JP6522224B1 - セルスタック装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、セルスタック装置100は、マニホールド2と、複数の燃料電池セル10と、接合材106とを備えている。
マニホールド2は、複数の燃料電池セル10にガスを供給するように構成されている。また、マニホールド2は、燃料電池セル10から排出されたガスを回収するように構成されている。
図4は、セルスタック装置の断面図を示している。図4に示すように、燃料電池セル10は、マニホールド2の天板231から上方に延びている。燃料電池セル10は、基端部101及び先端部102を有している。燃料電池セル10は、基端部101がマニホールド2に取り付けられている。すなわち、マニホールド2は、各燃料電池セル10の基端部101を支持している。本実施形態では、燃料電池セル10の基端部101は下端部を意味し、燃料電池セル10の先端部102は上端部を意味する。
支持基板4は、マニホールド2から上方に延びている。支持基板4は、扁平状であり、基端部43と先端部44とを有している。基端部43及び先端部44は、支持基板4の長さ方向(x軸方向)における両端部である。本実施形態では、支持基板4の基端部43は下端部を意味し、支持基板4の先端部44は上端部を意味する。本実施形態では、支持基板4は、幅方向(y軸方向)に比べて長さ方向(x軸方向)の寸法の方が長いが、長さ方向よりも幅方向の寸法の方が長くてもよい。
図4に示すように、複数の第1ガス流路41及び複数の第2ガス流路42は、支持基板4内に形成されている。第1及び第2ガス流路41、42は、燃料電池セル10の基端部101から先端部102に向かって延びている。本実施形態では、第1及び第2ガス流路41、42は、支持基板4内を上下方向に延びている。第1及び第2ガス流路41、42は、支持基板4を貫通している。
図6に示すように、各発電素子部5は、支持基板4の第1主面45及び第2主面46に支持されている。なお、第1主面45に形成される発電素子部5の数と第2主面46に形成される発電素子部5の数とは、互いに同じであってもよいし異なっていてもよい。また、各発電素子部5の大きさは、互いに異なっていてもよい。
電気的接続部9は、隣り合う発電素子部5を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部9は、インターコネクタ91及び空気極集電膜92を有する。インターコネクタ91は、第2凹部612内に配置されている。詳細には、インターコネクタ91は、第2凹部612内に埋設(充填)されている。インターコネクタ91は、電子伝導性を有する緻密な材料から構成される焼成体である。インターコネクタ91は、支持基板4よりも緻密である。例えば、インターコネクタ91の気孔率は、0〜7%程度である。インターコネクタ91は、例えば、LaCrO3(ランタンクロマイト)から構成され得る。或いは、(Sr,La)TiO3(ストロンチウムチタネート)から構成されてもよい。インターコネクタ91の厚さは、例えば、10〜100μmである。
図4に示すように、連通部材3は、支持基板4の先端部44に取り付けられている。そして、連通部材3は、第1ガス流路41と第2ガス流路42とを連通させる連通流路30を有している。詳細には、連通流路30は、各第1ガス流路41の先端部412と各第2ガス流路42の先端部422とを連通する。連通流路30は、各第1ガス流路41から各第2ガス流路42まで延びる空間によって構成されている。連通部材3は、支持基板4に接合されていることが好ましい。また、連通部材3は、支持基板4と一体的に形成されていることが好ましい。
図4に示すように、燃料電池セル10の基端面103は、天板231と対向している。図5に示すように、燃料電池セル10の基端面103は、貫通孔234を覆っている。第1分割孔234aは、複数の第1ガス流路41と連通している。また、第2分割孔234bは、複数の第2ガス流路42と連通している。なお、連結補強部236は、燃料電池セル10の境界領域403における基端面103と対向している。本実施形態では、燃料電池セル10の基端面103は、下端面を意味する。
図3及び図4に示すように、第1位置規制部材70及び第2位置規制部材80は、天板231に固定されている。詳細には、第1及び第2位置規制部材70、80は、天板231上において、貫通孔234と間隔をあけて配置される。すなわち、第1及び第2位置規制部材70、80と、貫通孔234とは、互いに重なり合わない。
図4に示すように、接合材106は、天板231と燃料電池セル10とを接合している。詳細には、燃料電池セル10の基端面103が貫通孔234を覆うように配置された状態で、燃料電池セル10の基端部101が天板231に接合材106によって固定されている。接合材106は、燃料電池セル10の基端部101の全周と、天板231とを接合している。すなわち、接合材106は、燃料電池セル10の基端部101に沿って環状に形成されている。
まず、天板231、底板232及び側板233を有するマニホールド2を準備する。次に、天板231に第1及び第2位置規制部材70、80を固定する。この工程では、天板231の貫通孔234に重複しないように、かつ互いに間隔をあけた状態で、第1及び第2位置規制部材70、80を天板231上にガラスなどの接合材で固定する。次に、第1位置規制部材70の凹部71に第1側面104が対向し、かつ第2位置規制部材80の凹部81に第2側面105が対向するように、燃料電池セル10を天板231上に載置する。第1及び第2位置規制部材70、80によって、燃料電池セル10の移動が規制された状態で、燃料電池セル10と天板231とを接合材106で接合する。この工程では、第1位置規制部材70と第2位置規制部材80との間において、天板231及び燃料電池セル10に接するように、接合材106となる材料を塗布する。また、第1及び第2位置規制部材70、80を埋設するように、接合材106となる材料を塗布する。その後、熱処理を施すことによって、接合材106を形成する。
