JP6560883B2 - Fuel cell unit and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池ユニット及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid oxide fuel cell unit and a method for manufacturing the same.

固体酸化物形燃料電池ユニットでは、燃料電池セルと集電板とが電気的に導通され、集電板を通じて燃料電池セルからの電流が外部に取り出される。このような燃料電池ユニットでは、一般に、燃料電池セルはセラミックス製とされ、集電板は金属製とされる。   In the solid oxide fuel cell unit, the fuel cell and the current collector plate are electrically connected, and current from the fuel cell is taken out through the current collector plate. In such a fuel cell unit, in general, the fuel cell is made of ceramics, and the current collector plate is made of metal.

ところが、セラミックス製の燃料電池セルと金属製の集電板とでは、異種材料で熱膨張率が異なるため、熱サイクルの過程で密着度が低下（電気的な接触状態が劣化）するという課題がある。   However, a ceramic fuel cell and a metal current collector plate have different thermal expansion coefficients between different materials, so that the degree of adhesion decreases during the thermal cycle (electrical contact state deteriorates). is there.

そこで、熱膨張差が発生する高温環境下において燃料電池セルと集電板との密着度を確保するために、集電板を燃料電池セルに加圧する機構が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。   Therefore, a mechanism for pressurizing the current collector plate to the fuel cell has been proposed in order to ensure the degree of adhesion between the fuel cell and the current collector plate in a high-temperature environment where a difference in thermal expansion occurs (for example, Patent Documents). 1 and 2).

つまり、特許文献１に記載の例では、セルスタック上に押え板を介して設けられた圧縮バネと、圧縮バネ上に設けられたプレートと、セルスタックの下方に設けられた断熱プレート及び押え板と、上側のプレートと下側の断熱プレート及び押え板とを連結する連結ロッドとを有する加圧機構が用いられている。   That is, in the example described in Patent Document 1, the compression spring provided on the cell stack via the press plate, the plate provided on the compression spring, the heat insulating plate and the press plate provided below the cell stack. And a pressurizing mechanism including a connecting rod that connects the upper plate and the lower heat insulating plate and the presser plate.

また、特許文献２に記載の例では、セルスタックを挟持する一対の金属板と、一対の金属板を連結する連結部材とを有する連結機構が用いられている。この連結機構において、連結部材の一端は、上側の金属板に固定され、連結部材の他端は、下側の金属板に形成された係止孔に挿入される。   Moreover, in the example described in Patent Document 2, a connection mechanism having a pair of metal plates that sandwich the cell stack and a connection member that connects the pair of metal plates is used. In this connection mechanism, one end of the connection member is fixed to the upper metal plate, and the other end of the connection member is inserted into a locking hole formed in the lower metal plate.

そして、セルスタックの還元時に作用する荷重により連結部材の他端が塑性変形し、連結部材の他端が係止孔に係止される。連結部材の他端が塑性変形される（押し潰される）と連結部材の長さが短くなるので、上側の金属板がセルスタックに押し付けられる。   Then, the other end of the connecting member is plastically deformed by a load acting when the cell stack is reduced, and the other end of the connecting member is locked in the locking hole. When the other end of the connecting member is plastically deformed (crushed), the length of the connecting member is shortened, so that the upper metal plate is pressed against the cell stack.

すなわち、特許文献２に記載の例では、セルスタックの発電時における発電温度は、セルスタックの還元時の温度よりも低いため、連結部材は、還元時の温度差と、セルスタックとの熱膨張係数差とに応じた長さだけ収縮する。そして、この連結部材の収縮する方向の応力により上側の金属板が上側の金属板がセルスタックに押し付けられる。   That is, in the example described in Patent Document 2, since the power generation temperature at the time of power generation of the cell stack is lower than the temperature at the time of reduction of the cell stack, the connecting member has a temperature difference at the time of reduction and thermal expansion with the cell stack. It shrinks by the length according to the coefficient difference. The upper metal plate is pressed against the cell stack by the stress in the contracting direction of the connecting member.

特開２００６−３３９０３５号公報JP 2006-339035 A 特開２０１０−１４０６７３号公報JP 2010-140673 A

しかしながら、特許文献１に記載の加圧機構では、セルスタックに対して重厚で大きな圧縮バネ（コイルバネ）が用いられているため、加圧機構を含む燃料電池ユニットが大型化する。   However, in the pressurization mechanism described in Patent Document 1, a large and large compression spring (coil spring) is used for the cell stack, and thus the fuel cell unit including the pressurization mechanism is enlarged.

また、特許文献２に記載の連結機構では、連結部材の他端を下側の金属板の係止孔に挿入した後に連結部材の他端を塑性変形させるという複雑な構造が採用されており、結果として連結機構を含む燃料電池ユニットが大型化する。   Further, in the coupling mechanism described in Patent Document 2, a complicated structure is adopted in which the other end of the coupling member is plastically deformed after the other end of the coupling member is inserted into the locking hole of the lower metal plate, As a result, the size of the fuel cell unit including the coupling mechanism is increased.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、熱膨張差が発生する高温環境下においても燃料電池セルと集電板との密着度を確保できると共に、小型化できる燃料電池ユニットを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a fuel cell unit that can secure the degree of adhesion between the fuel cell and the current collector plate even in a high temperature environment where a difference in thermal expansion occurs and can be downsized. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃料電池ユニットは、固体酸化物形燃料電池セルと、金属製とされ、前記燃料電池セルの高さ方向両側から前記燃料電池セルに重ね合わされた一対の集電板と、前記一対の集電板の各々に対する前記燃料電池セルと反対側に各前記集電板と対向して配置された一対の固定板と、前記一対の固定板を連結し、前記一対の固定板の離間を制限する連結部と、前記集電板と前記固定板との間に介在された反発部材と、を備える。   In order to achieve the above object, a fuel cell unit according to claim 1 is made of a solid oxide fuel cell and a metal, and is superimposed on the fuel cell from both sides in the height direction of the fuel cell. A pair of current collector plates, a pair of fixed plates disposed opposite to each of the current collector plates on the opposite side of the fuel cell to each of the pair of current collector plates, and the pair of fixed plates connected And a connecting portion that restricts the separation between the pair of fixed plates, and a repulsive member interposed between the current collector plate and the fixed plate.

この燃料電池ユニットによれば、集電板と固定板との間には、反発部材が介在されている。そして、燃料電池セルが発電に伴い発熱されて金属製の集電板が熱膨張されると、集電板と固定板との間の隙間が狭くなることで反発部材が押圧され、反発部材から集電板に加圧力（反発力）が作用する。したがって、反発部材から集電板に加圧力が作用することにより、熱膨張差が発生する高温環境下においても燃料電池セルと集電板との密着度を確保することができる。   According to this fuel cell unit, the repulsion member is interposed between the current collector plate and the fixed plate. When the fuel cell is heated with power generation and the metal current collecting plate is thermally expanded, the repulsion member is pressed by the gap between the current collecting plate and the fixed plate being narrowed, and the rebound member Pressure (repulsive force) acts on the current collector plate. Therefore, when the pressure force acts on the current collector plate from the repulsive member, the degree of adhesion between the fuel cell and the current collector plate can be ensured even in a high temperature environment where a difference in thermal expansion occurs.

しかも、反発部材は、集電板と固定板との間に介在（内包）されているので、例えば、集電板及び固定板の外部に加圧機構等を設ける場合に比して、燃料電池ユニットを小型化することができる。   In addition, since the repulsion member is interposed (included) between the current collector plate and the fixed plate, for example, compared with a case where a pressure mechanism or the like is provided outside the current collector plate and the fixed plate, the fuel cell The unit can be reduced in size.

