JP6684022B2 - Fuel cell module - Google Patents
Fuel cell module Download PDFInfo
- Publication number
- JP6684022B2 JP6684022B2 JP2016073670A JP2016073670A JP6684022B2 JP 6684022 B2 JP6684022 B2 JP 6684022B2 JP 2016073670 A JP2016073670 A JP 2016073670A JP 2016073670 A JP2016073670 A JP 2016073670A JP 6684022 B2 JP6684022 B2 JP 6684022B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- fuel cell
- base plate
- base
- peripheral device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックを備える燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module including a flat plate type fuel cell stack in which a plurality of flat plate fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidant gas are stacked.
平板積層型の燃料電池スタックは、所望の発電性能を得るために、平面で構成された電極部全体に所望の荷重が均一に印加されるように構成されていることが好ましい。 In order to obtain a desired power generation performance, it is preferable that the flat plate type fuel cell stack is configured so that a desired load is uniformly applied to the entire electrode portion formed of a plane.
また、燃料電池スタックは、一定以上の変形が生じると、燃料電池スタックの構成部品の損傷や、アノードガス、カソードガスのリーク等が発生するため、一定以上の平滑性が要求される。そのため、平板積層型の燃料電池スタックは、積層方向の両端にプレート(プレート部材、エンドプレート)を配置して、そのプレートによって挟持された状態に配置されている(例えば、特許文献1,2参照)。燃料電池スタックの両端のプレートは、複数のセルを主とした関連部品に所望の荷重が印加されるように配置されると共に、一定以上の変形が発生しないように、均一な荷重分布と、荷重による変形と、が抑制されるように組み立てられている。
Further, if the fuel cell stack is deformed to a certain extent or more, damage to the components of the fuel cell stack, leakage of the anode gas and the cathode gas, and the like occur, so smoothness above a certain extent is required. Therefore, in the flat-plate stacking type fuel cell stack, plates (plate members, end plates) are arranged at both ends in the stacking direction and sandwiched by the plates (see, for example,
また、燃料電池スタックが固体酸化物型燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)として機能するためには、アノードガスとカソードガスを供給する必要がある。さらに、それらのガスは、燃料電池スタックで利用された後、燃料電池スタックから排出される排ガスとなり、FC周辺機器(BOP:Balance of plant)の排ガス燃焼室に導入されて、発電用の熱源となる。 Further, in order for the fuel cell stack to function as a solid oxide fuel cell (SOFC), it is necessary to supply an anode gas and a cathode gas. Further, those gases become exhaust gas discharged from the fuel cell stack after being used in the fuel cell stack, and are introduced into an exhaust gas combustion chamber of FC peripheral equipment (BOP: Balance of plant) to serve as a heat source for power generation. Become.
また、特許文献1,2に記載されている燃料電池モジュールでは、FC周辺機器(以下「周辺機器」という)と燃料電池スタックとの間を流動する流体が、各々独立して流れる配管が配置されている。
In addition, in the fuel cell modules described in
しかし、特許文献1,2に記載されている燃料電池モジュールおいて、周辺機器と燃料電池スタック間に配置されている配管は、配置が複雑で、径が大きいので、放熱の原因となり、発電効率が低いという問題点があった。
このため、周辺機器と燃料電池スタック間に配置されている配管は、シンプルで、小型であると共に、放熱し難い構造であることが好ましい。
However, in the fuel cell modules described in
Therefore, it is preferable that the pipes arranged between the peripheral device and the fuel cell stack have a simple structure, a small size, and a structure that does not easily dissipate heat.
また、良好な発電効率(性能)を得るためには、各部の放熱を抑制すると共に、例えば、排ガス燃焼で発生した熱が、有効に燃料電池スタックに伝わることが好ましい。 Further, in order to obtain good power generation efficiency (performance), it is preferable to suppress the heat radiation of each part and to effectively transfer the heat generated by exhaust gas combustion to the fuel cell stack.
本発明は、このような問題点を解決するものであり、構成がシンプルで、放熱を抑制することができる燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell module having a simple structure and capable of suppressing heat dissipation.
