JP6873944B2 - Electrochemical reaction cell stack - Google Patents

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Description

本明細書に開示される技術は、電気化学反応セルスタックに関する。 The techniques disclosed herein relate to electrochemical reaction cell stacks.

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の1つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池(以下、「SOFC」という)が知られている。SOFCの構成単位である燃料電池単セル(以下、単に「単セル」という)は、電解質層と、電解質層を挟んで所定の方向(以下、「第1の方向」という)に互いに対向する空気極および燃料極とを含む。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") having an electrolyte layer containing a solid oxide is known as one of the types of fuel cells that generate electricity by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Has been done. A fuel cell single cell (hereinafter, simply referred to as “single cell”), which is a constituent unit of SOFC, has an electrolyte layer and air that faces each other in a predetermined direction (hereinafter, referred to as “first direction”) across the electrolyte layer. Includes poles and fuel poles.

SOFCは、一般に、第1の方向に並べて配置された複数の単セルと、複数の導電性部材と、締結部材とを備える燃料電池スタックの形態で利用される。複数の導電性部材は、それぞれ、第1の方向における複数の単セルの両側および単セル同士の間にそれぞれ配置されている。また、複数の導電性部材には第1の方向に貫く貫通孔が形成されている。締結部材は、第1の方向に延びており、複数の導電性部材に形成された貫通孔に挿入されており、この締結部材によって燃料電池スタックが締結されている。 SOFCs are generally used in the form of a fuel cell stack comprising a plurality of single cells arranged side by side in a first direction, a plurality of conductive members, and a fastening member. The plurality of conductive members are respectively arranged on both sides of the plurality of single cells in the first direction and between the single cells. Further, the plurality of conductive members are formed with through holes penetrating in the first direction. The fastening member extends in the first direction and is inserted into through holes formed in a plurality of conductive members, and the fuel cell stack is fastened by the fastening member.

特開2016−225078号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-22508

導電性部材の貫通孔に締結部材が挿入された従来の燃料電池スタックでは、例えば、高電圧が生じた場合に、本来、複数の導電性部材のうち、締結部材とは電気的に接続されるべきでない非接続導電性部材(例えば単セル同士の間に配置される導電性部材)に形成された貫通孔の内壁と、締結部材との間で放電が起こり、非接続導電性部材と締結部材とが短絡することがある。非接続導電性部材と締結部材とが短絡すると、燃料電池スタックの性能低下(例えば、出力低下)を招く。 In a conventional fuel cell stack in which a fastening member is inserted into a through hole of a conductive member, for example, when a high voltage is generated, the fastening member is originally electrically connected to the fastening member among a plurality of conductive members. A discharge occurs between the inner wall of the through hole formed in the non-connecting conductive member (for example, the conductive member arranged between single cells) and the fastening member, which should not be used, and the non-connecting conductive member and the fastening member. May be short-circuited. If the non-connecting conductive member and the fastening member are short-circuited, the performance of the fuel cell stack deteriorates (for example, the output decreases).

なお、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル(以下、「SOEC」ともいう)の構成単位である電解単セルを複数備える電解セルスタックにも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて電気化学反応セルスタックと呼ぶ。また、このような課題は、SOFCやSOECに限らず、他のタイプの電気化学反応セルスタックにも共通の課題である。 In addition, such a problem is electrolysis including a plurality of electrolytic single cells which are constituent units of solid oxide type electrolytic cells (hereinafter, also referred to as “SOEC”) that generate hydrogen by utilizing the electrolysis reaction of water. This is a common issue for cell stacks. In this specification, the fuel cell stack and the electrolytic cell stack are collectively referred to as an electrochemical reaction cell stack. Further, such a problem is common not only to SOFC and SOEC but also to other types of electrochemical reaction cell stacks.

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。 This specification discloses a technique capable of solving the above-mentioned problems.

本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。 The techniques disclosed herein can be realized in the following forms.

(1)本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、電解質層と空気極と燃料極とをそれぞれ含み、第1の方向に並べて配置された複数の単セルと、前記第1の方向における前記複数の単セルの両側および前記単セル同士の間にそれぞれ配置された複数の導電性部材であって、前記複数の導電性部材を前記第1の方向に貫く貫通孔が形成された複数の導電性部材と、前記第1の方向に延びており、前記複数の導電性部材に形成された前記貫通孔に挿入された締結部材と、を備え、前記締結部材によって締結された電気化学反応セルスタックにおいて、前記複数の導電性部材のうち、前記締結部材に電気的に接続されていない複数の非接続導電性部材に形成された前記貫通孔と前記締結部材との間には、絶縁性を有する筒状部材が配置されており、前記筒状部材は、前記締結部材の軸周りの外周を囲むとともに、前記複数の非接続導電性部材のうち、前記第1の方向の一端に位置する第1の非接続導電性部材から、前記第1の方向の他端に位置する第2の非接続導電性部材まで延びている。本電気化学反応セルスタックによれば、複数の非接続導電性部材に形成された貫通孔と締結部材との間には、絶縁性を有する筒状部材が配置されている。この筒状部材は、締結部材の軸周りの外周を囲むとともに、複数の導電性部材のうちの締結部材に電気的に接続されていない複数の非接続導電性部材のうち、第1の方向の一端に位置する第1の非接続導電性部材から、第1の方向の他端に位置する第2の非接続導電性部材まで延びている。すなわち、複数の非接続導電性部材と締結部材との間には、筒状部材が介在する。これにより、非接続導電性部材に形成された貫通孔と締結部材との間に何ら部材が介在しない構成に比べて、非接続導電性部材と締結部材とが短絡することを抑制することができる。 (1) The electrochemical reaction cell stack disclosed in the present specification includes a plurality of single cells each including an electrolyte layer, an air electrode, and a fuel electrode, arranged side by side in the first direction, and the first direction. A plurality of conductive members arranged on both sides of the plurality of single cells and between the single cells, wherein through holes are formed through the plurality of conductive members in the first direction. A conductive member of the above, and a fastening member extending in the first direction and inserted into the through holes formed in the plurality of conductive members, and an electrochemical reaction fastened by the fastening member. In the cell stack, among the plurality of conductive members, there is an insulating property between the through hole formed in the plurality of non-connecting conductive members that are not electrically connected to the fastening member and the fastening member. Is arranged, and the tubular member surrounds the outer periphery around the axis of the fastening member and is located at one end of the plurality of non-connecting conductive members in the first direction. It extends from the first non-connecting conductive member to the second non-connecting conductive member located at the other end of the first direction. According to the present electrochemical reaction cell stack, an insulating tubular member is arranged between the through hole formed in the plurality of non-connecting conductive members and the fastening member. This tubular member surrounds the outer circumference around the axis of the fastening member, and is in the first direction among the plurality of non-connecting conductive members that are not electrically connected to the fastening member among the plurality of conductive members. It extends from a first non-connecting conductive member located at one end to a second non-connecting conductive member located at the other end in the first direction. That is, a tubular member is interposed between the plurality of non-connecting conductive members and the fastening member. As a result, it is possible to prevent the non-connecting conductive member and the fastening member from being short-circuited, as compared with a configuration in which no member is interposed between the through hole formed in the non-connecting conductive member and the fastening member. ..

(2)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向に垂直な面方向において、前記複数の非接続導電性部材に形成された前記貫通孔の内壁と前記筒状部材との間に第1の隙間が形成されている構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、第1の方向に垂直な面方向において、複数の非接続導電性部材に形成された貫通孔の内壁と筒状部材との間に第1の隙間が形成されている。これにより、該貫通孔と筒状部材との間に隙間が形成されていない構成に比べて、非接続導電性部材と筒状部材との熱膨張差に起因する熱応力が筒状部材に生じることが抑制され、その結果、例えば、筒状部材の割れ等を抑制することができる。 (2) In the electrochemical reaction cell stack, in the plane direction perpendicular to the first direction, between the inner wall of the through hole formed in the plurality of non-connecting conductive members and the tubular member. The configuration may be such that a gap of 1 is formed. According to the present electrochemical reaction cell stack, a first gap is formed between the inner wall of the through hole formed in the plurality of non-connecting conductive members and the tubular member in the plane direction perpendicular to the first direction. Has been done. As a result, thermal stress due to the difference in thermal expansion between the non-connecting conductive member and the tubular member is generated in the tubular member as compared with the configuration in which no gap is formed between the through hole and the tubular member. As a result, for example, cracking of the tubular member can be suppressed.

