JP6433778B2 - 燃料電池および燃料電池の電気的接続方法 - Google Patents
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Description
本発明は、多孔質の基体管および該基体管上で前記基体管の軸方向に沿って並ぶ電気的に接続された複数の燃料電池セルを備えたセルスタックと、複数の前記セルスタックの一端部が配置され前記セルスタックに燃料ガスが供給される燃料ガス供給部と、複数の前記セルスタックの他端部が配置され前記セルスタックに供給された燃料ガスが排出される燃料ガス排出部と、を有する燃料電池カートリッジを備え、前記基体管の気孔率が前記一端部側に対して前記他端部側が大きく、前記燃料電池カートリッジは、前記一端部側が正極であり前記他端部側が負極である複数の第1セルスタックを第1集電部材で電気的に並列接続してなる複数の第1セルスタック群と、前記一端部側が負極であり前記他端部側が正極である複数の第2セルスタックを第2集電部材で電気的に並列接続してなる複数の第2セルスタック群とを含み、前記第1セルスタック群と前記第2セルスタック群とが電気的に直列接続されている燃料電池を提供する。
図1から図5を参照して本実施形態に係るセルスタックについて説明する。図1は、本実施形態に係るセルスタックの側面図である。同図において(A)はAタイプセルスタックの側面図、(B)はBタイプセルスタックの側面図である。図2は、図1(A)の正極側の矢印X−Xの矢視断面図である。図3は、図2(A)の負極側の矢印Y−Yの矢視断面図である。図4は、図2(B)の負極側の矢印X−Xの矢視断面図である。図5は、図2(B)の正極側の矢印Y−Yの矢視断面図である。
セルスタック(101a,101b)は、円筒形状の基体管103と、基体管103の外周面上に複数形成された燃料電池セル105と、隣り合う燃料電池セル105の間に形成されたインターコネクタ107とを有する。燃料電池セル105は、燃料極109と固体電解質111と空気極113とが積層して形成されている。
Aタイプセルスタック101aは、正極側に比べ負極側の基体管103の気孔率が大きいセルスタックである。Aタイプセルスタック101aにおいて、正極側に設けられたリード部114aおよびリード膜115aの長さ(La)が、負極側に設けられたリード部114bおよびリード膜115bの長さ(Lb)よりも長い。Aタイプセルスタック101aにおいて、負極側にある燃料電池セル105bは正極側にある燃料電池セル105aよりも長い。
複数のAタイプセルスタック101aは集電部材(上部集電部材211aまたは下部集電部材212a)により電気的に並列接続されてAタイプセルスタック群214aを構成する。Aタイプセルスタック群214aにおいて、複数のAタイプセルスタック101aは、正極を燃料ガス供給室側(鉛直方向上側)に向け、負極を燃料ガス排出室側(鉛直方向下側)に向けて横に並べて配置されている。複数のAタイプセルスタック101aの正極側端部は、上部集電部材211aで集合化されている。複数のAタイプセルスタック101aの負極側端部は、下部集電部材211bによって集合化されている。上部集電部材211aおよび下部集電部材211bはそれぞれ導電性を有する。
本実施形態は、SOFCカートリッジの構成および集電方法が第1実施形態と異なる。特に説明のない構成については、第1実施形態と同様である。図10は、本実施形態に係る燃料電池の概略構成図である。図11は、SOFCカートリッジの概略縦断面図である。同図において、(A)はAタイプカートリッジ、(B)はBタイプカートリッジである。図12は、SOFCモジュールの概略斜視図である。
複数のSOFCカートリッジは、タイプの異なる2種類のカートリッジ(Aタイプカートリッジ303aおよびBタイプカートリッジ303b)を含む。SOFCカートリッジは、集電部材で複数のセルスタックを電気的に並列接続したセルスタック群を複数有している。1つのSOFCカートリッジは、1種類のセルスタック群のみを含む。1つのSOFCカートリッジに含まれる複数のセルスタック群は、極性の向きが揃っている。各SOFCカートリッジに含まれるセルスタック群の数は、SOFCカートリッジの種類によらず同じである。
11 温度計測部
101a Aタイプセルスタック(第1セルスタック)
101b Bタイプセルスタック(第2セルスタック)
103 基体管
105 燃料電池セル
107 インターコネクタ
109 燃料極
111 固体電解質
113 空気極
114,114a,114b リード部
114a’,114b’ リード部(未焼成)
115,115a,115b リード膜
117 保護膜
119 シール接合膜
121 識別部
121’ 識別部(未焼成)
201,301 燃料電池モジュール(SOFCモジュール)
203 燃料電池カートリッジ(SOFCカートリッジ)
211a,211b,311a,311b 上部集電部材(第1集電部材の一部,第2集電部材の一部)
212a,212b,312a,312b 下部集電部材(第1集電部材の一部,第2集電部材の一部)
214a Aタイプセルスタック群(第1セルスタック群)