また、請求項１に記載の燃料電池ユニットは、前記反発部材は、前記集電板に重ね合わされた第一板状部と、前記固定板に重ね合わされた第二板状部と、前記第一板状部と前記第二板状部とを繋ぐ湾曲部とを有するＵ字状に形成されている。 The fuel cell unit according to claim 1, wherein the repulsion member includes a first plate-like portion overlaid on the current collector plate, a second plate-like portion overlaid on the fixing plate, and the first It is formed in the U shape which has a curved part which connects a plate-shaped part and said 2nd plate-shaped part.

この燃料電池ユニットによれば、反発部材は、Ｕ字状に形成された簡単な構造であるので、コストダウンすることができる。   According to this fuel cell unit, since the repulsion member has a simple structure formed in a U shape, the cost can be reduced.

また、反発部材は、板状の第一板状部及び第二板状部を有しており、この第一板状部及び第二板状部が集電板及び固定板にそれぞれ重ね合わされているので（平面で接触されているので）、燃料電池セルと集電板との密着度を広い範囲に亘って確保することができる。   The repulsion member has a plate-like first plate-like portion and a second plate-like portion, and the first plate-like portion and the second plate-like portion are superimposed on the current collector plate and the fixed plate, respectively. Therefore, the contact degree between the fuel cell and the current collector plate can be ensured over a wide range.

請求項２に記載のように、請求項１に記載の燃料電池ユニットにおいて、前記反発部材は、平板を曲げ加工することによりＵ字状に形成されても良い。 As described in claim 2 , in the fuel cell unit according to claim 1 , the repulsive member may be formed in a U shape by bending a flat plate.

この燃料電池ユニットによれば、反発部材は、平板を曲げ加工することによりＵ字状に形成されている。したがって、平板の曲げ加工時に湾曲部が加工硬化することにより湾曲部の強度が向上するので、集電板が熱膨張されて反発部材が押圧されたときには、反発部材から集電板に作用する加圧力を高めることができる。これにより、燃料電池セルと集電板との密着度を向上させることができる。   According to this fuel cell unit, the repulsion member is formed in a U shape by bending a flat plate. Therefore, since the bending portion is hardened when the flat plate is bent, the strength of the bending portion is improved. Therefore, when the current collecting plate is thermally expanded and the repulsive member is pressed, the repulsive member acts on the current collecting plate. The pressure can be increased. Thereby, the adhesion degree of a fuel cell and a current collecting plate can be improved.

また、請求項３に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池ユニットにおいて、前記連結部は、前記燃料電池セルの高さ方向を軸方向として延び、前記集電板及び前記固定板は、前記連結部から該連結部の軸方向と直交する方向に延出され、前記反発部材は、前記第一板状部及び前記第二板状部の自由端が前記連結部側に位置し前記湾曲部が前記集電板及び前記固定板の延出端側に位置するように配置されても良い。 In addition, as described in claim 3 , in the fuel cell unit according to claim 1 or 2 , the connecting portion extends in a height direction of the fuel cell, and the current collecting plate and The fixed plate extends from the connecting portion in a direction perpendicular to the axial direction of the connecting portion, and the repulsion member has free ends of the first plate-like portion and the second plate-like portion on the connecting portion side. The curved portion may be disposed so as to be located on the extending end side of the current collector plate and the fixed plate.

この燃料電池ユニットによれば、反発部材は、第一板状部及び第二板状部の自由端が連結部側に位置し湾曲部が集電板及び固定板の延出端側に位置するように配置されている。したがって、集電板の熱膨張に伴い集電板及び固定板の延出端の間の隙間が狭くなる場合でも、反発部材の湾曲部が突っ張ることによって集電板への加圧力を確保することができる。   According to this fuel cell unit, the repulsion member is such that the free ends of the first plate-like portion and the second plate-like portion are located on the connecting portion side, and the curved portion is located on the extending end side of the current collector plate and the fixed plate. Are arranged as follows. Therefore, even when the gap between the current collector plate and the extending end of the fixed plate becomes narrower due to the thermal expansion of the current collector plate, the pressure applied to the current collector plate is ensured by stretching the curved portion of the repulsive member. Can do.

１
また、請求項４に記載のように、請求項１又は請求項２に記載の燃料電池ユニットにおいて、前記連結部は、前記燃料電池セルの高さ方向を軸方向として延び、前記集電板及び前記固定板は、前記連結部から該連結部の軸方向と直交する方向に延出され、前記反発部材は、前記湾曲部が前記集電板及び前記固定板の延出方向に沿って延びるように配置されても良い。 1
In addition, as described in claim 4 , in the fuel cell unit according to claim 1 or 2 , the connecting portion extends in a height direction of the fuel cell, and the current collecting plate and The fixing plate extends from the connecting portion in a direction perpendicular to the axial direction of the connecting portion, and the repulsion member has the bending portion extending along the extending direction of the current collector plate and the fixing plate. May be arranged.

この燃料電池ユニットによれば、反発部材は、湾曲部が集電板及び固定板の延出方向に沿って延びるように配置されている。したがって、集電板の熱膨張に伴い集電板及び固定板の延出端の間の隙間が狭くなる場合でも、反発部材の湾曲部が突っ張ることによって集電板への加圧力を確保することができる。   According to this fuel cell unit, the repulsion member is arranged such that the curved portion extends along the extending direction of the current collector plate and the fixed plate. Therefore, even when the gap between the current collector plate and the extending end of the fixed plate becomes narrower due to the thermal expansion of the current collector plate, the pressure applied to the current collector plate is ensured by stretching the curved portion of the repulsive member. Can do.

なお、請求項１に記載の燃料電池ユニットは、前記第一板状部と前記第二板状部との間に介在された支持部材をさらに備えている。 The fuel cell unit according to claim 1 further comprising a support member interposed between the first plate-shaped portion and the second plate-shaped portion.

この燃料電池ユニットによれば、第一板状部と第二板状部との間に支持部材が介在されている。したがって、集電板が熱膨張に伴い集電板と固定板との間の隙間が狭くなる場合でも、支持部材によって支持されることにより第一板状部及び第二板状部の撓みが抑制されるので、反発部材から集電板への加圧力を確保することができる。   According to this fuel cell unit, the support member is interposed between the first plate portion and the second plate portion. Therefore, even when the gap between the current collector plate and the fixed plate becomes narrow due to thermal expansion, the first plate portion and the second plate portion are prevented from being bent by being supported by the support member. Therefore, it is possible to ensure the pressure applied from the repulsive member to the current collector plate.

また、請求項５に記載のように、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池ユニットにおいて、前記集電板と前記固定板との間には、複数の前記反発部材が介在されても良い。 Further, as described in claim 5 , in the fuel cell unit according to any one of claims 1 to 4 , a plurality of the repulsion members are provided between the current collector plate and the fixed plate. May be interposed.

この燃料電池ユニットによれば、集電板と固定板との間には、複数の反発部材が介在されているので、この複数の反発部材によって集電板をより均等に加圧することができる。   According to this fuel cell unit, since the plurality of repulsion members are interposed between the current collector plate and the fixed plate, the current collector plates can be more evenly pressurized by the plurality of repulsion members.

請求項６に記載の燃料電池ユニットは、固体酸化物形燃料電池セルと、金属製とされ、前記燃料電池セルの高さ方向両側から前記燃料電池セルに重ね合わされた一対の集電板と、前記一対の集電板の各々に対する前記燃料電池セルと反対側に各前記集電板と対向して配置された一対の固定板と、前記一対の固定板を連結し、前記一対の固定板の離間を制限する連結部と、前記集電板と前記固定板との間に介在された反発部材と、を備え、前記連結部は、前記燃料電池セルに設けられ、前記燃料電池セルに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するセパレータと、前記セパレータと前記一対の固定板の各々との間に設けられ、前記セパレータ及び前記固定板に接合材により接合された一対のスペーサとによって構成されている。 The fuel cell unit according to claim 6 is a solid oxide fuel cell, a pair of current collector plates made of metal and superimposed on the fuel cell from both sides in the height direction of the fuel cell, A pair of fixing plates disposed opposite to each of the current collector plates on a side opposite to the fuel battery cells with respect to each of the pair of current collecting plates; and the pair of fixing plates; A connecting portion that restricts the separation, and a repelling member interposed between the current collector plate and the fixed plate, the connecting portion being provided in the fuel cell, and a fuel gas in the fuel cell And a separator for supplying an oxidant gas, and a pair of spacers provided between the separator and the pair of fixing plates and bonded to the separator and the fixing plate by a bonding material.