上述したように構成されたセルスタック装置100では、マニホールド2のガス供給室21に水素ガスなどの燃料ガスを供給するとともに、燃料電池セル10を空気などの酸素を含むガスに曝す。すると、空気極8において下記(1)式に示す化学反応が起こり、燃料極6において下記(2)式に示す化学反応が起こり、電流が流れる。
(1/2)・O2+2e−→O2− …(1)
H2+O2−→H2O+2e− …(2)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
上記実施形態のセルスタック装置100は、1つの第1位置規制部材70及び1つの第2位置規制部材80を備えていたが、これに限定されない。セルスタック装置100は、複数の第1位置規制部材70を備えていてもよく、また、複数の第2位置規制部材80を備えていてもよい。例えば、図13に示すように、第1及び第2位置規制部材70、80のそれぞれは、1つの凹部71、81を有しており、図14に示すように、1つの燃料電池セル10のみに対向して配置されてもよい。また、複数の第1及び第2位置規制部材70、80は、当接してもよく、離隔してもよい。
上記実施形態では、燃料電池セル10の基端面103の外周縁部の全面が天板231と当接していたが、基端面103の外周縁部の少なくとも一部が天板231と当接していなくてもよい。すなわち、基端面103と天板231との間に隙間が形成されていてもよい。
上記実施形態では、貫通孔234は、複数の分割孔234aに分割されているが、貫通孔234の構成はこれに限定されない。例えば、図19に示すように、貫通孔234は複数の分割孔234aに分割されていなくてもよい。すなわち、天板231は、連結補強部236を有していなくてもよい。
図20に示すように、セルスタック装置100は、連通部材3を備えていなくてもよい。この場合、例えば、支持基板4内に連通流路30が形成されていてもよい。この連通流路30は、支持基板4の先端部44において、幅方向(y軸方向)に延びている。
上記実施形態の燃料電池セル10は、各発電素子部5が支持基板4の長さ方向(x軸方向)に配列されている、いわゆる横縞型の燃料電池セルであるが、燃料電池セル10の構成はこれに限定されない。例えば、燃料電池セル10は、支持基板4の第1主面45に1つの発電素子部5が支持された、いわゆる縦縞型の燃料電池セルであってもよい。この場合、支持基板4の第2主面46に一つの発電素子部5が支持されていてもよいし、支持されていなくてもよい。
上記実施形態では、燃料電池セル10からのオフガスをマニホールド2のガス回収室22によって回収しているが、これに限定されない。例えば、燃料電池セル10の先端部からオフガスを排出して燃焼させてもよい。この場合、マニホールド2は、仕切板24を有しておらず、ガス供給室21とガス回収室22とに分かれていなくてよい。
231 天板
232 底板
233 側板
10 燃料電池セル
104 第1側面
105 第2側面
70 第1位置規制部材
80 第2位置規制部材
100 セルスタック装置
106 接合材
Claims (6)
- 天板、側板及び底板を有するマニホールドと、
前記天板と対向する基端面、並びに幅方向を向く第1側面及び第2側面とを有し、前記天板から延びる燃料電池セルと、
前記天板に固定され、前記第1側面と対向する第1位置規制部材と、
前記幅方向において前記第1位置規制部材と間隔をあけて前記天板に固定され、前記第2側面と対向する第2位置規制部材と、
前記天板と前記燃料電池セルとを接合する接合材と、
を備え、
前記接合材は、前記第1位置規制部材と前記第2位置規制部材との間において、前記天板及び前記燃料電池セルに接している、
セルスタック装置。
- 前記第1及び第2位置規制部材は、前記接合材に埋設されている、
請求項1に記載のセルスタック装置。
- 前記第1及び第2位置規制部材は、金属製である、
請求項2に記載のセルスタック装置。
- 複数の前記燃料電池セルを備え、
各前記燃料電池セルは、互いに間隔をあけて配置され、
前記第1位置規制部材は、前記燃料電池セルの配列方向に沿って延びるとともに、各前記燃料電池セルの前記第1側面に対向し、
前記第2の位置規制部材は、前記燃料電池セルの配列方向に沿って延びるとともに、各前記燃料電池セルの前記第2側面に対向する、
請求項1から3のいずれかに記載のセルスタック装置。
- 前記第1位置規制部材は、前記第1側面に沿った形状の凹部を有し、
前記第2位置規制部材は、前記第2側面に沿った形状の凹部を有する、
請求項1から4のいずれかに記載のセルスタック装置。
- 前記マニホールドは、ガス供給室及びガス回収室を有し、
前記燃料電池セルは、
前記ガス供給室と連通し、前記燃料電池セルの基端部から先端部に延びる少なくとも1つの第1ガス流路と、
前記ガス回収室と連通し、前記燃料電池セルの基端部から先端部に延びて前記燃料電池セルの先端部において前記第1ガス流路と連通する、少なくとも1つの第2ガス流路と、
を有する、
請求項1から5のいずれかに記載のセルスタック装置。
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