(3)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記筒状部材における前記第1の方向の両端のうちの少なくとも一方は、前記第1の方向において、前記電気化学反応セルスタックを構成する部材から離間している構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、筒状部材における第1の方向の両端のうちの少なくとも一方は、第1の方向において、電気化学反応セルスタックを構成する部材から離間している。すなわち、筒状部材は、貫通孔内において第1の方向に変位可能である。これにより、筒状部材における第1の方向の両端が、第1の方向において、電気化学反応セルスタックを構成する部材に接触している構成に比べて、導電性部材と筒状部材との熱膨張差に起因する熱応力が筒状部材に生じることが抑制され、その結果、例えば、筒状部材の割れ等を抑制することができる。 (3) In the electrochemical reaction cell stack, at least one of both ends of the tubular member in the first direction is separated from the members constituting the electrochemical reaction cell stack in the first direction. It may be configured as such. According to the present electrochemical reaction cell stack, at least one of both ends of the tubular member in the first direction is separated from the member constituting the electrochemical reaction cell stack in the first direction. That is, the tubular member can be displaced in the first direction in the through hole. As a result, the heat of the conductive member and the tubular member is higher than that of the tubular member in which both ends in the first direction are in contact with the members constituting the electrochemical reaction cell stack in the first direction. It is possible to suppress the occurrence of thermal stress due to the expansion difference in the tubular member, and as a result, for example, cracking of the tubular member can be suppressed.

(4)上記電気化学反応セルスタックにおいて、前記第1の方向に垂直な面方向において、前記締結部材と前記筒状部材との間に第2の隙間が形成されている構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、第1の方向に垂直な面方向において、締結部材と筒状部材との間に第2の隙間が形成されている。これにより、締結部材と筒状部材との間に隙間が形成されていない構成に比べて、締結部材と筒状部材との熱膨張差に起因する熱応力が筒状部材に生じることが抑制され、その結果、例えば、筒状部材の割れ等を抑制することができる。 (4) In the electrochemical reaction cell stack, a second gap may be formed between the fastening member and the tubular member in the plane direction perpendicular to the first direction. According to the present electrochemical reaction cell stack, a second gap is formed between the fastening member and the tubular member in the plane direction perpendicular to the first direction. As a result, it is possible to prevent the tubular member from being subjected to thermal stress due to the difference in thermal expansion between the fastening member and the tubular member, as compared with the configuration in which no gap is formed between the fastening member and the tubular member. As a result, for example, cracking of the tubular member can be suppressed.

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応セルスタック(燃料電池スタックまたは電解セルスタック)、その製造方法等の形態で実現することが可能である。 The technique disclosed in the present specification can be realized in various forms, for example, an electrochemical reaction cell stack (fuel cell stack or electrolytic cell stack) including a plurality of electrochemical reaction single cells. It can be realized in the form of the manufacturing method or the like.

本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance structure of the fuel cell stack 100 in this embodiment. 図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of II-II of FIG. 図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of the fuel cell stack 100 at the position of III-III of FIG. 図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the XZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the YZ cross section configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 燃料電池スタック100の締結のための構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure for fastening the fuel cell stack 100. 図6におけるボルト22のフランジ部228の周辺部分を拡大して示す説明図である。It is explanatory drawing which enlarges and shows the peripheral part of the flange part 228 of the bolt 22 in FIG.

A.実施形態:
A−1.構成:
(燃料電池スタック100の構成)
図1は、本実施形態における燃料電池スタック100の外観構成を示す斜視図であり、図2は、図1のII−IIの位置における燃料電池スタック100のXZ断面構成を示す説明図であり、図3は、図1のIII−IIIの位置における燃料電池スタック100のYZ断面構成を示す説明図である。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4以降についても同様である。
A. Embodiment:
A-1. Constitution:
(Structure of fuel cell stack 100)
FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of the fuel cell stack 100 in the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position II-II of FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing a YZ cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position III-III of FIG. Each figure shows XYZ axes that are orthogonal to each other to identify the direction. In the present specification, for convenience, the Z-axis positive direction is referred to as an upward direction, and the Z-axis negative direction is referred to as a downward direction, but the fuel cell stack 100 is actually in a direction different from such an orientation. It may be installed. The same applies to FIGS. 4 and later.

燃料電池スタック100は、複数の(本実施形態では7つの)発電単位102と、一対のエンドプレート104,106とを備える。7つの発電単位102は、所定の配列方向(本実施形態では上下方向)に並べて配置されている。一対のエンドプレート104,106は、7つの発電単位102から構成される集合体を上下から挟むように配置されている。なお、上記配列方向(上下方向)は、特許請求の範囲における第1の方向に相当する。 The fuel cell stack 100 includes a plurality of power generation units 102 (seven in this embodiment) and a pair of end plates 104 and 106. The seven power generation units 102 are arranged side by side in a predetermined arrangement direction (vertical direction in the present embodiment). The pair of end plates 104 and 106 are arranged so as to sandwich an aggregate composed of seven power generation units 102 from above and below. The arrangement direction (vertical direction) corresponds to the first direction in the claims.

図1に示すように、各発電単位102のZ方向回りの外周の4つの角部には、上下方向に貫通する孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、上下方向に延びるボルト孔109を構成している。各ボルト孔109には導電性を有するボルト22が挿入されており、各ボルト22によって燃料電池スタック100は締結されている。燃料電池スタック100の締結のための構成については、後に詳述する。ボルト22は、特許請求の範囲における締結部材に相当する。 As shown in FIG. 1, holes penetrating in the vertical direction are formed at the four corners of the outer circumference of each power generation unit 102 in the Z direction, and holes formed in each layer and corresponding to each other are formed in the vertical direction. The bolt holes 109 that communicate with each other and extend in the vertical direction are formed. A conductive bolt 22 is inserted into each bolt hole 109, and the fuel cell stack 100 is fastened by each bolt 22. The configuration for fastening the fuel cell stack 100 will be described in detail later. The bolt 22 corresponds to a fastening member within the scope of claims.

また、図1から図3に示すように、各発電単位102のZ方向回りの外周辺の中点付近には、各発電単位102を上下方向に貫通する孔が形成されており、各発電単位102に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、複数の発電単位102にわたって上下方向に延びる連通孔108を構成している。以下の説明では、連通孔108を構成するために各発電単位102に形成された孔も、連通孔108と呼ぶ場合がある。 Further, as shown in FIGS. 1 to 3, holes are formed in the vicinity of the midpoint of the outer periphery of each power generation unit 102 around the Z direction to penetrate each power generation unit 102 in the vertical direction. The holes formed in 102 and corresponding to each other communicate with each other in the vertical direction to form a communication hole 108 extending in the vertical direction over a plurality of power generation units 102. In the following description, the holes formed in each power generation unit 102 to form the communication holes 108 may also be referred to as communication holes 108.

図1および図2に示すように、燃料電池スタック100のZ方向回りの外周における1つの辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸正方向側の辺)の中点付近に位置する連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から酸化剤ガスOGが導入され、その酸化剤ガスOGを各発電単位102の後述する空気室166に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド161として機能し、該辺の反対側の辺(Y軸に平行な2つの辺の内のX軸負方向側の辺)の中点付近に位置する連通孔108は、各発電単位102の空気室166から排出されたガスである酸化剤オフガスOOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である酸化剤ガス排出マニホールド162として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスOGとして、例えば空気が使用される。 As shown in FIGS. 1 and 2, the position is near the midpoint of one side (the side on the positive side of the X axis among the two sides parallel to the Y axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z direction. The communication hole 108 is a gas flow path in which the oxidant gas OG is introduced from the outside of the fuel cell stack 100 and the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 described later in each power generation unit 102. The communication hole 108, which functions as 161 and is located near the midpoint of the opposite side (the side on the negative side of the X-axis of the two sides parallel to the Y-axis), is the air of each power generation unit 102. It functions as an oxidant gas discharge manifold 162, which is a gas flow path for discharging the oxidant off-gas OOG, which is the gas discharged from the chamber 166, to the outside of the fuel cell stack 100. In this embodiment, for example, air is used as the oxidant gas OG.

また、図1および図3に示すように、燃料電池スタック100のZ方向回りの外周における1つの辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸正方向側の辺)の中点付近に位置する連通孔108は、燃料電池スタック100の外部から燃料ガスFGが導入され、その燃料ガスFGを各発電単位102の後述する燃料室176に供給するガス流路である燃料ガス導入マニホールド171として機能し、該辺の反対側の辺(X軸に平行な2つの辺の内のY軸負方向側の辺)の中点付近に位置する連通孔108は、各発電単位102の燃料室176から排出されたガスである燃料オフガスFOGを燃料電池スタック100の外部へと排出するガス流路である燃料ガス排出マニホールド172として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスFGとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。 Further, as shown in FIGS. 1 and 3, the vicinity of the midpoint of one side (the side on the positive side of the Y axis among the two sides parallel to the X axis) on the outer circumference of the fuel cell stack 100 around the Z direction. The communication hole 108 located in is a gas flow path for introducing the fuel gas FG from the outside of the fuel cell stack 100 and supplying the fuel gas FG to the fuel chamber 176 described later in each power generation unit 102. The communication hole 108 located near the midpoint of the side opposite to the side (the side on the negative side of the Y-axis of the two sides parallel to the X-axis) is the fuel cell of each power generation unit 102. It functions as a fuel gas discharge manifold 172, which is a gas flow path for discharging the fuel off-gas FOG, which is the gas discharged from the 176, to the outside of the fuel cell stack 100. In the present embodiment, for example, a hydrogen-rich gas obtained by reforming city gas is used as the fuel gas FG.