この燃料電池ユニットによれば、連結部は、燃料電池セルに設けられたセパレータと、セパレータと一対の固定板の各々との間に設けられた一対のスペーサとによって構成されているので、連結部の構造を簡素化することができる。これにより、燃料電池ユニットをより一層効果的に小型化することができる。   According to this fuel cell unit, the connecting portion is constituted by the separator provided in the fuel cell and the pair of spacers provided between the separator and each of the pair of fixing plates. The structure can be simplified. Thereby, a fuel cell unit can be reduced more effectively in size.

請求項７に記載の燃料電池ユニットの製造方法は、請求項６に記載の燃料電池ユニットの製造方法であって、前記燃料電池ユニットを仮組立する仮組立工程と、熱可塑性を有する前記接合材が軟化する加熱環境下に、仮組立された前記燃料電池ユニットを配置した状態で、前記一対の固定板の間に圧縮荷重を加えることにより、前記接合材を押し広げると共に、前記反発部材を圧縮変形させる加熱圧縮工程と、前記加熱圧縮工程において圧縮荷重が加えられたときの前記一対の固定板の間の距離を保った状態で前記接合材を硬化させ、前記接合材により前記一対のスペーサを前記セパレータ及び前記固定板に接合する接合工程と、を備える。 The fuel cell unit manufacturing method according to claim 7 is the fuel cell unit manufacturing method according to claim 6 , wherein the fuel cell unit is temporarily assembled, and the joining material having thermoplasticity. In a heating environment in which the fuel cell unit is temporarily placed in a heating environment in which the joint is softened, a compressive load is applied between the pair of fixing plates to expand the bonding material and compress the deformation member. The bonding material is cured while maintaining a distance between the pair of fixing plates when a compression load is applied in the heating and compression step, and the pair of spacers are separated from the separator and the A joining step for joining to the fixed plate.

この燃料電池ユニットの製造方法によれば、加熱圧縮工程において、接合材が軟化する加熱環境下にて一対の固定板の間に圧縮荷重を加えることにより、接合材を押し広げると共に、反発部材を圧縮変形させる。したがって、例えば、固定板が撓んでいたり、集電板や固定板に凹凸が生じていたりして、集電板と固定板との間のスペースに寸法誤差が生じている場合でも、この寸法誤差を吸収して反発部材を固定板及び集電板に密着させることができる。   According to this method of manufacturing a fuel cell unit, in the heating and compression step, a compressive load is applied between a pair of fixed plates in a heating environment in which the bonding material is softened, thereby spreading the bonding material and compressing and deforming the repulsive member. Let Therefore, even if, for example, the fixed plate is bent or the current collector plate or the fixed plate is uneven, there is a dimensional error in the space between the current collector plate and the fixed plate. And the repulsive member can be brought into close contact with the fixed plate and the current collector plate.

また、接合工程では、加熱圧縮工程にて圧縮荷重を加えたときの一対の固定板の間の距離を保った状態で接合材を硬化させるので、燃料電池ユニットの稼働時の高温環境下において、集電板が熱膨張したときには、集電板が反発部材を確実に押圧する。これにより、反発部材から集電板に加圧力（反発力）をより効果的に作用させることができる。   Also, in the joining process, the joining material is cured while maintaining the distance between the pair of fixed plates when a compression load is applied in the heating and compressing process, so that current collection is performed in a high temperature environment when the fuel cell unit is in operation. When the plate is thermally expanded, the current collecting plate reliably presses the repulsive member. Thereby, the applied pressure (repulsive force) can be more effectively applied from the repulsive member to the current collector plate.

以上詳述したように、本発明によれば、熱膨張差が発生する高温環境下においても燃料電池セルと集電板との密着度を確保できると共に、燃料電池ユニットを小型化することができる。   As described above in detail, according to the present invention, the degree of adhesion between the fuel cell and the current collector plate can be ensured even in a high-temperature environment where a difference in thermal expansion occurs, and the fuel cell unit can be downsized. .

燃料電池ユニットの正面断面図である。It is front sectional drawing of a fuel cell unit. 燃料電池ユニットの平面図である。It is a top view of a fuel cell unit. 燃料電池スタックの構成要素である燃料電池セルの斜視図である。It is a perspective view of the fuel cell which is a component of a fuel cell stack. 反発部材の斜視図である。It is a perspective view of a repulsion member. 燃料電池ユニットの製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of a fuel cell unit. 燃料電池ユニットの第一変形例を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the 1st modification of a fuel cell unit. 燃料電池ユニットの第二変形例を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the 2nd modification of a fuel cell unit. 燃料電池ユニットの第三変形例を示す二面図（正面断面図及び側面断面図）である。It is a two-view figure (front sectional drawing and side sectional drawing) which shows the 3rd modification of a fuel cell unit. 燃料電池ユニットの第四変形例を示す正面断面図である。It is front sectional drawing which shows the 4th modification of a fuel cell unit.

以下、本発明の一実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る燃料電池ユニット１０は、燃料電池スタック１２と、一対の集電板１４と、一対の固定板１６と、連結部１８と、複数の反発部材２０Ａ，２０Ｂとを備える。   As shown in FIG. 1, a fuel cell unit 10 according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 12, a pair of current collecting plates 14, a pair of fixing plates 16, a connecting portion 18, and a plurality of Repulsion members 20A and 20B are provided.

なお、各図において、矢印Ｘ、矢印Ｙ、矢印Ｚは、燃料電池ユニット１０の横幅方向、奥行方向、高さ方向をそれぞれ示している。本実施形態では、一例として、矢印Ｘ方向が横幅方向とされ、矢印Ｙ方向が奥行方向とされているが、矢印Ｘ方向が奥行方向とされ、矢印Ｙ方向が横幅方向とされても良い。   In each figure, an arrow X, an arrow Y, and an arrow Z indicate the lateral width direction, the depth direction, and the height direction of the fuel cell unit 10, respectively. In the present embodiment, as an example, the arrow X direction is the horizontal direction and the arrow Y direction is the depth direction, but the arrow X direction may be the depth direction and the arrow Y direction may be the horizontal direction.

この燃料電池ユニット１０において、燃料電池スタック１２よりも上側の部分と、燃料電池スタック１２よりも下側の部分とは、燃料電池スタック１２を中心に上下対称に配置されている。   In the fuel cell unit 10, the upper part of the fuel cell stack 12 and the lower part of the fuel cell stack 12 are arranged vertically symmetrically about the fuel cell stack 12.

燃料電池スタック１２は、固体酸化物形であり、この燃料電池スタック１２の構成要素である燃料電池セル１２Ａは、より具体的には、図３に示されるように、平板形固体酸化物により形成された電解質層２２と、この電解質層２２の表裏面にそれぞれ積層された燃料極２４及び空気極２６とを有する。   The fuel cell stack 12 is in the form of a solid oxide, and more specifically, the fuel cell 12A that is a component of the fuel cell stack 12 is formed of a flat solid oxide as shown in FIG. And a fuel electrode 24 and an air electrode 26 laminated on the front and back surfaces of the electrolyte layer 22, respectively.

