JP6527761B2 - インターコネクタ−燃料電池単セル複合体および燃料電池スタック - Google Patents
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Description
A−1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1から図6は、本実施形態における燃料電池スタック100の構成を概略的に示す説明図である。図1には、燃料電池スタック100の外観構成が示されており、図2には、燃料電池スタック100の上側の平面構成が示されており、図3には、燃料電池スタック100の下側の平面構成が示されており、図4には、図1から図3のIV−IVの位置における燃料電池スタック100の断面構成が示されており、図5には、図1から図3のV−Vの位置における燃料電池スタック100の断面構成が示されており、図6には、図1から図3のVI−VIの位置における燃料電池スタック100の断面構成が示されている。各図には、方向を特定するための互いに直交するXYZ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Z軸正方向を上方向と呼び、Z軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック100は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図7以降についても同様である。
一対のエンドプレート104,106は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。一方のエンドプレート104は、最も上に位置する発電単位102の上側に配置され、他方のエンドプレート106は、最も下に位置する発電単位102の下側に配置されている。一対のエンドプレート104,106によって複数の発電単位102と熱交換部103とが押圧された状態で挟持されている。上側のエンドプレート104は、燃料電池スタック100のプラス側の出力端子として機能し、下側のエンドプレート106は、燃料電池スタック100のマイナス側の出力端子として機能する。
図7から図12は、発電単位102の詳細構成を示す説明図である。図7には、互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成が示されており、図8には、互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成が示されており、図9には、図7のIX−IXの位置における発電単位102の断面構成が示されており、図10には、図7のX−Xの位置における発電単位102の断面構成が示されており、図11には、図7のXI−XIの位置における発電単位102の断面構成が示されており、図12には、図7のXII−XIIの位置における発電単位102の断面構成が示されている。
図13は、熱交換部103の断面構成を概略的に示す説明図である。図13には、配列方向に直交する方向における熱交換部103の断面構成が示されている。図4から図6および図13に示すように、熱交換部103は、矩形の平板形状部材であり、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。熱交換部103の中央付近には、上下方向に貫通する孔182が形成されている。また、熱交換部103には、中央の孔182と酸化剤ガス導入マニホールド161を形成する貫通孔108とを連通する連通孔184と、中央の孔182と酸化剤ガス供給マニホールド163を形成する貫通孔108とを連通する連通孔186とが形成されている。熱交換部103は、熱交換部103の上側に隣接する発電単位102に含まれる下側のインターコネクタ150と、熱交換部103の下側に隣接する発電単位102に含まれる上側のインターコネクタ150とに挟持されている。これらのインターコネクタ150間において、孔182と連通孔184と連通孔186とにより形成される空間は、後述する熱交換のために酸化剤ガスOGを流す熱交換流路188として機能する。
図4に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に設けられたガス通路部材27の分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して酸化剤ガスOGが供給されると、酸化剤ガスOGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド161に供給される。酸化剤ガス導入マニホールド161に供給された酸化剤ガスOGは、図4および図13に示すように、熱交換部103内に形成された熱交換流路188内に流入し、熱交換流路188を通って酸化剤ガス供給マニホールド163へと排出される。熱交換部103は、上側および下側について発電単位102に隣接している。また、後述するように、発電単位102における発電反応は発熱反応である。そのため、酸化剤ガスOGが熱交換部103内の熱交換流路188を通過する際に、酸化剤ガスOGと発電単位102との間で熱交換が行われ、酸化剤ガスOGの温度が上昇する。なお、酸化剤ガス導入マニホールド161は、各発電単位102の空気室166には連通していないため、酸化剤ガス導入マニホールド161から各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給されることはない。酸化剤ガス供給マニホールド163へと排出された酸化剤ガスOGは、図4、図5、図7および図11に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド163から各発電単位102の酸化剤ガス供給連通孔132を介して、空気室166に供給される。
図14および図15は、発電単位102を構成する各部材に形成された貫通孔108の詳細構成を示す説明図である。図14には、燃料ガス導入マニホールド171として機能する貫通孔108の位置(図12のXIV−XIVの位置)における発電単位102のXZ断面構成が示されており、図15には、燃料ガス供給連通孔142の位置(図12のXV−XVの位置)における発電単位102のXZ断面構成が示されている。
本実施形態では、各部材に形成された貫通孔108が上述した構成であるため、燃料電池スタック100の発電特性(燃料ガス利用率等)の低下を抑制することができる。この点について、以下説明する。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
Claims (7)
- 電解質層と前記電解質層を挟んで第1の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、平板状のインターコネクタと、を備え、前記第1の方向に延びるガス流路が形成されたインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、さらに、
前記インターコネクタと略平行な平板状であり、前記ガス流路を構成する第1の貫通孔が形成された第1の平板状部材と、
前記インターコネクタと略平行な平板状であり、前記ガス流路を構成する第2の貫通孔が形成され、前記第1の方向における厚さが前記第1の平板状部材より薄い第2の平板状部材と、
前記インターコネクタと略平行な平板状であり、前記第1の平板状部材との間で前記第2の平板状部材を挟持する第3の平板状部材と、を備え、
前記第2の平板状部材は、前記第1の方向における厚さが前記第3の平板状部材より薄く、
前記第1の方向視で、
前記第2の貫通孔は、前記第1の貫通孔より大きく、かつ、
前記第2の貫通孔の輪郭線は、前記第1の貫通孔の輪郭線の外側に位置することを特徴とする、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体。 - 請求項1に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、
前記第1の平板状部材には、前記ガス流路を構成する前記第1の貫通孔と、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室との一方と、を連通する連通流路が形成されており、
前記第1の方向視で、
前記連通流路の少なくとも一部は、前記第2の貫通孔の輪郭線の内側に位置することを特徴とする、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体。 - 請求項1または請求項2に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、
前記第2の貫通孔の内周面は、第1の方向に直交する方向において、前記ガス流路に面していることを特徴とする、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、
前記単セルは、固体酸化物形燃料電池または溶融炭酸塩形燃料電池の単セルであることを特徴とする、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、
前記第2の平板状部材は、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータであり、
前記第1の平板状部材は、前記第2の平板状部材と前記インターコネクタとの間に配置されたフレーム状部材であることを特徴とする、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、
前記第1の平板状部材は、金属により形成されていることを特徴とする、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体。 - 前記第1の方向に並べて配列された複数のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体を備える燃料電池スタックにおいて、
前記複数のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体の少なくとも1つは、請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体であることを特徴とする、燃料電池スタック。
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