前記課題を解決するための手段として、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記ベースプレートには、当該ベースプレートの一方側のセル積層面から前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路が形成され、前記流路は、前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に形成されたベース流路溝と、前記ベース流路溝を覆う蓋用プレートと、を備えて構成され、前記蓋用プレートは、前記ベース流路溝を覆うベース側シール用プレートと、周辺機器に接続される周辺機器側シール用プレートと、前記ベース側シール用プレートと前記周辺機器側シール用プレートとの間に介在された中間シール用プレートと、を備え、前記中間シール用プレートの外周部は、前記ベース側シール用プレートの外周部と、前記周辺機器側シール用プレートの外周部と、の内側に配置されていることを特徴とする。 As a means for solving the above-mentioned problems, a fuel cell module according to the present invention is a flat-plate fuel cell stack in which a plurality of flat-plate fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidant gas are stacked. And a base plate on which the fuel cell stack is mounted, the base plate communicating from the cell stacking surface on one side of the base plate to a peripheral device arrangement surface on the other side of the base plate. A flow path is formed, the flow path is configured to include a base flow path groove formed on a peripheral device arrangement surface on the other side of the base plate, and a lid plate that covers the base flow path groove , The lid plate includes a base-side sealing plate that covers the base channel groove, a peripheral-device-side sealing plate that is connected to peripheral devices, and the base plate. An intermediate seal plate interposed between the side seal plate and the peripheral device side seal plate, wherein an outer peripheral portion of the intermediate seal plate is an outer peripheral portion of the base side seal plate, and It is characterized in that it is arranged inside the outer peripheral portion of the peripheral device side sealing plate .
かかる構成によれば、燃料電池モジュールは、ベース流路溝が形成されたベースプレートに、蓋用プレートを装着することによって、流路を形成したベースプレートアッシとしている。流路は、ベースプレートの周辺機器配置面に形成されたベース流路溝と、ベース流路溝を覆う蓋用プレートと、で形成されていることによって、一方のベースプレートのみを加工すれば、流路を形成することができるので、部品点数及び加工工数が少なく、シンプルで廉価に形成することができる。
また、流路は、ベース流路溝の深さが比較的深い場合であっても、ベース流路溝を蓋用プレートで覆って流路を形成していることによって、ベースプレートを最小肉厚に抑えることができる。このため、燃料電池モジュールは、ベースプレートが小型・軽量でシンプルでありながらも、変形し難く、ヒートマスも小さく抑えられ、また、流路が昇温し易く、放熱も抑制されるので、起動や発電性能を良好にすることが可能である。
また、かかる構成によれば、中間シール用プレートの外周部は、ベース側シール用プレートの外周部と、周辺機器側シール用プレートの外周部と、の内側に配置していることによって、蓋用プレートの外周部と、周辺機器の接続部の外周部が、中間シール用プレートの外周の外周部内に入るように配置することができる。このため、各溶接部にそれぞれ溶接したときの熱を与えることがないので、接合状態を安定化させることができる。
According to this structure, the fuel cell module is a base plate assembly in which the flow path is formed by mounting the lid plate on the base plate in which the base flow path groove is formed. The flow path is formed by the base flow path groove formed on the peripheral device placement surface of the base plate and the lid plate that covers the base flow path groove. Since it can be formed, the number of parts and the number of processing steps are small, and it can be formed simple and inexpensive.
In addition, even if the depth of the base flow path groove is relatively deep, the flow path is formed by covering the base flow path groove with the lid plate, so that the base plate has the minimum wall thickness. Can be suppressed. For this reason, the fuel cell module has a small and lightweight base plate and is simple, but it is difficult to deform, the heat mass is suppressed small, the temperature of the flow passage is easily raised, and the heat dissipation is suppressed, so that the start-up and power generation are suppressed. It is possible to improve the performance.
Further, according to this structure, the outer peripheral portion of the intermediate sealing plate is arranged inside the outer peripheral portion of the base side sealing plate and the outer peripheral portion of the peripheral device side sealing plate, so that the lid The outer peripheral portion of the plate and the outer peripheral portion of the connecting portion of the peripheral device can be arranged so as to be within the outer peripheral portion of the outer periphery of the intermediate sealing plate. Therefore, heat is not applied to each of the welded portions, so that the joined state can be stabilized.
また、本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、前記ベースプレートは、一方側にセル積層面を有する上側ベースプレートと、前記上側ベースプレートの他方側にガスケットを介して配置された下側ベースプレートと、前記セル積層面から前記ガスケットを介して前記下側ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路と、を有し、前記流路は、前記上側ベースプレートの他方側に形成された上ベース流路溝と、前記ガスケットに形成されて前記上ベース流路溝に合致するように配置されたガスケット流路溝と、前記下側ベースプレートに形成されて前記上ベース流路溝を下側から覆うように配置された下ベース流路溝と、を備えて構成されていることを特徴とする。 Further, the fuel cell module according to the present invention includes a flat plate type fuel cell stack in which a plurality of flat plate fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and the fuel cell stack is mounted. In the fuel cell module, the base plate includes an upper base plate having a cell stacking surface on one side, a lower base plate arranged on the other side of the upper base plate via a gasket, A flow path communicating from the cell stacking surface to the peripheral device placement surface on the other side of the lower base plate via the gasket, the flow path being an upper base flow formed on the other side of the upper base plate. A channel groove, a gasket channel groove formed in the gasket so as to match the upper base channel groove, and Characterized in that it is configured with a lower base channel grooves of the upper base channel grooves disposed so as to cover from the lower side is formed in the side base plate, a.
