respectively. Further example Bei the filled sealing material between the inner and outer circumferential surfaces of the convex portion of the parts, the fuel cell unit regardless of any on whether the operation state and stop state, from between the concave and convex portions Ru can be prevented leakage of air or hydrogen gas.
好ましくは、ガスは有酸素ガスおよび水素ガスを含み、第1給気孔は有酸素ガスおよび水素ガスをそれぞれ供給する第1有酸素ガス供給孔および第1水素ガス供給孔を含み、第2給気孔は第1有酸素ガス供給孔および第1水素ガス供給孔とそれぞれ連通する第2有酸素ガス供給孔および第2水素ガス供給孔を含む。 Preferably, the gas comprises aerobic gas and hydrogen gas, wherein the first air supply hole aerobic gas and the first hydrogen gas supply hole and a contact first aerobic gas supply holes respectively supply hydrogen gas, a second sheet pores includes a first aerobic gas supply holes and the first hydrogen gas supply hole and a second aerobic gas supply holes Contact and second hydrogen gas supply holes respectively communicating.
好ましくは、シール材はガラス材を含む。 Preferably, the sealing material includes a glass material.
或る局面では、ガラス材は結晶化ガラスおよび非晶質ガラスのいずれか一方である。 In one aspect, the glass material is one of crystallized glass and amorphous glass.
他の局面では、シール材はフィラーをさらに含む。 In another aspect, the sealing material further includes a filler.
第1部材には、第1給気孔の開口が形成された底面を有する凹部が設けられる。また、第2部材には、第2給気孔の開口が形成された頂面を有して凹部と嵌合する凸部が設けられる。さらに、第2部材の熱膨張率は第1部材の熱膨張率よりも低く、シール部材は凹部の内周面と凸部の外周面との間に充填される。 The first member is provided with a recess having a bottom surface in which the opening of the first air supply hole is formed. Further, the second member is provided with a convex portion having a top surface in which the opening of the second air supply hole is formed and fitting with the concave portion. Furthermore, the thermal expansion coefficient of the second member is lower than that of the first member, and the sealing member is filled between the inner peripheral surface of the concave portion and the outer peripheral surface of the convex portion.
熱膨張率の相違から、温度低下時に凹部の内周面が内側へ移動する量は温度低下時に凸部の外周面が内側に移動する量よりも大きい。凹部の内周面と凸部の外周面とによって挟まれたシール部材に掛かる圧力は、温度低下に伴って増大する。 Due to the difference in thermal expansion coefficient, the amount by which the inner peripheral surface of the recess moves inward when the temperature decreases is larger than the amount by which the outer peripheral surface of the protrusion moves inward when the temperature decreases. The pressure applied to the seal member sandwiched between the inner peripheral surface of the concave portion and the outer peripheral surface of the convex portion increases as the temperature decreases.
したがって、ガスシール形成時(高温時)を基準に凹部および凸部のサイズを決めることで、燃料電池ユニットが動作状態および停止状態のいずれにあるかに関係なく、凹部および凸部の間からの空気または水素ガスの漏えいを確実に防止することができる。 Therefore, by determining the sizes of the recesses and the projections based on the gas seal formation (at the time of high temperature), regardless of whether the fuel cell unit is in the operating state or the stopped state, Leakage of air or hydrogen gas can be reliably prevented.
この発明の上述の目的,その他の目的,特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above object, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.
図1および図2を参照して、この実施例の燃料電池ユニット10は、固体酸化物形(SOFC形)の燃料電池ユニットであり、立方体状の燃料電池スタック12とこれを保持する板状のホルダ16aとを含む。また、燃料電池スタック12とホルダ16aとの間には、アダプタとして機能する板材14aが挿入される。なお、この実施例では、燃料電池ユニット10の幅方向,奥行き方向および高さ方向にX軸,Y軸およびZ軸を割り当てる。また、図面上は省略しているが、燃料電池スタック12には電極が設けられている(他の実施例においても同じ)。
1 and 2, a
板材14aの主面(=Z軸に直交する面)のサイズは燃料電池スタック12の主面(=Z軸に直交する面)のサイズと一致し、板材14aの側面(=X軸およびY軸の各々に直交する面)が燃料電池スタック12の側面(=X軸およびY軸の各々に直交する面)に対して面一となるように燃料電池スタック12の下面(=Z軸方向の負側を向く面)に装着される。また、ホルダ16aの主面(=Z軸に直交する面)のサイズは燃料電池スタック12および板材14aの主面のサイズよりも大きく、板材14aはホルダ16aの主面の中央に設けられる。
The size of the main surface of the
図2および図3(A)〜図3(C)を参照して、ホルダ16aの上面(=Z軸方向の正側を向く面)には、凹部CC1aおよびCC2aが形成される。凹部CC1aは、上面中央よりもY軸方向における正側の位置をX軸に沿って延び、凹部CC2aは上面中央よりもX軸方向における負側の位置をY軸に沿って延びる。ホルダ16aにはまた、外部から取り込まれた空気を燃料電池スタック12に供給するための給気孔HL1aと外部から取り込まれた水素ガスを燃料電池スタック12に供給するための給気孔HL2aとが設けられる。給気孔HL1aの一方端は凹部CC1aの底面で開口し、給気孔HL2aの一方端は凹部CC2aの底面で開口する。
With reference to FIGS. 2 and 3A to 3C, recesses CC1a and CC2a are formed on the upper surface of the
図2および図4(A)〜図4(B)を参照して、板材14aの下面(=Z軸方向の負側を向く面)には、凸部CV1aおよびCV2aが形成される。凸部CV1aは、下面中央よりもY軸方向における正側の位置をX軸に沿って延び、凸部CV2aは下面中央よりもX軸方向における負側の位置をY軸に沿って延びる。板材14aにはまた、その上面(=Z軸方向の正側を向く面)から下面に達する貫通孔PH1aおよびPH2aが設けられる。
With reference to FIGS. 2 and 4A to 4B, convex portions CV1a and CV2a are formed on the lower surface (= the surface facing the negative side in the Z-axis direction) of the
貫通孔PH1aおよびPH2aの各々の一方端は板材14aの上面で開口し、貫通孔PH1aの他方端は凸部CV1aの頂面で開口し、貫通孔PH2aの他方端は凸部CV2aの頂面で開口する。
One end of each of the through holes PH1a and PH2a is opened at the upper surface of the
凹部CC1aの幅および長さは凹部CC2aの幅および長さと一致し、凸部CV1aの幅および長さも凸部CV2aの幅および長さと一致する。また、凹部CC1aの深さは、凸部CV1aの高さと一致し、凹部CC2aの深さは、凸部CV2aの高さと一致する。さらに、給気孔HL1aの一方端の開口の大きさは貫通孔PH1aの他方端の開口の大きさと一致し、給気孔HL2aの一方端の開口の大きさは貫通孔PH2aの他方端の開口の大きさと一致する。 The width and length of the recess CC1a match the width and length of the recess CC2a, and the width and length of the protrusion CV1a also match the width and length of the protrusion CV2a. Further, the depth of the concave portion CC1a matches the height of the convex portion CV1a, and the depth of the concave portion CC2a matches the height of the convex portion CV2a. Furthermore, the size of the opening at one end of the air supply hole HL1a matches the size of the opening at the other end of the through hole PH1a, and the size of the opening at the one end of the air supply hole HL2a is the size of the opening at the other end of the through hole PH2a. Match.
また、凹部CC1aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線と凹部CC2aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線との交点を“第1交点”と定義し、凸部CV1aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線と凸部CV2aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線との交点を“第2交点”と定義したとき、第1交点から給気孔HL1aの一方端の開口までの距離は第2交点から貫通孔PH1aの他方端までの距離と一致し、第1交点から給気孔HL2aの一方端の開口までの距離は第2交点から貫通孔PH2aの他方端の開口までの距離と一致する。 Further, an intersection of a straight line extending in the length direction of the center of the recess CC1a and a straight line extending in the length direction of the center of the recess CC2a is defined as a “first intersection”, and the width direction of the protrusion CV1a When the intersection of the straight line extending in the length direction at the center and the straight line extending in the length direction at the center in the width direction of the convex portion CV2a is defined as the “second intersection point”, the one end of the air supply hole HL1a from the first intersection point The distance to the opening coincides with the distance from the second intersection to the other end of the through hole PH1a, and the distance from the first intersection to the opening at one end of the air supply hole HL2a is the opening at the other end of the through hole PH2a from the second intersection. Matches the distance to.