この燃料電池スタック１２には、図１に示されるように、セパレータ２８が設けられている。このセパレータ２８には、燃料ガス及び酸化剤ガスが流れる流路がそれぞれ形成されており、この流路を通じて、図３に示される燃料極２４及び空気極２６には、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 12 is provided with a separator 28. The separator 28 is formed with flow paths through which fuel gas and oxidant gas flow. Through these flow paths, fuel gas and oxidant gas are passed to the fuel electrode 24 and the air electrode 26 shown in FIG. Supplied.

そして、空気極２６では、下記式（１）で示されるように、酸化剤ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層２２を通って燃料極２４に到達する。   In the air electrode 26, as shown by the following formula (1), oxygen and electrons in the oxidant gas react to generate oxygen ions. The oxygen ions reach the fuel electrode 24 through the electrolyte layer 22.

＜空気極反応＞
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− ・・・（１） <Air electrode reaction>
1 / 2O 2 + 2e − → O 2− (1)

一方、燃料極２４では、下記式（２）及び式（３）で示されるように、電解質層２２を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水（水蒸気）及び二酸化炭素と、電子が生成される。燃料極２４で生成された電子は、外部回路を通って空気極２６に到達する。そして、このようにして電子が燃料極２４から空気極２６に移動することにより、燃料電池スタック１２において発電される。また、燃料電池スタック１２は、発電時に上記反応に伴って発熱する。   On the other hand, in the fuel electrode 24, as shown by the following formulas (2) and (3), oxygen ions that have passed through the electrolyte layer 22 react with hydrogen and carbon monoxide in the fuel gas, and water (water vapor). And carbon dioxide and electrons are generated. Electrons generated at the fuel electrode 24 reach the air electrode 26 through an external circuit. In this way, the electrons move from the fuel electrode 24 to the air electrode 26, thereby generating power in the fuel cell stack 12. Further, the fuel cell stack 12 generates heat with the above reaction during power generation.

＜燃料極反応＞
Ｈ２ ＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ− ・・・（３） <Fuel electrode reaction>
H 2 + O 2− → H 2 O + 2e − (2)
CO + O 2− → CO 2 + 2e − (3)

図１に示される一対の集電板１４は、平板状に形成されている。この一対の集電板１４は、金属製とされている。一対の集電板１４は、燃料電池スタック１２の高さ方向両側（厚さ方向両側）から燃料電池スタック１２に重ね合わされている。一対の集電板１４には、燃料電池スタック１２の側面から突出する電流取出部３０がそれぞれ形成されており、燃料電池スタック１２で得られた電流は、電流取出部３０を通じて外部に取り出される。   The pair of current collector plates 14 shown in FIG. 1 are formed in a flat plate shape. The pair of current collecting plates 14 is made of metal. The pair of current collecting plates 14 are superimposed on the fuel cell stack 12 from both sides in the height direction (both sides in the thickness direction) of the fuel cell stack 12. Each of the pair of current collector plates 14 is formed with a current extraction portion 30 protruding from the side surface of the fuel cell stack 12, and the current obtained by the fuel cell stack 12 is extracted outside through the current extraction portion 30.

一対の固定板１６は、一対の集電板１４と同様に、平板状に形成されている。この一対の固定板１６は、一対の集電板１４の各々に対する燃料電池スタック１２と反対側に各集電板１４と対向して配置されている。一対の固定板１６には、集電板１４の電流取出部３０と反対側に延びる被接合部３２がそれぞれ形成されている。   The pair of fixed plates 16 are formed in a flat plate shape, like the pair of current collector plates 14. The pair of fixed plates 16 are disposed opposite to the current collector plates 14 on the side opposite to the fuel cell stack 12 with respect to each of the pair of current collector plates 14. The pair of fixed plates 16 are respectively formed with joined portions 32 extending on the side opposite to the current extraction portion 30 of the current collector plate 14.

連結部１８は、上述の燃料電池スタック１２に設けられたセパレータ２８と、一対のスペーサ３４によって構成されている。このセパレータ２８及び一対のスペーサ３４は、例えば、集電板１４よりも熱膨張率の低い材料で形成される（例えば、セラミックス製とされる）。   The connecting portion 18 includes a separator 28 provided in the fuel cell stack 12 and a pair of spacers 34. The separator 28 and the pair of spacers 34 are made of, for example, a material having a lower coefficient of thermal expansion than that of the current collector plate 14 (for example, made of ceramics).

一対のスペーサ３４は、セパレータ２８と一対の固定板１６の各々との間に設けられている。この一対のスペーサ３４は、セパレータ２８及び固定板１６に接合材３６，３８によりそれぞれ接合されている。接合材３６，３８は、熱可塑性を有する材料で形成されている。この接合材３６，３８としては、例えば、結晶化ガラスが使用される。   The pair of spacers 34 is provided between the separator 28 and each of the pair of fixing plates 16. The pair of spacers 34 are bonded to the separator 28 and the fixing plate 16 by bonding materials 36 and 38, respectively. The bonding materials 36 and 38 are made of a material having thermoplasticity. As the bonding materials 36 and 38, for example, crystallized glass is used.

そして、接合材３６によりセパレータ２８及び一対のスペーサ３４が接合されることにより、燃料電池スタック１２の高さ方向を軸方向として延びる連結部１８が形成されている。   The separator 28 and the pair of spacers 34 are joined by the joining material 36, thereby forming the connecting portion 18 that extends with the height direction of the fuel cell stack 12 as the axial direction.

また、この連結部１８が一対の固定板１６に形成された被接合部３２に接合材３６によって接合されることにより、一対の固定板１６の被接合部３２は、連結部１８によって連結されている。さらに、このようにして一対の固定板１６が連結部１８によって連結されることにより、この一対の固定板１６の離間（矢印Ｚ方向への離間）が連結部１８によって制限されている。   In addition, the joining portion 18 is joined to the joined portion 32 formed on the pair of fixing plates 16 by the joining material 36, so that the joined portions 32 of the pair of fixing plates 16 are joined by the joining portion 18. Yes. Further, the pair of fixing plates 16 are connected by the connecting portion 18 in this manner, so that the separation (separation in the arrow Z direction) of the pair of fixing plates 16 is limited by the connecting portion 18.

この連結部１８は、一対の固定板１６の被接合部３２に接合されており、集電板１４及び固定板１６は、連結部１８から該連結部１８の軸方向と直交する方向（一例として、矢印Ｘ方向）に延出されている。上側の集電板１４と固定板１６との間、及び、下側の集電板１４と固定板１６との間には、それぞれ一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂが介在されている。   The connecting portion 18 is joined to the joined portions 32 of the pair of fixing plates 16, and the current collecting plate 14 and the fixing plate 16 are arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the connecting portion 18 from the connecting portion 18 (for example, , Arrow X direction). A pair of repulsive members 20A and 20B are interposed between the upper current collecting plate 14 and the fixed plate 16, and between the lower current collecting plate 14 and the fixed plate 16, respectively.

一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂは、金属製とされている。この一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂには、例えば、フェライト系ステンレス（ZMG232L）や、オーステナイト系ステンレス（SUS310S）が好適に使用される。   The pair of repulsive members 20A and 20B are made of metal. For example, ferritic stainless steel (ZMG232L) or austenitic stainless steel (SUS310S) is preferably used for the pair of repulsive members 20A and 20B.

この一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂは、互いに同一の構成とされている。この一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂの構成を一方の反発部材２０Ａを例に説明すると、図４に示されるように、反発部材２０Ａは、第一板状部４０と、第二板状部４２と、第一板状部４０と第二板状部４２とを繋ぐ湾曲部４４とを有するＵ字状に形成されている。この反発部材２０Ａは、例えば、平板を曲げ加工することによりＵ字状に形成されている。   The pair of repulsion members 20A and 20B have the same configuration. The structure of the pair of repelling members 20A and 20B will be described by taking one repelling member 20A as an example. As shown in FIG. 4, the repelling member 20A includes a first plate-like portion 40, a second plate-like portion 42, and The first plate-like portion 40 and the second plate-like portion 42 are formed in a U shape having a curved portion 44 that connects the second plate-like portion 42 and the second plate-like portion 42. The repulsive member 20A is formed in a U shape by, for example, bending a flat plate.