かかる構成によれば、ベースプレートは、上側ベースプレートの上ベース流路溝と、上側ベースプレートの他方側にガスケットのガスケット流路溝を介して配置された下側ベースプレートの下ベース流路溝と、を合わせることによって形成された流路を有していることで、流路の放熱性を抑制することができる。このため、上側ベースプレートの上ベース流路溝と、下側ベースプレートの下ベース流路溝とは、エンドミル等による加工が可能であり、設計の自由度が高く、構成がシンプルである。 According to such a configuration, the base plate aligns the upper base channel groove of the upper base plate with the lower base channel groove of the lower base plate arranged on the other side of the upper base plate via the gasket channel groove of the gasket. By having the flow path formed by this, the heat dissipation of the flow path can be suppressed. For this reason, the upper base channel groove of the upper base plate and the lower base channel groove of the lower base plate can be processed by an end mill, etc., the degree of freedom in design is high, and the configuration is simple.
また、前記セル積層面は、平滑な面で形成され、前記蓋用プレートは、周辺機器に接合する接続部を有していることが好ましい。 Further, it is preferable that the cell stacking surface is formed as a smooth surface, and the lid plate has a connecting portion that is joined to a peripheral device.
かかる構成によれば、セル積層面は、デバイスが配置されていない平滑な面で形成されていることによって、荷重分布や、荷重による変形に対し好適にすることができるため、燃料電池スタックの積層構造の安定性を向上させることができる。また、ベースプレートは、蓋用プレートに周辺機器に接合する接続部を設けたことによって、セル積層面とは逆の面に溶接を集中させることができるため、セル積層面の平面研削加工が可能となる。 According to such a configuration, the cell stacking surface is formed as a smooth surface on which the device is not arranged, which makes it suitable for load distribution and deformation due to load, and therefore stacking of the fuel cell stack The stability of the structure can be improved. In addition, since the base plate is provided with a connection part for joining to peripheral devices on the lid plate, the welding can be concentrated on the surface opposite to the cell stacking surface, which enables surface grinding of the cell stacking surface. Become.
また、前記周辺機器側シール用プレートの前記ベースプレート側に接続される接続部の近傍には、縦断面視して波状に形成された応力緩和機構が配置されていることが好ましい。 Further, it is preferable that a stress relaxation mechanism formed in a wavy shape in a vertical cross-section is arranged near a connection portion of the peripheral device side sealing plate connected to the base plate side.
かかる構成によれば、周辺機器側シール用プレートとベースプレートとが接続される接続部の近傍は、縦断面視して波状に形成された応力緩和機構が配置されていることによって、異なる熱源からの熱応力による変位を吸収できるため、変形による損傷を回避することができる。 According to this configuration, the vicinity of the connection portion where the peripheral device-side sealing plate and the base plate are connected has a stress relaxation mechanism formed in a wavy shape in a vertical cross-section, so that a different heat source can be used. Since the displacement due to the thermal stress can be absorbed, the damage due to the deformation can be avoided.
また、前記燃料電池スタックと排ガス燃焼室とは、互いに近傍位置に配置し、前記ベースプレートには、排気と接する面が形成されていることが好ましい。 Further, it is preferable that the fuel cell stack and the exhaust gas combustion chamber are arranged in the vicinity of each other, and the base plate has a surface in contact with exhaust gas.
かかる構成によれば、燃料電池スタックと排ガス燃焼室とは、互いに近傍位置に配置し、ベースプレートに排気と接する面が形成されていることで、燃料電池スタックが燃焼熱を受熱し易くなるので、良好な発電性能を得ることができる。 According to this configuration, the fuel cell stack and the exhaust gas combustion chamber are arranged in the vicinity of each other, and the base plate is formed with the surface in contact with the exhaust gas, so that the fuel cell stack easily receives combustion heat, Good power generation performance can be obtained.
本発明に係る燃料電池モジュールは、構成がシンプルで、放熱を抑制することができる。 The fuel cell module according to the present invention has a simple structure and can suppress heat dissipation.