ただし、凹部CC1aの幅および長さは凸部CV1aの幅および長さよりも僅かに大きく、凹部CC2aの幅および長さは凸部CV2aの幅および長さよりも僅かに大きい。したがって、凸部CV1aおよびCV2aが凹部CC1aおよびCC2aとそれぞれ嵌合するように板材14aをホルダ16aに載置すると、給気孔HL1aおよびHL2aはそれぞれ貫通孔PH1aおよびPH2aと連通し、凸部CV1aの外周面と凹部CC1aの内周面との間に僅かな隙間が形成される。
However, the width and length of the concave portion CC1a are slightly larger than the width and length of the convex portion CV1a, and the width and length of the concave portion CC2a are slightly larger than the width and length of the convex portion CV2a. Therefore, when the
図2および図5を参照して、凸部CV1aの外周面と凹部CC1aの内周面との隙間には、ガスシール材181aが充填される。また、凸部CV2aの外周面と凹部CC2aの内周面との隙間には、ガスシール材182aが充填される。給気孔HL1aによって供給された空気は貫通孔PH1aを経て上方に伝播され、給気孔HL2aによって供給された水素ガスは貫通孔PH2aを経て上方に伝播されるところ、ホルダ16aと板材14aとの間からの空気または水素ガスの漏えいは、こうして充填されたガスシール材181aおよび182aによって防止される。
Referring to FIGS. 2 and 5, the gap between the outer peripheral surface of convex portion CV1a and the inner peripheral surface of concave portion CC1a is filled with
図2に示すように、燃料電池スタック12は、Z軸方向に積層された複数の燃料電池セル12cl,12cl,…と、最上位の燃料電池セル12clに積層されたエンドプレート12epとによって構成される。
As shown in FIG. 2, the
複数の燃料電池セル12cl,12cl,…の各々には、空気用のマニホールドMF1と水素ガス用のマニホールドMF2とが形成される。マニホールドMF1およびMF2の各々の位置およびサイズは、複数の燃料電池セル12cl,12cl,…の間で共通する。したがって、Z軸方向から眺めたとき、複数のマニホールドMF1,MF1,…は互いに連通し、複数のマニホールドMF2,MF2,…もまた互いに連通する。 Each of the plurality of fuel cells 12cl, 12cl,... Is formed with an air manifold MF1 and a hydrogen gas manifold MF2. The positions and sizes of the manifolds MF1 and MF2 are common among the plurality of fuel cells 12cl, 12cl,. Therefore, when viewed from the Z-axis direction, the plurality of manifolds MF1, MF1,... Communicate with each other, and the plurality of manifolds MF2, MF2,.
また、Z軸方向から眺めたとき、マニホールドMF1が形成された位置は貫通孔PH1aが形成された位置と一致し、マニホールドMF2が形成された位置は貫通孔PH2aが形成された位置と一致する。したがって、給気孔HL1aは貫通孔PH1aを介してマニホールドMF1と連通し、給気孔HL2aは貫通孔PH2aを介してマニホールドMF2と連通する。 When viewed from the Z-axis direction, the position where the manifold MF1 is formed coincides with the position where the through hole PH1a is formed, and the position where the manifold MF2 is formed coincides with the position where the through hole PH2a is formed. Therefore, the air supply hole HL1a communicates with the manifold MF1 through the through hole PH1a, and the air supply hole HL2a communicates with the manifold MF2 through the through hole PH2a.
空気は、給気孔HL1a,貫通孔PH1aおよびマニホールドMF1を経て空気極に供給される。また、水素ガスは、給気孔HL2a,貫通孔PH2aおよびマニホールドMF2を経て燃料極に供給される。供給された空気および水素ガスには、化学式1および2に従う化学反応が生じる。この結果、燃料電池スタック12からプラス電圧およびマイナス電圧が発生する。なお、燃料電池スタック12の動作温度は600℃〜850℃を示す。
[化1]
1/2O2+2e−→O2−
[化2]
H2+O2−→H2O+2e−
Air is supplied to the air electrode through the air supply hole HL1a, the through hole PH1a, and the manifold MF1. Further, the hydrogen gas is supplied to the fuel electrode through the air supply hole HL2a, the through hole PH2a, and the manifold MF2. The supplied air and hydrogen gas undergo chemical reactions according to
[Chemical 1]
1 / 2O 2 + 2e − → O 2−
[Chemical formula 2]
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e −
燃料電池スタック12および板材14aはセラミック(たとえば3YSZ)を主成分とする一方、ホルダ16aは金属(たとえばフェライト系合金)を主成分とする。したがって、ホルダ16aの熱膨張率は、燃料電池スタック12および板材14aの各々の熱膨張率よりも大きい。具体的には、前者の熱膨張率は、1×10−6/℃未満の範囲で後者の熱膨張率を上回る。
The
また、ガスシール材181aおよび182aは結晶化ガラスを主成分とし、700℃近傍で軟化する。軟化したガスシール材181aは凸部CV1aの外周面および凹部CC1aの内周面に密着し、軟化したガスシール材182aは凸部CV2aの外周面および凹部CC2aの内周面に密着する。また、軟化したガスシール材181aおよび182aは、900℃で結晶化する。
The
図6(A)〜図6(C)を参照して、凸部CV1aの外周面と凹部CC1aの内周面との隙間の大きさは、ガスシール材181aの結晶化温度において略一致する大きさに調整される。同様に、凸部CV2aの外周面と凹部CC2aの内周面との隙間の大きさは、ガスシール材182aの結晶化温度において略一致する大きさに調整される。
Referring to FIGS. 6A to 6C, the size of the gap between the outer peripheral surface of convex portion CV1a and the inner peripheral surface of concave portion CC1a is substantially the same at the crystallization temperature of
ガスシール材181aおよび182aの結晶化後、燃料電池スタック12が室温まで低下すると、板材14aの熱膨張係数とホルダ16aの熱膨張係数の相違に起因して、凸部CV1aの外周面と凹部CC1aの内周面との隙間および凸部CV2aの外周面と凹部CC2aの内周面との隙間が狭まる。つまり、ホルダ16aは板材14aよりも大きく縮み、凹部CC1aの内周面および凹部CC2aの内周面がそれぞれ凸部CV1aの外周面および凸部CV2aの外周面に近づく。ガスシール材181aには凸部CV1aの外周面と凹部CC1aの内周面とによって圧縮応力が掛かり、ガスシール材182aには凸部CV2aの外周面と凹部CC2aの内周面とによって圧縮応力が掛かる。また、燃料電池スタック12の動作温度下であっても、ガスシール材181aおよび182aの結晶化温度より低いことから、ガスシール材181aには凸部CV1aの外周面と凹部CC1aの内周面とによって継続して圧縮応力が掛かり、ガスシール材182aには凸部CV2aの外周面と凹部CC2aの内周面とによって継続して圧縮応力が掛かることになり、室温下でも動作温度下でもガスシール性能が維持される。
When the
以上の説明から分かるように、ホルダ16aは給気孔HL1aおよびHL2aを有し、板材14aは貫通孔PH1aおよびPH2aを有する。また、ホルダ16aの熱膨張率は、板材14aの熱膨張率よりも高い。外部から取り込まれた空気は、給気孔HL1aおよび貫通孔PH1aを経て燃料電池スタック12に供給される。また、外部から取り込まれた水素ガスは、給気孔HL2aおよび貫通孔PH2aを経て燃料電池スタック12に供給される。燃料電池スタック12は、こうして供給された空気および水素ガスに基づいて電力を発生する。
As can be seen from the above description, the
ここで、ホルダ16aは、給気孔HL1aおよびHL2aの開口がその底面に形成された凹部CC1aおよびCC2aを有する。また、板材14aは、貫通孔PH1aおよびPH2aの開口がその頂面に形成されかつ凹部CC1aおよびCC2aと嵌合する凸部CV1aおよびCV2aを有する。ガスシール材181aは凹部CC1aの内周面と凸部CV1aの外周面との間に充填され、ガスシール材182aは凹部CC2aの内周面と凸部CV2aの外周面との間に充填される。
Here, the
ホルダ16aと板材14aとの間の熱膨張率の相違から、温度低下時に凹部CC1aおよびCC2aの内周面が内側へ移動する量は、温度低下時に凸部CV1aおよびCV2aの外周面が内側に移動する量よりも大きい。凹部CC1aの内周面と凸部CV1aの外周面とによって挟まれたガスシール材181aに掛かる圧力は温度低下に伴って増大し、凹部CC2aの内周面と凸部CV2aの外周面とによって挟まれたガスシール材182aに掛かる圧力も温度低下に伴って増大する。
Due to the difference in coefficient of thermal expansion between the
したがって、ガスシール形成時(高温時)を基準に凹部CC1a,CC2aおよび凸部CV1a,CV2aのサイズを決めることで、燃料電池ユニット10が動作状態および停止状態のいずれにあるかに関係なく、ホルダ16aおよび板材14aの間からの空気または水素ガスの漏えいを確実に防止することができる。また、凹部CC2aおよび凸部CV2aが凹部CC1aおよび凸部CV1aから離れた位置に形成されるため、空気と水素ガスとの混合を防止することができる。
Therefore, by determining the sizes of the recesses CC1a and CC2a and the projections CV1a and CV2a with reference to the time when the gas seal is formed (at a high temperature), the holder can be used regardless of whether the
図7,図8(A)〜図8(B)を参照して、他の実施例の燃料電池ユニット10は、板材14aに代えて板材14bが採用され、ホルダ16aに代えてホルダ16bが採用され、そしてガスシール材181aおよび182aに代えてガスシール材181bおよび182bが採用される点を除き、図1に示す燃料電池ユニット10と同じである。このため、同様の構造に関する重複した説明はできる限り省略する。
Referring to FIGS. 7 and 8A to 8B, in the
ホルダ16bの上面には、Z軸に直交する断面が真円をなす凹部CC1bおよびCC2bが形成される。ホルダ16bにはまた、外部から取り込まれた空気を燃料電池スタック12に供給するための給気孔HL1bと外部から取り込まれた水素ガスを燃料電池スタック12に供給するための給気孔HL2bとが設けられる。
On the upper surface of the
ここで、給気孔HL1bの一方端の開口の位置および大きさは、図2に示す給気孔HL1aの一方端の開口の位置および大きさと一致する。同様に、給気孔HL2bの一方端の開口の位置および大きさは、図2に示す給気孔HL2aの一方端の開口の位置および大きさと一致する。また、凹部CC1bの位置は給気孔HL1bの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC1bの底面の大きさは給気孔HL1bの一方端の開口の大きさを上回る。同様に、凹部CC2bの位置は給気孔HL2bの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC2bの底面の大きさは給気孔HL2bの一方端の開口の大きさを上回る。したがって、給気孔HL1bの一方端は凹部CC1bの底面で開口し、給気孔HL2bの一方端は凹部CC2bの底面で開口する。 Here, the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL1b coincide with the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL1a shown in FIG. Similarly, the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL2b coincide with the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL2a shown in FIG. The position of the recess CC1b coincides with the position of the opening at one end of the air supply hole HL1b, and the size of the bottom surface of the recess CC1b exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL1b. Similarly, the position of the recess CC2b coincides with the position of the opening at one end of the air supply hole HL2b, and the size of the bottom surface of the recess CC2b exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL2b. Therefore, one end of air supply hole HL1b opens at the bottom surface of recess CC1b, and one end of air supply hole HL2b opens at the bottom surface of recess CC2b.