図１に示されるように、一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂにおいて、第一板状部４０は、集電板１４に沿って延在されて集電板１４に重ね合わされており、第二板状部４２は、固定板１６に沿って延在されて固定板１６に重ね合わされている。また、湾曲部４４は、より具体的には、半円弧状に形成されている。   As shown in FIG. 1, in the pair of repulsive members 20 </ b> A and 20 </ b> B, the first plate-like portion 40 extends along the current collecting plate 14 and is superimposed on the current collecting plate 14. The part 42 extends along the fixed plate 16 and overlaps the fixed plate 16. The bending portion 44 is more specifically formed in a semicircular arc shape.

この一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂは、連結部１８に対して集電板１４及び固定板１６が延出する方向（一例として、矢印Ｘ方向）に並んで配置されている。また、一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂのうち集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置する反発部材２０Ａは、第一板状部４０及び第二板状部４２の自由端が連結部１８側に位置し湾曲部４４が集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置するように配置されている。   The pair of repulsive members 20 </ b> A and 20 </ b> B are arranged side by side in the direction in which the current collector plate 14 and the fixed plate 16 extend with respect to the connecting portion 18 (in the direction of the arrow X as an example). The repulsion member 20A located on the extending end side of the current collecting plate 14 and the fixed plate 16 of the pair of repulsion members 20A and 20B is connected to the free ends of the first plate portion 40 and the second plate portion 42. The curved portion 44 is located on the side of the portion 18 and is disposed on the extending end side of the current collector plate 14 and the fixed plate 16.

これに対し、一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂのうち連結部１８側に位置する反発部材２０Ｂは、第一板状部４０及び第二板状部４２の自由端が集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置し湾曲部４４が連結部１８側に位置するように配置されている。   On the other hand, in the repulsion member 20B located on the connecting portion 18 side of the pair of repulsion members 20A and 20B, the free ends of the first plate portion 40 and the second plate portion 42 are the current collector plate 14 and the fixed plate 16. The bending portion 44 is disposed on the extending end side of the connecting portion 18 so as to be positioned on the connecting portion 18 side.

また、図２に示されるように、一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂは、いずれも平面視にて集電板１４及び固定板１６の延出方向と直交する方向（一例として、矢印Ｙ方向）に沿って延びるように長尺状に形成されている。   Further, as shown in FIG. 2, the pair of repulsive members 20A and 20B are both in a direction orthogonal to the extending direction of the current collector plate 14 and the fixed plate 16 (in the direction of arrow Y as an example) in plan view. It is formed in a long shape so as to extend along.

次に、本発明の一実施形態に係る燃料電池ユニット１０の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell unit 10 according to an embodiment of the present invention will be described.

＜仮組立工程＞
先ず、仮組立工程では、図５の左図に示されるように、燃料電池スタック１２の高さ方向両側に一対の集電板１４が配置されると共に、一対の集電板１４の各々に対する燃料電池スタック１２と反対側に一対の固定板１６が配置され、かつ、集電板１４と固定板１６との間に反発部材２０Ａ，２０Ｂが配置される。 <Temporary assembly process>
First, in the temporary assembly step, as shown in the left diagram of FIG. 5, a pair of current collecting plates 14 are arranged on both sides in the height direction of the fuel cell stack 12, and fuel for each of the pair of current collecting plates 14 is disposed. A pair of fixed plates 16 are disposed on the opposite side of the battery stack 12, and repulsive members 20 </ b> A and 20 </ b> B are disposed between the current collector plate 14 and the fixed plate 16.

また、上記作業と同時又は前後して、燃料電池スタック１２に設けられたセパレータ２８と一対の固定板１６の各々との間に一対のスペーサ３４がそれぞれ配置されると共に、セパレータ２８とスペーサ３４との間、及び、スペーサ３４と固定板１６との間に接合材３６，３８がそれぞれ配置される。   A pair of spacers 34 is disposed between the separator 28 provided in the fuel cell stack 12 and each of the pair of fixing plates 16 at the same time as or before or after the above operation, and the separator 28 and the spacer 34 And the bonding materials 36 and 38 are disposed between the spacer 34 and the fixing plate 16, respectively.

＜加熱圧縮工程＞
続いて、加熱圧縮工程では、図５の中図に示されるように、接合材３６，３８が軟化する加熱環境下（電気炉内）に、上述の仮組立された燃料電池ユニット１０が配置される。このとき、燃料電池ユニット１０は、炉床５０の上に載置される。 <Heat compression process>
Subsequently, in the heat compression process, as shown in the middle diagram of FIG. 5, the above temporarily assembled fuel cell unit 10 is disposed in a heating environment (in the electric furnace) in which the bonding materials 36 and 38 are softened. The At this time, the fuel cell unit 10 is placed on the hearth 50.

そして、上側の固定板１６に下向きの荷重Ｆが加えられることにより、一対の固定板１６の間に圧縮荷重が作用し、これにより、セパレータ２８とスペーサ３４の間の接合材３６、及び、スペーサ３４と固定板１６の間の接合材３８が押し広げられる。また、集電板１４と固定板１６の間の反発部材２０Ａ，２０Ｂが圧縮変形される。   Then, when a downward load F is applied to the upper fixing plate 16, a compressive load acts between the pair of fixing plates 16, whereby the bonding material 36 between the separator 28 and the spacer 34, and the spacer The bonding material 38 between 34 and the fixing plate 16 is spread. Further, the repulsive members 20A and 20B between the current collecting plate 14 and the fixed plate 16 are compressed and deformed.

このようにして接合材３６，３８が押し広げられると共に、反発部材２０Ａ，２０Ｂが圧縮変形されることにより、例えば、固定板１６が撓んでいたり、集電板１４や固定板１６に凹凸が生じていたりして、集電板１４と固定板１６との間のスペースに寸法誤差が生じている場合でも、この寸法誤差が吸収される。また、この加熱圧縮工程では、結晶化ガラス製の接合材３６，３８が焼成される。   In this way, the bonding materials 36 and 38 are pushed and spread, and the repulsive members 20A and 20B are compressed and deformed, for example, the fixing plate 16 is bent, or the current collecting plate 14 and the fixing plate 16 are uneven. Even if a dimensional error occurs in the space between the current collector plate 14 and the fixed plate 16, the dimensional error is absorbed. Further, in this heating and compression step, the bonding materials 36 and 38 made of crystallized glass are fired.

＜接合工程＞
次いで、接合工程では、図５の右図に示されるように、上述の加熱圧縮工程において圧縮荷重が加えられたときの一対の固定板１６の間の距離が保たれた状態で接合材３６，３８が硬化される。そして、この接合材３６，３８により一対のスペーサ３４がセパレータ２８及び固定板１６に接合され、燃料電池ユニット１０の組み立てが完了する。 <Joint process>
Next, in the joining process, as shown in the right diagram of FIG. 5, the joining material 36, with the distance between the pair of fixed plates 16 maintained when a compression load is applied in the heating and compressing process described above. 38 is cured. The pair of spacers 34 are joined to the separator 28 and the fixing plate 16 by the joining materials 36 and 38, and the assembly of the fuel cell unit 10 is completed.

次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect of one embodiment of the present invention will be described.