214b Bタイプセルスタック群(第2セルスタック群)
215 発電室
216 集電棒
217 燃料ガス供給室(燃料ガス供給部)
219 燃料ガス排出室(燃料ガス排出部)
225a 上部管板
225b 下部管板
229 ケーシング
231a 燃料ガス供給孔
231b 燃料ガス排出孔
218,318 チョッパ
220,319 インバータ
211,212,313,316a,316b 集電部材
303a Aタイプカートリッジ(第1燃料電池カートリッジ)
303b Bタイプカートリッジ(第2燃料電池カートリッジ)
320,321,322,323 集電群
Claims (10)
- 多孔質の基体管および該基体管上で前記基体管の軸方向に沿って並ぶ電気的に接続された複数の燃料電池セルを備えたセルスタックと、複数の前記セルスタックの一端部が配置され前記セルスタックに燃料ガスが供給される燃料ガス供給部と、複数の前記セルスタックの他端部が配置され前記セルスタックに供給された燃料ガスが排出される燃料ガス排出部と、を有する燃料電池カートリッジを備え、
前記基体管の気孔率が前記一端部側に対して前記他端部側が大きく、
前記燃料電池カートリッジは、
前記一端部側が正極であり前記他端部側が負極である複数の第1セルスタックを第1集電部材で電気的に並列接続してなる複数の第1セルスタック群と、前記一端部側が負極であり前記他端部側が正極である複数の第2セルスタックを第2集電部材で電気的に並列接続してなる複数の第2セルスタック群とを含み、
前記第1セルスタック群と前記第2セルスタック群とが電気的に直列接続されている燃料電池。 - 前記第1セルスタック群と前記第2セルスタック群とが同一の前記燃料電池カートリッジ内で交互に並び、かつ電気的に直列接続されている請求項1に記載の燃料電池。
- 前記燃料電池カートリッジから出る正極と負極のターミナルが、前記燃料電池カートリッジの同一側に配置されている請求項2に記載の燃料電池。
- 前記第1セルスタックおよび前記第2セルスタックの軸方向において、前記第1集電部材と前記第2集電部材との位置がずれている請求項2または請求項3に記載の燃料電池。
- 前記第1集電部材の端部、前記第2集電部材の端部、または前記第1集電部材および前記第2集電部材の端部が、隣の集電部材の端部から離れる方向に向けて曲がり、かつ前記隣の集電部材とは相互に反対の方向へ曲がっている請求項4に記載の燃料電池。
- 前記燃料電池カートリッジは、第1燃料電池カートリッジまたは第2燃料電池カートリッジとして構成され、
前記第1燃料電池カートリッジは複数の前記第1セルスタック群で構成され、
前記第2燃料電池カートリッジは複数の前記第2セルスタック群で構成され、
前記燃料電池内にて前記第1燃料電池カートリッジおよび前記第2燃料電池カートリッジが交互になり隣り合って配置されている請求項1に記載の燃料電池。 - 発電出力調整部を備え、
同一の燃料電池カートリッジ内に並ぶ複数のセルスタック群は電気的に分離されており、
前記第1燃料電池カートリッジが備えるセルスタック群の数と前記第2燃料電池カートリッジが備えるセルスタック群の数は同一であり、
前記第1燃料電池カートリッジの任意の位置にある前記第1セルスタック群と、前記第2燃料電池カートリッジで前記任意の位置に対応する位置にある第2セルスタック群とが電気的に直列接続されて集電群を構成し、
前記発電出力調整部が前記集電群に対応付けて接続され、前記集電群毎に発電出力を制御できる請求項6に記載の燃料電池。 - 正極側よりも負極側の気孔率が大きい基体管を基材とする複数の第1セルスタックを第1集電部材で電気的に並列接続した第1セルスタック群と、
負極側よりも正極側の気孔率が大きい基体管を基材とする複数の第2セルスタックを第2集電部材で電気的に並列接続した第2セルスタック群と、
を、前記第1セルスタックの負極側および前記第2セルスタックの正極側が、燃料ガスの流れ方向の下流側に向けて交互に隣り合わせて配置し、前記第1セルスタック群および前記第2セルスタック群を前記第1セルスタック群と前記第2セルスタック群のそれぞれ同一側で電気的に直列接続する燃料電池の電気的接続方法。 - 燃料電池カートリッジは前記第1セルスタック群と、前記第2セルスタック群とを含み、
前記燃料電池カートリッジから出る正極と負極とのターミナルを、前記燃料電池カートリッジの同一側となるように配置する請求項8に記載の燃料電池の電気的接続方法。 - 第1燃料電池カートリッジ内に複数の前記第1セルスタック群を電気的に分離した状態で並べ、
第2燃料電池カートリッジ内に複数の前記第2セルスタック群を電気的に分離した状態で並べ、
前記第1燃料電池カートリッジおよび前記第2燃料電池カートリッジを交互に隣り合うように配置し、
前記第1燃料電池カートリッジの任意の位置にある前記第1セルスタック群と、前記第2燃料電池カートリッジで前記任意の位置に対応する位置にある第2セルスタック群とを電気的に直列接続して集電群を形成し、
前記集電群の発電出力を調整できる発電出力調整部を前記集電群に対応付けて接続する請求項8に記載の燃料電池の電気的接続方法。
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