図8(A)〜図8(B)を参照して、板材14bの下面(=Z軸方向の負側を向く面)には、Z軸に直交する断面が真円をなす凸部CV1bおよびCV2bが形成される。板材14bにはまた、その上面(=Z軸方向の正側を向く面)から下面に達する貫通孔PH1bおよびPH2bが形成される。
Referring to FIGS. 8A to 8B, on the lower surface of the
貫通孔PH1bの位置および大きさは図2に示す貫通孔PH1aの位置および大きさと一致し、貫通孔PH2bの位置および大きさは図2に示す貫通孔PH2aの位置および大きさと一致する。また、凸部CV1bの位置は貫通孔PH1bの位置と一致し、凸部CV1bの頂面の大きさは貫通孔PH1bの開口の大きさを上回る。同様に、凸部CV2bの位置は貫通孔PH2bの位置と一致し、凸部CV2bの頂面の大きさは貫通孔PH2bの開口の大きさを上回る。 The position and size of the through hole PH1b coincide with the position and size of the through hole PH1a shown in FIG. 2, and the position and size of the through hole PH2b coincide with the position and size of the through hole PH2a shown in FIG. Further, the position of the convex portion CV1b coincides with the position of the through hole PH1b, and the size of the top surface of the convex portion CV1b exceeds the size of the opening of the through hole PH1b. Similarly, the position of the convex portion CV2b coincides with the position of the through hole PH2b, and the size of the top surface of the convex portion CV2b exceeds the size of the opening of the through hole PH2b.
したがって、貫通孔PH1bおよびPH2bの各々の一方端は板材14bの上面で開口し、貫通孔PH1bの他方端および貫通孔PH2bの他方端はそれぞれ凸部CV1bの頂面および凸部CV2bの頂面で開口する。また、凸部CV1bの高さは凹部CC1bの深さと一致し、凸部CV2bの高さは凹部CC2bの深さと一致する。
Therefore, one end of each of the through holes PH1b and PH2b opens at the upper surface of the
ただし、凹部CC1bをなす真円の直径は凸部CV1bをなす真円の直径よりも僅かに大きく、凹部CC2bをなす真円の直径は凸部CV2bをなす真円の直径よりも僅かに大きい。したがって、凸部CV1bおよびCV2bが凹部CC1bおよびCC2bと嵌合するように板材14bをホルダ16bに載置したとき、給気孔HL1bおよびHL2bはそれぞれ貫通孔PH1bおよびPH2bと連通する。凸部CV1bの外周面と凹部CC1bの内周面との間には僅かな隙間が形成され、凸部CV2bの外周面と凹部CC2bの内周面との間にも僅かな隙間が形成される。
However, the diameter of the perfect circle forming the concave portion CC1b is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the convex portion CV1b, and the diameter of the perfect circle forming the concave portion CC2b is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the convex portion CV2b. Therefore, when the
凸部CV1bの外周面と凹部CC1bの内周面との隙間にはガスシール材181bが充填され、凸部CV2bの外周面と凹部CC2bの内周面との隙間にはガスシール材182bが充填される。
給気孔HL1bから取り込まれた空気は貫通孔PH1bを経て上方に伝播され、給気孔HL2bから取り込まれた水素ガスは貫通孔PH2bを経て上方に伝播されるところ、ホルダ16bと板材14bとの間からの空気の漏えいはガスシール材181bによって回避され、ホルダ16bと板材14bとの間からの水素ガスの漏えいはガスシール材182bによって回避される。また、この実施例でも凹部CC2bおよび凸部CV2bが凹部CC1bおよび凸部CV1bから離れた位置に形成されるため、空気と水素ガスとの混合を防止することができる。
The air taken in from the air supply hole HL1b is propagated upward through the through hole PH1b, and the hydrogen gas taken in from the air supply hole HL2b is propagated upward through the through hole PH2b, from between the
図9および図10を参照して、その他の実施例の燃料電池ユニット20もまた固体酸化物形の燃料電池ユニットであり、立方体状の燃料電池スタック22とこれを保持する板状のホルダ26aとを含む。また、燃料電池スタック22とホルダ26aとの間には、アダプタとして機能する板材24aが挿入される。なお、この実施例においても、燃料電池ユニット20の幅方向,奥行き方向および高さ方向にX軸,Y軸およびZ軸を割り当てる。
Referring to FIGS. 9 and 10, the
板材24aの主面(=Z軸に直交する面)のサイズは燃料電池スタック22の主面(=Z軸に直交する面)のサイズと一致し、板材24aの側面(=X軸およびY軸の各々に直交する面)が燃料電池スタック22の側面(=X軸およびY軸の各々に直交する面)に対して面一となすように燃料電池スタック22の下面(=Z軸方向の負側を向く面)に装着される。また、ホルダ26aの主面(=Z軸に直交する面)のサイズは燃料電池スタック22および板材24aの主面のサイズよりも大きく、板材24aはホルダ26aの主面の中央に設けられる。
The size of the main surface (= surface orthogonal to the Z axis) of the
図10および図11(A)〜図11(C)を参照して、ホルダ26aの上面(=Z軸方向の正側を向く面)には、Y軸方向における中央位置をX軸に沿って延びる凹部CC11aと、X軸方向における中央位置でかつY軸方向において凹部CC11aよりも負側の位置をY軸に沿って延びる凹部CC12aと、X軸方向における中央位置でかつY軸方向において凹部CC11aよりも正側の位置をY軸に沿って延びる凹部CC14aとが形成される。ホルダ26aにはまた、外部から取り込まれた空気を燃料電池スタック22に供給するための給気孔HL11aおよびHL13aと、外部から取り込まれた水素ガスを燃料電池スタック22に供給するための給気孔HL12aおよびHL14aとが設けられる。
Referring to FIGS. 10 and 11A to 11C, the center position in the Y-axis direction is along the X-axis on the upper surface of the
給気孔HL11aおよびHL13aの各々の一方端は凹部CC11aの底面で開口し、給気孔HL12aの一方端は凹部CC12aの底面で開口し、給気孔HL14aの一方端は凹部CC14aの底面で開口する。なお、給気孔HL11aの一方端の開口はX軸方向の正側に位置し、給気孔HL13aの一方端の開口はX軸方向の負側に位置する。 One end of each of the air supply holes HL11a and HL13a opens at the bottom surface of the recess CC11a, one end of the air supply hole HL12a opens at the bottom surface of the recess CC12a, and one end of the air supply hole HL14a opens at the bottom surface of the recess CC14a. The opening at one end of the air supply hole HL11a is located on the positive side in the X-axis direction, and the opening at one end of the air supply hole HL13a is located on the negative side in the X-axis direction.