以上詳述したように、本発明の一実施形態に係る燃料電池ユニット１０によれば、集電板１４と固定板１６との間には、反発部材２０Ａ，２０Ｂが介在されている。そして、燃料電池スタック１２が発電に伴い発熱されて金属製の集電板１４が熱膨張されると、集電板１４と固定板１６との間の隙間が狭くなることで反発部材２０Ａ，２０Ｂが押圧され、反発部材２０Ａ，２０Ｂから集電板１４に加圧力（反発力）が作用する。したがって、反発部材２０Ａ，２０Ｂから集電板１４に加圧力が作用することにより、熱膨張差が発生する高温環境下においても燃料電池スタック１２と集電板１４との密着度を確保することができる。   As described above in detail, according to the fuel cell unit 10 according to an embodiment of the present invention, the repulsion members 20A and 20B are interposed between the current collector plate 14 and the fixed plate 16. When the fuel cell stack 12 is heated by power generation and the metal current collector plate 14 is thermally expanded, the gap between the current collector plate 14 and the fixed plate 16 is narrowed, thereby repelling members 20A and 20B. Is pressed, and pressure (repulsive force) acts on the current collecting plate 14 from the repulsive members 20A and 20B. Therefore, by applying pressure to the current collector plate 14 from the repulsive members 20A and 20B, it is possible to ensure the adhesion between the fuel cell stack 12 and the current collector plate 14 even in a high temperature environment where a difference in thermal expansion occurs. it can.

しかも、反発部材２０Ａ，２０Ｂは、集電板１４と固定板１６との間に介在（内包）されているので、例えば、集電板１４及び固定板１６の外部に加圧機構等を設ける場合に比して、燃料電池ユニット１０を小型化することができる。   Moreover, since the repulsion members 20A and 20B are interposed (included) between the current collecting plate 14 and the fixed plate 16, for example, when a pressurizing mechanism or the like is provided outside the current collecting plate 14 and the fixed plate 16. Compared to the above, the fuel cell unit 10 can be downsized.

また、反発部材２０Ａ，２０Ｂは、Ｕ字状に形成された簡単な構造であるので、コストダウンすることができる。   Further, since the repelling members 20A and 20B have a simple structure formed in a U shape, the cost can be reduced.

また、反発部材２０Ａ，２０Ｂは、板状の第一板状部４０及び第二板状部４２を有しており、この第一板状部４０及び第二板状部４２が集電板１４及び固定板１６にそれぞれ重ね合わされているので（平面で接触されているので）、燃料電池スタック１２と集電板１４との密着度を広い範囲に亘って確保することができる。   Further, the repulsive members 20A and 20B have a plate-like first plate-like portion 40 and a second plate-like portion 42, and the first plate-like portion 40 and the second plate-like portion 42 are the current collecting plate 14. In addition, since they are respectively superimposed on the fixed plate 16 (being in contact with a flat surface), the adhesion between the fuel cell stack 12 and the current collector plate 14 can be ensured over a wide range.

また、反発部材２０Ａ，２０Ｂは、平板を曲げ加工することによりＵ字状に形成されている。したがって、平板の曲げ加工時に湾曲部４４が加工硬化することにより湾曲部４４の強度が向上するので、集電板１４が熱膨張されて反発部材２０Ａ，２０Ｂが押圧されたときには、反発部材２０Ａ，２０Ｂから集電板１４に作用する加圧力を高めることができる。これにより、燃料電池スタック１２と集電板１４との密着度を向上させることができる。   The repulsion members 20A and 20B are formed in a U shape by bending a flat plate. Accordingly, since the bending portion 44 is hardened during work bending of the flat plate, the strength of the bending portion 44 is improved. Therefore, when the current collecting plate 14 is thermally expanded and the repelling members 20A and 20B are pressed, the repelling members 20A and 20B The applied pressure acting on the current collector plate 14 from 20B can be increased. Thereby, the adhesion degree of the fuel cell stack 12 and the current collector plate 14 can be improved.

また、一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂのうち集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置する反発部材２０Ａは、第一板状部４０及び第二板状部４２の自由端が連結部１８側に位置し湾曲部４４が集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置するように配置されている。したがって、集電板１４の熱膨張に伴い集電板１４及び固定板１６の延出端の間の隙間が狭くなる場合でも、反発部材２０Ａの湾曲部４４が突っ張ることによって集電板１４への加圧力を確保することができる。   The repulsion member 20A located on the extending end side of the current collecting plate 14 and the fixed plate 16 of the pair of repulsion members 20A and 20B is connected to the free ends of the first plate portion 40 and the second plate portion 42. The curved portion 44 is located on the side of the portion 18 and is disposed on the extending end side of the current collector plate 14 and the fixed plate 16. Therefore, even when the gap between the extending ends of the current collecting plate 14 and the fixed plate 16 becomes narrower due to the thermal expansion of the current collecting plate 14, the curved portion 44 of the repulsive member 20A is stretched to the current collecting plate 14. A pressing force can be secured.

また、集電板１４と固定板１６との間には、複数の反発部材２０Ａ，２０Ｂが介在されているので、この複数の反発部材２０Ａ，２０Ｂによって集電板１４をより均等に加圧することができる。   Further, since the plurality of repulsive members 20A and 20B are interposed between the current collecting plate 14 and the fixed plate 16, the current collecting plate 14 is more evenly pressurized by the plurality of repelling members 20A and 20B. Can do.

また、連結部１８は、燃料電池スタック１２に設けられたセパレータ２８と、セパレータ２８と一対の固定板１６の各々との間に設けられた一対のスペーサ３４とによって構成されているので、連結部１８の構造を簡素化することができる。これにより、燃料電池ユニット１０をより一層効果的に小型化することができる。   Further, since the connecting portion 18 includes a separator 28 provided in the fuel cell stack 12 and a pair of spacers 34 provided between the separator 28 and each of the pair of fixing plates 16, the connecting portion 18 The structure of 18 can be simplified. Thereby, the fuel cell unit 10 can be further downsized more effectively.

また、本発明の一実施形態に係る燃料電池ユニット１０の製造方法によれば、加熱圧縮工程において、接合材３６，３８が軟化する加熱環境下にて一対の固定板１６の間に圧縮荷重を加えることにより、接合材３６，３８を押し広げると共に、反発部材２０Ａ，２０Ｂを圧縮変形させる。したがって、例えば、固定板１６が撓んでいたり、集電板１４や固定板１６に凹凸が生じていたりして、集電板１４と固定板１６との間のスペースに寸法誤差が生じている場合でも、この寸法誤差を吸収して反発部材２０Ａ，２０Ｂを固定板１６及び集電板１４に密着させることができる。   Moreover, according to the manufacturing method of the fuel cell unit 10 according to the embodiment of the present invention, in the heating and compression process, a compression load is applied between the pair of fixed plates 16 in a heating environment in which the bonding materials 36 and 38 are softened. By adding, the bonding materials 36 and 38 are expanded and the repulsive members 20A and 20B are compressed and deformed. Therefore, for example, when the fixing plate 16 is bent, or the current collecting plate 14 or the fixing plate 16 is uneven, resulting in a dimensional error in the space between the current collecting plate 14 and the fixing plate 16. However, the repulsion members 20A and 20B can be brought into close contact with the fixed plate 16 and the current collector plate 14 by absorbing this dimensional error.

また、接合工程では、加熱圧縮工程にて圧縮荷重を加えたときの一対の固定板１６の間の距離を保った状態で接合材３６，３８を硬化させるので、燃料電池ユニット１０の稼働時の高温環境下において、集電板１４が熱膨張したときには、集電板１４が反発部材２０Ａ，２０Ｂを確実に押圧する。これにより、反発部材２０Ａ，２０Ｂから集電板１４に加圧力（反発力）をより効果的に作用させることができる。   Further, in the joining process, the joining materials 36 and 38 are cured while maintaining the distance between the pair of fixed plates 16 when a compression load is applied in the heating and compressing process. Therefore, when the fuel cell unit 10 is in operation. When the current collecting plate 14 is thermally expanded in a high temperature environment, the current collecting plate 14 reliably presses the repelling members 20A and 20B. Thereby, the applied pressure (repulsive force) can be more effectively applied to the current collecting plate 14 from the repelling members 20A and 20B.