(エンドプレート104,106の構成)
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2および図3に示すように、下側のエンドプレート106には、4つの流路用貫通孔107が形成されている。4つの流路用貫通孔107は、それぞれ、酸化剤ガス導入マニホールド161、酸化剤ガス排出マニホールド162、燃料ガス導入マニホールド171、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。
(Structure of end plates 104 and 106)
The pair of end plates 104 and 106 are substantially rectangular flat plate-shaped conductive members, and are made of, for example, stainless steel. One end plate 104 is arranged above the power generation unit 102 located at the top, and the other end plate 106 is arranged below the power generation unit 102 located at the bottom. A plurality of power generation units 102 are sandwiched by a pair of end plates 104 and 106 in a pressed state. The upper end plate 104 functions as a positive output terminal of the fuel cell stack 100, and the lower end plate 106 functions as a negative output terminal of the fuel cell stack 100. As shown in FIGS. 2 and 3, four flow path through holes 107 are formed in the lower end plate 106. The four flow path through holes 107 communicate with the oxidant gas introduction manifold 161, the oxidant gas discharge manifold 162, the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel gas discharge manifold 172, respectively.

図2および図3に示すように、燃料電池スタック100には、4つのガス通路部材27が設けられている。各ガス通路部材27は、中空筒状の本体部28と、本体部28の側面から分岐した中空筒状の分岐部29とを有している。分岐部29の孔は本体部28の孔と連通している。各ガス通路部材27の分岐部29には、ガス配管(図示せず)が接続される。図2に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド161の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、下側のエンドプレート106に形成された流路用貫通孔107を介して、酸化剤ガス導入マニホールド161に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、下側のエンドプレート106に形成された流路用貫通孔107を介して、酸化剤ガス排出マニホールド162に連通している。また、図3に示すように、燃料ガス導入マニホールド171の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、下側のエンドプレート106に形成された流路用貫通孔107を介して、燃料ガス導入マニホールド171に連通しており、燃料ガス排出マニホールド172の位置に配置されたガス通路部材27の本体部28の孔は、下側のエンドプレート106に形成された流路用貫通孔107を介して、燃料ガス排出マニホールド172に連通している。なお、各ガス通路部材27とエンドプレート106の表面との間には、絶縁シート26が介在している。絶縁シート26は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the fuel cell stack 100 is provided with four gas passage members 27. Each gas passage member 27 has a hollow tubular main body 28 and a hollow tubular branch 29 branched from the side surface of the main body 28. The hole of the branch portion 29 communicates with the hole of the main body portion 28. A gas pipe (not shown) is connected to the branch portion 29 of each gas passage member 27. As shown in FIG. 2, the hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the oxidant gas introduction manifold 161 is passed through the flow path through hole 107 formed in the lower end plate 106. , The hole of the main body 28 of the gas passage member 27, which communicates with the oxidant gas introduction manifold 161 and is arranged at the position of the oxidant gas discharge manifold 162, is for a flow path formed in the lower end plate 106. It communicates with the oxidant gas discharge manifold 162 through the through hole 107. Further, as shown in FIG. 3, the hole of the main body 28 of the gas passage member 27 arranged at the position of the fuel gas introduction manifold 171 is passed through the flow path through hole 107 formed in the lower end plate 106. The hole of the main body 28 of the gas passage member 27, which communicates with the fuel gas introduction manifold 171 and is arranged at the position of the fuel gas discharge manifold 172, penetrates the flow path formed in the lower end plate 106. It communicates with the fuel gas discharge manifold 172 through the hole 107. An insulating sheet 26 is interposed between each gas passage member 27 and the surface of the end plate 106. The insulating sheet 26 is made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic dust sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite agent, or the like.

(発電単位102の構成)
図4は、図2に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のXZ断面構成を示す説明図であり、図5は、図3に示す断面と同一の位置における互いに隣接する2つの発電単位102のYZ断面構成を示す説明図である。図4および図5に示すように、各発電単位102は、単セル110と、セパレータ120と、空気極側フレーム130と、空気極側集電体134と、燃料極側フレーム140と、燃料極側集電体144と、発電単位102の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ150とを備えている。セパレータ120、空気極側フレーム130、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150におけるZ方向回りの周縁部には、上述した各ボルト孔109に対応する孔と、各マニホールド161,162,171,172を構成する連通孔108に対応する孔と、が形成されている。
(Structure of power generation unit 102)
FIG. 4 is an explanatory view showing an XZ cross-sectional configuration of two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. 2, and FIG. 5 is an explanatory view showing the XZ cross-sectional configuration of the two power generation units 102 adjacent to each other at the same position as the cross section shown in FIG. It is explanatory drawing which shows the YZ cross-sectional structure of two power generation units 102. As shown in FIGS. 4 and 5, each power generation unit 102 includes a single cell 110, a separator 120, an air pole side frame 130, an air pole side current collector 134, a fuel pole side frame 140, and a fuel pole. It includes a side current collector 144 and a pair of interconnectors 150 that form the uppermost layer and the lowermost layer of the power generation unit 102. On the peripheral edges of the separator 120, the air pole side frame 130, the fuel pole side frame 140, and the interconnector 150 around the Z direction, holes corresponding to the above-mentioned bolt holes 109 and each manifold 161, 162, 171 and 172 are provided. A hole corresponding to the constituent communication hole 108 is formed.

インターコネクタ150は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ150は、発電単位102間の電気的導通を確保すると共に、発電単位102間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、2つの発電単位102が隣接して配置されている場合、1つのインターコネクタ150は、隣接する2つの発電単位102に共有されている。すなわち、ある発電単位102における上側のインターコネクタ150は、その発電単位102の上側に隣接する他の発電単位102における下側のインターコネクタ150と同一部材である。 The interconnector 150 is a substantially rectangular flat plate-shaped conductive member, and is made of, for example, ferritic stainless steel. The interconnector 150 ensures electrical continuity between the power generation units 102 and prevents mixing of reaction gases between the power generation units 102. In the present embodiment, when two power generation units 102 are arranged adjacent to each other, one interconnector 150 is shared by two adjacent power generation units 102. That is, the upper interconnector 150 in a certain power generation unit 102 is the same member as the lower interconnector 150 in another power generation unit 102 adjacent to the upper side of the power generation unit 102.

単セル110は、電解質層112と、電解質層112を挟んで上下方向(発電単位102が並ぶ配列方向)に互いに対向する空気極(カソード)114および燃料極(アノード)116とを備える。なお、本実施形態の単セル110は、燃料極116で電解質層112および空気極114を支持する燃料極支持形の単セルである。 The single cell 110 includes an electrolyte layer 112, an air electrode (cathode) 114 and a fuel electrode (anode) 116 facing each other in the vertical direction (arrangement direction in which the power generation units 102 are arranged) with the electrolyte layer 112 interposed therebetween. The single cell 110 of the present embodiment is a fuel pole support type single cell in which the fuel pole 116 supports the electrolyte layer 112 and the air pole 114.

電解質層112は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、YSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、SDC(サマリウムドープセリア)、GDC(ガドリニウムドープセリア)、ペロブスカイト型酸化物等の固体酸化物により形成されている。空気極114は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物(例えばLSCF(ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物)、LSM(ランタンストロンチウムマンガン酸化物)、LNF(ランタンニッケル鉄))により形成されている。燃料極116は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ni(ニッケル)、Niとセラミック粒子からなるサーメット、Ni基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル110(発電単位102)は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池(SOFC)である。 The electrolyte layer 112 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, for example, YSZ (yttria-stabilized zirconia), ScSZ (scandia-stabilized zirconia), SDC (samarium-doped ceria), GDC (gadolinium-doped ceria), perovskite-type oxide. It is formed of solid oxides such as. The air electrode 114 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is formed of, for example, a perovskite-type oxide (for example, LSCF (lanternstrontium cobalt iron oxide), LSM (lanternstrontium manganese oxide), LNF (lantern nickel iron)). Has been done. The fuel electrode 116 is a substantially rectangular flat plate-shaped member, and is formed of, for example, Ni (nickel), a cermet composed of Ni and ceramic particles, a Ni-based alloy, or the like. As described above, the single cell 110 (power generation unit 102) of the present embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses a solid oxide as an electrolyte.

セパレータ120は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔121が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ120における孔121の周囲部分は、電解質層112における空気極114の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ120は、その対向した部分に配置されたロウ材(例えばAgロウ)により形成された接合部124により、単セル110と接合されている。セパレータ120により、空気極114に面する空気室166と燃料極116に面する燃料室176とが区画され、単セル110の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。 The separator 120 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 121 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. The peripheral portion of the hole 121 in the separator 120 faces the peripheral edge of the surface of the electrolyte layer 112 on the side of the air electrode 114. The separator 120 is joined to the single cell 110 by a joining portion 124 formed of a brazing material (for example, Ag wax) arranged at the opposite portion thereof. The separator 120 partitions the air chamber 166 facing the air electrode 114 and the fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116, and a gas leak from one electrode side to the other electrode side at the peripheral edge of the single cell 110. It is suppressed.