図10および図12(A)〜図12(B)を参照して、板材24aの下面(=Z軸方向の負側を向く面)には、Y軸方向における中央位置をX軸に沿って延びる凸部CV11aと、X軸方向における中央位置でかつY軸方向において凸部CV11aよりも負側の位置をY軸に沿って延びる凸部CV12aと、X軸方向における中央位置でかつY軸方向において凸部CV11aよりも正側の位置をY軸に沿って延びる凸部CV14aとが形成される。板材24aにはまた、その上面(=Z軸方向の正側を向く面)から下面に達する貫通孔PH11a〜PH14aが設けられる。
Referring to FIGS. 10 and 12A to 12B, the central position in the Y-axis direction is along the X-axis on the lower surface of the
貫通孔PH11a〜PH14aの各々の一方端は板材24aの上面で開口し、貫通孔PH11aおよびPH13aの各々の他方端は凸部CV11aの頂面で開口し、貫通孔PH12aの他方端は凸部CV12aの頂面で開口し、貫通孔PH14aの他方端は凸部CV14aの頂面で開口する。なお、貫通孔PH11aの他方端はX軸方向の正側の位置で開口し、貫通孔PH13aの他方端はX軸方向の負側の位置で開口する。
One end of each of the through holes PH11a to PH14a is opened at the upper surface of the
凹部CC11aの深さは、凸部CV11aの高さと一致する。また、給気孔HL11aの一方端の開口の大きさは貫通孔PH11aの他方端の開口の大きさと一致し、給気孔HL12aの一方端の開口の大きさは貫通孔PH12aの他方端の開口の大きさと一致し、給気孔HL13aの一方端の開口の大きさは貫通孔PH13aの他方端の開口の大きさと一致し、給気孔HL14aの一方端の開口の大きさは貫通孔PH14aの他方端の開口の大きさと一致する。 The depth of the concave portion CC11a matches the height of the convex portion CV11a. The size of the opening at one end of the air supply hole HL11a matches the size of the opening at the other end of the through hole PH11a, and the size of the opening at one end of the air supply hole HL12a is the size of the opening at the other end of the through hole PH12a. The size of the opening at one end of the air supply hole HL13a matches the size of the opening at the other end of the through hole PH13a, and the size of the opening at the one end of the air supply hole HL14a is the opening at the other end of the through hole PH14a. Matches the size of.
さらに、凹部CC11aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線と凹部CC12aおよびCC14aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線との交点を“第3交点”と定義し、凸部CV11aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線と凸部CV12aおよびCV14aの幅方向中央をその長さ方向に延びる直線との交点を“第4交点”と定義したとき、第3交点から給気孔HL11aの一方端の開口までの距離は第4交点から貫通孔PH11aの他方端までの距離と一致し、第3交点から給気孔HL12aの一方端の開口までの距離は第4交点から貫通孔PH12aの他方端の開口までの距離と一致する。 Further, the intersection of the straight line extending in the length direction of the center in the width direction of the recess CC11a and the straight line extending in the length direction of the centers of the widths of the recesses CC12a and CC14a is defined as a “third intersection”. When the intersection of the straight line extending in the length direction at the center in the width direction and the straight line extending in the length direction at the centers in the width direction of the convex portions CV12a and CV14a is defined as a “fourth intersection point”, the air supply hole HL11a from the third intersection point The distance from the first intersection to the opening of the through hole PH11a is the same as the distance from the fourth intersection to the other end of the through hole PH11a, and the distance from the third intersection to the opening of the one end of the air supply hole HL12a is from the fourth intersection to the through hole PH12a. It corresponds to the distance to the opening at the other end.
同様に、第3交点から給気孔HL13aの一方端の開口までの距離は第4交点から貫通孔PH13aの他方端までの距離と一致し、第3交点から給気孔HL14aの一方端の開口までの距離は第4交点から貫通孔PH14aの他方端の開口までの距離と一致する。 Similarly, the distance from the third intersection to the opening at one end of the air supply hole HL13a coincides with the distance from the fourth intersection to the other end of the through hole PH13a, and from the third intersection to the opening at one end of the air supply hole HL14a. The distance coincides with the distance from the fourth intersection point to the opening at the other end of the through hole PH14a.
ただし、凹部CC11aの幅および長さは凸部CV11aの幅および長さよりも僅かに大きく、凹部CC12aの幅および長さは凸部CV12aの幅および長さよりも僅かに大きく、凹部CC14aの幅および長さは凸部CV14aの幅および長さよりも僅かに大きい。 However, the width and length of the concave portion CC11a are slightly larger than the width and length of the convex portion CV11a, the width and length of the concave portion CC12a are slightly larger than the width and length of the convex portion CV12a, and the width and length of the concave portion CC14a. The length is slightly larger than the width and length of the convex portion CV14a.
したがって、凸部CV11a,CV12aおよびCV14aが凹部CC11a,CC12aおよびCC14aとそれぞれ嵌合するように板材24aをホルダ26aに載置すると、給気孔HL11a〜HL14aはそれぞれ貫通孔PH11a〜PH14aと連通し、凸部CV11a,CV12aおよびCV14aの外周面と凹部CC11a,CC12aおよびCC14aの内周面との間に僅かな隙間が形成される。
Therefore, when the
図10を参照して、凸部CV11aの外周面と凹部CC11aの内周面との隙間にはガスシール材281aが充填され、凸部CV12aの外周面と凹部CC12aの内周面との隙間にはガスシール材282aが充填され、凸部CV14aの外周面と凹部CC14aの内周面との隙間にはガスシール材284aが充填される。給気孔HL11aおよびHL13aによって供給された空気は貫通孔PH11aおよびPH13aを経て上方に伝播され、給気孔HL12aおよびHL14aによって供給された水素ガスは貫通孔PH12aおよびPH14aを経て上方に伝播されるところ、ホルダ26aと板材24aとの間からの空気または水素ガスの漏えいは、こうして充填されたガスシール材281a,282aおよび284aによって防止される。
Referring to FIG. 10, the gap between the outer peripheral surface of convex CV11a and the inner peripheral surface of concave portion CC11a is filled with
また、図10を参照して、燃料電池スタック22は、Z軸方向に積層された複数の燃料電池セル22cl,22cl,…と、最上位の燃料電池セル22clに積層されたエンドプレート22epとによって構成される。
Referring to FIG. 10, the
複数の燃料電池セル22cl,22cl,…の各々には、空気用のマニホールドMF11およびMF13と水素ガス用のマニホールドMF12およびMF14とが形成される。マニホールドMF11〜MF14の各々の位置およびサイズは、複数の燃料電池セル22cl,22cl,…の間で共通する。したがって、Z軸方向から眺めたとき、複数のマニホールドMF11,MF11,…は互いに連通し、複数のマニホールドMF12,MF12,…も互いに連通する。同様に、複数のマニホールドMF13,MF13,…も互いに連通し、複数のマニホールドMF14,MF14,…もまた互いに連通する。 In each of the plurality of fuel cells 22cl, 22cl,..., Manifolds MF11 and MF13 for air and manifolds MF12 and MF14 for hydrogen gas are formed. The positions and sizes of the manifolds MF11 to MF14 are common among the plurality of fuel cells 22cl, 22cl,. Therefore, when viewed from the Z-axis direction, the plurality of manifolds MF11, MF11,... Communicate with each other, and the plurality of manifolds MF12, MF12,. Similarly, the plurality of manifolds MF13, MF13,... Communicate with each other, and the plurality of manifolds MF14, MF14,.
また、Z軸方向から眺めたとき、マニホールドMF11が形成された位置は貫通孔PH11aが形成された位置と一致し、マニホールドMF12が形成された位置は貫通孔PH12aが形成された位置と一致し、マニホールドMF13が形成された位置は貫通孔PH13aが形成された位置と一致し、マニホールドMF14が形成された位置は貫通孔PH14aが形成された位置と一致する。 Further, when viewed from the Z-axis direction, the position where the manifold MF11 is formed coincides with the position where the through hole PH11a is formed, the position where the manifold MF12 is formed coincides with the position where the through hole PH12a is formed, The position where the manifold MF13 is formed coincides with the position where the through hole PH13a is formed, and the position where the manifold MF14 is formed coincides with the position where the through hole PH14a is formed.
したがって、給気孔HL11aは貫通孔PH11aを介してマニホールドMF11と連通し、給気孔HL12aは貫通孔PH12aを介してマニホールドMF12と連通し、給気孔HL13aは貫通孔PH13aを介してマニホールドMF13と連通し、給気孔HL14aは貫通孔PH14aを介してマニホールドMF14と連通する。 Accordingly, the air supply hole HL11a communicates with the manifold MF11 through the through hole PH11a, the air supply hole HL12a communicates with the manifold MF12 through the through hole PH12a, and the air supply hole HL13a communicates with the manifold MF13 through the through hole PH13a. The air supply hole HL14a communicates with the manifold MF14 through the through hole PH14a.
空気は、給気孔HL11a,貫通孔PH11aおよびマニホールドMF11を経て空気極に供給されるとともに、給気孔HL13a,貫通孔PH13aおよびマニホールドMF13を経て別の空気極に供給される。また、水素ガスは、給気孔HL12a,貫通孔PH12aおよびマニホールドMF12を経て燃料極に供給されるとともに、給気孔HL14a,貫通孔PH14aおよびマニホールドMF14を経て別の燃料極に供給される。 Air is supplied to the air electrode through the air supply hole HL11a, the through hole PH11a, and the manifold MF11, and is supplied to another air electrode through the air supply hole HL13a, the through hole PH13a, and the manifold MF13. The hydrogen gas is supplied to the fuel electrode through the air supply hole HL12a, the through hole PH12a and the manifold MF12, and is supplied to another fuel electrode through the air supply hole HL14a, the through hole PH14a and the manifold MF14.
供給された空気および水素ガスには、上述した化学式1および2に従う化学反応が生じる。この結果、燃料電池スタック22からプラス電圧およびマイナス電圧が発生する。
The supplied air and hydrogen gas undergo chemical reactions according to the above-described
この実施例においても、燃料電池スタック22および板材24aはセラミック(たとえば3YSZ)を主成分とする一方、ホルダ26aは金属(たとえばフェライト系合金)を主成分とする。したがって、ホルダ26aの熱膨張率は、燃料電池スタック22および板材24aの各々の熱膨張率よりも大きい。具体的には、前者の熱膨張率は、1×10−6/℃未満の範囲で後者の熱膨張率を上回る。
Also in this embodiment, the
また、ガスシール材281a,282aおよび284aは、結晶化ガラスを主成分とし、700℃近傍で軟化する。軟化したガスシール材281aは凸部CV11aの外周面および凹部CC11aの内周面に密着し、軟化したガスシール材282aは凸部CV12aの外周面および凹部CC12aの内周面に密着し、軟化したガスシール材284aは凸部CV14aの外周面および凹部CC14aの内周面に密着する。また、軟化したガスシール材281a,282aおよび284aは、900℃で結晶化する。
Further, the
この実施例においても、ホルダ26aと板材24aとの間の熱膨張率の相違から、温度低下時に凹部CC11a,CC12aおよびCC14aの内周面が内側へ移動する量は、温度低下時に凸部CV11a,CV12aおよびCV14aの外周面が内側に移動する量よりも大きく、ガスシール材281a,282aおよび284aに掛かる圧力は、温度低下に伴って増大する。
Also in this embodiment, due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the
したがって、ガスシール形成時(高温時)を基準に凹部CC11a,CC12a,CC14aおよび凸部CV11a,CV12a,CV14aのサイズを決めることで、燃料電池ユニット20が動作状態および停止状態のいずれにあるかに関係なく、ホルダ26aおよび板材24aの間からの空気または水素ガスの漏えいを確実に防止することができる。
Accordingly, by determining the sizes of the concave portions CC11a, CC12a, CC14a and the convex portions CV11a, CV12a, CV14a with reference to the time when the gas seal is formed (at the time of high temperature), whether the
図13,図14(A)〜図14(B)を参照して、さらにその他の実施例の燃料電池ユニット20は、板材24aに代えて板材24bが採用され、ホルダ26aに代えてホルダ26bが採用され、そしてガスシール材281a,282aおよび284aに代えてガスシール材2813b,282bおよび284bが採用される点を除き、図9に示す燃料電池ユニット20と同じである。このため、同様の構造に関する重複した説明はできる限り省略する。
Referring to FIGS. 13 and 14A to 14B, the
ホルダ26bの上面には、Z軸に直交する断面が長方形をなしてX軸方向に延びる凹部CC113bと、Z軸に直交する断面が真円をなす凹部CC12bおよびCC14bとが形成される。ホルダ26bにはまた、外部から取り込まれた空気を燃料電池スタック22に供給するための給気孔HL11bおよびHL13bと、外部から取り込まれた水素ガスを燃料電池スタック22に供給するための給気孔HL12bおよびHL14bとが設けられる。
On the upper surface of the
ここで、給気孔HL11bの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL11aの一方端の開口の位置および大きさと一致し、給気孔HL12bの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL12aの一方端の開口の位置および大きさと一致する。また、給気孔HL13bの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL13aの一方端の開口の位置および大きさと一致し、給気孔HL14bの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL14aの一方端の開口の位置および大きさと一致する。 Here, the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL11b coincide with the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL11a shown in FIG. 10, and the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL12b. Corresponds to the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL12a shown in FIG. Further, the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL13b coincide with the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL13a shown in FIG. 10, and the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL14b are as follows. This coincides with the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL14a shown in FIG.
また、凹部CC113bの幅および長さは、図10に示す凹部CC11aの幅および長さと一致する。凹部CC12bの位置は給気孔HL12bの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC12bの底面の大きさは給気孔HL12bの一方端の開口の大きさを上回る。凹部CC14bの位置は給気孔HL14bの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC14bの底面の大きさは給気孔HL14bの一方端の開口の大きさを上回る。 Further, the width and length of the recess CC113b coincide with the width and length of the recess CC11a shown in FIG. The position of the recess CC12b coincides with the position of the opening at one end of the air supply hole HL12b, and the size of the bottom surface of the recess CC12b exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL12b. The position of the recess CC14b coincides with the position of the opening at one end of the air supply hole HL14b, and the size of the bottom surface of the recess CC14b exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL14b.
したがって、給気孔HL11bおよびHL13bの各々の一方端は凹部CC113bの底面で開口し、給気孔HL12bの一方端は凹部CC12bの底面で開口し、給気孔HL14bの一方端は凹部CC14bの底面で開口する。 Therefore, one end of each of supply holes HL11b and HL13b opens at the bottom surface of recess CC113b, one end of supply hole HL12b opens at the bottom surface of recess CC12b, and one end of supply hole HL14b opens at the bottom surface of recess CC14b. .
図14(A)〜図14(B)を参照して、板材24bの下面(=Z軸方向の負側を向く面)には、Z軸に直交する断面が長方形をなしてX軸方向に延びる凸部CV113bと、Z軸に直交する断面が真円をなす凸部CV12bおよびCV14bとが形成される。
Referring to FIGS. 14A to 14B, on the lower surface of the
板材24bにはまた、その上面(=Z軸方向の正側を向く面)から下面に達する貫通孔PH11b〜PH14bが形成される。貫通孔PH11bの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH11aの位置および大きさと一致し、貫通孔PH12bの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH12aの位置および大きさと一致する。同様に、貫通孔PH13bの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH13aの位置および大きさと一致し、貫通孔PH14bの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH14aの位置および大きさと一致する。
The
また、凸部CV12bの位置は貫通孔PH12bの位置と一致し、凸部CV12bの頂面の大きさは貫通孔PH12bの開口の大きさを上回る。同様に、凸部CV14bの位置は貫通孔PH14bの位置と一致し、凸部CV14bの頂面の大きさは貫通孔PH14bの開口の大きさを上回る。一方、凸部CV113bの幅および長さは、図12(B)に示す凸部CV11aの幅および長さと一致する。 Further, the position of the convex portion CV12b coincides with the position of the through hole PH12b, and the size of the top surface of the convex portion CV12b exceeds the size of the opening of the through hole PH12b. Similarly, the position of the convex portion CV14b coincides with the position of the through hole PH14b, and the size of the top surface of the convex portion CV14b exceeds the size of the opening of the through hole PH14b. On the other hand, the width and length of the convex portion CV113b coincide with the width and length of the convex portion CV11a shown in FIG.
したがって、貫通孔PH11b〜PH14bの各々の一方端は板材24bの上面で開口し、貫通孔PH12bの他方端および貫通孔PH14bの他方端はそれぞれ凸部CV12bの頂面および凸部CV14bの頂面で開口する。また、貫通孔PH11bの他方端および貫通孔PH13bの他方端は凸部CV113bの頂面で開口する。
Therefore, one end of each of the through holes PH11b to PH14b opens at the upper surface of the
さらに、凸部CV12bの高さは凹部CC12bの深さと一致し、凸部CV14bの高さは凹部CC14bの深さと一致し、凸部CV113bの高さは凹部CC113bの深さと一致する。 Further, the height of the convex portion CV12b matches the depth of the concave portion CC12b, the height of the convex portion CV14b matches the depth of the concave portion CC14b, and the height of the convex portion CV113b matches the depth of the concave portion CC113b.
ただし、凹部CC12bをなす真円の直径は凸部CV12bをなす真円の直径よりも僅かに大きく、凹部CC14bをなす真円の直径は凸部CV14bをなす真円の直径よりも僅かに大きい。また、凹部CC113bの幅および長さは、凸部CV113bの幅および長さよりも僅かに大きい。 However, the diameter of the perfect circle forming the concave portion CC12b is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the convex portion CV12b, and the diameter of the perfect circle forming the concave portion CC14b is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the convex portion CV14b. In addition, the width and length of the concave portion CC113b are slightly larger than the width and length of the convex portion CV113b.
したがって、凸部CV12b,CV14bおよびCV113bが凹部CC12b,CC14bおよびCC113bと嵌合するように板材24bをホルダ26bに載置したとき、給気孔HL11b〜HL14bはそれぞれ貫通孔PH11b〜PH14bと連通する。凸部CV12bの外周面と凹部CC12bの内周面との間には僅かな隙間が形成され、凸部CV14bの外周面と凹部CC14bの内周面との間にも僅かな隙間が形成される。さらに、凸部CV113bの外周面と凹部CC113bの内周面との間にもまた、僅かな隙間が形成される。
Therefore, when the
凸部CV12bの外周面と凹部CC12bの内周面との隙間には、ガスシール材282bが充填され、凸部CV14bの外周面と凹部CC14bの内周面との隙間には、ガスシール材284bが充填され、凸部CV113bの外周面と凹部CC113bの内周面との隙間には、ガスシール材2813bが充填される。
The gap between the outer peripheral surface of the convex portion CV12b and the inner peripheral surface of the concave portion CC12b is filled with a
給気孔HL11bおよびHL13bから取り込まれた空気は貫通孔PH11bおよびPH13bを経て上方に伝播され、給気孔HL12bおよびHL14bから取り込まれた水素ガスは貫通孔PH12bおよびPH14bを経て上方に伝播されるところ、ホルダ26bと板材24bとの間からの空気の漏えいはガスシール材2813bによって回避され、ホルダ26bと板材24bとの間からの水素ガスの漏えいはガスシール材282bおよび284bによって回避される。また、この実施例では凹部CC113bおよび凸部CV113bが凹部CC12b,CC14bおよび凸部CV12b,CV14bから離れた位置に形成されるため、空気と水素ガスとの混合を防止することができる。
The air taken in from the air supply holes HL11b and HL13b is propagated upward through the through holes PH11b and PH13b, and the hydrogen gas taken in from the air supply holes HL12b and HL14b is propagated upward through the through holes PH12b and PH14b. Leakage of air from between the
図15,図16(A)〜図16(B)を参照して、他の実施例の燃料電池ユニット20は、板材24aに代えて板材24cが採用され、ホルダ26aに代えてホルダ26cが採用され、そしてガスシール材281a,282aおよび284aに代えてガスシール材281c〜284cが採用される点を除き、図9に示す燃料電池ユニット20と同じである。このため、同様の構造に関する重複した説明はできる限り省略する。
Referring to FIGS. 15 and 16A to 16B, the
ホルダ26cの上面には、Z軸に直交する断面が真円をなす凹部CC11c〜CC14cが形成される。ホルダ26cにはまた、外部から取り込まれた空気を燃料電池スタック22に供給するための給気孔HL11cおよびHL13cと、外部から取り込まれた水素ガスを燃料電池スタック22に供給するための給気孔HL12cおよびHL14cとが設けられる。
On the upper surface of the
ここで、給気孔HL11cの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL11aの一方端の開口の位置および大きさと一致し、給気孔HL12cの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL12aの一方端の開口の位置および大きさと一致する。同様に、給気孔HL13cの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL13aの一方端の開口の位置および大きさと一致し、給気孔HL14cの一方端の開口の位置および大きさは図10に示す給気孔HL14aの一方端の開口の位置および大きさと一致する。 Here, the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL11c coincide with the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL11a shown in FIG. 10, and the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL12c. Corresponds to the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL12a shown in FIG. Similarly, the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL13c coincide with the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL13a shown in FIG. 10, and the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL14c. Corresponds to the position and size of the opening at one end of the air supply hole HL14a shown in FIG.
また、凹部CC11cの位置は給気孔HL11cの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC11cの底面の大きさは給気孔HL11cの一方端の開口の大きさを上回る。凹部CC12cの位置は給気孔HL12cの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC12cの底面の大きさは給気孔HL12cの一方端の開口の大きさを上回る。 The position of the recess CC11c matches the position of the opening at one end of the air supply hole HL11c, and the size of the bottom surface of the recess CC11c exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL11c. The position of the recess CC12c coincides with the position of the opening at one end of the air supply hole HL12c, and the size of the bottom surface of the recess CC12c exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL12c.
凹部CC13cの位置は給気孔HL13cの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC13cの底面の大きさは給気孔HL13cの一方端の開口の大きさを上回る。凹部CC14cの位置は給気孔HL14cの一方端の開口の位置と一致し、凹部CC14cの底面の大きさは給気孔HL14cの一方端の開口の大きさを上回る。 The position of the recess CC13c matches the position of the opening at one end of the air supply hole HL13c, and the size of the bottom surface of the recess CC13c exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL13c. The position of the recess CC14c matches the position of the opening at one end of the air supply hole HL14c, and the size of the bottom surface of the recess CC14c exceeds the size of the opening at one end of the air supply hole HL14c.
したがって、給気孔HL11cの一方端は凹部CC11cの底面で開口し、給気孔HL12cの一方端は凹部CC12cの底面で開口する。また、給気孔HL13cの一方端は凹部CC13cの底面で開口し、給気孔HL14cの一方端は凹部CC14cの底面で開口する。 Accordingly, one end of the air supply hole HL11c opens at the bottom surface of the recess CC11c, and one end of the air supply hole HL12c opens at the bottom surface of the recess CC12c. Further, one end of the air supply hole HL13c opens at the bottom surface of the recess CC13c, and one end of the air supply hole HL14c opens at the bottom surface of the recess CC14c.
図16(A)〜図16(B)を参照して、板材24cの下面(=Z軸方向の負側を向く面)には、Z軸に直交する断面が真円をなす凸部CV11c〜CV14cが形成される。板材24cにはまた、その上面(=Z軸方向の正側を向く面)から下面に達する貫通孔PH11c〜PH14cが形成される。
Referring to FIGS. 16A to 16B, on the lower surface of the
貫通孔PH11cの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH11aの位置および大きさと一致し、貫通孔PH12cの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH12aの位置および大きさと一致する。同様に、貫通孔PH13cの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH13aの位置および大きさと一致し、貫通孔PH14cの位置および大きさは図10に示す貫通孔PH14aの位置および大きさと一致する。 The position and size of the through hole PH11c coincide with the position and size of the through hole PH11a shown in FIG. 10, and the position and size of the through hole PH12c coincide with the position and size of the through hole PH12a shown in FIG. Similarly, the position and size of the through hole PH13c match the position and size of the through hole PH13a shown in FIG. 10, and the position and size of the through hole PH14c match the position and size of the through hole PH14a shown in FIG. .
また、凸部CV11cの位置は貫通孔PH11cの位置と一致し、凸部CV11cの頂面の大きさは貫通孔PH11cの開口の大きさを上回る。凸部CV12cの位置は貫通孔PH12cの位置と一致し、凸部CV12cの頂面の大きさは貫通孔PH12cの開口の大きさを上回る。凸部CV13cの位置は貫通孔PH13cの位置と一致し、凸部CV13cの頂面の大きさは貫通孔PH13cの開口の大きさを上回る。凸部CV14cの位置は貫通孔PH14cの位置と一致し、凸部CV14cの頂面の大きさは貫通孔PH14cの開口の大きさを上回る。 The position of the convex portion CV11c coincides with the position of the through hole PH11c, and the size of the top surface of the convex portion CV11c exceeds the size of the opening of the through hole PH11c. The position of the convex portion CV12c coincides with the position of the through hole PH12c, and the size of the top surface of the convex portion CV12c exceeds the size of the opening of the through hole PH12c. The position of the convex portion CV13c coincides with the position of the through hole PH13c, and the size of the top surface of the convex portion CV13c exceeds the size of the opening of the through hole PH13c. The position of the convex portion CV14c coincides with the position of the through hole PH14c, and the size of the top surface of the convex portion CV14c exceeds the size of the opening of the through hole PH14c.
したがって、貫通孔PH11c〜PH14cの各々の一方端は板材24cの上面で開口し、貫通孔PH11cの他方端は凸部CV11cの頂面で開口し、貫通孔PH12cの他方端は凸部CV12cの頂面で開口し、貫通孔PH13cの他方端は凸部CV13cの頂面で開口し、貫通孔PH14cの他方端は凸部CV14cの頂面で開口する。
Therefore, one end of each of the through holes PH11c to PH14c is opened at the upper surface of the
また、凸部CV11cの高さは凹部CC11cの深さと一致し、凸部CV12cの高さは凹部CC12cの深さと一致し、凸部CV13cの高さは凹部CC13cの深さと一致し、凸部CV14cの高さは凹部CC14cの深さと一致する。 The height of the convex portion CV11c matches the depth of the concave portion CC11c, the height of the convex portion CV12c matches the depth of the concave portion CC12c, the height of the convex portion CV13c matches the depth of the concave portion CC13c, and the convex portion CV14c. Is equal to the depth of the recess CC14c.