次に、本発明の一実施形態の変形例について説明する。   Next, a modification of one embodiment of the present invention will be described.

＜第一変形例＞
上記実施形態において、一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂのうち連結部１８側に位置する反発部材２０Ｂは、第一板状部４０及び第二板状部４２の自由端が集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置し湾曲部４４が連結部１８側に位置するように配置されている。しかしながら、図６の第一変形例に示されるように、反発部材２０Ｂも、反発部材２０Ａと同様に、第一板状部４０及び第二板状部４２の自由端が連結部１８側に位置し湾曲部４４が集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置するように配置されていても良い。 <First modification>
In the above embodiment, the repulsion member 20B located on the connecting portion 18 side of the pair of repulsion members 20A and 20B is such that the free ends of the first plate portion 40 and the second plate portion 42 are the current collector plate 14 and the fixed plate. 16 is arranged so that the bending portion 44 is located on the connecting end 18 side. However, as shown in the first modification of FIG. 6, the repulsion member 20B also has the free ends of the first plate-like portion 40 and the second plate-like portion 42 located on the connecting portion 18 side, similarly to the repulsion member 20A. The curved portion 44 may be disposed so as to be positioned on the extending end side of the current collector plate 14 and the fixed plate 16.

このように構成されていると、集電板１４の熱膨張に伴い集電板１４及び固定板１６の延出端の間の隙間が狭くなる場合には、反発部材２０Ａ，２０Ｂの湾曲部４４が突っ張ることによって集電板１４への加圧力をより一層高めることができる。   With this configuration, when the gap between the extending ends of the current collecting plate 14 and the fixed plate 16 becomes narrower due to the thermal expansion of the current collecting plate 14, the curved portions 44 of the repulsive members 20A and 20B. The pressure applied to the current collector plate 14 can be further increased by stretching.

＜第二変形例＞
また、上記実施形態では、集電板１４と固定板１６との間に一対の反発部材２０Ａ，２０Ｂが設けられている。しかしながら、図７の第二変形例に示されるように、集電板１４と固定板１６との間には、一つの反発部材２０が設けられても良い。また、この場合に、この一つの反発部材２０の第一板状部４０及び第二板状部４２は、上述の反発部材２０Ａ，２０Ｂの第一板状部４０及び第二板状部４２の二つ分の長さを有するように形成されていても良い。 <Second modification>
In the above embodiment, a pair of repulsion members 20 </ b> A and 20 </ b> B are provided between the current collector plate 14 and the fixed plate 16. However, as shown in the second modification of FIG. 7, one repulsion member 20 may be provided between the current collector plate 14 and the fixed plate 16. In this case, the first plate-like portion 40 and the second plate-like portion 42 of this one repulsive member 20 are the same as the first plate-like portion 40 and the second plate-like portion 42 of the above-mentioned repulsive members 20A and 20B. It may be formed to have a length of two.

このように、集電板１４と固定板１６との間の反発部材２０の数が一つとされていると、部材点数を削減することができるので、コストダウンすることができる。   Thus, when the number of the repulsive members 20 between the current collecting plate 14 and the fixed plate 16 is one, the number of members can be reduced, so that the cost can be reduced.

＜第三変形例＞
また、図７の第二変形例において、反発部材２０は、第一板状部４０及び第二板状部４２の自由端が連結部１８側に位置し湾曲部４４が集電板１４及び固定板１６の延出端側に位置するように配置されている。しかしながら、図８の第三変形例に示されるように、反発部材２０は、湾曲部４４が集電板１４及び固定板１６の延出方向（一例として、矢印Ｘ方向）に沿って延びるように配置されていても良い。 <Third modification>
Further, in the second modification of FIG. 7, the repulsive member 20 includes the first plate-like portion 40 and the second plate-like portion 42 with the free ends positioned on the connecting portion 18 side and the curved portion 44 fixed to the current collector plate 14. It arrange | positions so that it may be located in the extension end side of the board 16. FIG. However, as shown in the third modified example of FIG. 8, the repulsive member 20 has the curved portion 44 extending along the extending direction of the current collector plate 14 and the fixed plate 16 (as an example, the direction of the arrow X). It may be arranged.

このように反発部材２０が配置されていても、集電板１４の熱膨張に伴い集電板１４及び固定板１６の延出端の間の隙間が狭くなる場合には、反発部材２０の湾曲部４４が突っ張ることによって集電板１４への加圧力を確保することができる。   Even when the repulsive member 20 is arranged in this way, when the gap between the extending ends of the current collector plate 14 and the fixed plate 16 becomes narrower due to the thermal expansion of the current collector plate 14, the rebound member 20 is curved. The pressure applied to the current collector plate 14 can be ensured by stretching the portion 44.

＜第四変形例＞
また、図９の第四変形例に示されるように、上記実施形態において、第一板状部４０と第二板状部４２との間には、支持部材４６が介在されていても良い。支持部材４６には、例えば、集成マイカ等の熱膨張率の低い材料が好適である。 <Fourth modification>
Further, as shown in the fourth modified example of FIG. 9, in the above embodiment, a support member 46 may be interposed between the first plate-like portion 40 and the second plate-like portion 42. For the support member 46, for example, a material having a low coefficient of thermal expansion such as laminated mica is suitable.

このように構成されていると、集電板１４が熱膨張に伴い集電板１４と固定板１６との間の隙間が狭くなる場合には、支持部材４６によって支持されることにより第一板状部４０及び第二板状部４２の撓みが抑制される。したがって、反発部材２０Ａ，２０Ｂから集電板１４への加圧力を確保することができる。   With such a configuration, when the gap between the current collector plate 14 and the fixed plate 16 becomes narrow due to thermal expansion of the current collector plate 14, the first plate is supported by the support member 46. The bending of the shaped part 40 and the second plate-like part 42 is suppressed. Therefore, it is possible to ensure the pressure applied to the current collector plate 14 from the repulsive members 20A and 20B.

＜その他の変形例＞
また、上記実施形態において、接合材３６，３８には、一例として、結晶化ガラスが使用されているが、結晶化ガラス以外の熱可塑性を有する材料が使用されていても良い。 <Other variations>
Moreover, in the said embodiment, although crystallized glass is used for the joining materials 36 and 38 as an example, the material which has thermoplasticity other than crystallized glass may be used.

また、上記実施形態において、燃料電池ユニット１０には、燃料電池スタック１２が設けられているが、燃料電池スタック１２の代わりに、燃料電池スタックの構成要素である燃料電池セル（単セル）が用いられても良い。そして、この燃料電池セルの高さ方向両側から一対の集電板１４が燃料電池セルに重ね合わされても良い。   In the above embodiment, the fuel cell unit 10 is provided with the fuel cell stack 12. Instead of the fuel cell stack 12, a fuel cell (single cell) that is a component of the fuel cell stack is used. May be. Then, a pair of current collecting plates 14 may be superimposed on the fuel cell from both sides in the height direction of the fuel cell.

また、上記実施形態において、連結部１８は、セパレータ２８と、一対のスペーサ３４とによって構成されているが、セパレータ２８及び一対のスペーサ３４以外の部材によって構成されていても良い。   In the above-described embodiment, the connecting portion 18 is configured by the separator 28 and the pair of spacers 34, but may be configured by a member other than the separator 28 and the pair of spacers 34.