空気極側フレーム130は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔131が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム130の孔131は、空気極114に面する空気室166を構成する。空気極側フレーム130は、セパレータ120における電解質層112に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、空気極側フレーム130によって、発電単位102に含まれる一対のインターコネクタ150間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム130には、酸化剤ガス導入マニホールド161と空気室166とを連通する酸化剤ガス供給連通孔132と、空気室166と酸化剤ガス排出マニホールド162とを連通する酸化剤ガス排出連通孔133とが形成されている。 The air electrode side frame 130 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 131 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, an insulator such as mica. The hole 131 of the air electrode side frame 130 constitutes an air chamber 166 facing the air electrode 114. The air electrode side frame 130 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the air electrode 114. .. Further, the air electrode side frame 130 electrically insulates between the pair of interconnectors 150 included in the power generation unit 102. Further, in the air electrode side frame 130, the oxidant gas supply communication hole 132 that communicates the oxidant gas introduction manifold 161 and the air chamber 166, and the oxidant gas that communicates the air chamber 166 and the oxidant gas discharge manifold 162. A discharge communication hole 133 is formed.

燃料極側フレーム140は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔141が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム140の孔141は、燃料極116に面する燃料室176を構成する。燃料極側フレーム140は、セパレータ120における電解質層112に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム140には、燃料ガス導入マニホールド171と燃料室176とを連通する燃料ガス供給連通孔142と、燃料室176と燃料ガス排出マニホールド172とを連通する燃料ガス排出連通孔143とが形成されている。 The fuel pole side frame 140 is a frame-shaped member in which a substantially rectangular hole 141 penetrating in the vertical direction is formed near the center, and is formed of, for example, metal. Hole 141 of the fuel electrode side frame 140 constitutes a fuel chamber 176 facing the fuel electrode 116. The fuel electrode side frame 140 is in contact with the peripheral edge of the surface of the separator 120 facing the electrolyte layer 112 and the peripheral edge of the surface of the interconnector 150 facing the fuel electrode 116. Further, in the fuel electrode side frame 140, a fuel gas supply communication hole 142 that communicates the fuel gas introduction manifold 171 and the fuel chamber 176, and a fuel gas discharge communication hole 143 that communicates the fuel chamber 176 and the fuel gas discharge manifold 172. And are formed.

燃料極側集電体144は、燃料室176内に配置されている。燃料極側集電体144は、インターコネクタ対向部146と、電極対向部145と、電極対向部145とインターコネクタ対向部146とをつなぐ連接部147とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部145は、燃料極116における電解質層112に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部146は、インターコネクタ150における燃料極116に対向する側の表面に接触している。燃料極側集電体144は、このような構成であるため、燃料極116とインターコネクタ150とを電気的に接続する。なお、電極対向部145とインターコネクタ対向部146との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー149が配置されている。そのため、燃料極側集電体144が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位102の変形に追随し、燃料極側集電体144を介した燃料極116とインターコネクタ150との電気的接続が良好に維持される。 The fuel electrode side current collector 144 is arranged in the fuel chamber 176. The fuel electrode side current collector 144 includes an interconnector facing portion 146, an electrode facing portion 145, and a connecting portion 147 connecting the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. For example, nickel or nickel alloy. , Stainless steel, etc. The electrode facing portion 145 is in contact with the surface of the fuel pole 116 opposite to the side facing the electrolyte layer 112, and the interconnector facing portion 146 is on the surface of the interconnector 150 facing the fuel pole 116. Are in contact. Since the fuel pole side current collector 144 has such a configuration, the fuel pole 116 and the interconnector 150 are electrically connected to each other. A spacer 149 formed of, for example, mica is arranged between the electrode facing portion 145 and the interconnector facing portion 146. Therefore, the fuel pole side current collector 144 follows the deformation of the power generation unit 102 due to the temperature cycle and the reaction gas pressure fluctuation, and the electrical connection between the fuel pole 116 and the interconnector 150 via the fuel pole side current collector 144 is established. Well maintained.

空気極側集電体134は、空気室166内に配置されている。空気極側集電体134は、複数の略四角柱状の集電体要素135から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体134は、空気極114における電解質層112に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ150における空気極114に対向する側の表面とに接触している。空気極側集電体134は、このような構成であるため、空気極114とインターコネクタ150とを電気的に接続する。なお、本実施形態では、空気極側集電体134とインターコネクタ150とは一体の部材として形成されている。すなわち、該一体の部材の内の、上下方向(Z軸方向)に直交する平板形の部分がインターコネクタ150として機能し、該平板形の部分から空気極114に向けて突出するように形成された複数の凸部である集電体要素135が空気極側集電体134として機能する。また、空気極側集電体134とインターコネクタ150との一体部材は、導電性のコートによって覆われていてもよく、空気極114と空気極側集電体134との間には、両者を接合する導電性の接合層が介在していてもよい。 The air pole side current collector 134 is arranged in the air chamber 166. The air electrode side current collector 134 is composed of a plurality of substantially square columnar current collector elements 135, and is formed of, for example, ferritic stainless steel. The air pole side current collector 134 is in contact with the surface of the air pole 114 on the side opposite to the side facing the electrolyte layer 112 and the surface of the interconnector 150 on the side facing the air pole 114. Since the air electrode side current collector 134 has such a configuration, the air electrode 114 and the interconnector 150 are electrically connected to each other. In this embodiment, the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 are formed as an integral member. That is, the flat plate-shaped portion of the integrated member that is orthogonal to the vertical direction (Z-axis direction) functions as the interconnector 150, and is formed so as to project from the flat plate-shaped portion toward the air electrode 114. The current collector element 135, which is a plurality of convex portions, functions as the air electrode side current collector 134. Further, the integral member of the air electrode side current collector 134 and the interconnector 150 may be covered with a conductive coat, and both are placed between the air electrode 114 and the air electrode side current collector 134. A conductive bonding layer to be bonded may be interposed.

A−2.燃料電池スタック100の動作:
図2および図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、酸化剤ガス導入マニホールド161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。また、図3および図5に示すように、燃料ガス導入マニホールド171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)を介して燃料ガスFGが供給されると、燃料ガスFGは、ガス通路部材27の分岐部29および本体部28の孔を介して燃料ガス導入マニホールド171に供給され、燃料ガス導入マニホールド171から各発電単位102の燃料ガス供給連通孔142を介して、燃料室176に供給される。
A-2. Operation of fuel cell stack 100:
As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant gas OG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the oxidant gas introduction manifold 161. Then, the oxidant gas OG is supplied to the oxidant gas introduction manifold 161 through the holes of the branch portion 29 and the main body portion 28 of the gas passage member 27, and the oxidizer gas introduction manifold 161 oxidizes each power generation unit 102. It is supplied to the air chamber 166 through the agent gas supply communication hole 132. Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel gas FG is supplied via a gas pipe (not shown) connected to the branch portion 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the fuel gas introduction manifold 171. Then, the fuel gas FG is supplied to the fuel gas introduction manifold 171 through the holes of the branch portion 29 and the main body portion 28 of the gas passage member 27, and the fuel gas supply communication of each power generation unit 102 is performed from the fuel gas introduction manifold 171. It is supplied to the fuel chamber 176 through the hole 142.

各発電単位102の空気室166に酸化剤ガスOGが供給され、燃料室176に燃料ガスFGが供給されると、単セル110において酸化剤ガスOGおよび燃料ガスFGの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位102において、単セル110の空気極114は空気極側集電体134を介して一方のインターコネクタ150に電気的に接続され、燃料極116は燃料極側集電体144を介して他方のインターコネクタ150に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック100に含まれる複数の発電単位102は、電気的に直列に接続されている。そのため、燃料電池スタック100の出力端子として機能するエンドプレート104,106から、各発電単位102において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、SOFCは、比較的高温(例えば700℃から1000℃)で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック100が加熱器(図示せず)により加熱されてもよい。 When the oxidant gas OG is supplied to the air chamber 166 of each power generation unit 102 and the fuel gas FG is supplied to the fuel chamber 176, power is generated by the electrochemical reaction of the oxidant gas OG and the fuel gas FG in the single cell 110. Will be. This power generation reaction is an exothermic reaction. In each power generation unit 102, the air pole 114 of the single cell 110 is electrically connected to one of the interconnectors 150 via the air pole side current collector 134, and the fuel pole 116 is via the fuel pole side current collector 144. It is electrically connected to the other interconnector 150. Further, the plurality of power generation units 102 included in the fuel cell stack 100 are electrically connected in series. Therefore, the electric energy generated in each power generation unit 102 is taken out from the end plates 104 and 106 that function as the output terminals of the fuel cell stack 100. Since the SOFC generates electricity at a relatively high temperature (for example, 700 ° C. to 1000 ° C.), the fuel cell stack 100 is a heater (for example, after the start-up, until the high temperature can be maintained by the heat generated by the power generation. It may be heated by (not shown).

各発電単位102の空気室166から排出された酸化剤オフガスOOGは、図2および図4に示すように、酸化剤ガス排出連通孔133を介して酸化剤ガス排出マニホールド162に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド162の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示せず)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。また、各発電単位102の燃料室176から排出された燃料オフガスFOGは、図3および図5に示すように、燃料ガス排出連通孔143を介して燃料ガス排出マニホールド172に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド172の位置に設けられたガス通路部材27の本体部28および分岐部29の孔を経て、当該分岐部29に接続されたガス配管(図示しない)を介して燃料電池スタック100の外部に排出される。 As shown in FIGS. 2 and 4, the oxidant off-gas OOG discharged from the air chamber 166 of each power generation unit 102 is discharged to the oxidant gas discharge manifold 162 through the oxidant gas discharge communication hole 133, and further oxidized. The fuel cell stack 100 is passed through the holes of the main body 28 and the branch 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the agent gas discharge manifold 162, and the gas pipe (not shown) connected to the branch 29. It is discharged to the outside of. Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the fuel off-gas FOG discharged from the fuel chamber 176 of each power generation unit 102 is discharged to the fuel gas discharge manifold 172 through the fuel gas discharge communication hole 143, and further, the fuel gas. To the outside of the fuel cell stack 100 via the holes of the main body 28 and the branch 29 of the gas passage member 27 provided at the position of the discharge manifold 172, and via a gas pipe (not shown) connected to the branch 29. It is discharged.

A−3.燃料電池スタック100の締結のための構成:
図6は、燃料電池スタック100の締結のための構成を示す説明図である。図6には、図1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。上述したように、燃料電池スタック100は、複数のボルト22によって締結されている。図6に示すように、ボルト22は、軸部226と、軸部226の一方(本実施形態では上側)の端部に形成されたフランジ部228とを備えている。軸部226とフランジ部228とは、一体の部材である。フランジ部228は、径(軸部226の軸方向に直交する方向の寸法)が軸部226より大きい部分であり、座面229を有している。座面229は、フランジ部228における軸部226の軸方向に直交する表面の内、軸部226側の表面である。ボルト22の軸部226におけるフランジ部228とは反対側の端部には、ねじ部224が形成されている。ねじ部224の外周面には、おねじが形成されている。
A-3. Configuration for fastening the fuel cell stack 100:
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration for fastening the fuel cell stack 100. FIG. 6 shows the cross-sectional configuration of the fuel cell stack 100 at the position of VI-VI in FIG. As described above, the fuel cell stack 100 is fastened by a plurality of bolts 22. As shown in FIG. 6, the bolt 22 includes a shaft portion 226 and a flange portion 228 formed at one end (upper side in the present embodiment) of the shaft portion 226. The shaft portion 226 and the flange portion 228 are integral members. The flange portion 228 has a diameter (dimension in the direction orthogonal to the axial direction of the shaft portion 226) larger than that of the shaft portion 226 and has a seating surface 229. The seat surface 229 is a surface on the shaft portion 226 side of the surfaces of the flange portion 228 that are orthogonal to the axial direction of the shaft portion 226. A threaded portion 224 is formed at an end of the shaft portion 226 of the bolt 22 opposite to the flange portion 228. Male threads are formed on the outer peripheral surface of the threaded portion 224.

ボルト孔109は、各発電単位102に形成された貫通孔と、上側のエンドプレート104に形成された貫通孔とから構成されている。また、下側のエンドプレート106には、ボルト孔109に連通するねじ孔103が形成されている。ねじ孔103は、下側のエンドプレート106を上下方向に貫通しており、その内周面にめねじが形成されている。ボルト孔109およびねじ孔103は、特許請求の範囲における貫通孔に相当する。 The bolt hole 109 is composed of a through hole formed in each power generation unit 102 and a through hole formed in the upper end plate 104. Further, the lower end plate 106 is formed with a screw hole 103 that communicates with the bolt hole 109. The screw hole 103 penetrates the lower end plate 106 in the vertical direction, and a female screw is formed on the inner peripheral surface thereof. Bolt holes 109 and screw holes 103 correspond to through holes in the claims.

ボルト22は、ボルト孔109に挿入されており、ボルト22の軸部226に形成されたねじ部224は、下側のエンドプレート106に形成されたねじ孔103に螺合している。この状態において、ボルト22の軸部226は、上下方向(Z軸方向)に延びる姿勢となっている。また、フランジ部228は、軸部226に対して上側(Z軸正方向側)に位置しており、フランジ部228の座面229は、上側のエンドプレート104の上側の表面に接している。 The bolt 22 is inserted into the bolt hole 109, and the screw portion 224 formed in the shaft portion 226 of the bolt 22 is screwed into the screw hole 103 formed in the lower end plate 106. In this state, the shaft portion 226 of the bolt 22 is in a posture of extending in the vertical direction (Z-axis direction). Further, the flange portion 228 is located on the upper side (Z-axis positive direction side) with respect to the shaft portion 226, and the seat surface 229 of the flange portion 228 is in contact with the upper surface of the upper end plate 104.

また、図2および図3に示すように、上側のエンドプレート104の下面と最上段の発電単位102(インターコネクタ150の上面)との間には、絶縁シート210が介在している。絶縁シート210には、ボルト孔109を構成する孔212が形成されている。絶縁シート210に形成された孔212の径は、各発電単位102に形成された貫通孔の径と略同一である。また、下側のエンドプレート106の上面と最下段の発電単位102(インターコネクタ150の下面)との間には、絶縁シート220が介在している。絶縁シート220には、ボルト孔109に連通する孔222が形成されている。絶縁シート220に形成された孔222の径は、各発電単位102に形成された貫通孔の径より小さい。絶縁シート210,220は、例えばマイカシートや、セラミック繊維シート、セラミック圧粉シート、ガラスシート、ガラスセラミック複合剤等により構成される。このため、本実施形態では、一対のエンドプレート104,106は、ボルト22に電気的に接続されるが、各発電単位102におけるセパレータ120と燃料極側フレーム140とインターコネクタ150とは、ボルト22に電気的に接続されない。一対のエンドプレート104,106と、セパレータ120と燃料極側フレーム140とインターコネクタ150とは、特許請求の範囲における導電性部材に相当し、セパレータ120と燃料極側フレーム140とインターコネクタ150とは、特許請求の範囲における非接続導電性部材に相当する。 Further, as shown in FIGS. 2 and 3, an insulating sheet 210 is interposed between the lower surface of the upper end plate 104 and the uppermost power generation unit 102 (upper surface of the interconnector 150). The insulating sheet 210 is formed with holes 212 forming the bolt holes 109. The diameter of the hole 212 formed in the insulating sheet 210 is substantially the same as the diameter of the through hole formed in each power generation unit 102. Further, an insulating sheet 220 is interposed between the upper surface of the lower end plate 106 and the lowermost power generation unit 102 (lower surface of the interconnector 150). The insulating sheet 220 is formed with a hole 222 that communicates with the bolt hole 109. The diameter of the hole 222 formed in the insulating sheet 220 is smaller than the diameter of the through hole formed in each power generation unit 102. The insulating sheets 210 and 220 are made of, for example, a mica sheet, a ceramic fiber sheet, a ceramic dust sheet, a glass sheet, a glass-ceramic composite agent, or the like. Therefore, in the present embodiment, the pair of end plates 104 and 106 are electrically connected to the bolt 22, but the separator 120, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 in each power generation unit 102 are connected to the bolt 22. Not electrically connected to. The pair of end plates 104 and 106, the separator 120, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 correspond to conductive members within the scope of the claims, and the separator 120, the fuel electrode side frame 140, and the interconnector 150 correspond to each other. , Corresponds to a non-connecting conductive member within the scope of claims.

A−4.非接続導電性部材とボルト22との絶縁のための構成:
図7は、図6におけるボルト22のフランジ部228の周辺部分を拡大して示す説明図である。図6および図7に示すように、燃料電池スタック100は、さらに、絶縁性を有する保護管300を備える。保護管300は、例えばアルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等の絶縁材料により形成されている。保護管300は、複数の非接続導電性部材(セパレータ120、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150)に形成されたボルト孔109(ボルト孔109を構成する各非接続導電性部材に形成された貫通孔の内壁)とボルト22との間に配置されている。具体的には、保護管300は、ボルト22の軸部226の軸周りの外周を囲むとともに、複数の非接続導電性部材のうち、上端に位置する第1の非接続導電性部材(図6における上から1番目の発電単位102の上側のインターコネクタ150)から、下端に位置する第2の非接続導電性部材(図6における上から7番目の発電単位102の下側のインターコネクタ150)まで延びている。より具体的には、保護管300は、略円筒状の部材であり、複数の非接続導電性部材(セパレータ120、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150)に形成されたボルト孔109内に挿入されている。保護管300内には、ボルト22の軸部226が挿入されている。換言すれば、保護管300は、ボルト22の軸部226の全周を囲むように配置されている。また、保護管300の厚さは、保護管300の軸周りの全周にわたって略均一であることが好ましい。また、保護管300の厚さは、保護管300の全長にわたって略均一であることが好ましい。また、保護管300の厚さは、ボルト22と非接続導電性部材に形成されたボルト孔109の内壁との間の面方向の距離に対して、1/3以上であることが好ましく、1/2以上であることがより好ましい。保護管300は、特許請求の範囲における筒状部材に相当する。
A-4. Configuration for insulation between the non-connecting conductive member and the bolt 22:
FIG. 7 is an enlarged explanatory view showing a peripheral portion of the flange portion 228 of the bolt 22 in FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, the fuel cell stack 100 further includes an insulating protective tube 300. The protective tube 300 is made of an insulating material such as alumina, zirconia, or silicon nitride. The protective tube 300 is formed in the bolt holes 109 (each non-connecting conductive member constituting the bolt hole 109) formed in the plurality of non-connecting conductive members (separator 120, fuel electrode side frame 140, interconnector 150). It is arranged between the inner wall of the through hole) and the bolt 22. Specifically, the protective tube 300 surrounds the outer periphery of the shaft portion 226 of the bolt 22 around the axis, and is the first non-connecting conductive member located at the upper end of the plurality of non-connecting conductive members (FIG. 6). From the upper interconnector 150 of the first power generation unit 102 from the top to the second non-connecting conductive member located at the lower end (the lower interconnector 150 of the seventh power generation unit 102 from the top in FIG. 6). Extends to. More specifically, the protective tube 300 is a substantially cylindrical member, and is inserted into bolt holes 109 formed in a plurality of non-connecting conductive members (separator 120, fuel electrode side frame 140, interconnector 150). Has been done. The shaft portion 226 of the bolt 22 is inserted into the protective tube 300. In other words, the protective tube 300 is arranged so as to surround the entire circumference of the shaft portion 226 of the bolt 22. Further, the thickness of the protective tube 300 is preferably substantially uniform over the entire circumference of the protective tube 300 around the axis. Further, the thickness of the protective tube 300 is preferably substantially uniform over the entire length of the protective tube 300. Further, the thickness of the protective tube 300 is preferably 1/3 or more with respect to the distance in the surface direction between the bolt 22 and the inner wall of the bolt hole 109 formed in the non-connecting conductive member. More preferably, it is / 2 or more. The protective tube 300 corresponds to a tubular member within the scope of the claims.

また、上下方向(Z軸方向)に垂直な面方向(XY平面方向)において、保護管300と、複数の非導電性部材(セパレータ120、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150)に形成されたボルト孔109の内壁との間には、第1の隙間S1が形成されている。具体的には、図7に示すように、保護管300の外径D3は、ボルト孔109の径D4より小さい。また、面方向において、保護管300とボルト22の軸部226との間に、第2の隙間S2が形成されている。具体的には、図7に示すように、保護管300の内径D2は、ボルト22の軸部226の外径(最大外径)D1より大きい。なお、第1の隙間S1および第2の隙間S2は、少なくとも燃料電池スタック100の運転前において形成されていればよい。 Further, in a plane direction (XY plane direction) perpendicular to the vertical direction (Z-axis direction), the protective tube 300 and a plurality of non-conductive members (separator 120, fuel electrode side frame 140, interconnector 150) are formed. A first gap S1 is formed between the bolt hole 109 and the inner wall. Specifically, as shown in FIG. 7, the outer diameter D3 of the protective tube 300 is smaller than the diameter D4 of the bolt hole 109. Further, in the surface direction, a second gap S2 is formed between the protection tube 300 and the shaft portion 226 of the bolt 22. Specifically, as shown in FIG. 7, the inner diameter D2 of the protective tube 300 is larger than the outer diameter (maximum outer diameter) D1 of the shaft portion 226 of the bolt 22. The first gap S1 and the second gap S2 may be formed at least before the operation of the fuel cell stack 100.

また、保護管300の上端および下端のうちの少なくとも一方は、上下方向(Z軸方向)において、燃料電池スタック100を構成する部材から離間している。具体的には、図6および図7に示すように、上側のエンドプレート104に形成され、かつ、ボルト孔109を構成する孔105は、第1の孔部105Aと、第2の孔部105Bとを有する。第1の孔部105Aは、エンドプレート104の発電単位102側の表面(下面)に開口している。第1の孔部105Aの径D4は、保護管300の外径D3より大きい。本実施形態では、第1の孔部105Aの径D4は、非接続導電性部材に形成されたボルト孔109の径と略同一である。第1の孔部105Aと第2の孔部105Bとの間には、段差面105Cが形成されている。図6に示すように、上側のエンドプレート104における段差面105Cと絶縁シート220の上面との上下方向の距離L2は、保護管300の全長L1より長い。図6では、保護管300の下端は、絶縁シート220の上面のうちの孔222の周囲部分に接触し、保護管300の上端が上側のエンドプレート104における段差面105Cから離間した状態が示されている。このように、保護管300の下端と下側のエンドプレート106との間に絶縁シート220が介在することにより、保護管300と下側のエンドプレート106とが直接接触する構成に比べて、燃料電池スタック100の耐電圧が向上する。 Further, at least one of the upper end and the lower end of the protection tube 300 is separated from the members constituting the fuel cell stack 100 in the vertical direction (Z-axis direction). Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the holes 105 formed in the upper end plate 104 and forming the bolt holes 109 are the first hole 105A and the second hole 105B. And have. The first hole 105A is open to the surface (lower surface) of the end plate 104 on the power generation unit 102 side. The diameter D4 of the first hole 105A is larger than the outer diameter D3 of the protective tube 300. In the present embodiment, the diameter D4 of the first hole 105A is substantially the same as the diameter of the bolt hole 109 formed in the non-connecting conductive member. A stepped surface 105C is formed between the first hole 105A and the second hole 105B. As shown in FIG. 6, the vertical distance L2 between the stepped surface 105C on the upper end plate 104 and the upper surface of the insulating sheet 220 is longer than the total length L1 of the protective tube 300. FIG. 6 shows a state in which the lower end of the protective tube 300 is in contact with the peripheral portion of the hole 222 in the upper surface of the insulating sheet 220, and the upper end of the protective tube 300 is separated from the stepped surface 105C of the upper end plate 104. ing. In this way, by interposing the insulating sheet 220 between the lower end of the protective tube 300 and the lower end plate 106, the fuel is compared with the configuration in which the protective tube 300 and the lower end plate 106 are in direct contact with each other. The withstand voltage of the battery stack 100 is improved.

また、図6の状態のとき、保護管300の上端は、最上段の非接続導電性部材(1番目の発電単位102の上側のインターコネクタ150の上面)より上側に位置していることが好ましい。換言すれば、保護管300の全長L1は、上側のエンドプレート104と下側のエンドプレート106との間に挟まれた複数の発電単位102の上下方向の合計長さL3より長い。これにより、例えば、保護管300と発電単位102との熱膨張差によって、発電単位102が保護管300に対して相対的に膨張しても、非接続導電性部材とボルト22との短絡を、より確実に抑制することができる。また、保護管300は、ボルト孔109内において固定されておらず、上下方向および面方向に変位可能に配置されている。なお、保護管300と燃料電池スタック100を構成する部材との間の上下方向の隙間は、少なくとも燃料電池スタック100の運転前において形成されていればよい。 Further, in the state of FIG. 6, the upper end of the protective tube 300 is preferably located above the uppermost non-connecting conductive member (the upper surface of the interconnector 150 above the first power generation unit 102). .. In other words, the total length L1 of the protective tube 300 is longer than the total length L3 in the vertical direction of the plurality of power generation units 102 sandwiched between the upper end plate 104 and the lower end plate 106. As a result, for example, even if the power generation unit 102 expands relative to the protection tube 300 due to the difference in thermal expansion between the protection tube 300 and the power generation unit 102, the non-connecting conductive member and the bolt 22 are short-circuited. It can be suppressed more reliably. Further, the protective tube 300 is not fixed in the bolt hole 109, but is arranged so as to be displaceable in the vertical direction and the surface direction. The vertical gap between the protection pipe 300 and the members constituting the fuel cell stack 100 may be formed at least before the operation of the fuel cell stack 100.

なお、図6には、1つのボルト孔109の位置における燃料電池スタック100の断面が示されているが、他の3つのボルト孔109の位置における燃料電池スタック100の断面も同様の構成である。そのため、下側のエンドプレート106には、合計4つのねじ孔103が形成されており、各ねじ孔103にボルト22のねじ部224が螺合していることとなる。各ねじ孔103に螺合した各ボルト22によって、燃料電池スタック100が締結される。また、燃料電池スタック100に形成された4つのボルト孔109のそれぞれに、上述した保護管300が配置されている。 Although FIG. 6 shows a cross section of the fuel cell stack 100 at the position of one bolt hole 109, the cross section of the fuel cell stack 100 at the position of the other three bolt holes 109 has the same configuration. .. Therefore, a total of four screw holes 103 are formed in the lower end plate 106, and the screw portion 224 of the bolt 22 is screwed into each screw hole 103. The fuel cell stack 100 is fastened by the bolts 22 screwed into the screw holes 103. Further, the above-mentioned protection tube 300 is arranged in each of the four bolt holes 109 formed in the fuel cell stack 100.

A−5.本実施形態の効果:
以上説明したように、本実施形態の燃料電池スタック100によれば、複数の非接続導電性部材(セパレータ120、燃料極側フレーム140、インターコネクタ150)に形成された貫通孔(ボルト孔109)とボルト22との間には、絶縁性を有する保護管300が配置されている。この保護管300は、ボルト22の軸周りの外周を囲むとともに、上端に位置する第1の非接続導電性部材から、下端に位置する第2の非接続導電性部材まで延びている。すなわち、複数の非接続導電性部材とボルト22との間には、保護管300が介在する。これにより、非接続導電性部材に形成された貫通孔と締結部材との間に何ら部材が介在しない構成に比べて、非接続導電性部材とボルト22とが短絡することを抑制することができる。
A-5. Effect of this embodiment:
As described above, according to the fuel cell stack 100 of the present embodiment, through holes (bolt holes 109) formed in a plurality of non-connecting conductive members (separator 120, fuel electrode side frame 140, interconnector 150). A protective tube 300 having an insulating property is arranged between the bolt 22 and the bolt 22. The protective tube 300 surrounds the outer circumference of the bolt 22 around the axis and extends from the first non-connecting conductive member located at the upper end to the second non-connecting conductive member located at the lower end. That is, a protective tube 300 is interposed between the plurality of non-connecting conductive members and the bolt 22. As a result, it is possible to prevent the non-connecting conductive member and the bolt 22 from being short-circuited, as compared with a configuration in which no member is interposed between the through hole formed in the non-connecting conductive member and the fastening member. ..

また、本実施形態によれば、面方向において、保護管300と、複数の非導電性部材に形成されたボルト孔109の内壁との間には、第1の隙間S1が形成されている。これにより、該ボルト孔109と保護管300との間に隙間が形成されていない構成に比べて、非接続導電性部材と保護管300との熱膨張差に起因する面方向の熱応力が保護管300に生じることが抑制され、その結果、例えば、保護管300の割れ等を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, a first gap S1 is formed between the protective tube 300 and the inner walls of the bolt holes 109 formed in the plurality of non-conductive members in the plane direction. As a result, the thermal stress in the surface direction due to the difference in thermal expansion between the non-connecting conductive member and the protective tube 300 is protected as compared with the configuration in which a gap is not formed between the bolt hole 109 and the protective tube 300. It is possible to suppress what occurs in the tube 300, and as a result, for example, cracking of the protective tube 300 can be suppressed.

また、本実施形態によれば、面方向において、保護管300とボルト22の軸部226との間に、第2の隙間S2が形成されている。これにより、保護管300とボルト22との間に隙間が形成されていない構成に比べて、保護管300とボルト22との熱膨張差に起因する面方向の熱応力が保護管300に生じることが抑制され、その結果、例えば、保護管300の割れ等を抑制することができる。 Further, according to the present embodiment, a second gap S2 is formed between the protective tube 300 and the shaft portion 226 of the bolt 22 in the surface direction. As a result, a thermal stress in the surface direction due to the difference in thermal expansion between the protective tube 300 and the bolt 22 is generated in the protective tube 300 as compared with a configuration in which a gap is not formed between the protective tube 300 and the bolt 22. As a result, for example, cracking of the protective tube 300 can be suppressed.

また、本実施形態によれば、保護管300の上端および下端のうちの少なくとも一方は、上下方向(Z軸方向)において、燃料電池スタック100を構成する部材から離間している。すなわち、保護管300は、ボルト孔109内において上下方向に変位可能である。これにより、保護管300における上下方向の両端が、上下方向において、燃料電池スタック100を構成する部材に接触している構成に比べて、導電性部材と保護管300との熱膨張差に起因する上下方向の熱応力が保護管300に生じることが抑制され、その結果、例えば、保護管300の割れ等を抑制することができる。
B.変形例:
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。
Further, according to the present embodiment, at least one of the upper end and the lower end of the protective tube 300 is separated from the members constituting the fuel cell stack 100 in the vertical direction (Z-axis direction). That is, the protection tube 300 can be displaced in the vertical direction in the bolt hole 109. This is due to the difference in thermal expansion between the conductive member and the protective tube 300 as compared with the configuration in which both ends of the protective tube 300 in the vertical direction are in contact with the members constituting the fuel cell stack 100 in the vertical direction. It is possible to suppress the occurrence of thermal stress in the vertical direction on the protective tube 300, and as a result, for example, cracking of the protective tube 300 can be suppressed.
B. Modification example:
The technique disclosed in the present specification is not limited to the above-described embodiment, and can be transformed into various forms without departing from the gist thereof, and for example, the following modifications are also possible.

上記実施形態における単セル110または燃料電池スタック100の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態において、ボルト22の軸部226の下側端部が下側のエンドプレート106を貫いて下方に突出し、その突出した下側端部に形成されたねじ部224にナットが螺合しているとしてもよい。また、上記実施形態において、ボルト22の軸部226の上側端部の外周面におねじが形成され、上側のエンドプレート104に形成された貫通孔の内周面にめねじが形成されており、ボルト22の軸部226の上側端部が上側のエンドプレート104に形成された貫通孔に螺合しているとしてもよい。また、上記実施形態において、絶縁シート210を備えておらず、代わりに、ボルト22の座面229と上側のエンドプレート104との間に、絶縁シートが配置されているとしてもよい。この場合、インターコネクタ150等に加えて、上側のエンドプレート104も、特許請求の範囲における非接続導電性部材に相当する。 The configuration of the single cell 110 or the fuel cell stack 100 in the above embodiment is merely an example and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the lower end portion of the shaft portion 226 of the bolt 22 penetrates the lower end plate 106 and protrudes downward, and the nut is screwed into the screw portion 224 formed at the protruding lower end portion. It may be correct. Further, in the above embodiment, a screw is formed on the outer peripheral surface of the upper end portion of the shaft portion 226 of the bolt 22, and a female screw is formed on the inner peripheral surface of the through hole formed in the upper end plate 104. , The upper end of the shaft portion 226 of the bolt 22 may be screwed into the through hole formed in the upper end plate 104. Further, in the above embodiment, the insulating sheet 210 may not be provided, and instead, the insulating sheet may be arranged between the seat surface 229 of the bolt 22 and the upper end plate 104. In this case, in addition to the interconnector 150 and the like, the upper end plate 104 also corresponds to the non-connecting conductive member within the scope of the claims.

また、上記実施形態において、保護管300は、略円筒状に限らず、例えば略角筒状などでもよい。また、上記実施形態において、保護管300は、筒状であればよい。このような構成でも、非接続導電性部材とボルト22との短絡を抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the protective tube 300 is not limited to a substantially cylindrical shape, and may be, for example, a substantially square tubular shape. Further, in the above embodiment, the protective tube 300 may be tubular. Even with such a configuration, a short circuit between the non-connecting conductive member and the bolt 22 can be suppressed.

また、上記実施形態で、上述の第1の隙間S1は、保護管300の軸周りの全周にわたって形成されている必要は無く、第1の隙間S1が保護管300の軸周りの一部に形成されることにより、保護管300がボルト孔109内において非導電性部材に対して面方向に変位可能であればよい。また、上記実施形態において、保護管300と非導電性部材に形成されたボルト孔109の内壁との間に、第1の隙間S1が形成されていないとしてもよい。また、上記実施形態で、上述の第2の隙間S2は、保護管300の軸周りの全周にわたって形成されている必要は無く、第2の隙間S2が保護管300の軸周りの一部に形成されることにより、保護管300がボルト孔109内においてボルト22に対して面方向に変位可能であればよい。また、上記実施形態において、保護管300と非導電性部材に形成されたボルト孔109の内壁との間に、第2の隙間S2が形成されていないとしてもよい。また、保護管300における上下方向(Z軸方向)の両端が、上下方向において、燃料電池スタック100を構成する部材に接触しているとしてもよい。 Further, in the above embodiment, the above-mentioned first gap S1 does not have to be formed over the entire circumference of the protective tube 300 around the axis, and the first gap S1 is partly around the axis of the protective tube 300. It is sufficient that the protective tube 300 can be displaced in the surface direction with respect to the non-conductive member in the bolt hole 109 by being formed. Further, in the above embodiment, the first gap S1 may not be formed between the protective tube 300 and the inner wall of the bolt hole 109 formed in the non-conductive member. Further, in the above embodiment, the above-mentioned second gap S2 does not have to be formed over the entire circumference of the protective tube 300 around the axis, and the second gap S2 is partly around the axis of the protective tube 300. It is sufficient that the protective tube 300 can be displaced in the surface direction with respect to the bolt 22 in the bolt hole 109 by being formed. Further, in the above embodiment, the second gap S2 may not be formed between the protective tube 300 and the inner wall of the bolt hole 109 formed in the non-conductive member. Further, both ends of the protective tube 300 in the vertical direction (Z-axis direction) may be in contact with the members constituting the fuel cell stack 100 in the vertical direction.

また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に形成された全てのボルト孔109に保護管300が配置された構成が採用される必要はなく、少なくとも1つのボルト孔109に保護管300が配置された構成が採用されればよい。 Further, in the above embodiment, it is not necessary to adopt the configuration in which the protective pipe 300 is arranged in all the bolt holes 109 formed in the fuel cell stack 100, and the protective pipe 300 is arranged in at least one bolt hole 109. The configuration may be adopted.

また、上記実施形態において、燃料電池スタック100に含まれる単セル110の個数は、あくまで一例であり、単セル110の個数は燃料電池スタック100に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。また、上記実施形態における各部材を構成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により構成されていてもよい。 Further, in the above embodiment, the number of single cells 110 included in the fuel cell stack 100 is only an example, and the number of single cells 110 is appropriately determined according to the output voltage and the like required for the fuel cell stack 100. Further, the material constituting each member in the above embodiment is merely an example, and each member may be composed of another material.

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うSOFCを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形電解セル(SOEC)の構成単位である電解単セルや、複数の電解単セルを備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開2016−81813号に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック100と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック100を電解セルスタックと読み替え、発電単位102を電解セル単位と読み替え、単セル110を電解単セルと読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極114がプラス(陽極)で燃料極116がマイナス(陰極)となるように両電極間に電圧が印加されると共に、連通孔108を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室176で水素ガスが発生し、連通孔108を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セルスタックにおいても、上記実施形態と同様に、電解セルスタックに形成された貫通孔と締結部材との間に筒状部材を配置すれば、導電性部材と締結部材との短絡を抑制することができる。 Further, in the above embodiment, the SOFC that generates power by utilizing the electrochemical reaction between hydrogen contained in the fuel gas and oxygen contained in the oxidizing agent gas is targeted, but the present invention comprises an electrolysis reaction of water. It is also applicable to an electrolytic single cell, which is a constituent unit of a solid oxide fuel cell (SOEC) that uses it to generate hydrogen, and an electrolytic cell stack including a plurality of electrolytic single cells. The configuration of the electrolytic cell stack is not described in detail here because it is known as described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-81813, but is generally the same as the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment. It is a configuration. That is, the fuel cell stack 100 in the above-described embodiment may be read as an electrolytic cell stack, the power generation unit 102 may be read as an electrolytic cell unit, and the single cell 110 may be read as an electrolytic single cell. However, during the operation of the electrolytic cell stack, a voltage is applied between both electrodes so that the air electrode 114 is positive (anode) and the fuel electrode 116 is negative (cathode), and the voltage is applied through the communication hole 108. Water vapor as a raw material gas is supplied. As a result, an electrolysis reaction of water occurs in each electrolytic cell unit, hydrogen gas is generated in the fuel chamber 176, and hydrogen is taken out of the electrolytic cell stack through the communication hole 108. In the electrolytic cell stack having such a configuration, as in the above embodiment, if the tubular member is arranged between the through hole formed in the electrolytic cell stack and the fastening member, the conductive member and the fastening member can be connected. Short circuit can be suppressed.

また、上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)といった他のタイプの燃料電池(または電解セル)にも適用可能である。 Further, in the above embodiment, the solid oxide fuel cell (SOFC) has been described as an example, but the present invention also applies to other types of fuel cells (or electrolytic cells) such as a molten carbonate fuel cell (MCFC). Applicable.

22:ボルト 26:絶縁シート 27:ガス通路部材 28:本体部 29:分岐部 100:燃料電池スタック 102:発電単位 103:ねじ孔 104,106:エンドプレート 105:孔 105A:第1の孔部 105B:第2の孔部 105C:段差面 107:流路用貫通孔 108:連通孔 109:ボルト孔 110:単セル 112:電解質層 114:空気極 116:燃料極 120:セパレータ 121:孔 124:接合部 130:空気極側フレーム 131:孔 132:酸化剤ガス供給連通孔 133:酸化剤ガス排出連通孔 134:空気極側集電体 135:集電体要素 140:燃料極側フレーム 141:孔 142:燃料ガス供給連通孔 143:燃料ガス排出連通孔 144:燃料極側集電体 145:電極対向部 146:インターコネクタ対向部 147:連接部 149:スペーサー 150:インターコネクタ 161:酸化剤ガス導入マニホールド 162:酸化剤ガス排出マニホールド 166:空気室 171:燃料ガス導入マニホールド 172:燃料ガス排出マニホールド 176:燃料室 210,220:絶縁シート 212,222:孔 224:ねじ部 226:軸部 228:フランジ部 229:座面 300:保護管 D1,D3:外径 D2:内径 D4:径 FG:燃料ガス FOG:燃料オフガス L1:全長 L2:距離 L3:長さ OG:酸化剤ガス OOG:酸化剤オフガス S1:第1の隙間 S2:第2の隙間 22: Bolt 26: Insulation sheet 27: Gas passage member 28: Main body 29: Branch 100: Fuel cell stack 102: Power generation unit 103: Screw hole 104, 106: End plate 105: Hole 105A: First hole 105B : Second hole 105C: Step surface 107: Through hole for flow path 108: Communication hole 109: Bolt hole 110: Single cell 112: Electrolyte layer 114: Air pole 116: Fuel pole 120: Separator 121: Hole 124: Join Part 130: Air pole side frame 131: Hole 132: Oxidizing agent gas supply communication hole 133: Oxidizing agent gas discharge communication hole 134: Air pole side current collector 135: Current collector element 140: Fuel pole side frame 141: Hole 142 : Fuel gas supply communication hole 143: Fuel gas discharge communication hole 144: Fuel electrode side current collector 145: Electrode facing part 146: Interconnector facing part 147: Connecting part 149: Spacer 150: Interconnector 161 1: Oxidizing agent gas introduction manifold 162: Oxidizing agent gas discharge manifold 166: Air chamber 171: Fuel gas introduction manifold 172: Fuel gas discharge manifold 176: Fuel chamber 210, 220: Insulation sheet 212, 222: Hole 224: Thread part 226: Shaft part 228: Flange part 229: Seat surface 300: Protective tube D1, D3: Outer diameter D2: Inner diameter D4: Diameter FG: Fuel gas FOG: Fuel off gas L1: Overall length L2: Distance L3: Length OG: Oxidizing agent gas OOG: Oxidizing agent off gas S1: First gap S2: Second gap

Claims (3)

電解質層と空気極と燃料極とをそれぞれ含み、第1の方向に並べて配置された複数の単セルと、
前記第1の方向における前記複数の単セルの両側および前記単セル同士の間にそれぞれ配置された複数の導電性部材であって、前記複数の導電性部材を前記第1の方向に貫く貫通孔が形成された複数の導電性部材と、
前記第1の方向に延びており、前記複数の導電性部材に形成された前記貫通孔に挿入された締結部材と、
を備え、前記締結部材によって締結された電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の導電性部材のうち、前記締結部材に電気的に接続されていない複数の非接続導電性部材に形成された前記貫通孔と前記締結部材との間には、絶縁性を有する筒状部材が配置されており、
前記筒状部材は、前記締結部材の軸周りの外周を囲むとともに、前記複数の非接続導電性部材のうち、前記第1の方向の一端に位置する第1の非接続導電性部材から、前記第1の方向の他端に位置する第2の非接続導電性部材まで延びており、
前記第1の方向に垂直な面方向において、前記複数の非接続導電性部材に形成された前記貫通孔の内壁と前記筒状部材との間に第1の隙間が形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
A plurality of single cells arranged side by side in the first direction, including an electrolyte layer, an air electrode, and a fuel electrode, respectively.
A plurality of conductive members arranged on both sides of the plurality of single cells in the first direction and between the single cells, and through holes penetrating the plurality of conductive members in the first direction. With a plurality of conductive members in which
A fastening member extending in the first direction and inserted into the through holes formed in the plurality of conductive members.
In an electrochemical reaction cell stack fastened by the fastening member.
Among the plurality of conductive members, there is an insulating tubular shape between the through hole formed in the plurality of non-connecting conductive members that are not electrically connected to the fastening member and the fastening member. The members are arranged,
The tubular member surrounds the outer circumference around the axis of the fastening member, and from the first non-connecting conductive member located at one end in the first direction among the plurality of non-connecting conductive members, the said It extends to a second non-connecting conductive member located at the other end of the first direction .
In the plane direction perpendicular to the first direction, a first gap is formed between the inner wall of the through hole formed in the plurality of non-connecting conductive members and the tubular member .
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
請求項1に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記筒状部材における前記第1の方向の両端のうちの少なくとも一方は、前記第1の方向において、前記電気化学反応セルスタックを構成する部材から離間している、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to claim 1,
At least one of both ends of the tubular member in the first direction is separated from the member constituting the electrochemical reaction cell stack in the first direction.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
請求項1または請求項2に記載の電気化学反応セルスタックにおいて、
前記第1の方向に垂直な面方向において、前記締結部材と前記筒状部材との間に第2の隙間が形成されている、
ことを特徴とする電気化学反応セルスタック。
In the electrochemical reaction cell stack according to claim 1 or 2.
A second gap is formed between the fastening member and the tubular member in the plane direction perpendicular to the first direction.
It is characterized by an electrochemical reaction cell stack.
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