ただし、凹部CC11cをなす真円の直径は凸部CV11cをなす真円の直径よりも僅かに大きく、凹部CC12cをなす真円の直径は凸部CV12cをなす真円の直径よりも僅かに大きい。同様に、凹部CC13cをなす真円の直径は凸部CV13cをなす真円の直径よりも僅かに大きく、凹部CC14cをなす真円の直径は凸部CV14cをなす真円の直径よりも僅かに大きい。 However, the diameter of the perfect circle forming the concave portion CC11c is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the convex portion CV11c, and the diameter of the perfect circle forming the concave portion CC12c is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the convex portion CV12c. Similarly, the diameter of the perfect circle forming the recess CC13c is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the protrusion CV13c, and the diameter of the perfect circle forming the recess CC14c is slightly larger than the diameter of the perfect circle forming the protrusion CV14c. .
したがって、凸部CV11c〜CV14cが凹部CC11c〜CC14cと嵌合するように板材24cをホルダ26cに載置したとき、給気孔HL11c〜HL14cはそれぞれ貫通孔PH11c〜PH14cと連通する。凸部CV11cの外周面と凹部CC11cの内周面との間には僅かな隙間が形成され、凸部CV12cの外周面と凹部CC12cの内周面との間にも僅かな隙間が形成される。また、凸部CV13cの外周面と凹部CC13cの内周面との間にも僅かな隙間が形成され、凸部CV14cの外周面と凹部CC14cの内周面との間にもまた僅かな隙間が形成される。
Therefore, when the
凸部CV11cの外周面と凹部CC11cの内周面との隙間にはガスシール材281cが充填され、凸部CV12cの外周面と凹部CC12cの内周面との隙間にはガスシール材282cが充填される。凸部CV13cの外周面と凹部CC13cの内周面との隙間にはガスシール材283cが充填され、凸部CV14cの外周面と凹部CC14cの内周面との隙間にはガスシール材284cが充填される。
給気孔HL11cおよびHL13cから取り込まれた空気は貫通孔PH11cおよびPH13cを経て上方に伝播され、給気孔HL12cおよびHL14cから取り込まれた水素ガスは貫通孔PH12cおよびPH14cを経て上方に伝播されるところ、ホルダ26cと板材24cとの間からの空気の漏えいはガスシール材281cおよび283cによって回避され、ホルダ26cと板材24cとの間からの水素ガスの漏えいはガスシール材282cおよび284cによって回避される。また、この実施例では凹部CC11c〜CC14cおよび凸部CV11c〜CV14cが互いに離れた位置に形成されるため、空気と水素ガスとの混合を防止することができる。
The air taken in from the air supply holes HL11c and HL13c propagates upward through the through holes PH11c and PH13c, and the hydrogen gas taken in from the air supply holes HL12c and HL14c propagates upward through the through holes PH12c and PH14c. Leakage of air from between 26c and the
なお、上述の実施例では、板材14aに凸部CV1aおよびCV2aを設け、板材14bに凸部CV1bおよびCV2bを設け、板材24aに凸部CV11a,CV12aおよびCV14aを設け、板材24bに凸部CV113b,CV12b,CV14bを設け、板材24cに凸部CV11c〜CV14cを設けるようにしている。しかし、板材14a,14b,24a〜24cを省き、最下層の燃料電池セル12clの下面に、凸部CV1a,CV2a,CV1b,CV2b,CV11a,CV12a,CV14a,CV113b,CV12b,CV14bを設けるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the
この場合、図2に示す実施例に対応して燃料電池セル12clの下面に凸部CV1aおよびCV2aが設けられ、図7に示す実施例に対応して燃料電池セル12clの下面に凸部CV1bおよびCV2bが設けられる。また、図10に示す実施例に対応して燃料電池セル12clの下面に凸部CV11a,CV12aおよびCV14aが設けられ、図13に示す実施例に対応して燃料電池セル12clの下面に凸部CV113b,CV12b,CV14bが設けられ、図15に示す実施例に対応して燃料電池セル12clの下面に凸部CV11c〜CV14cが設けられる。 In this case, convex portions CV1a and CV2a are provided on the lower surface of the fuel cell 12cl corresponding to the embodiment shown in FIG. 2, and the convex portions CV1b and CV2a are provided on the lower surface of the fuel cell 12cl corresponding to the embodiment shown in FIG. CV2b is provided. Further, convex portions CV11a, CV12a and CV14a are provided on the lower surface of the fuel cell 12cl corresponding to the embodiment shown in FIG. 10, and the convex portion CV113b is provided on the lower surface of the fuel cell 12cl corresponding to the embodiment shown in FIG. , CV12b, CV14b, and convex portions CV11c to CV14c are provided on the lower surface of the fuel cell 12cl corresponding to the embodiment shown in FIG.
図17を参照して、その他の実施例の燃料電池ユニット30は、固体酸化物形の燃料電池ユニットであり、単一のマニホールドMF21が形成された円筒状の燃料電池セル32とこれを保持する板状のホルダ34とを含む。なお、この実施例でも、ホルダ34の幅方向,奥行き方向および高さ方向にX軸,Y軸およびZ軸を割り当てる。
Referring to FIG. 17, a
燃料電池セル32の下面には円筒状の凸部CV21が形成され、マニホールドMF21の一方端は燃料電池セル32の上面で開口する一方、マニホールドMF21の他方端は凸部CV21の頂面で開口する。また、ホルダ34には、凸部CV21と嵌合する円筒状の凹部CC21が形成され、水素ガスを燃料電池セル32に供給するための給気孔HL21が凹部CC21の底面で開口する。凹部CC21の直径は凸部CV21の直径よりも僅かに大きく、凹部CC21の内周面と凸部CV21の外周面との間にはガスシール材36が充填される。
A cylindrical convex portion CV21 is formed on the lower surface of the
この実施例においても、ガスシール形成時(高温時)を基準に凹部CC21および凸部CV21のサイズを決めることで、燃料電池ユニット30が動作状態および停止状態のいずれにあるかに関係なく、ホルダ34および燃料電池セル32の間からの水素ガスの漏えいを確実に防止することができる。
Also in this embodiment, the size of the concave portion CC21 and the convex portion CV21 is determined with reference to the time when the gas seal is formed (at the time of high temperature), so that the holder can be used regardless of whether the
図18を参照して、さらにその他の実施例の燃料電池ユニット40は、固体酸化物形の燃料電池ユニットであり、直方体状の燃料電池セル42とこれを保持する板状のホルダ44とを含む。なお、この実施例でも、燃料電池ユニット40の幅方向,奥行き方向および高さ方向にX軸,Y軸およびZ軸を割り当てる。
Referring to FIG. 18, a
ホルダ44の上面(=Z軸方向の正側を向く面)のサイズは燃料電池セル42の下面(=Z軸方向の負側を向く面)のサイズよりも大きく、燃料電池セル42はホルダ44の上面の中央に設けられる。
The size of the upper surface (= the surface facing the positive side in the Z-axis direction) of the
図19,図20(A)〜図20(B)を参照して、ホルダ44の上面には、Z軸に直交する断面が長方形をなしてX軸方向に延びる凹部CC31が形成される。ホルダ44にはまた、外部から取り込まれた水素ガスを燃料電池セル42に供給するための給気孔HL31〜HL35が設けられる。給気孔HL31〜HL35の各々の一方端は、凹部CC31の底面で開口する。
Referring to FIGS. 19, 20 (A) to 20 (B), the upper surface of the
図19,図21(A)〜図21(B)を参照して、燃料電池セル42は、Z軸に直交する断面が長方形をなして燃料電池セル42の下面から突出する凸部CV31を有する。燃料電池セル42にはまた、水素ガスを取り込むためのマニホールドMF31〜MF35が形成される。マニホールドMF31〜MF35の各々の一方端は燃料電池セル42の上面(Z軸方向の正側を向く面)で開口し、マニホールドMF31〜MF35の各々の他方端は凸部CV31の頂面で開口する。
Referring to FIGS. 19 and 21A to 21B, the
凸部CV31の高さはホルダ44に形成された凹部CC31の深さと一致する。ただし、凸部CV31の幅および長さは凹部CC31の幅および長さよりも僅かに小さい。また、給気孔HL31〜HL35の各々の一方端の開口の大きさは、互いに一致し、さらにマニホールドMF31〜MF35の各々の他方端の開口の大きさと一致する。さらに、Z軸方向から眺めたとき、給気孔HL31〜HL35の一方端の開口位置は、マニホールドMF31〜MF35の他方端の開口位置と重なる。
The height of the convex portion CV31 coincides with the depth of the concave portion CC31 formed in the
したがって、凸部CV31が凹部CC31と嵌合するように燃料電池セル42をホルダ44に載置すると、給気孔HL31〜HL35はマニホールドMF31〜MF35と連通し、凸部CV31の外周面と凹部CC31の内周面との間に僅かな隙間が形成される。
Therefore, when the
図19に戻って、凸部CV31の外周面と凹部CC31の内周面との隙間には、ガスシール材46が充填される。給気孔HL31〜HL35によって供給された水素ガスはマニホールドMF31〜MF35に伝播されるところ、ホルダ44と燃料電池セル42との間からの水素ガスの漏えいは、こうして充填されたガスシール材46によって防止される。
Returning to FIG. 19, the
空気は、燃料電池セル42の側面(=Y軸に直交する面)から空気極に供給される。また、水素ガスは、マニホールドMF31〜MF35を経て燃料極に供給される。供給された空気および水素ガスには、上述した化学式1および2に従う化学反応が生じる。この結果、燃料電池セル42からプラス電圧およびマイナス電圧が発生する。