以下、図1〜図8に基づき本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの一例を説明する。
便宜上、図1に示す燃料電池スタック3が配置されている側を「上側」、蒸発器84が配置されている側を「下側」として適宜説明する。
Hereinafter, an example of the fuel cell module according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
For the sake of convenience, the side on which the
<燃料電池モジュール>
図1に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール1は、例えば、定置用として用いられる。燃料電池モジュール1には、原燃料(例えば、都市ガス)を供給する不図示の原燃料供給装置(原燃料ポンプを含む)と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置(空気ポンプを含む)と、が接続されている。燃料電池モジュール1は、固体酸化物形燃料電池モジュールである。このため、特にSOFC等の高温型燃料電池に最適である。
<Fuel cell module>
As shown in FIG. 1, the
燃料電池モジュール1は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する平板状の燃料電池を複数積層した平板積層型の燃料電池スタック3と、燃料電池スタック3を載置したベースプレート4と、改質器82、熱交換器83(HEX)、蒸発器84(EVP)、排ガス燃焼器81、及び、スタック用加熱器等からなる周辺機器8と、燃料電池スタック3及び周辺機器8を覆うケーシング2と、を備えている。
The
<燃料電池スタック>
燃料電池スタック3は、燃料ガス(水素ガスにメタン、一酸化炭素が混合した気体)と酸化剤ガス(空気)との電気化学反応により発電する平板状の固体酸化物形燃料電池を備えている。複数の燃料電池は、鉛直方向に積層されると共に、燃料電池積層方向(以下、単に積層方向という)両端には、ベースプレート4、及び、エンドプレート6が配置されている。なお、本実施形態では、燃料電池モジュール1を鉛直方向に積層しているが、特に限られることなく、水平方向に積層してよい。
<Fuel cell stack>
The
不図示の燃料電池は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面に、カソード電極及びアノード電極が設けられた電解質・電極接合体(MEA)を備えている。なお、燃料電池としては、従来より使用されている種々のSOFCを用いることができる。 A fuel cell (not shown) includes an electrolyte / electrode assembly (MEA) in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both surfaces of an electrolyte composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia. Various SOFCs that have been conventionally used can be used as the fuel cell.
燃料電池スタック3の積層方向一端側(ベースプレート4側)には、改質器82、熱交換器83、蒸発器84及び排ガス燃焼器81からなる周辺機器8が配置されている。燃料電池スタック3の積層方向他端側(エンドプレート6側)には、不図示のスタック用加熱器が配置されている。
A
燃料電池スタック3には、燃料電池スタック3から排出される酸化剤排ガスを排ガス燃焼器81に導入させる酸化剤排ガス通路51が、ベースプレート4に形成された流路5(図3参照)を介して連通している。また、燃料電池スタック3には、燃料電池スタック3から排出される燃料排ガスを排ガス燃焼器81に導入させる燃料排ガス通路52が、ベースプレート4に形成された流路5(図3参照)を介して連通している。
In the
燃料電池スタック3では、ベースプレート4と、エンドプレート6との間が複数本の締結具31により固定され、積層方向に所望の締め付け荷重が付与される。ベースプレート4には、筐体11、熱交換器83及び蒸発器84が、順次下方に向かって積層されて一体に固定される。
In the
<筐体>
図1に示すように、筐体11は、矩形状を有し、外形寸法がベースプレート4の外形寸法と略同一又は同一以下の近似した外形寸法に設定される。筐体11の上面及び排ガス燃焼器81の上面には、酸化剤排ガス通路51に連通する不図示の酸化剤排ガス窓部と、燃料排ガス通路52に連通する不図示の燃料排ガス窓部と、が一体に形成されている。
<Case>
As shown in FIG. 1, the
筐体11内には、略中央に排ガス燃焼器81が配置される。排ガス燃焼器81は、矩形状を有し、必要に応じてヒータ(図示せず)が配置される。筐体11内には、排ガス燃焼器81を囲繞して改質器82が配置される。
An
<ベースプレート>
図3に示すように、ベースプレート4は、燃料電池スタック3のセル積層部の下面に配置される平板状の金属製板部材によって形成されている。ベースプレート4は、燃料電池スタック3と、排ガス燃焼室81aと、の近傍に配置されている(図2参照)。ベースプレート4には、このベースプレート4の一方側のセル積層面4aからベースプレート4の他方側の周辺機器配置面4bに連通する流路5が形成されている。
<Base plate>
As shown in FIG. 3, the
換言すると、ベースプレート4には、貫通孔4f,4g,4hと、流路5の一部を形成するベース流路溝4c,4d,4eと、ベース流路溝4c,4d,4eを閉塞するベース側シール用プレート71と、酸化剤排ガス通路51と、燃料排ガス通路52(図1参照)と、燃料ガス通路53と、酸化剤ガス供給路54と、からなる流路5が設けられている。
