JP6653404B1 - マニホールド、及びセルスタック装置 - Google Patents
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Abstract
Description
気化学セルにガスを供給するためのマニホールドである。電気化学セルは、第1及び第2ガス流路を有する。第1及び第2ガス流路は、電気化学セルの基端部から先端部に延び、且つ電気化学セルの先端部で互いに連通する。マニホールドは、マニホールド本体と、仕切板と、第1充填部と、を備えている。マニホールド本体は、天板、側板、及び底板を有する。天板は、電気化学セルの基端部を支持する。仕切板は、底板から天板に向かって延びる。仕切板は、マニホールド本体の内部空間をガス供給室とガス回収室とに仕切る。第1充填部は、ガス供給室内に配置されている。第1充填部は、仕切板と底板との間の隅部を充填する。
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とを備えている。
マニホールド2は、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。
なお、天板231は、燃料電池セル10を本実施形態のように直接的に支持してもよいし、燃料電池セル10との間に別の部材を介して燃料電池セル10を間接的に支持していてもよい。
図2に示すように、ガス供給管12は、ガス供給室21にガスを供給するように構成されている。ガス供給管12は、ガス供給室21と連通している。詳細には、ガス供給管12は、燃料電池セル10の配列方向(z軸方向)において、マニホールド2の中心Cよりも第1端部201側において、ガス供給室21と連通している。
ガス回収管13は、ガス回収室22からガスを回収するように構成されている。ガス回収管13は、ガス回収室22と連通している。ガス回収管13は、燃料電池セル10の配列方向において、マニホールド2の中心Cよりも第2端部202側においてガス回収室22と連通している。
図4に示すように、燃料電池セル10は、マニホールド2から上方に延びている。詳細には、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。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から上下方向に延びている。詳細には、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41と先端部42とを有している。基端部41及び先端部42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41は下端部を意味し、支持基板4の先端部42は上端部を意味する。
複数の発電素子部5が、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。各発電素子部5は、支持基板4の長さ方向(x軸方向)に配列されている。詳細には、各発電素子部5は、支持基板4上において、基端部41から先端部42に向かって互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各発電素子部5は、支持基板4の長さ方向(x軸方向)に沿って、間隔をあけて配置されている。なお、各発電素子部5は、後述する電気的接続部9によって、互いに直列に接続されている。
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42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43と第2ガス流路44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43と各第2ガス流路44とを連通する。連通流路30は、各第1ガス流路43から各第2ガス流路44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。連通流路30の数は、第1ガス流路43の数よりも少ない。本実施形態では、一本の連通流路30のみによって、複数の第1ガス流路43と複数の第2ガス流路44とが連通されている。
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。
上記実施形態では、マニホールド2は、第1〜第4充填部25a〜25dを有しているが、これに限定されない。例えば、マニホールド2は、第2〜第4充填部25b〜25dを有していなくてもよい。より具体的には、マニホールド2は、第1及び第2充填部25a、25bを有しており、第3及び第4充填部25c、25dを有していなくてもよい。
上記実施形態では、第1〜第4充填部25a〜25dのそれぞれは、一方の第2側板233bから他方の第2側板233bまで延びているがこれに限定されない。例えば、第1〜第4充填部25a〜25dのそれぞれは、第2側板233bと間隔をあけて配置されていてもよい。
上記実施形態では、第1ガス流路43と第2ガス流路44とは、連通部材3が有する連通流路30によって連通されていたが、この構成に限定されない。例えば、図10に示すように、支持基板4が、内部に連通流路30を有していてもよい。この場合、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。この支持基板4内に形成された連通流路30によって、第1ガス流路43と第2ガス流路44とが連通されている。
図11に示すように、各燃料電池セル10は、第1燃料電池セル部10aと第2燃料電池セル部10bとに分かれていてもよい。この場合、第1燃料電池セル部10aに第1ガス流路43が形成され、第2燃料電池セル部10bに第2ガス流路44が形成される。