Air is supplied to the air electrode from the side surface of the fuel cell 42 (= the surface orthogonal to the Y axis). Further, the hydrogen gas is supplied to the fuel electrode through the manifolds MF31 to MF35. The supplied air and hydrogen gas undergo chemical reactions according to the above-described
燃料電池セル42はセラミック(たとえば3YSZ)を主成分とする一方、ホルダ44は金属(たとえばフェライト系合金)を主成分とする。したがって、ホルダ44の熱膨張率は、燃料電池セル42の熱膨張率よりも大きい。具体的には、前者の熱膨張率は、1×10−6/℃未満の範囲で後者の熱膨張率を上回る。
The
また、凸部CV31の外周面と凹部CC31の内周面との隙間に充填されるガスシール材46は、結晶化ガラスを主成分とし、700℃近傍で軟化して凸部CV31の外周面および凹部CC31の内周面に密着する。軟化したガスシール材46は、燃料電池セル42の動作温度(=900℃)の近傍で結晶化する。
The
この実施例においても、ホルダ44と燃料電池セル42との間の熱膨張率の相違から、温度低下時に凹部CC31の内周面が内側へ移動する量は、温度低下時に凸部CV31の外周面が内側に移動する量よりも大きい。凹部CC31の内周面と凸部CV31の外周面とによって挟まれたガスシール材46に掛かる圧力は、温度低下に伴って増大する。
Also in this embodiment, due to the difference in coefficient of thermal expansion between the
したがって、燃料電池ユニット40の動作時(高温時)を基準に凹部CC31および凸部CV31のサイズを決めることで、燃料電池ユニット40が動作状態および停止状態のいずれにあるかに関係なく、ホルダ44および燃料電池セル42の間からの水素ガスの漏えいを確実に防止することができる。
Therefore, by determining the sizes of the concave portion CC31 and the convex portion CV31 based on the time of operation (high temperature) of the
なお、この実施例では、5つの給気孔HL31〜HL35をホルダ44に形成するようにしているが、これに代えて単一の給気孔HL41をホルダ44に形成し、マニホールドMF31〜MF35に連通する単一のマニホールドMF41を燃料電池セル42に形成するようにしてもよい(図22および図23参照)。これによって凸部CV31および凹部CV41を小型化でき、ひいてはガスシール材46の面積を小さくすることができる。
In this embodiment, the five air supply holes HL31 to HL35 are formed in the
なお、上述のいずれの実施例においても、ガスシール材の主成分としては結晶化ガラスを想定している。しかし、これに代えて非晶質ガラスを想定してもよく、さらには強度や耐熱性を高めるためにフィラーをガスシール材に混入させてもよい。 In any of the above-described embodiments, crystallized glass is assumed as the main component of the gas seal material. However, instead of this, amorphous glass may be assumed, and a filler may be mixed into the gas seal material in order to increase strength and heat resistance.
10 …燃料電池ユニット
16a〜16b,26a〜26b,34 …ホルダ(第1部材)
HL1a〜HL2a,HL1b〜HL2b,HL11a〜HL14a,HL11b〜HL14b,HL11c〜HL14c,HL21〜HL25 …給気孔(第1給気孔)
12cl,22cl,32 …燃料電池セル(第2部材)
14a〜14b,24a〜24c …板材(第2部材)
PH1a〜PH2a,PH1b〜PH2b,PH11a〜PH14a,PH11b〜PH14b,PH11c〜PH14c …貫通孔(第2給気孔)
MF1〜MF2,MF11〜MF14,MF31〜MF35 …マニホールド(第2給気孔)
CC1a,CC2a,CC1b〜CC2b,CC11a,CC12a,CC14a,CC113b,CC12b,CC14b,CC11c〜CC14c,CC21,CC31 …凹部
CV1a,CV2a,CV1b〜CV2b,CV11a,CV12a,CV14a,CV113b,CV12b,CV14b,CV11c〜CV14c,CV21,CV31 …凸部
181a〜182a,181b〜182b,281a,282a,284a,2813b,282b,284b,281c〜284c,36,46 …ガスシール材(シール材)
10 ...
HL1a to HL2a, HL1b to HL2b, HL11a to HL14a, HL11b to HL14b, HL11c to HL14c, HL21 to HL25 ... supply holes (first supply holes)
12cl, 22cl, 32 ... Fuel cell (second member)
14a-14b, 24a-24c ... Plate material (second member)
PH1a to PH2a, PH1b to PH2b, PH11a to PH14a, PH11b to PH14b, PH11c to PH14c ... through hole (second air supply hole)
MF1 to MF2, MF11 to MF14, MF31 to MF35 ... Manifold (second air supply hole)
CC1a, CC2a, CC1b to CC2b, CC11a, CC12a, CC14a, CC113b, CC12b, CC14b, CC11c to CC14c, CC21, CC31 ... Recessed CV1a, CV2a, CV1b to CV2b, CV11a, CV12a, CV14a, CV113VC14, CV113C ~ CV14c, CV21, CV31 ...
Claims (5)
前記第1主面と面接触する第2主面が下面として形成された第2部材からなるアダプタを伴う燃料電池スタックを備え、
前記第1部材に設けられた第1給気孔と前記第2部材に設けられかつ前記第1給気孔と連通する第2給気孔とを経て取り込まれたガスに基づいて電力を発生する燃料電池ユニットであって、
前記アダプタはセラミックを主成分とし、前記第1熱膨張率よりも低い第2熱膨張率を有し、前記ホルダおよび前記燃料電池スタックの間に挿入され、
前記第1部材は前記第1主面に形成された凹部を有し、
前記第2部材は前記第2主面に形成されかつ前記凹部と嵌合する凸部を有し、
前記第1給気孔および前記第2給気孔はそれぞれ前記凹部の底面および前記凸部の頂面に開口し、
前記凹部の内周面と前記凸部の外周面との間に充填されたシール材をさらに備え、
燃料電池ユニットが動作状態および停止状態のいずれにあるかに関係なく、凹部および凸部の間からの空気または水素ガスの漏えいを防止することができる、燃料電池ユニット。 A holder made of a first member having a first coefficient of thermal expansion and having a first main surface formed as an upper surface; and
Including a fuel cell stack with an adapter consisting of the second member second main surface is formed as a bottom surface of pre-Symbol contacting first major surface and the surface,
A fuel cell unit that generates electric power based on gas taken in through a first air supply hole provided in the first member and a second air supply hole provided in the second member and communicating with the first air supply hole Because
The adapter is composed mainly of ceramic, have a second thermal expansion coefficient lower than the first thermal expansion coefficient, is inserted between the holder and the fuel cell stack,
The first member has a recess formed in the first main surface,
The second member has a convex portion formed on the second main surface and fitted with the concave portion,
The first air supply hole and the second air supply hole open on the bottom surface of the concave portion and the top surface of the convex portion, respectively.
Further example Bei the filled sealing material between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the convex portion of the concave portion,
A fuel cell unit capable of preventing leakage of air or hydrogen gas from between a concave portion and a convex portion regardless of whether the fuel cell unit is in an operating state or a stopped state .
前記第1給気孔は前記有酸素ガスおよび前記水素ガスをそれぞれ供給する第1有酸素ガス供給孔および第1水素ガス供給孔を含み、
前記第2給気孔は前記第1有酸素ガス供給孔および前記第1水素ガス供給孔とそれぞれ連通する第2有酸素ガス供給孔および第2水素ガス供給孔を含む、請求項1記載の燃料電池ユニット。 The gas includes aerobic gas and hydrogen gas,
The first air supply hole includes a first oxygen gas supply hole and a first hydrogen gas supply hole for supplying the oxygen gas and the hydrogen gas, respectively.
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the second air supply hole includes a second oxygen gas supply hole and a second hydrogen gas supply hole that communicate with the first oxygen gas supply hole and the first hydrogen gas supply hole, respectively. unit.
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