In other words, the
つまり、ベースプレート4には、排気と接する面が形成されている。このように、ベースプレート4は、外周部から中央部に寄った位置に排ガス流路が形成されて、排ガス流路の一部が、ベースプレート4に内蔵されている。
That is, the
図2に示すように、ベースプレート4は、燃料電池スタック3と、排ガス燃焼室81aとの間に隣接して配置されている。換言すると、燃料電池スタック3と排ガス燃焼室81aとは、ベースプレート4を介して互いに近傍位置に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
セル積層面4aは、燃料電池スタック3が載置されるベースプレート4の上側の面であり、デバイスが配置されていない平滑な面で形成されている。
周辺機器配置面4bは、蓋用プレート7及び周辺機器8が配置されるベースプレート4の下側の面であり、図3に示すように、複数の流路5のベース流路溝4c,4d,4eが形成されている。
The
The peripheral
ベース流路溝4c,4d,4eは、ベースプレート4において、複数の管路状の流路5の上側半体を形成する凹状の横溝であり、ベースプレート4の下側の周辺機器配置面4bに露出した状態に形成されている。ベース流路溝4c,4d,4eの下側開口部は、前記ベース側シール用プレート71によって閉塞されて、流路5の横方向に延設された管路形状部位を形成している。
The
ベース流路溝4cは、ベースプレート4において、外周部側端部に上側の燃料電池スタック3に向けて形成された貫通孔4fが連続形成され、中央部側端部に下側の改質器82に連通する配管状の燃料ガス通路53(図1参照)が接合されている。
ベース流路溝4dは、ベースプレート4において、外周部側端部に上側の燃料電池スタック3に向けて形成された貫通孔4fが連続形成され、中央部側端部に下側の熱交換器83(図1参照)に連通する配管状の酸化剤ガス供給路54が接合されている。
ベース流路溝4eは、ベースプレート4において、外周部側端部に上側の燃料電池スタック3に向けて形成された貫通孔4hが連続形成されている。
貫通孔4f,4g,4hは、ベースプレート4のセル積層面4aから周辺機器配置面4bに向いて上下方向に穿設された縦穴である。
In the base flow path groove 4c, in the
In the base
In the base
The through
<流路>
流路5は、燃料電池スタック3からベースプレート4を介して、排ガス燃焼器81等の周辺機器8に配置されて排ガス等を送るためのものである。流路5は、ベースプレート4の他方側(下側)の周辺機器配置面4bに形成された前記ベース流路溝4c,4d,4eと、ベース流路溝4c,4d,4eの一端部に形成された貫通孔4f,4g,4hと、ベース流路溝4c,4d,4eを覆う蓋用プレート7と、ベースプレート4から突出した状態に接合された酸化剤排ガス通路51、燃料排ガス通路52、燃料ガス通路53及び酸化剤ガス供給路54と、を備えて構成されている。流路5は、ベースプレート4の内部に設けられて、排ガス流路の一部を構成している。
<Flow path>
The
<蓋用プレート>
図3に示すように、蓋用プレート7は、ベース流路溝4c,4d,4eを覆うベース側シール用プレート71と、周辺機器8に接続される周辺機器側シール用プレート73と、ベース側シール用プレート71と周辺機器側シール用プレート73との間に介在された中間シール用プレート72と、の3枚のシール用板金を備えて構成されている。蓋用プレート7は、周辺機器8に接合するための接続部7aを有している。
<Plate for lid>
As shown in FIG. 3, the
<ベース側シール用プレート>
ベース側シール用プレート71は、ベースプレート4の周辺機器配置面4bを略全体を覆う薄い平板状の板材からなる。ベース側シール用プレート71には、酸化剤排ガス通路51と、燃料ガス通路53と、酸化剤ガス供給路54と、がそれぞれ挿通される挿通孔71aが形成されている。
<Base side seal plate>
The base-
<中間シール用プレート>
中間シール用プレート72は、平面視して略矩形の開口部72aを有する環状板部材からなる。中間シール用プレート72は、ベース側シール用プレート71と、周辺機器側シール用プレート73と、の間に配置されている。
<Plate for intermediate seal>
The
<周辺機器側シール用プレート>
図3及び図4に示すように、周辺機器側シール用プレート73は、平面視して略矩形の開口部73aを有する環状板部材からなる。
<Peripheral device side sealing plate>
As shown in FIGS. 3 and 4, the peripheral-device-
<接続部及び応力緩和機構>
図2に示すように、接続部7aは、周辺機器側シール用プレート73のベースプレート4側(中間シール用プレート72)に接合されて接続される部位である。接続部7aの近傍には、縦断面視して波状に形成された応力緩和機構7bが配置されている。
図4に示すように、応力緩和機構7bは、蓋用プレート7にかかる応力を緩和するための部位である。応力緩和機構7bは、周辺機器側シール用プレート73の開口部73aの周縁部全体に、縦断面視して複数の凹凸状に形成されている。
<Connecting part and stress relaxation mechanism>
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 4, the
≪燃料電池モジュールの作用≫
次に、図5〜図8を主に参照しながら本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール1の作用を説明する。
<< Operation of fuel cell module >>
Next, the operation of the