上記実施形態では、支持基板4は、複数の第1ガス流路43を有しているが、1つの第1ガス流路43のみを有していてもよい。同様に、支持基板4は、複数の第2ガス流路44を有しているが、1つの第2ガス流路44のみを有していてもよい。
図12に示すように、仕切板24は、天板231に近付くにつれて、第1側板233aに近付くように傾斜していてもよい。すなわち、燃料電池セル10の配列方向(z軸方向)に沿って見た状態において、仕切板24は、天板231に対して直交した状態で天板231と当接するのではなく、天板231に対して傾斜した状態で天板231と当接している。この仕切板24と天板231とがなす角度αは、例えば、90.01〜135°程度とすることが好ましく、92〜120°程度とすることがより好ましい。仕切板24は、天板231側の端部、すなわち上端部が天板231にガス回収室22側の第1側板233aに近付くように傾斜している。なお、仕切板24は、天板231側の端部がガス供給室21側の第1側板233aに近付くように傾斜してもよい。
上記実施形態では、マニホールド2の天板231が上方を向き、底板232が下方を向くように配置されているが、マニホールド2の配置はこれに限定されない。例えば、マニホールド2の天板231が下方を向き、底板232が上方を向くように配置されていてもよい。この場合、燃料電池セル10は、天板231から下方に延びる。
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、電気化学セルを固体酸化物形燃料電池セル(SOFC)として用いているが、これに限定されない。例えば、電気化学セルを固体酸化物形電解セル(SOEC)として用いることもできる。
図13及び図14に示すように、マニホールド2は、一対の第5充填部25eと、一対の第6充填部25fとをさらに有していてもよい。第5充填部25eは、ガス供給室21内に配置されている。そして、第5充填部25eは、仕切板24と第2側板223bとの間の隅部を充填するように構成されている。
21 ガス供給室
22 ガス回収室
23 マニホールド本体
231 天板
232 底板
233 側板
24 仕切板
25a 第1充填部
25b 第2充填部
25c 第3充填部
25d 第4充填部
25e 第5充填部
25f 第6充填部
10 燃料電池セル
43 第1ガス流路
44 第2ガス流路
Claims (9)
- 基端部から先端部に延び且つ前記先端部で互いに連通する第1及び第2ガス流路を有する電気化学セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
前記電気化学セルの基端部を支持する天板、側板、及び底板を有するマニホールド本体と、
前記底板から天板に向かって延びるとともに前記側板間を延び、前記マニホールド本体の内部空間をガス供給室とガス回収室とに仕切る仕切板と、
前記ガス供給室内に配置され、前記仕切板に沿って前記側板間を延びて前記仕切板と前記底板との間の隅部を充填する第1充填部と、
を備え、
前記仕切板は、前記天板に近付くにつれて前記側板に近付くように傾斜している、
マニホールド。
- 基端部から先端部に延び且つ前記先端部で互いに連通する第1及び第2ガス流路を有する電気化学セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
前記電気化学セルの基端部を支持する天板、側板、及び底板を有するマニホールド本体と、
前記底板から天板に向かって延びるとともに前記側板間を延び、前記マニホールド本体の内部空間をガス供給室とガス回収室とに仕切る仕切板と、
前記ガス供給室内に配置され、前記仕切板に沿って前記側板間を延びて前記仕切板と前記底板との間の隅部を充填する第1充填部と、
を備え、
前記第1充填部の表面は、凸状に湾曲している、
マニホールド。
- 前記仕切板は、前記天板に近付くにつれて前記側板に近付くように傾斜している、
請求項2に記載のマニホールド。
- 前記ガス供給室内に配置され、前記仕切板と前記天板との間の隅部を充填する第2充填部をさらに備える、
請求項1から3のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記ガス回収室内に配置され、前記仕切板と前記底板の間の隅部を充填する第3充填部をさらに備える、
請求項1から4のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記ガス回収室内に配置され、前記仕切板と前記天板との間の隅部を充填する第4充填部をさらに備える、
請求項1から5のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記ガス供給室内に配置され、前記仕切板と前記側板との間の隅部を充填する第5充填部をさらに備える、
請求項1から6のいずれかに記載のマニホールド。
- 前記ガス回収室内に配置され、前記仕切板と前記側板との間の隅部を充填する第6充填部をさらに備える、
請求項1から7のいずれかに記載のマニホールド。
- 電気化学セルと、
前記電気化学セルの基端部を支持する請求項1から8のいずれかに記載のマニホールドと、
を備え、
前記電気化学セルは、
前記ガス供給室と連通し、前記電気化学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、前記電気化学セルの基端部から先端部に延びて前記電気化学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、
セルスタック装置。
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