また、上記実施形態において、連結部１８は、一対の固定板１６の端側に配置されているが、一対の固定板１６のどの位置に設けられていても良い。また、図１に示される燃料電池ユニット１０は、連結部１８を中心に左右対称に構成されていても良い。   In the above embodiment, the connecting portion 18 is disposed on the end side of the pair of fixing plates 16, but may be provided at any position of the pair of fixing plates 16. Further, the fuel cell unit 10 shown in FIG. 1 may be configured symmetrically about the connecting portion 18.

なお、上記複数の変形例のうち組み合わせ可能な変形例は、適宜、組み合わされても良い。   It should be noted that the combinations that can be combined among the plurality of modifications may be combined as appropriate.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above, and other various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is.

１０…燃料電池ユニット、１２…燃料電池スタック、１２Ａ…燃料電池セル、１４…集電板、１６…固定板、１８…連結部、２０，２０Ａ，２０Ｂ…反発部材、２２…電解質層、２４…燃料極、２６…空気極、２８…セパレータ、３０…電流取出部、３２…被接合部、３４…スペーサ、３６，３８…接合材、４０…第一板状部、４２…第二板状部、４４…湾曲部、４６…支持部材、５０…炉床 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell unit, 12 ... Fuel cell stack, 12A ... Fuel cell, 14 ... Current collecting plate, 16 ... Fixing plate, 18 ... Connection part, 20, 20A, 20B ... Repulsion member, 22 ... Electrolyte layer, 24 ... Fuel electrode, 26 ... Air electrode, 28 ... Separator, 30 ... Current extraction part, 32 ... Joined part, 34 ... Spacer, 36, 38 ... Joining material, 40 ... First plate part, 42 ... Second plate part 44 ... curved portion, 46 ... support member, 50 ... hearth

Claims (7)

固体酸化物形燃料電池セルと、
金属製とされ、前記燃料電池セルの高さ方向両側から前記燃料電池セルに重ね合わされた一対の集電板と、
前記一対の集電板の各々に対する前記燃料電池セルと反対側に各前記集電板と対向して配置された一対の固定板と、
前記一対の固定板を連結し、前記一対の固定板の離間を制限する連結部と、
前記集電板に重ね合わされた第一板状部と、前記固定板に重ね合わされた第二板状部と、前記第一板状部と前記第二板状部とを繋ぐ湾曲部とを有するＵ字状に形成され、前記集電板と前記固定板との間に介在された反発部材と、
前記第一板状部と前記第二板状部との間に介在された支持部材と、
を備える燃料電池ユニット。 A solid oxide fuel cell;
A pair of current collector plates made of metal and superimposed on the fuel cell from both sides in the height direction of the fuel cell,
A pair of fixed plates disposed opposite to each of the current collector plates on the opposite side of the fuel cell to each of the pair of current collector plates;
A connecting portion that connects the pair of fixing plates and restricts the separation of the pair of fixing plates;
A first plate-shaped portion superimposed on the current collector plate; a second plate-shaped portion superimposed on the fixed plate; and a curved portion connecting the first plate-shaped portion and the second plate-shaped portion. A repulsive member formed in a U shape and interposed between the current collector plate and the fixed plate;
A support member interposed between the first plate-like portion and the second plate-like portion;
A fuel cell unit comprising: 前記反発部材は、平板を曲げ加工することによりＵ字状に形成されている、
請求項１に記載の燃料電池ユニット。 The repulsion member is formed in a U shape by bending a flat plate.
The fuel cell unit according to claim 1 . 前記連結部は、前記燃料電池セルの高さ方向を軸方向として延び、
前記集電板及び前記固定板は、前記連結部から該連結部の軸方向と直交する方向に延出され、
前記反発部材は、前記第一板状部及び前記第二板状部の自由端が前記連結部側に位置し前記湾曲部が前記集電板及び前記固定板の延出端側に位置するように配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池ユニット。 The connecting portion extends with the height direction of the fuel cell as an axial direction,
The current collector plate and the fixed plate are extended from the connecting portion in a direction perpendicular to the axial direction of the connecting portion,
In the repulsion member, the free ends of the first plate-like portion and the second plate-like portion are located on the connecting portion side, and the curved portion is located on the extending end side of the current collector plate and the fixed plate. Located in the
The fuel cell unit according to claim 1 or 2 . 前記連結部は、前記燃料電池セルの高さ方向を軸方向として延び、
前記集電板及び前記固定板は、前記連結部から該連結部の軸方向と直交する方向に延出され、
前記反発部材は、前記湾曲部が前記集電板及び前記固定板の延出方向に沿って延びるように配置されている、
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池ユニット。 The connecting portion extends with the height direction of the fuel cell as an axial direction,
The current collector plate and the fixed plate are extended from the connecting portion in a direction perpendicular to the axial direction of the connecting portion,
The repulsion member is arranged such that the curved portion extends along the extending direction of the current collector plate and the fixed plate.
The fuel cell unit according to claim 1 or 2 . 前記集電板と前記固定板との間には、複数の前記反発部材が介在されている、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池ユニット。 A plurality of the repulsive members are interposed between the current collector plate and the fixed plate,
The fuel cell unit according to any one of claims 1 to 4 . 固体酸化物形燃料電池セルと、
金属製とされ、前記燃料電池セルの高さ方向両側から前記燃料電池セルに重ね合わされた一対の集電板と、
前記一対の集電板の各々に対する前記燃料電池セルと反対側に各前記集電板と対向して配置された一対の固定板と、
前記一対の固定板を連結し、前記一対の固定板の離間を制限する連結部と、
前記集電板と前記固定板との間に介在された反発部材と、
を備え、
前記連結部は、前記燃料電池セルに設けられ、前記燃料電池セルに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するセパレータと、前記セパレータと前記一対の固定板の各々との間に設けられ、前記セパレータ及び前記固定板に接合材により接合された一対のスペーサとによって構成されている、
燃料電池ユニット。 A solid oxide fuel cell;
A pair of current collector plates made of metal and superimposed on the fuel cell from both sides in the height direction of the fuel cell,
A pair of fixed plates disposed opposite to each of the current collector plates on the opposite side of the fuel cell to each of the pair of current collector plates;
A connecting portion that connects the pair of fixing plates and restricts the separation of the pair of fixing plates;
A repulsion member interposed between the current collector plate and the fixed plate;
With
The connecting portion is provided in the fuel cell, and is provided between a separator that supplies fuel gas and oxidant gas to the fuel cell, and between the separator and each of the pair of fixing plates, It is constituted by a pair of spacers joined to the fixed plate by a joining material,
Fuel cell unit. 請求項６に記載の燃料電池ユニットの製造方法であって、
前記燃料電池ユニットを仮組立する仮組立工程と、
熱可塑性を有する前記接合材が軟化する加熱環境下に、仮組立された前記燃料電池ユニットを配置した状態で、前記一対の固定板の間に圧縮荷重を加えることにより、前記接合材を押し広げると共に、前記反発部材を圧縮変形させる加熱圧縮工程と、
前記加熱圧縮工程において圧縮荷重が加えられたときの前記一対の固定板の間の距離を保った状態で前記接合材を硬化させ、前記接合材により前記一対のスペーサを前記セパレータ及び前記固定板に接合する接合工程と、
を備える燃料電池ユニットの製造方法。 It is a manufacturing method of the fuel cell unit according to claim 6 ,
A temporary assembly step of temporarily assembling the fuel cell unit;
In a heating environment in which the bonding material having thermoplasticity is softened, in a state where the temporarily assembled fuel cell unit is disposed, by applying a compressive load between the pair of fixing plates, the bonding material is expanded, A heating and compressing step of compressing and deforming the repulsive member;
The bonding material is cured while maintaining a distance between the pair of fixing plates when a compression load is applied in the heating and compression step, and the pair of spacers are bonded to the separator and the fixing plate by the bonding material. Joining process;
A method for manufacturing a fuel cell unit.
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