図3及び図5(a)に示すように、ベースプレート4の下側の周辺機器配置面4bには、ベース流路溝4c,4d,4eと、貫通孔4f,4g,4hと、酸化剤排ガス通路51(排ガス流路)と、燃料排ガス通路52(排ガス流路)と、燃料ガス通路53と、酸化剤ガス供給路54と、が露出した開放状態に配置されている。
As shown in FIGS. 3 and 5 (a), the peripheral
このベースプレート4を組み立てる場合は、まず、図5(b)に示すように、ベース側シール用プレート71の2つの挿通孔71aを燃料ガス通路53及び酸化剤ガス供給路54に嵌めると共に、1つの挿通孔71aをベース流路溝4e上に配置するようにして、ベースプレート4の周辺機器配置面4bに当接させる。続いて、レーザー溶接等によって接合する。ベース側シール用プレート71の周縁部とベースプレート4とをレーザー溶接すると共に、挿通孔71aの周縁部と、燃料ガス通路53及び酸化剤ガス供給路54と、をレーザー溶接等で接合する。
When assembling the
次に、図5(c)に示すように、そのベース側シール用プレート71の下面に中間シール用プレート72に当接させて、ベース側シール用プレート71と、中間シール用プレート72の外周とをレーザー溶接等で接合する。
Next, as shown in FIG. 5C, the lower surface of the base-
続いて、図5(d)に示すように、その中間シール用プレート72の下側に周辺機器側シール用プレート73を当接させた状態に配置する。次に、燃料電池スタック3への熱影響を低減するために、中間シール用プレート72の開口部72aの縁と、周辺機器側シール用プレート73の開口部73aの縁と、をティグ溶接等で接合する。
Subsequently, as shown in FIG. 5D, the peripheral device
このようにして、燃料電池モジュール1のベースプレート4を完成することができる。図6に示すように、周辺機器側シール用プレート73は、燃料電池スタック3の下側のベースプレート4と、筐体11との接合箇所に配置されている。
In this way, the
図7は、燃料電池モジュール1における周辺機器側シール用プレート及び周辺機器の温度解析を示す図であり、(a)は要部概略斜視図、(b)は要部概略平面図である。
ベースプレート4と筐体11との接合箇所に蓋用プレート7の周辺機器側シール用プレート73等を有していることによって、図7(a)、(b)に示すように、駆動時に、特に、高温になる箇所は、環状の応力緩和機構7b(図7(a)、(b)中の黒色で塗布した箇所)が有る箇所のみに抑制することができる。
7A and 7B are diagrams showing the temperature analysis of the peripheral device side sealing plate and the peripheral device in the
By providing the peripheral device-
図8は、燃料電池モジュール1における周辺機器側シール用プレート及び周辺機器の熱応力解析を示す要部概略平面図である。
また、周辺機器側シール用プレート73及び周辺機器8の熱応力解析を調べたところ、図8に示すように、周辺機器側シール用プレート73に二重の環状に形成された応力緩和機構7bがあることによって、応力緩和機構7bコーナー部7cで応力を抑制することができるため、首部状に上方向に突出形成された開口部73aの応力閾値に対する比率を低減させることが確認できた。
FIG. 8 is a schematic plan view of essential parts showing a thermal stress analysis of the peripheral device side sealing plate and the peripheral device in the
Further, when the thermal stress analysis of the peripheral device
[第1変形例]
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。なお、以下の変形例において、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。
図9は、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール1の第1変形例を示す要部分解概略斜視図である。
[First Modification]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea thereof, and the present invention extends to these modified and changed inventions. Of course. In addition, in the following modified examples, the configurations already described are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
FIG. 9 is an exploded perspective view of a main part of a first modification of the
図9に示すように、第1変形例のベースプレート4Aは、一方側にセル積層面41Aaを有する上側ベースプレート41Aと、上側ベースプレート41Aの他方側にガスケット43Aを介して配置された下側ベースプレート42Aと、セル積層面41aからガスケット43Aを介して下側ベースプレート42Aの他方側の周辺機器配置面42Abに連通する流路5Aと、を有している。
As shown in FIG. 9, the
流路5Aは、上側ベースプレート41Aの他方側に形成された上ベース流路溝41Acと、ガスケット43Aに形成されて上ベース流路溝41Acに合致するように配置されたガスケット流路溝43Acと、下側ベースプレート42Aに形成されて上ベース流路溝41Acを下側から覆うように配置された下ベース流路溝42Acと、を備えて構成されている。
The
このように、ベースプレート4Aは、上側ベースプレート41Aと、下側ベースプレート下側ベースプレート42Aと、ガスケット43Aとの3つの部材で形成してもよい。
As described above, the
[第2変形例]
図10は、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール1の第2変形例を示す要部分解概略斜視図である。
[Second Modification]
FIG. 10 is an exploded perspective view of main parts showing a second modification of the
図10に示すように、第2変形例のベースプレート4Bは、ベースプレート4Bの内部には、穴からなる流路5Bを一体形成したものであってもよい。この場合、流路5Bは、ベースプレート4Bの一方側のセル積層面4Baからベースプレート4Bの他方側の周辺機器配置面4Bbに連通して形成されている。
As shown in FIG. 10, the
このようにベースプレート4Bは、穴からなる流路5Bを一体形成したことにより、流路5Bがベースプレート4Bと兼備された状態に配置されている。このため、部品点数を削減して、小型でシンプルな構造にすることができるので、コスト及び放熱を抑えることができる。
In this way, the
[その他の変形例]
前記実施形態のベースプレート4の下面に設けられるベース側シール用プレート71、中間シール用プレート72、及び、周辺機器側シール用プレート73は、接合されてあればよく、ティグ溶接やレーザー溶接等の溶接手段以外による接合や、ろう付けによる接合であってもよい。
[Other modifications]
The base-
1 燃料電池モジュール
3 燃料電池スタック
4,4A,4B ベースプレート
4a,4Ba セル積層面
4b,4Bb 周辺機器配置面
4c,4d,4e ベース流路溝
5,5A,5B 流路
7 蓋用プレート
7a 接続部
7b 応力緩和機構
8 周辺機器
41A 上側ベースプレート
41a,41Aa セル積層面
41Ac 上ベース流路溝
42A 下側ベースプレート
42Ab 周辺機器配置面
42Ac 下ベース流路溝
43A ガスケット
43Ac ガスケット流路溝
71 ベース側シール用プレート
72 中間シール用プレート
73 周辺機器側シール用プレート
81a 排ガス燃焼室
1
Claims (5)
前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記ベースプレートには、当該ベースプレートの一方側のセル積層面から前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路が形成され、
前記流路は、前記ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に形成されたベース流路溝と、
前記ベース流路溝を覆う蓋用プレートと、を備えて構成され、
前記蓋用プレートは、前記ベース流路溝を覆うベース側シール用プレートと、
周辺機器に接続される周辺機器側シール用プレートと、
前記ベース側シール用プレートと前記周辺機器側シール用プレートとの間に介在された中間シール用プレートと、を備え、
前記中間シール用プレートの外周部は、前記ベース側シール用プレートの外周部と、前記周辺機器側シール用プレートの外周部と、の内側に配置されていることを特徴とする燃料電池モジュール。 A flat-plate-type fuel cell stack in which a plurality of flat-plate fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked;
A fuel cell module comprising a base plate on which the fuel cell stack is mounted,
In the base plate, a flow path that communicates from the cell stacking surface on one side of the base plate to the peripheral device placement surface on the other side of the base plate is formed,
The flow channel is a base flow channel groove formed on a peripheral device arrangement surface on the other side of the base plate,
A lid plate that covers the base channel ,
The lid plate is a base-side sealing plate that covers the base channel groove,
Peripheral device side sealing plate connected to peripheral devices,
An intermediate seal plate interposed between the base side seal plate and the peripheral device side seal plate,
A fuel cell module , wherein an outer peripheral portion of the intermediate sealing plate is arranged inside an outer peripheral portion of the base side sealing plate and an outer peripheral portion of the peripheral device side sealing plate .
前記燃料電池スタックを載置したベースプレートと、を備えた燃料電池モジュールであって、
前記ベースプレートは、一方側にセル積層面を有する上側ベースプレートと、
前記上側ベースプレートの他方側にガスケットを介して配置された下側ベースプレートと、
前記セル積層面から前記ガスケットを介して前記下側ベースプレートの他方側の周辺機器配置面に連通する流路と、を有し、
前記流路は、前記上側ベースプレートの他方側に形成された上ベース流路溝と、
前記ガスケットに形成されて前記上ベース流路溝に合致するように配置されたガスケット流路溝と、
前記下側ベースプレートに形成されて前記上ベース流路溝を下側から覆うように配置された下ベース流路溝と、を備えて構成されていることを特徴とする燃料電池モジュール。 A flat-plate-type fuel cell stack in which a plurality of flat-plate fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked;
A fuel cell module comprising a base plate on which the fuel cell stack is mounted,
The base plate is an upper base plate having a cell stacking surface on one side,
A lower base plate arranged on the other side of the upper base plate via a gasket,
A flow path that communicates with the peripheral device placement surface on the other side of the lower base plate from the cell stacking surface through the gasket,
The channel is an upper base channel groove formed on the other side of the upper base plate,
A gasket channel groove formed on the gasket and arranged to match the upper base channel groove,
A lower base channel formed on the lower base plate and arranged to cover the upper base channel from the lower side.
前記蓋用プレートは、周辺機器に接合する接続部を有していることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池モジュール。 The cell stack surface is formed by a smooth surface,
The fuel cell module according to claim 1, wherein the lid plate has a connecting portion that is joined to a peripheral device.
前記ベースプレートには、排気と接する面が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池モジュール。 The fuel cell stack and the exhaust gas combustion chamber are arranged in the vicinity of each other,
It said base plate, fuel cell module according to claim 1 or claim 2, characterized in that the surface in contact with the exhaust is formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016073670A JP6684022B2 (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Fuel cell module |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016073670A JP6684022B2 (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Fuel cell module |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017188189A JP2017188189A (en) | 2017-10-12 |
JP6684022B2 true JP6684022B2 (en) | 2020-04-22 |
Family
ID=60045639
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016073670A Active JP6684022B2 (en) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | Fuel cell module |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6684022B2 (en) |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004033545B4 (en) * | 2004-07-09 | 2006-06-14 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | burner |
JP2012182032A (en) * | 2011-03-02 | 2012-09-20 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP6229611B2 (en) * | 2014-07-22 | 2017-11-15 | 株式会社デンソー | Fuel cell device |
-
2016
- 2016-03-31 JP JP2016073670A patent/JP6684022B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017188189A (en) | 2017-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9252449B2 (en) | SOFC stack with temperature adapted compression force means | |
JP5272127B2 (en) | Bipolar plate with improved sealing performance and fuel cell using the same | |
JP5205676B2 (en) | Fuel cell | |
EP2732499B1 (en) | Sofc stack with temperature adapted compression force means | |
JP5060143B2 (en) | Fuel cell stack | |
US20220293970A1 (en) | Fuel cell unit and fuel cell stack | |
US7846613B2 (en) | Fuel cell with separator having a ridge member | |
JP5613392B2 (en) | Fuel cell stack | |
WO2010125946A1 (en) | Fuel cell module | |
JP6452809B2 (en) | Fuel cell power generation unit and fuel cell stack | |
JP4214027B2 (en) | Fuel cell | |
JP5664457B2 (en) | FUEL CELL SEPARATOR PLATE, FUEL CELL SEPARATOR, FUEL CELL, AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL SEPARATOR PLATE | |
JP6684022B2 (en) | Fuel cell module | |
US11695129B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for fuel cell unit | |
KR102658974B1 (en) | Fuelcell structure | |
CN111095642B (en) | Fuel cell structure | |
JP2021140913A (en) | Dummy electrode assembly, fuel cell stack, and method for manufacturing dummy electrode assembly | |
EP2426771B1 (en) | Fuel cell module | |
JP5613391B2 (en) | Fuel cell | |
US20170256813A1 (en) | Fuel cell stack | |
JP7337720B2 (en) | Junction Separator, Metal Separator, and Method for Manufacturing Fuel Cell Stack | |
JP7480216B2 (en) | Fuel cell separator and power generation cell | |
KR102017592B1 (en) | Solid oxide fuelcell structure | |
KR20120032634A (en) | A separating plate of solid oxide fuel cell stack using joint process | |
US20150171458A1 (en) | Fuel cell module, fuel cell, manufacturing method of fuel cell module, and method for supplying oxidant to fuel cell module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20181127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190828 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191001 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191129 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200317 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200326 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6684022 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |